第六章 ATM交换技术
? 6.1 概 述
? 6.2 ATM交换网络的实现技术
? 6.3 ATM交换的分层技术
? 6.4 ATM网络信令
6.1 概 述
? 6.1.1 ATM的基本概念
? 一, ATM的含义
? 异步转移模式 （ Asynchronous Transfer
Mode,ATM） 是一种采用异步时分复
用方式, 以固定信元长度为单位, 面向
连接的信息转移 （ 包括复用, 传输与交
换 ） 模式 。
? 二, ATM的信元结构
? ATM信元是 ATM的基本信息单元, 根据对
传输效率, 时延 （ 包括打包时延, 排队时延,
时延抖动和相关的信元组合恢复时延 ） 和实现
复杂性三方面因素的综合考虑, 采用了 53字节
的 固定信元长度 。
? 三, ATM信元传送处理的基本原则
? 1,信息发送顺序
? 从字节 1起始, 8bit的字节以增序方式
发送；对于各域而言, 首发比特是最高
有效位 （ the Most Significant Bit，
MSB） 。
? 2．误码处理方法
? 在传送 ATM信元的网络（简称 ATM
网络）中，通过对信头部分的信头差错
控制（ HEC） 字节进行检验，可以纠正
信头的一位错码（因光纤传输误码主要
是单比特误码）和发现多位错码，对无
法纠正的信元予以丢弃。
? 3,信元定界方法
? 由于信元之间没有使用特别的分割符,
信元的定界也借助于 HEC字节实现 。
? 4,空闲信元和信道填充
? 具有特定信头值 （ 不包括 HEC域 ）
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0001的信元被定义为空闲信元 。
? 5,面向连接方式
? 在 ATM系统中, 用户通信采用面向连
接的方式, 经一个由系统分配给自己的
虚电路进行传送 。
? 6,虚通路和虚信道
? ATM 系 统 中 的 虚 电 路 有 虚 通 路
（ Virtual Path,VP） 和虚信道 （ Virtual
Channel,VC） 两种 。
? 四, ATM技术的特点
? （ 1） 进一步简化了功能 。
? （ 2） 定长比可变长信元的控制与交
换更容易 用硬件实现, 利于向高速化的
方向发展 。
? （ 3） 采用面向连接并预约传输资源
的工作方式, 保证了网络上的信息可以
在一定允许的差错率下传输, 既兼顾了
网络运营效率, 又能够满足接入网络的
连接进行快速数据传输 。
? （ 4） ATM信元头部功能降低 。 由于
ATM网络中链路的功能变得非常有限,
所以信元头部变得异常简单, 依靠信元
头部的虚电路标志可以很容易地将不同
的虚电路信息复用到一条物理通道上 。
? （ 5） ATM网具有支持一切现有通信
业务及未来的新业务；有效地利用网络
资源；减小了交换的复杂性；减小了中
间节点的处理时间, 支持高速传输；减
小延迟及网络管理的复杂性；能保证现
有及未来各种网络应用的性能指标等特
点 。
? 6.1.2 ATM交换系统的基本构成及要求
? 一, 系统组成
? ATM交换机或交叉连接节点的主要任
务为进行 VPI/VCI转换和将来自于特定
VP/VC的信元根据要求输出到另一特定
的 VP/VC上 。
? 1,入线处理部件
? 在传输线路上信息传送的形式是比特
流, 而信息交换必须以信元为单位, 将
53字节 （ 即 53× 8=424bit） 信息作为一
个整体同时交换, 而不是逐比特进行 。
? （ 1） 信元定界：将基于不同形式传
输系统的比特流 （ 如 SDH,PDH等不同
的帧结构形式 ） 分解成为 53字节为单位
的信元格式 。 信元定界的基本原理是
HEC和信头中 4个字节信息的关联 。
? （ 2） 信头有效性检验：将信元中的
空闲信元 （ 物理层 ）, 未分配信元
（ ATM层 ） 以及传输中信头出错的信元
丢弃, 然后将有效信息送入系统的交换 /
控制单元 。
? （ 3） 信元类型分离：根据 VCI标志分
离 VP 级 操作 管理 与维 护 （ Operation
Aministration and Maintenance,OAM）
信元；根据信息类型指示符 （ Payload
Type Identifier,PTI） 标志分离 VC 级
OAM信元, 递交给控制单元, 其他用户
信息则由交换单元进行交换 。
? 2,控制单元
? 控制单元完成建立和拆除 VP 连接
（ VPC） 和 VC 连接 （ VCC）, 并对
ATM交换单元进行控制, 同时处理和发
送 OAM信息 。
? 3,出线处理部件
? 出线处理部件完成与入线处理部件相
反的处理, 例如, 将信元从 ATM层转换
成适合于特定传输媒质的比特流形式 。
? 4,交换单元
? 作为实际执行交换动作的部件, 其性
能的优劣直接关系到交换机的效率和性
能, 以至于人们在讨论宽带交换系统时
仅注重交换单元的设计, 而忽略交换机
的其他三个基本组成单元 。
? 二, 宽带业务对于交换机的要求
? 1,多速率交换
? 由于宽带网络支持的业务包括现在和
将来的所有应用, 因而, 网络必须支持
从一般工业控制的几十 bit/s到几 kbit/s和
视频通信的几 Mbit/s到几十 Mbit/s的速率
交换, 作为 ATM端口和用户端口的基本
接入速率 155.520Mbit/s显然可以满足这
一要求 。
? 2,多点交换
? 在提供原有电路交换中点对点连接方
式的基础上, 宽带网络还必须能提供点
到多点的广播 /组播连接功能, 这就要求
ATM交换机中可以实现将一条入线的信
元输出到多条出线上的操作, 而不是简
单地要求用户通过申请多个连接完成多
点通信 。
? 3,多媒体业务支持
? 它是指网络中允许接入的业务有不同的形
式, 如语音, 数据, 静止图像, 活动视频或者
它们的某种组合 。
? （ 1） 信元丢失 /信元误插入率
? 在 ATM交换机中, 可能会出现短暂时间内
许多信元争用同一链路的情况 （ 该链路可以是
交换机内部的, 也可以是外部的 ）, 结果导致
交换机队列存储区出现信元同时争夺该队列的
情况, 所以可能会产生信元丢失 。
? （ 2） 交换时延
? 交换机完成 ATM信元交换的时延, 在
信息端到端传输时延中占有极大比重
（ 由于光的传播速度, 信元在信道中传
输时延是有限的, 网络内部延时主要发
生在交换机内部的交换延时 ）, 这就要
求交换单元在路由选择, 信元缓冲上采
取优良的算法和实施技术 。
? （ 3）连接阻塞
? 在 ATM网络中，通信双方采用面向连
接方式，也就是通信开始前需进行连接
通道的建立，找到逻辑连接。
6.2 ATM交换网络的实现技术
? 交换的实质是将某条入线的信息输出到特
定的出线上。
? 6.2.1 空分交换结构
? ATM交换的最简单构建方法是将每一条入
线和每一条出线相连接, 在每条连接线上装上
相应的开关, 根据信头 VPI/VCI决定相应的开
关是否闭合来实现特定输入和输出线路的接通,
也就是将某入线上信元交换到出线上 。
? 1,出线冲突时的入线选择策略
? 当来自多条入线的信元同时竞争一条
出线时, 只有一个信元可以传送, 其他
信元将被延迟, 因此, 就必须采用仲裁
机制去选择, 获胜信元, 。
? （ 1） 随机法：随机地从多条竞争的
入线中选取一条入线, 传送该入线上的
信元 。
? （ 2）固定优先级法：每条入线都有
固定的优先级，不同优先级的入线发生
出线冲突时，优先级高的入线获得发送
信元的权利。
? （ 3）轮换优先级法：也称周期策略，
即每条入线的优先级并不是固定不变的，
而是轮流拥有最高优先级。
? （ 4）缓存区状态确定法,ATM交换
机必须设置缓存区以放置无法立即交换
的信元，根据缓存区的溢满程度选择传
输的信元。
? （ 5）信元状态确定法：根据信元丢
失率 CLP值的不同确定信元服务的先后
顺序，如果信元优先级相同可以采用随
机法、固定优先级法或是缓存区状态法
以确定具体服务的信元。
? 2,阻塞信元的处理 —— 缓存存储方法
? 对于交换单元无法立刻服务的信元,
可以采用缓存存储方法 （ 也称排队方法 ）
将这部分信元暂时缓存, 等待下一次服
务 。
? （ 1） 输入缓存 （ 输入队列 ）
? 输入缓存法采用图 6.7所示的方法来解
决输入端可能的竞争问题 。
…
输入队列
1
输入队列
N
交
换
传
送
媒
质
仲裁逻辑
…
1
N
图 6.7 采用输入队列的交换单元
? （ 2） 输出缓存 （ 输出队列 ）
? 输出缓存法如图 6.8所示, 采用这种方
法对不同入线上要去往同一出线的信元
可以在一个信元的时间内全部被传送
（ 交换 ） 。
? （ 3） 中央缓存 （ 中央队列 ）
? 中央缓存法是在基本交换单元的中央
设置一缓存器 。
1
输出队列
输出队列
交
换
传
送
媒
质
N
…
1
N
…
图 6.8 采用输出队列的交换单元
? 6.2.2 时分交换结构
? ATM本质是异步时分 （ Asynchronous
Time Division,ATD） 复用, 它将信道
分成等长的时隙, 时隙中填充等长的分
组, 借鉴同步时分复用中的时分交换的
概念, 人们设计了异步时分的交换结构 。
? 时隙交换器 （ Time Slot Interval,TSI）
是时分交换结构中的关键组成单元 。
? （ 1）输入时隙：时隙数和输入线路数相等，
每个时隙中装载的信息包括两部分内容：输出
线路编号和该输入时隙号对应的入线上的传输
信息。
? （ 2）输出时隙：时隙数和输出线路数相等，
每个时隙中装载的是相应入线上的信息，图
6.10所示的输出时隙方框中填写的是对应的入
线时隙编号，实际只是存放相应的信息。
? （ 3）缓存区：完成将输入时隙中的信息交
换到特定的输出时隙中。
? 6.2.3 总线交换结构
? 总线是指所有通信部件间的公共连线,
通信部件间的信息交换全部通过总线提
供的通道来完成 。
? 基于总线机制的 ATM交换单元的构造
如图 6.13所示, 所有入线和出线都连接
到总线上, 总线通过总线管理器进行管
理 。
…
总线管理器
m
条
入
线
n
条
出
线
…
图
6.
13
总
线
机
制
交
换
单
元
? 在计算机局域网总线结构中，采用各
计算机站点自主监视总线上是否有信息
传送的方法。
? 在上述两种总线仲裁机制 （ 内部总线
结构和局域网总线结构 ） 中, 一方面是
总线上传送的负载的不均衡性 （ 计算机
内部通信中 CPU占用总线的绝大多数时
间并处于管理位置, 计算机局域网中数
据传输呈现突发的特性 ） ；
? 另一方面是它们一般工作在较低速率
下，例如，计算机内部总线速率为
33Mbit/s,而局域网则在 100Mbit/s,远
低于 ATM交换机的传输速率，所以 ATM
总线交换结构不能简单地采用上述两种
总线仲裁机制来解决总线的占用传输。
? 为了减轻总线的负担，可以采用多总
线的方法。在 ATM交换单元中使用多组
总线而不是一组总线，如图 6.14所示。
1
出线控制 出线控制 出线控制
入
线
出线1 2
2
m
?…
n
图 6.14 多总线 ATM结构图
? 6.2.4 令牌环交换结构
? 令牌环结构是高速局域网所采用的一
种信息交换形式 。 ATM交换单元可以采
用如图 6.16所示的结构设计 。 所有入线,
出线和环形网络相连, 如果环的传输容
量等于所有入线容量之和, 可以采用开
槽 （ 时隙 ） 方法, 为每个入线分配时隙,
入线在相应的时隙将其上的信元送上环
路, 而在任意出线处进行 VPI/VCI判断,
查看信元是否由该出线接收 。
? 6.2.5 ATM多级交换网络
? 一, Banyan网络及其递归构造
? 一个基本交叉连接单元有平行连接和
交叉连接两种状态, 如图 6.17所示 。
0
入
端
出
端
入
端
出
端
( a ) 平行连接
( b) 交叉连接
1
0
1
0
1
0
1
图
6.
17
交
叉
连
接
单
元
的
两
种
连
接
状
态
? 二, Banyan网络的性质
? Banyan网络非常规则的构造方法, 使
其具有许多重要性质 。
? 1,惟一路径性质
? Banyan网络中的每条入线和每条出线
之间都只有一条路径并且只有这一条路
径, 称之为惟一路径性质 。 下面简单地
证明这个性质 。
? 2,自选路由性质
? 由 Banyan网络的构造方法可知, 一个
Banyan网络的入线数和出线数相等 。
? 3,内部阻塞性质
? 在没有出线冲突时, 纵横开关阵列是
没有内部阻塞的 。
? 4,出线冲突
? 排序 Banyan网络不仅可以实现内部无
阻塞, 同时还可以用来解决出线冲突问
题 。 其方法可以分三步进行, 即：仲裁,
认可和发送 。
? 三步法的最大特点是借助排序 Banyan
网络本身解决出线冲突，运算效率和处
理速度比较快，可以满足 ATM高速交换
的要求。
6.3 ATM交换的分层技术
? 6.3.1 ATM交换的协议参考模型
? ATM交换的协议参考模型是基于国际电联
标准产生的, 如图 6.27所示 。 它由三个面组成,
即控制面 （ Control）, 用户面 （ User） 和管理
面 （ Management） 。
? ATM 适 配 层 （ ATM Adaptation Layer，
AAL） 是业务特定的, 它的使用取决于应用
要求 。
? ATM层主要执行交换, 路由选择和多路复
用功能 。
管理面
用户面控制面
高层
AAL 层
信令
信令 AAL
A 级 B 级 C 级 D 级
A A L 1 A A L 2 A A L 3 或 A A L 5
A T M 层
物理层
图 6.27 ATM协议参考模型
? 6.3.2 物理层
? 物理层主要处理相邻 ATM层间 ATM
信元的传输 。 ATM层独立于物理层, 它
能够在各种类型物理链路上工作 。
? 一, 传输汇聚子层
? 传输汇聚子层生成物理媒质的关联信
息, 并且为物理层产生协议信息 。 它的
功能包括 HEC的产生和验证, 信元速率
解耦, 信元定界, 传输帧的产生和恢复 。
? 1．传输帧的产生和恢复
? 在面向帧的传输系统中，传输汇聚子
层在发送端产生传输帧，并在接收端从
比特流中恢复它。
? 2,HEC的产生和验证
? 物理层从 ATM层传递 52字节信元 。 这
时, 除了 HEC字节, 其他字节是完全的 。
HEC字节由传输汇聚子层处理, 并且在
它传到物理媒质之前就插入信元信头的
信头差错控制域 。 在
? 3,信元速率解耦
? 一般来说, 物理媒质要求连续传输比
特流 （ 拆线信道传输除外 ） 。
? 4,信元定界
? 传输链路上传输的不是信元, 而是比
特流 （ 信号 ） 。 物理层接收比特流, 并
且在它传向 ATM层之前, 将其还原为
ATM信元 。
? 二, 物理媒质关联子层
? 物理媒质关联子层 （ Physical Medium
Dependent sublayer,PMD） 类似常规网
络的物理层 。 它在传输方向的基本功能
是在链路上透明传输比特流 。 在接收方
向, 它检测和恢复传递来的比特流, 然
后将其再传递到传输汇聚子层, 恢复传
输帧和 ATM信元 。
? 图 6.29表示了物理媒质关联子层和传
输汇聚子层间的关系 。
定时数据 控制信号
线路输入
定时数据控制信号
线路输出
物理媒质
关联子层
传输汇聚子层
编码 - 解码 ( 如 4B / 5B )
调制 / 解调定时
传递
检测
图 6.29 物理媒质关联子层和传输汇聚子层间关 系
? （ 1）接收信号检测比特边界要求：传递到
物理媒质关联子层的码型是二进制代码。
? （ 2） 额外值要求：增加额外值可用于传输
链路两端控制信息的传递 。
? （ 3） 低速传递需要：码组传输在网中使接
收的比特流更易于低速向其他电路传递 。
? 6.3.3 ATM层
? ATM层主要执行 ATM 网的交换功能,
在同一 ATM层单元间传递信元 。
? 一, 信元信头产生和提取
? ATM层从用户层接收 48字节信元信息,
再加 4字节信头 （ HEC字节除外 ） 组成
ATM信元, 然后将它传送到物理层进行
HEC处理和传输 。
? 二, 一般流量控制
? ATM层通过一般流量控制 （ GFC） 控
制终端到网络的业务流量 。
? 同时, 信元丢失优先级 （ CLP） 在流
量控制中也发挥作用 。
? 三, VPI/VCI的翻译
? ATM是面向连接的技术, 它要求端到
端连接在业务量开始流通前就建立 。
? ATM信元信头包含 28bit的路由选择域,
它由两个识别符构成, 即虚通路标识符
（ VPI） 和虚信道识别符 （ VCI） 。
? 四, ATM层转接业务
? 1,向物理层传递的业务
? 2,向 ATM层用户提供的业务
? 五, ATM层管理
? 操作管理和维护 （ OAM） 一般包括配
置, 故障和性能管理及安全保密和计费
功能, 网络资源特别在 ATM层被监测,
防止设备故障和性能降级 。
? （ 1） 性能监测：管理单元的正常功能,
由连续的或者周期性的功能检测进行监
测, 并提供维护信息 。
? （ 2） 故障和失效检测：通过连续的和
周期性检查来检测出故障, 并产生维护
和告警信息 。
? （ 3）系统保护：通过闭塞或者切换
的方式减小管理单元故障对系统的影响，
并把故障单元排除于操作之外。
? （ 4）故障信息：故障信息、告警指
示和请求响应都被传递到对应管理单元
和管理面。
? （ 5）故障定位：由于故障信息不充
分，需要内部或者外部测试系统检测故
障单元。
? 六, 信元多路复用和分解
? 信元由 ATM层向物理层传递时, 要进
行统计时分多路复用, 将信元信息插入
时间段中；物理层向 ATM层传递时,
ATM层要从时间段中取出信元信息 。
? 6.3.4 ATM适配层
? ATM层只涉及信元信头功能而不处理
信息域的信息类型，不涉及具体应用，
这种简化处理对于同高速传输链路保持
同步是非常必要的。
? ITU-T根据定时关系、比特率和连接
方式三个参数对 ATM业务进行了分类。
? 每一协议都具有通过 ATM网把 AAL-
SDU从一个 AAL业务接入点 （ Service
Access Point,SAP） 传递到另一个或者
更多 AAL-SAP的功能 。
? 一, 固定比特率业务的 ATM适配层
? ATM适配层类型 1（ AAL1） 适用于要
求连接端点间具有定时关系的恒定比特
率 （ Constan Bit Rate,CBR） 业务, 例
如 CBR音频和 CBR视像 。
? 1,分段和重装子层
? 分段和重装子层在发送端, 接收汇聚
子层传来的 47字节数据块 （ AAL1 CS-
PDU）, 并在每个数据块附加 SAR-PDU
信头, 构成分段和重装子层协议数据单
元 （ SAR-PDU） 。
? 2,汇聚子层
? AAL1汇聚子层包括下列功能 。
? （ 1） 信元延迟变量的处理 。
? （ 2） 顺序计数的处理 。
? （ 3） 定时信息的传递方式 。
? （ 4） 源点和终点间结构信息的传递 。
? （ 5） 前向纠错 。
? 二, 可变比特率业务的 ATM适配层
? AAL1是惟一定义用于固定比特率业
务的适配层, 其他都定义用于可变比特
率业务 。 可变长度信息分组称为业务数
据单元 （ Service Data Unit,SDU） 。
? 可变比特率业务特定汇聚子层 （ VBR
SSCS） 定义了两种方式业务：信息方式
和数据流方式 。
? 信息方式传递固定容量数据单元, 也
传递可变长度数据单元 。
? 数据流方式用于可变长度数据单元传
输和接收的交织。如果没有此功能，完
整数据单元必须被 ATM适配层用户接收，
并在汇聚子层处理。如果有并启动该功
能,ATM适配层用户以若干单元传递数
据。
? 目前定义的可变比特率业务的 3个
ATM适配层协议如下所述 。
? 1,ATM适配层类型 2（ AAL2）
? AAL2分为汇聚子层（ CS） 和分段重
装子层（ SAR）。
? （ 1） CPS子层
? （ 2） CPS子层分组结构
? CPS分组结构如图 6.35所示 。
? （ 3） CPS-PDU结构
? 如图 6.36 所示为 CPS-PDU结构
C P S 分组头 C P S 分组负荷
C I D LI UUI H E C C P S - I N F O
图 6.35 AAL2的 CPS分组结构
O S F SN P C P S - I N F O P A D
S T F C P S - P D U 负载
图 6.36 CPS-PDU结构
? 2,ATM适配层类型 3/4（ AAL3/4）
? AAL3/4定义用于源和端间不须定时的
面向连接和无连接可变比特率业务 。 它
的基本功能支持无连接网络接入和面向
连接的帧中继业务 。
? （ 1） 分段和重装子层
? AAL3/4的分段和重装 （ SAR） 子层从
公共部分汇聚子层接收可变长度数据分
组, 产生分段和重装子层协议数据单元
（ SAR-PDU） 。
? （ 2） 公共部分汇聚子层
? 在业务特定汇聚子层 （ SSCS） 无效时,
AAL3/4公共部分汇聚子层 （ CPCS） 接
收固定或者可变长度 AAL用户信息分组,
形成公共部分汇聚子层协议数据单元
（ CPCS-PDU）, 将它们传递到分段和
重装子层进一步处理 。
? 3,ATM适配层类型 5（ AAL5）
? 与 AAL3/4相类似, AAL5用于可变比
特率业务, 但是它不需要源和端之间的
定时 。
? （ 1） 分段和重装子层
? 分段和重装子层功能基于 SAR-PDU执
行 。
? （ 2） 公共部分汇聚子层
? AAL5的 CPCS-PDU格式如图 6.40所示 。
P A D,衰减； C P C S,公共部分 汇聚子层；
UU,用户到用户； L e n g t h,长度；
CRC,循环冗余检验。
用户数据 P A D C P C S - U U C P I L e n g t h C R C - 3 2
图 6.40 AAL5的 CPCS-PDU格式
? 4,AAL3/4与 AAL5的比较
? AAL3/4和 AAL5都定义于面向连接的
可变比特率业务, 以及不要求通信单元
间端到端定时的无连接应用 。
6.4 ATM网络信令
? 6.4.1 ATM网络的信令方式
? 通信网络中的信令是动态地建立, 维
持和终止连接的一组过程, 需要在用户
和交换节点之间以及交换节点与交换节
点之间进行信息交换 。
? 用户网络接口（ UNI） 是 ATM端点站
和网络之间的分界点。
? 网络节点接口（ NNI） 是两个公用网
络之间的分界点，也可以是两个专用网
络的分界点，还可以是一个交换机到交
换机的接口。
? 6.4.2 用户网络接口信令
? UNI信令又称为网络接入信令, 用于
在网络边缘 （ 即在 ATM端点站和公用的
或专用的网络之间 ） 动态地建立, 维持
和终止连接 。 UNI信令是用户操作的可
见部分, 实现用户和网络的交互, 完成
所有与用户通信有关的操作 。
? 一, UNI信令结构
? 如图 6.41所示的是 UNI信令结构 。
信令
AAL
用户网接口信令
业务特定协调功能 ( S S C F )
业务特定面向连接的协议 ( S S C O P )
A A L 5 公共部分 汇聚子层 ( C P C S )
A A L 5 分段和重 装子层 ( S A R )
A T M 层
物理层
S A A L 公共
的部分
S A A L 业务
特定的部分
图 6.41 UNI信令结构
? 业务特定的汇聚子层（ SSCS） 由业务
特定的协调功能（ SSCF） 和业务特定面
向连接的协议（ SSCOP） 组成。
? 1,信息传送的服务原语
? 如表 6.8所示, UNI信令层使用 Request
（ 请求 ）, Indication（ 指示 ）,
Response（ 响应 ） 和 Confirm（ 证实 ） 四
种服务原语请求 SAAL的服务 。
? 2,业务特定面向连接的协议
? 业务特定面向连接的协议 （ SSCOP） 从
UNI信令层接收可变长的 SDU（ 业务数据单
元 ）, 形成 PDU（ 协议数据单元 ）, 并把它们
传送给对等的 SSCOP。
? 为了执行 SSCOP的有关功能, 对等 SSCOP
实体利用下列 PDU来进行相互通信 。
? 3,UNI信令报文
? 信令报文用于完成用户与网络之间的
呼叫建立, 保持, 释放操作和它对网络
的服务需求, 还被网络用于通知用户其
连接请求是否被接受 （ 例如网络是否有
资源支持该连接 ） 。
? （ 1） 协议鉴别用于把 B-ISDN UNI信
令报文跟其他协议的其他类型报文相区
别 。
? （ 2）呼叫参考由呼叫参考长度和呼叫
参考值组成，呼叫参考长度表示以字节
计的呼叫参考值长度。
? （ 3） 报文类型标识被发送的不同报文
的类型 。
? （ 4） 报文长度是报文内容的字节数 。
? （ 5） 可变长信息元素用于传递需要的
通信参数和其他说明信息 。
? 二, UNI信令过程
? 1,点到点的呼叫处理
? 一条点到点的连接是若干个连接两个
端点的虚信道或虚通路链路的集合 。
? （ 1） ESl要跟 ES2建立一条连接, 它
通过其 UNI接口向网络发送一个 SETUP
（ 呼叫建立 ） 报文, 该报文包含标识这
两个端节点和连接特征等相关信息 。
? （ 2 ） 网络节点用一个 CALL
PROCEEDING（ 呼叫在进行 ） 报文回答
ESl,表示收到了 SETUP报文, 并正在做
建立连接工作 。
? （ 3） 如果需要, ES2可以给网络发一
个 CALL PROCEEDING报文, 表示它已
经收到了 SETUP报文, 但需要花费较长
的时间处理 。
? （ 4） ES2决定接受该 SETUP请求, 则
给网络节点发一个 CONNECT（ 连接 ）
报文 。
? （ 5 ） 网 络 节 点 给 ES2 发 送 一 个
CONNECT ACKNOWLEDGE（ 连接肯
定应答 ） 报文 。
? （ 6） 网络把呼叫被接受的信息传达
给发起呼叫的网络节点, 然后一个
CONNECT报文被送给 ESl,这个报文包
含跟连接建立有关的信息 。
? （ 7） ESl处理这个 CONNECT报文并接受该
连接建立条件。它给网络节点发送一个
CONNECT ACKNOWLEDGE（ 连接肯定应答）
报文，现在 ESl可以使用在 CONNECT报文中
收到的 VPI／ VCI标号开始在 ATM连接上发送
数据了。
? （ 8）数据信元在两个方向上通过用户网络
接口流动。
? （ 9） ESl通过它的 UNI接口发送一个
RELEASE（ 释放 ） 报文表示要终止连接 。
? （ 10） 网络通过发送一个 RELEASE
COMPLETE（ 释放完成 ） 报文肯定应答
收到的 RELEASE报文 。 在网络和 ES1之
间的连接部分被清除 。
? （ 11） 网络通过连接 ES2的 UNI接口给
ES2发送一个 RELEASE报文 。
? （ 12） ES2给网络发送一个 RELEASE
COMPLETE（ 释放完成 ） 报文肯定应答
收到的 RELEASE报文 。 在网络和 ES2之
间的连接部分被清除 。
? 2．点到多点的呼叫处理
? （ 1） 由称作根节点的单个节点产生
的流量, 被所连接的称作叶节点的所有
其他端节点接收 。
? （ 2） 从叶节点到根节点没有保留带
宽, 叶节点不能够通过点到多点连接与
根节点通信 （ 即点到多点连接是单向
的 ） 。
? （ 3） 叶节点之间不能够直接通过点
到多点连接互相通信 。
? 6.4.3 专用网络节点接口信令
? 对于一个专用网络, 一个 ATM端点站
请求与另一个专用网络的 ATM端点站建
立一条连接的过程如图 6.43所示 。
图 6.43 专用网络到网络接口
? 1,P-NNI信令结构
? 专用网络中的 P-NNI是在两个交换系
统之间的分界点 。 一个交换系统可以是
在一个 ATM网络中的单个交换机, 也可
以是在一个机构管理之下的一组交换机 。
? 2,P-NNI的信令过程
? 用户侧 （ 端点站 ） 的 UNI信令过程不
同于网络侧 （ 交换机 ） 的 。
? 6.4.4 公用网络节点接口信令
? 服务提供者网络与专用网络有很大的
不同 。 传统上, 服务提供者网络是电路
交换网络, 并且主要提供语音服务 （ 也
提供传真和调制解调器业务 ） 。
? 虽然在最近十几年的时间里情况有了
改变, 但典型的服务提供者网络 （ 公用
网络 ） 仍具有如图 6.46所示的由 5级交换
机构成的等级结构 。
? 端到端的连接通过信令来建立、管理
和释放，在公用网络中的信令曾经是通
道内信令。
? 6.4.5 端到端的信令过程
? 1,信息元素
? 为了启动交换虚连接的信令过程, 源
端点站通过它的 UNI接口使用 UNI信令
向网络发送一个 SETUP（ 建立 ） 报文 。
? （ 1） 被呼方信息元素：目的地 ATM
端点站 。
? （ 2） ATM流量描述符：描述前向和
后向通路的业务流的一组流量参数 。 前
向和后向通路的值可以不同 。
? （ 3） 宽带承载能力：描述用户应用请
求这一连接的服务类型 。
? （ 4） 服务质量参数：连接的 QoS类别 。
? 2,信令过程描述
? （ 1） 在收到 SETUP报文时, ATM交
换机必须做的第一件事是定位目的地端
点站, 它通常采用某种类型的目录服务
来完成这一任务 。
? （ 2） 一旦确定了通路, 源交换机就着
手使用某种类型的内部信令建立端到端
的连接 （ 在某些专用的扩展之后也可以
使用 P-NNI信令 ） 。
? （ 3） 目的地端点站接收和处理该
SETUP报文 。
? 6.1 概 述
? 6.2 ATM交换网络的实现技术
? 6.3 ATM交换的分层技术
? 6.4 ATM网络信令
6.1 概 述
? 6.1.1 ATM的基本概念
? 一, ATM的含义
? 异步转移模式 （ Asynchronous Transfer
Mode,ATM） 是一种采用异步时分复
用方式, 以固定信元长度为单位, 面向
连接的信息转移 （ 包括复用, 传输与交
换 ） 模式 。
? 二, ATM的信元结构
? ATM信元是 ATM的基本信息单元, 根据对
传输效率, 时延 （ 包括打包时延, 排队时延,
时延抖动和相关的信元组合恢复时延 ） 和实现
复杂性三方面因素的综合考虑, 采用了 53字节
的 固定信元长度 。
? 三, ATM信元传送处理的基本原则
? 1,信息发送顺序
? 从字节 1起始, 8bit的字节以增序方式
发送；对于各域而言, 首发比特是最高
有效位 （ the Most Significant Bit，
MSB） 。
? 2．误码处理方法
? 在传送 ATM信元的网络（简称 ATM
网络）中，通过对信头部分的信头差错
控制（ HEC） 字节进行检验，可以纠正
信头的一位错码（因光纤传输误码主要
是单比特误码）和发现多位错码，对无
法纠正的信元予以丢弃。
? 3,信元定界方法
? 由于信元之间没有使用特别的分割符,
信元的定界也借助于 HEC字节实现 。
? 4,空闲信元和信道填充
? 具有特定信头值 （ 不包括 HEC域 ）
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0001的信元被定义为空闲信元 。
? 5,面向连接方式
? 在 ATM系统中, 用户通信采用面向连
接的方式, 经一个由系统分配给自己的
虚电路进行传送 。
? 6,虚通路和虚信道
? ATM 系 统 中 的 虚 电 路 有 虚 通 路
（ Virtual Path,VP） 和虚信道 （ Virtual
Channel,VC） 两种 。
? 四, ATM技术的特点
? （ 1） 进一步简化了功能 。
? （ 2） 定长比可变长信元的控制与交
换更容易 用硬件实现, 利于向高速化的
方向发展 。
? （ 3） 采用面向连接并预约传输资源
的工作方式, 保证了网络上的信息可以
在一定允许的差错率下传输, 既兼顾了
网络运营效率, 又能够满足接入网络的
连接进行快速数据传输 。
? （ 4） ATM信元头部功能降低 。 由于
ATM网络中链路的功能变得非常有限,
所以信元头部变得异常简单, 依靠信元
头部的虚电路标志可以很容易地将不同
的虚电路信息复用到一条物理通道上 。
? （ 5） ATM网具有支持一切现有通信
业务及未来的新业务；有效地利用网络
资源；减小了交换的复杂性；减小了中
间节点的处理时间, 支持高速传输；减
小延迟及网络管理的复杂性；能保证现
有及未来各种网络应用的性能指标等特
点 。
? 6.1.2 ATM交换系统的基本构成及要求
? 一, 系统组成
? ATM交换机或交叉连接节点的主要任
务为进行 VPI/VCI转换和将来自于特定
VP/VC的信元根据要求输出到另一特定
的 VP/VC上 。
? 1,入线处理部件
? 在传输线路上信息传送的形式是比特
流, 而信息交换必须以信元为单位, 将
53字节 （ 即 53× 8=424bit） 信息作为一
个整体同时交换, 而不是逐比特进行 。
? （ 1） 信元定界：将基于不同形式传
输系统的比特流 （ 如 SDH,PDH等不同
的帧结构形式 ） 分解成为 53字节为单位
的信元格式 。 信元定界的基本原理是
HEC和信头中 4个字节信息的关联 。
? （ 2） 信头有效性检验：将信元中的
空闲信元 （ 物理层 ）, 未分配信元
（ ATM层 ） 以及传输中信头出错的信元
丢弃, 然后将有效信息送入系统的交换 /
控制单元 。
? （ 3） 信元类型分离：根据 VCI标志分
离 VP 级 操作 管理 与维 护 （ Operation
Aministration and Maintenance,OAM）
信元；根据信息类型指示符 （ Payload
Type Identifier,PTI） 标志分离 VC 级
OAM信元, 递交给控制单元, 其他用户
信息则由交换单元进行交换 。
? 2,控制单元
? 控制单元完成建立和拆除 VP 连接
（ VPC） 和 VC 连接 （ VCC）, 并对
ATM交换单元进行控制, 同时处理和发
送 OAM信息 。
? 3,出线处理部件
? 出线处理部件完成与入线处理部件相
反的处理, 例如, 将信元从 ATM层转换
成适合于特定传输媒质的比特流形式 。
? 4,交换单元
? 作为实际执行交换动作的部件, 其性
能的优劣直接关系到交换机的效率和性
能, 以至于人们在讨论宽带交换系统时
仅注重交换单元的设计, 而忽略交换机
的其他三个基本组成单元 。
? 二, 宽带业务对于交换机的要求
? 1,多速率交换
? 由于宽带网络支持的业务包括现在和
将来的所有应用, 因而, 网络必须支持
从一般工业控制的几十 bit/s到几 kbit/s和
视频通信的几 Mbit/s到几十 Mbit/s的速率
交换, 作为 ATM端口和用户端口的基本
接入速率 155.520Mbit/s显然可以满足这
一要求 。
? 2,多点交换
? 在提供原有电路交换中点对点连接方
式的基础上, 宽带网络还必须能提供点
到多点的广播 /组播连接功能, 这就要求
ATM交换机中可以实现将一条入线的信
元输出到多条出线上的操作, 而不是简
单地要求用户通过申请多个连接完成多
点通信 。
? 3,多媒体业务支持
? 它是指网络中允许接入的业务有不同的形
式, 如语音, 数据, 静止图像, 活动视频或者
它们的某种组合 。
? （ 1） 信元丢失 /信元误插入率
? 在 ATM交换机中, 可能会出现短暂时间内
许多信元争用同一链路的情况 （ 该链路可以是
交换机内部的, 也可以是外部的 ）, 结果导致
交换机队列存储区出现信元同时争夺该队列的
情况, 所以可能会产生信元丢失 。
? （ 2） 交换时延
? 交换机完成 ATM信元交换的时延, 在
信息端到端传输时延中占有极大比重
（ 由于光的传播速度, 信元在信道中传
输时延是有限的, 网络内部延时主要发
生在交换机内部的交换延时 ）, 这就要
求交换单元在路由选择, 信元缓冲上采
取优良的算法和实施技术 。
? （ 3）连接阻塞
? 在 ATM网络中，通信双方采用面向连
接方式，也就是通信开始前需进行连接
通道的建立，找到逻辑连接。
6.2 ATM交换网络的实现技术
? 交换的实质是将某条入线的信息输出到特
定的出线上。
? 6.2.1 空分交换结构
? ATM交换的最简单构建方法是将每一条入
线和每一条出线相连接, 在每条连接线上装上
相应的开关, 根据信头 VPI/VCI决定相应的开
关是否闭合来实现特定输入和输出线路的接通,
也就是将某入线上信元交换到出线上 。
? 1,出线冲突时的入线选择策略
? 当来自多条入线的信元同时竞争一条
出线时, 只有一个信元可以传送, 其他
信元将被延迟, 因此, 就必须采用仲裁
机制去选择, 获胜信元, 。
? （ 1） 随机法：随机地从多条竞争的
入线中选取一条入线, 传送该入线上的
信元 。
? （ 2）固定优先级法：每条入线都有
固定的优先级，不同优先级的入线发生
出线冲突时，优先级高的入线获得发送
信元的权利。
? （ 3）轮换优先级法：也称周期策略，
即每条入线的优先级并不是固定不变的，
而是轮流拥有最高优先级。
? （ 4）缓存区状态确定法,ATM交换
机必须设置缓存区以放置无法立即交换
的信元，根据缓存区的溢满程度选择传
输的信元。
? （ 5）信元状态确定法：根据信元丢
失率 CLP值的不同确定信元服务的先后
顺序，如果信元优先级相同可以采用随
机法、固定优先级法或是缓存区状态法
以确定具体服务的信元。
? 2,阻塞信元的处理 —— 缓存存储方法
? 对于交换单元无法立刻服务的信元,
可以采用缓存存储方法 （ 也称排队方法 ）
将这部分信元暂时缓存, 等待下一次服
务 。
? （ 1） 输入缓存 （ 输入队列 ）
? 输入缓存法采用图 6.7所示的方法来解
决输入端可能的竞争问题 。
…
输入队列
1
输入队列
N
交
换
传
送
媒
质
仲裁逻辑
…
1
N
图 6.7 采用输入队列的交换单元
? （ 2） 输出缓存 （ 输出队列 ）
? 输出缓存法如图 6.8所示, 采用这种方
法对不同入线上要去往同一出线的信元
可以在一个信元的时间内全部被传送
（ 交换 ） 。
? （ 3） 中央缓存 （ 中央队列 ）
? 中央缓存法是在基本交换单元的中央
设置一缓存器 。
1
输出队列
输出队列
交
换
传
送
媒
质
N
…
1
N
…
图 6.8 采用输出队列的交换单元
? 6.2.2 时分交换结构
? ATM本质是异步时分 （ Asynchronous
Time Division,ATD） 复用, 它将信道
分成等长的时隙, 时隙中填充等长的分
组, 借鉴同步时分复用中的时分交换的
概念, 人们设计了异步时分的交换结构 。
? 时隙交换器 （ Time Slot Interval,TSI）
是时分交换结构中的关键组成单元 。
? （ 1）输入时隙：时隙数和输入线路数相等，
每个时隙中装载的信息包括两部分内容：输出
线路编号和该输入时隙号对应的入线上的传输
信息。
? （ 2）输出时隙：时隙数和输出线路数相等，
每个时隙中装载的是相应入线上的信息，图
6.10所示的输出时隙方框中填写的是对应的入
线时隙编号，实际只是存放相应的信息。
? （ 3）缓存区：完成将输入时隙中的信息交
换到特定的输出时隙中。
? 6.2.3 总线交换结构
? 总线是指所有通信部件间的公共连线,
通信部件间的信息交换全部通过总线提
供的通道来完成 。
? 基于总线机制的 ATM交换单元的构造
如图 6.13所示, 所有入线和出线都连接
到总线上, 总线通过总线管理器进行管
理 。
…
总线管理器
m
条
入
线
n
条
出
线
…
图
6.
13
总
线
机
制
交
换
单
元
? 在计算机局域网总线结构中，采用各
计算机站点自主监视总线上是否有信息
传送的方法。
? 在上述两种总线仲裁机制 （ 内部总线
结构和局域网总线结构 ） 中, 一方面是
总线上传送的负载的不均衡性 （ 计算机
内部通信中 CPU占用总线的绝大多数时
间并处于管理位置, 计算机局域网中数
据传输呈现突发的特性 ） ；
? 另一方面是它们一般工作在较低速率
下，例如，计算机内部总线速率为
33Mbit/s,而局域网则在 100Mbit/s,远
低于 ATM交换机的传输速率，所以 ATM
总线交换结构不能简单地采用上述两种
总线仲裁机制来解决总线的占用传输。
? 为了减轻总线的负担，可以采用多总
线的方法。在 ATM交换单元中使用多组
总线而不是一组总线，如图 6.14所示。
1
出线控制 出线控制 出线控制
入
线
出线1 2
2
m
?…
n
图 6.14 多总线 ATM结构图
? 6.2.4 令牌环交换结构
? 令牌环结构是高速局域网所采用的一
种信息交换形式 。 ATM交换单元可以采
用如图 6.16所示的结构设计 。 所有入线,
出线和环形网络相连, 如果环的传输容
量等于所有入线容量之和, 可以采用开
槽 （ 时隙 ） 方法, 为每个入线分配时隙,
入线在相应的时隙将其上的信元送上环
路, 而在任意出线处进行 VPI/VCI判断,
查看信元是否由该出线接收 。
? 6.2.5 ATM多级交换网络
? 一, Banyan网络及其递归构造
? 一个基本交叉连接单元有平行连接和
交叉连接两种状态, 如图 6.17所示 。
0
入
端
出
端
入
端
出
端
( a ) 平行连接
( b) 交叉连接
1
0
1
0
1
0
1
图
6.
17
交
叉
连
接
单
元
的
两
种
连
接
状
态
? 二, Banyan网络的性质
? Banyan网络非常规则的构造方法, 使
其具有许多重要性质 。
? 1,惟一路径性质
? Banyan网络中的每条入线和每条出线
之间都只有一条路径并且只有这一条路
径, 称之为惟一路径性质 。 下面简单地
证明这个性质 。
? 2,自选路由性质
? 由 Banyan网络的构造方法可知, 一个
Banyan网络的入线数和出线数相等 。
? 3,内部阻塞性质
? 在没有出线冲突时, 纵横开关阵列是
没有内部阻塞的 。
? 4,出线冲突
? 排序 Banyan网络不仅可以实现内部无
阻塞, 同时还可以用来解决出线冲突问
题 。 其方法可以分三步进行, 即：仲裁,
认可和发送 。
? 三步法的最大特点是借助排序 Banyan
网络本身解决出线冲突，运算效率和处
理速度比较快，可以满足 ATM高速交换
的要求。
6.3 ATM交换的分层技术
? 6.3.1 ATM交换的协议参考模型
? ATM交换的协议参考模型是基于国际电联
标准产生的, 如图 6.27所示 。 它由三个面组成,
即控制面 （ Control）, 用户面 （ User） 和管理
面 （ Management） 。
? ATM 适 配 层 （ ATM Adaptation Layer，
AAL） 是业务特定的, 它的使用取决于应用
要求 。
? ATM层主要执行交换, 路由选择和多路复
用功能 。
管理面
用户面控制面
高层
AAL 层
信令
信令 AAL
A 级 B 级 C 级 D 级
A A L 1 A A L 2 A A L 3 或 A A L 5
A T M 层
物理层
图 6.27 ATM协议参考模型
? 6.3.2 物理层
? 物理层主要处理相邻 ATM层间 ATM
信元的传输 。 ATM层独立于物理层, 它
能够在各种类型物理链路上工作 。
? 一, 传输汇聚子层
? 传输汇聚子层生成物理媒质的关联信
息, 并且为物理层产生协议信息 。 它的
功能包括 HEC的产生和验证, 信元速率
解耦, 信元定界, 传输帧的产生和恢复 。
? 1．传输帧的产生和恢复
? 在面向帧的传输系统中，传输汇聚子
层在发送端产生传输帧，并在接收端从
比特流中恢复它。
? 2,HEC的产生和验证
? 物理层从 ATM层传递 52字节信元 。 这
时, 除了 HEC字节, 其他字节是完全的 。
HEC字节由传输汇聚子层处理, 并且在
它传到物理媒质之前就插入信元信头的
信头差错控制域 。 在
? 3,信元速率解耦
? 一般来说, 物理媒质要求连续传输比
特流 （ 拆线信道传输除外 ） 。
? 4,信元定界
? 传输链路上传输的不是信元, 而是比
特流 （ 信号 ） 。 物理层接收比特流, 并
且在它传向 ATM层之前, 将其还原为
ATM信元 。
? 二, 物理媒质关联子层
? 物理媒质关联子层 （ Physical Medium
Dependent sublayer,PMD） 类似常规网
络的物理层 。 它在传输方向的基本功能
是在链路上透明传输比特流 。 在接收方
向, 它检测和恢复传递来的比特流, 然
后将其再传递到传输汇聚子层, 恢复传
输帧和 ATM信元 。
? 图 6.29表示了物理媒质关联子层和传
输汇聚子层间的关系 。
定时数据 控制信号
线路输入
定时数据控制信号
线路输出
物理媒质
关联子层
传输汇聚子层
编码 - 解码 ( 如 4B / 5B )
调制 / 解调定时
传递
检测
图 6.29 物理媒质关联子层和传输汇聚子层间关 系
? （ 1）接收信号检测比特边界要求：传递到
物理媒质关联子层的码型是二进制代码。
? （ 2） 额外值要求：增加额外值可用于传输
链路两端控制信息的传递 。
? （ 3） 低速传递需要：码组传输在网中使接
收的比特流更易于低速向其他电路传递 。
? 6.3.3 ATM层
? ATM层主要执行 ATM 网的交换功能,
在同一 ATM层单元间传递信元 。
? 一, 信元信头产生和提取
? ATM层从用户层接收 48字节信元信息,
再加 4字节信头 （ HEC字节除外 ） 组成
ATM信元, 然后将它传送到物理层进行
HEC处理和传输 。
? 二, 一般流量控制
? ATM层通过一般流量控制 （ GFC） 控
制终端到网络的业务流量 。
? 同时, 信元丢失优先级 （ CLP） 在流
量控制中也发挥作用 。
? 三, VPI/VCI的翻译
? ATM是面向连接的技术, 它要求端到
端连接在业务量开始流通前就建立 。
? ATM信元信头包含 28bit的路由选择域,
它由两个识别符构成, 即虚通路标识符
（ VPI） 和虚信道识别符 （ VCI） 。
? 四, ATM层转接业务
? 1,向物理层传递的业务
? 2,向 ATM层用户提供的业务
? 五, ATM层管理
? 操作管理和维护 （ OAM） 一般包括配
置, 故障和性能管理及安全保密和计费
功能, 网络资源特别在 ATM层被监测,
防止设备故障和性能降级 。
? （ 1） 性能监测：管理单元的正常功能,
由连续的或者周期性的功能检测进行监
测, 并提供维护信息 。
? （ 2） 故障和失效检测：通过连续的和
周期性检查来检测出故障, 并产生维护
和告警信息 。
? （ 3）系统保护：通过闭塞或者切换
的方式减小管理单元故障对系统的影响，
并把故障单元排除于操作之外。
? （ 4）故障信息：故障信息、告警指
示和请求响应都被传递到对应管理单元
和管理面。
? （ 5）故障定位：由于故障信息不充
分，需要内部或者外部测试系统检测故
障单元。
? 六, 信元多路复用和分解
? 信元由 ATM层向物理层传递时, 要进
行统计时分多路复用, 将信元信息插入
时间段中；物理层向 ATM层传递时,
ATM层要从时间段中取出信元信息 。
? 6.3.4 ATM适配层
? ATM层只涉及信元信头功能而不处理
信息域的信息类型，不涉及具体应用，
这种简化处理对于同高速传输链路保持
同步是非常必要的。
? ITU-T根据定时关系、比特率和连接
方式三个参数对 ATM业务进行了分类。
? 每一协议都具有通过 ATM网把 AAL-
SDU从一个 AAL业务接入点 （ Service
Access Point,SAP） 传递到另一个或者
更多 AAL-SAP的功能 。
? 一, 固定比特率业务的 ATM适配层
? ATM适配层类型 1（ AAL1） 适用于要
求连接端点间具有定时关系的恒定比特
率 （ Constan Bit Rate,CBR） 业务, 例
如 CBR音频和 CBR视像 。
? 1,分段和重装子层
? 分段和重装子层在发送端, 接收汇聚
子层传来的 47字节数据块 （ AAL1 CS-
PDU）, 并在每个数据块附加 SAR-PDU
信头, 构成分段和重装子层协议数据单
元 （ SAR-PDU） 。
? 2,汇聚子层
? AAL1汇聚子层包括下列功能 。
? （ 1） 信元延迟变量的处理 。
? （ 2） 顺序计数的处理 。
? （ 3） 定时信息的传递方式 。
? （ 4） 源点和终点间结构信息的传递 。
? （ 5） 前向纠错 。
? 二, 可变比特率业务的 ATM适配层
? AAL1是惟一定义用于固定比特率业
务的适配层, 其他都定义用于可变比特
率业务 。 可变长度信息分组称为业务数
据单元 （ Service Data Unit,SDU） 。
? 可变比特率业务特定汇聚子层 （ VBR
SSCS） 定义了两种方式业务：信息方式
和数据流方式 。
? 信息方式传递固定容量数据单元, 也
传递可变长度数据单元 。
? 数据流方式用于可变长度数据单元传
输和接收的交织。如果没有此功能，完
整数据单元必须被 ATM适配层用户接收，
并在汇聚子层处理。如果有并启动该功
能,ATM适配层用户以若干单元传递数
据。
? 目前定义的可变比特率业务的 3个
ATM适配层协议如下所述 。
? 1,ATM适配层类型 2（ AAL2）
? AAL2分为汇聚子层（ CS） 和分段重
装子层（ SAR）。
? （ 1） CPS子层
? （ 2） CPS子层分组结构
? CPS分组结构如图 6.35所示 。
? （ 3） CPS-PDU结构
? 如图 6.36 所示为 CPS-PDU结构
C P S 分组头 C P S 分组负荷
C I D LI UUI H E C C P S - I N F O
图 6.35 AAL2的 CPS分组结构
O S F SN P C P S - I N F O P A D
S T F C P S - P D U 负载
图 6.36 CPS-PDU结构
? 2,ATM适配层类型 3/4（ AAL3/4）
? AAL3/4定义用于源和端间不须定时的
面向连接和无连接可变比特率业务 。 它
的基本功能支持无连接网络接入和面向
连接的帧中继业务 。
? （ 1） 分段和重装子层
? AAL3/4的分段和重装 （ SAR） 子层从
公共部分汇聚子层接收可变长度数据分
组, 产生分段和重装子层协议数据单元
（ SAR-PDU） 。
? （ 2） 公共部分汇聚子层
? 在业务特定汇聚子层 （ SSCS） 无效时,
AAL3/4公共部分汇聚子层 （ CPCS） 接
收固定或者可变长度 AAL用户信息分组,
形成公共部分汇聚子层协议数据单元
（ CPCS-PDU）, 将它们传递到分段和
重装子层进一步处理 。
? 3,ATM适配层类型 5（ AAL5）
? 与 AAL3/4相类似, AAL5用于可变比
特率业务, 但是它不需要源和端之间的
定时 。
? （ 1） 分段和重装子层
? 分段和重装子层功能基于 SAR-PDU执
行 。
? （ 2） 公共部分汇聚子层
? AAL5的 CPCS-PDU格式如图 6.40所示 。
P A D,衰减； C P C S,公共部分 汇聚子层；
UU,用户到用户； L e n g t h,长度；
CRC,循环冗余检验。
用户数据 P A D C P C S - U U C P I L e n g t h C R C - 3 2
图 6.40 AAL5的 CPCS-PDU格式
? 4,AAL3/4与 AAL5的比较
? AAL3/4和 AAL5都定义于面向连接的
可变比特率业务, 以及不要求通信单元
间端到端定时的无连接应用 。
6.4 ATM网络信令
? 6.4.1 ATM网络的信令方式
? 通信网络中的信令是动态地建立, 维
持和终止连接的一组过程, 需要在用户
和交换节点之间以及交换节点与交换节
点之间进行信息交换 。
? 用户网络接口（ UNI） 是 ATM端点站
和网络之间的分界点。
? 网络节点接口（ NNI） 是两个公用网
络之间的分界点，也可以是两个专用网
络的分界点，还可以是一个交换机到交
换机的接口。
? 6.4.2 用户网络接口信令
? UNI信令又称为网络接入信令, 用于
在网络边缘 （ 即在 ATM端点站和公用的
或专用的网络之间 ） 动态地建立, 维持
和终止连接 。 UNI信令是用户操作的可
见部分, 实现用户和网络的交互, 完成
所有与用户通信有关的操作 。
? 一, UNI信令结构
? 如图 6.41所示的是 UNI信令结构 。
信令
AAL
用户网接口信令
业务特定协调功能 ( S S C F )
业务特定面向连接的协议 ( S S C O P )
A A L 5 公共部分 汇聚子层 ( C P C S )
A A L 5 分段和重 装子层 ( S A R )
A T M 层
物理层
S A A L 公共
的部分
S A A L 业务
特定的部分
图 6.41 UNI信令结构
? 业务特定的汇聚子层（ SSCS） 由业务
特定的协调功能（ SSCF） 和业务特定面
向连接的协议（ SSCOP） 组成。
? 1,信息传送的服务原语
? 如表 6.8所示, UNI信令层使用 Request
（ 请求 ）, Indication（ 指示 ）,
Response（ 响应 ） 和 Confirm（ 证实 ） 四
种服务原语请求 SAAL的服务 。
? 2,业务特定面向连接的协议
? 业务特定面向连接的协议 （ SSCOP） 从
UNI信令层接收可变长的 SDU（ 业务数据单
元 ）, 形成 PDU（ 协议数据单元 ）, 并把它们
传送给对等的 SSCOP。
? 为了执行 SSCOP的有关功能, 对等 SSCOP
实体利用下列 PDU来进行相互通信 。
? 3,UNI信令报文
? 信令报文用于完成用户与网络之间的
呼叫建立, 保持, 释放操作和它对网络
的服务需求, 还被网络用于通知用户其
连接请求是否被接受 （ 例如网络是否有
资源支持该连接 ） 。
? （ 1） 协议鉴别用于把 B-ISDN UNI信
令报文跟其他协议的其他类型报文相区
别 。
? （ 2）呼叫参考由呼叫参考长度和呼叫
参考值组成，呼叫参考长度表示以字节
计的呼叫参考值长度。
? （ 3） 报文类型标识被发送的不同报文
的类型 。
? （ 4） 报文长度是报文内容的字节数 。
? （ 5） 可变长信息元素用于传递需要的
通信参数和其他说明信息 。
? 二, UNI信令过程
? 1,点到点的呼叫处理
? 一条点到点的连接是若干个连接两个
端点的虚信道或虚通路链路的集合 。
? （ 1） ESl要跟 ES2建立一条连接, 它
通过其 UNI接口向网络发送一个 SETUP
（ 呼叫建立 ） 报文, 该报文包含标识这
两个端节点和连接特征等相关信息 。
? （ 2 ） 网络节点用一个 CALL
PROCEEDING（ 呼叫在进行 ） 报文回答
ESl,表示收到了 SETUP报文, 并正在做
建立连接工作 。
? （ 3） 如果需要, ES2可以给网络发一
个 CALL PROCEEDING报文, 表示它已
经收到了 SETUP报文, 但需要花费较长
的时间处理 。
? （ 4） ES2决定接受该 SETUP请求, 则
给网络节点发一个 CONNECT（ 连接 ）
报文 。
? （ 5 ） 网 络 节 点 给 ES2 发 送 一 个
CONNECT ACKNOWLEDGE（ 连接肯
定应答 ） 报文 。
? （ 6） 网络把呼叫被接受的信息传达
给发起呼叫的网络节点, 然后一个
CONNECT报文被送给 ESl,这个报文包
含跟连接建立有关的信息 。
? （ 7） ESl处理这个 CONNECT报文并接受该
连接建立条件。它给网络节点发送一个
CONNECT ACKNOWLEDGE（ 连接肯定应答）
报文，现在 ESl可以使用在 CONNECT报文中
收到的 VPI／ VCI标号开始在 ATM连接上发送
数据了。
? （ 8）数据信元在两个方向上通过用户网络
接口流动。
? （ 9） ESl通过它的 UNI接口发送一个
RELEASE（ 释放 ） 报文表示要终止连接 。
? （ 10） 网络通过发送一个 RELEASE
COMPLETE（ 释放完成 ） 报文肯定应答
收到的 RELEASE报文 。 在网络和 ES1之
间的连接部分被清除 。
? （ 11） 网络通过连接 ES2的 UNI接口给
ES2发送一个 RELEASE报文 。
? （ 12） ES2给网络发送一个 RELEASE
COMPLETE（ 释放完成 ） 报文肯定应答
收到的 RELEASE报文 。 在网络和 ES2之
间的连接部分被清除 。
? 2．点到多点的呼叫处理
? （ 1） 由称作根节点的单个节点产生
的流量, 被所连接的称作叶节点的所有
其他端节点接收 。
? （ 2） 从叶节点到根节点没有保留带
宽, 叶节点不能够通过点到多点连接与
根节点通信 （ 即点到多点连接是单向
的 ） 。
? （ 3） 叶节点之间不能够直接通过点
到多点连接互相通信 。
? 6.4.3 专用网络节点接口信令
? 对于一个专用网络, 一个 ATM端点站
请求与另一个专用网络的 ATM端点站建
立一条连接的过程如图 6.43所示 。
图 6.43 专用网络到网络接口
? 1,P-NNI信令结构
? 专用网络中的 P-NNI是在两个交换系
统之间的分界点 。 一个交换系统可以是
在一个 ATM网络中的单个交换机, 也可
以是在一个机构管理之下的一组交换机 。
? 2,P-NNI的信令过程
? 用户侧 （ 端点站 ） 的 UNI信令过程不
同于网络侧 （ 交换机 ） 的 。
? 6.4.4 公用网络节点接口信令
? 服务提供者网络与专用网络有很大的
不同 。 传统上, 服务提供者网络是电路
交换网络, 并且主要提供语音服务 （ 也
提供传真和调制解调器业务 ） 。
? 虽然在最近十几年的时间里情况有了
改变, 但典型的服务提供者网络 （ 公用
网络 ） 仍具有如图 6.46所示的由 5级交换
机构成的等级结构 。
? 端到端的连接通过信令来建立、管理
和释放，在公用网络中的信令曾经是通
道内信令。
? 6.4.5 端到端的信令过程
? 1,信息元素
? 为了启动交换虚连接的信令过程, 源
端点站通过它的 UNI接口使用 UNI信令
向网络发送一个 SETUP（ 建立 ） 报文 。
? （ 1） 被呼方信息元素：目的地 ATM
端点站 。
? （ 2） ATM流量描述符：描述前向和
后向通路的业务流的一组流量参数 。 前
向和后向通路的值可以不同 。
? （ 3） 宽带承载能力：描述用户应用请
求这一连接的服务类型 。
? （ 4） 服务质量参数：连接的 QoS类别 。
? 2,信令过程描述
? （ 1） 在收到 SETUP报文时, ATM交
换机必须做的第一件事是定位目的地端
点站, 它通常采用某种类型的目录服务
来完成这一任务 。
? （ 2） 一旦确定了通路, 源交换机就着
手使用某种类型的内部信令建立端到端
的连接 （ 在某些专用的扩展之后也可以
使用 P-NNI信令 ） 。
? （ 3） 目的地端点站接收和处理该
SETUP报文 。
