ATM技术简介、ATM技术对现代计算机网络的发展所产生的影响

2025年04月04日 09:35

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一、ATM的产生

自Alexander Graham Bell于1870年发明电话后，为有效地连接日益增多的电话用户，电话交换网应运而生。它经历了人工交换，机电式自动交换系统以及数字程控系统发展过程，但电路交换的原理一直未变。随着计算机的普及，电话网通过使用Modem来进行计算机数据传输及数据信息交换，随之产生了公用数据网，其典型的代表是X.25分组交换网，它是基干包交换的一种技术，具有信输可靠性高的优点，但由于Modem速率及交换技术本身限制, X.25只能处理中低速数据流。虽然LAN(局域网)技术的发展突飞猛进, 如Ethernet 、Token ring、Token bus等,传输速率已可达千兆,但它局域网的性质本身就大大限制了LAN的大规模的覆盖及应用,目前的LAN一般用于企业内部的数据传送,无法形成广域网的规模。
由此我们不难看出,传统网络普遍存在以下缺陷:第一,业务的依赖性,一般性网络只能用于专一服务,公用电话网不能用来传送TV信号,X.25不能用来传送高带宽的图像和对实时性要求较高的语言信号;第二,无灵活性,即业务拓展的可能性不大,原有网络的服务质量,很难适应今后出现的新业务;第三,效率低,一个网络的资源很难被其它网络共享。
随着社会不断发展,网络服务不断多样化,人们可以利用网络干很多事情,如收发信件、家庭办公、Video on demand、网络电话,这对网络的要求越来越高,有人还不禁提出这样一个想法:能否把这些对带宽、实时性、传输质量要求各不相同的网络服务由一个统一的多媒体网络来实现,做到真正的一线通?回答是肯定的,这就是ATM网。幸运的是,现在的半导体和光纤技术为ATM的快速交换和传输提供坚实的保障。目前的CMOS处理能力已达二三百兆,ECL可达5到10G。SDH和SONET技术提供了大容量的可靠传输,目前的STM-I标准为155.52M。

二、ATM技术

ATM(Asynchronous Transfer Mode)顾名思义就是异步传输模式,就是国际电信联盟ITU-T制定的标准,实际上在80年代中期，人们就已经开始进行快速分组交换的实验，建立了多种命名不相同的模型，欧洲重在图象通信把相应的技术称为异步时分复用（ATD）美国重在高速数据通信把相应的技术称为快速分组交换（FPS）,国际电联经过协调研究，于1988年正式命名为Asynchronous Transfer Mode(ATM) 技术，推荐其为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。
ATM是一种传输模式，在这一模式中，信息被组织成信元，因包含来自某用户信息的各个信元不需要周期性出现，这种传输模式是异步的。
ATM信元是固定长度的分组，共有53个字节，分为2个部分。前面5个字节为信头，主要完成寻址的功能；后面的48个字节为信息段，用来装载来自不同用户，不同业务的信息。话音，数据，图象等所有的数字信息都要经过切割，封装成统一格式的信元在网中传递，并在接收端恢复成所需格式。由于ATM技术简化了交换过程，去除了不必要的数据校验，采用易于处理的固定信元格式，所以ATM交换速率大大高于传统的数据网，如x.25，DDN,帧中继等。另外，对于如此高速的数据网，ATM网络采用了一些有效的业务流量监控机制，对网上用户数据进行实时监控，把网络拥塞发生的可能性降到最小。对不同业务赋予不同的"特权"，如语音的实时性特权最高，一般数据文件传输的正确性特权最高，网络对不同业务分配不同的网络资源，这样不同的业务在网络中才能做到"和平共处"。

上图就是ATM的一般入网方式，与网络直接相连的可以是支持ATM协议的路由器或装有ATM卡的主机，也可以是ATM子网。在一条物理链路上，可同时建立多条承载不同业务的虚电路，如语音，图象，文件传输等。

三、ATM业务介绍

我们先来看一下ATM简化的协议分层示意图

ATM采用了AAL1、AAL2、AAL3/4、AAL5、多种适配层,以适应A级、B级、C级、D级四种不同的用户业务,业务描述如下:
A 级 - 固定比特率(CBR)业务:ATM适配层1(AAL1),支持面向连接的
业务,其比特率固定,常见业务为64Kbit/s话音业务,固定码率
非压缩的视频通信及专用数据网的租用电路。
B 级 - 可变比特率(VBR)业务:ATM适配层2(AAL2)。支持面向连接的
业务,其比特率是可变的。常见业务为压缩的分组语音通信
和压缩的视频传输。该业务具有传递介面延迟物性,其原因是
接收器需要重新组装原来的非压缩语音和视频信息。
C 级 - 面向连接的数据服务:AAL3/4。该业务为面向连接的业务,适
用于文件传递和数据网业务,其连接是在数据被传送以前建立
的。它是可变比特率的,但是没是介面传递延迟。
D 级 - 无连接数据业务:常见业务为数据报业务和数据网业务。在
传递数据前, 其连接不会建立。AAL3/4或AAL5均支持此业务。
注: ⑴. 由于AAL3/4协议技术复杂,于是提出AAL5用来支持C级业务。
⑵. 对于每级的业务,我们还可细分, 这里不一一赘述。

四、ATM应用举例-LANE

LANE指的是LAN Emulation Over ATM, 即在ATM网上进行LAN局域网的模拟。
大多数数据目前都是LAN上传送,例如Ethernet网等。在ATM网上应用LANE技术, 我们就可以把分布在不同区域网互联起来，在广域网上实现局域网的功能，对于用户来讲, 他们所接触到仍然是传统的局域网的范畴, 根本感觉不到LANE的存在。
LANE技术主要用到了LANE Server, 它可以存在于一个或多个交换机内, 也可以放在一台单独的工作站中, LANE Server可简写为LES, 主要功能就是进行MAC-to-ATM的地址转换,因为Ethernet用的是MAC地址，ATM用的自己的地址方案，通过LES地址转换可以把分布在ATM边缘的LANE Client之间连接起来。
下图就是LANE的工作方式

1、LAN Switch从Ethernet终端接收到一个帧, 这个帧的目的地址是ATM网络另一端的一台Ethernet终端。LEC即LANEClient(它驻留在LAN Switch中)于是就发送一个MAC-to- ATM地址转换请求到LES(LES驻留在ATM Switch中)。
2、LES发送多点组播至网络上的其它LEC。 LANE的工作方式
3、在地址表中含有被叫MAC地址的LEC向LEC作出响应。
4、LEC接着便向其它LEC广播这个响应。
5、发送地址转换请求的LEC认知这个响应, 并得到目的地的ATM 地址, 接着便通过ATM网建立一条SVC至目的LEC, 用ATM信元传送数据。

五、上海ATM骨干网节点介绍

全国ATM骨干网上海节点建于1997年4月, 开通后网络运行稳定。目前已与北京、南京、广州、杭州、西安、沈阳、武汉各大局之间直接开通了155M电路，另外还有若干大容量电路开至其它省会城市，全网业已全部联通，规模覆盖全国，具有带宽高、延迟小、无瓶颈等特点，是网络多媒体应用的最佳选择。
目前网络提供交换型虚电路(SVC)和永久型虚电路业务,接口类型支持BNC电口和单、多模光纤, 物理接入速率有2M、34M、155M, 能满足任何业务的需求。

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