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标  题: ATM新手上路 2
发信站: 哈工大紫丁香 (2000年12月21日09:45:23 星期四), 站内信件

第二章  物理层

一、ATM的物理层
二、物理接口
三、ATM交换机

一、ATM的物理层 

ATM意即异步传输模式（asynchronous transfer mode)。这种模式可以与同步
T1线路做一对比。在T1线路中每125us都有一个T1帧生成，该速率由主时钟控制，

每帧的第k时隙中有从相同源来的1字节数据。T1是同步的。而ATM不严格要求信
元交替地从不同的源到来，每一列从各个源来的信元，没有特别的模式，信元
可以从任意不同的源到来，而且，不要求从一台计算机来的信元流是连续的，
数据信元可以有间隔，这些间隔由特殊的空闲信元（idle cell）填充。

ATM并不标准化传输的信元格式。实际上，它指出仅发送单个信元是可以的，并且

指出信元可以被装入到T1，T3，SONET或FDDI（光纤LAN）线路上发送。对于以
上的这些例子，有标准规定信元如何封装到这些系统提供的帧里。

在最初的ATM标准中，主速率为155.52Mb/s，另外还有一个4倍于它的速率（
622.08Mb/s）。选择此速率是为了和SONET兼容，SONET是电话系统中用于光纤线
路的分帧标准。基于T3（44.736Mb/s）和FDDI（100Mb/s）上的ATM也已出现。

ATM的传输介质常常是光纤，但是100m以内的同轴电缆或5类双绞线也是可以的。
光纤可达数千米远。每个链路处于计算机和一个ATM交换机之间或两个ATM交换机
之间。换句话说，ATM链路是点到点的（和LAN不一样，它在一条电缆上有许多发
送方和接收方）。通过让信元从一条线路进入交换机并且从多条线路输出，可以
获得广播效果。每条点到点链路是单向的。对于全双工操作需要两条链路，每个
方向的流量占用一条。

ATM的物理层包括两个子层，即物理介质子层（PM）和传输会聚（TC）子层。其中

物理介质子层提供比特传输能力，对比特定时和线路编码等方面作出了规定，并
针对所采用的物理介质（如光纤、同轴电缆、双绞线等）定义其相应的特性；
传输会聚子层的主要功能是实现比特流和信元流之间的转换。

对于输出，ATM层提供信元序列，PDM子层进行必要的编码，并且以比特流的方式
发送它们。对于输入，PDM子层从网络中获得输入的比特，并且向TC子层提交一个

比特流。信元的边界并没有标记出来，TC子层负责找出信元在何处开始和结束。
但这不仅困难，而且在理论上行不通，因此TC层去掉了这一功能。因为TC层管理
分帧，所以它属于数据链路功能，因此我们在第3章讨论它。

　

二、物理接口 

ITU-T和ATM论坛将物理接口分为三类，即基于SDH、基于信元和基于PDH。下面
从不同的角度介绍：


传统的数字信令。
DS0             64kbit/s 　 
DS1(T1)         1.544Mbit/s 　 
DS2(T2)         6.312Mbit/s (4 DS1,96 DS0) 
DS3(T3)         44.736Mbit/s (28 DS1,672 DS0)   
DS4             274.176Mbit/s   (4032 DS0) 

SONET的同步传送信令(STS)
STS-1(OC-1)         51.84Mbit/s 　 
STS-3(OC-3)         155.52Mbit/s (3STS-1) 
STS-12(OC-12)       622.08Mbit/s (12STS-1) 
STS-24(OC-24)       1244.16Mbit/s (24STS-1) 
STS-48(OC-48)       2488.32Mbit/s   (48STS-1)   


ANSI标准
STS-1       51.84Mbit/s 
STS-3c      155.52Mbit/s 
STS-12c     622.08Mbit/s 
DS3        44.736Mbit/s   

CCITT标准
DS1      1.544Mbit/s 
E1       2.048Mbit/s 
DS2      6.312Mbit/s 
E2       8.448Mbit/s 
E3       34.368Mbit/s 
DS3      44.736Mbit/s 
E4       139.264Mbit/s 
STM-1    155.52Mbit/s（与STS-3相同） 
STM-4    622.08Mbit/s（与STS-12相同） 

三、ATM交换机

1、ATM基本排队原理 

ATM交换有两条根本点：信元交换和各虚连接间的统计复用。信元交换即将
ATM信元通过各种形式的交换媒体，从一个VP/VC交换到另一个VP/VC上。统计
复用表现在各虚连接的信元竞争传送信元的交换介质等交换资源，为解决信元
对这些资源的竞争，必须对信元进行排队，在时间上将各信元分开，借用电路
交换的思想，可以认为统计复用在交换中体现为时分交换，并通过排队机制实现。


排队机制是ATM交换中一个极为重要的内容，队列的溢出会引起信元丢失，信元
排队有是交换时延和时延抖动的主要原因，因此排队机制对ATM交换机性能有
着决定性的影响。基本排队机制有三种：输入排队、输出排队和中央排队。
这三种方式各有缺点，如输入排队有信头阻塞，交换机的负荷达不到60%；输出
排队存储器利用率低，平均队长要求长，而中央排队存储器速率要求高、存储器
管理复杂。同时，三种方式有各有优点，输入队列对存储器速率要求低，中央
排队效率高，输出队列则处于两者之间，所以在实际应用中并没有直接利用这
三种方式，而是加以综合，采取了一些改进的措施。改进的方法主要有：

减少输入排队的队头阻塞。
采用带反压控制的输入输出排队方式。
带环回机制的排队方式。
共享输出排队方式。
在一条输出线上设置多个输出子队列，这些输出子队列在逻辑上作为一个单一
的输出队列来操作。 

2、ATM交换机构 

为实现大容量的交换，也为了增加ATM交换机的可扩展性，往往构造小容量的
基本交换单元，再将这些交换单元按一定的结构构造成ATM交换机构(Fabric)，
对于ATM交换机构来说，研究的主要问题是各交换单元之间的传送介质结构及
选路方法，以及如何降低竞争，减少阻塞。

ATM交换机构分类方法不一，有一种分法为：时分交换和空分交换，其中时分
交换包括共享总线、共享环和共享存储器结构，空分交换包括全互连网和多级
互连网。

3、ATM交换机 

ATM信元交换机的通用模型如下图所示。它有一些输入线路和一些输出线路，
通常在数量上相等（因为线路是双向的）。在每一周期从每一输入线路取得一个

信元（如果有的话）。通过内部的交换结构（switching fabric），并且逐步在
适当的输出线路上传送。从这一角度上来看，ATM交换机是同步的。
 
一个通用的ATM交换机

交换机可以是流水线的，即进入的信元可能过几个周期后才出现在输出线路上。
信元实际上是异步到达输入线路的，因此有一个主时钟指明周期的开始。当时钟
滴答时完全到达的任何信元都可以在该周期内交换。未完全到达的信元必须等到
下一个周期。

信元通常以ATM速率到达，一般在150Mb/s左右，即大约超过360,000信元/s，这
意味着交换机的周期大约为2.7um。一台商用交换机可能有16条~1,024条输入线
路，即它必须能在每2.7um内接收和交换16个~1,024个信元。在622Mb/s的速率上
，每700ns就有一批信元进入交换结构。由于信元是固定长度并且较小（53字节）

，这就可能制造出这样的交换机。若使用更长的可变长分组，高速交换会更复杂
，这就是ATM使用短的、固定长度信元的原因。

4、ATM交换机的分类 

各种ATM交换设备由于应用场合的不同，完成的功能也略有差异，主要区别有接
口种类、交换容量、处理的信令这几方面。

在公用网中，有接入交换机、节点交换机和交叉连接设备。接入交换机在网络中
的位置相当于电话网中的用户交换机，它位于ATM网络的边缘，将各种业务终端连

入ATM网中。节点交换机的地位类似于现有电话网中的局用交换机，它完成VP/VC
交换，要求交换容量较大，但接口类型比接入交换机简单，只有标准的ATM接口，

主要是NNI接口，还有UNI接口或B-ICI接口，信令方面，只要求处理ATM信令。交
叉连接设备与现有电话网中的交叉连接设备作用相似，它在主干网中完成VP交换
，不需要进行信令处理，从而实现极高速率的交换。

在ATM专用网中，有专用网交换机、ATM局域网交换机。专用网交换机作用相当于
公用网中的节点交换机，具有专用网的UNI和NNI接口，完成P-UNI和P-NNI的信令
处理，有较强的管理和维护功能。ATM局域网交换机完成局域网业务的接入，ATM
局域网交换机应具有局域网接口和ATM P-UNI接口，处理局域网的各层协议以及
ATM信令。




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