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ATM（Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式）技術是以分組傳輸模式為基礎並融合了電路傳輸模式高速化的優點發展而成的，可以滿足各種通信業務的需求。ATM已被ITU-T於1992年6月指定為B-ISDN的傳輸和交換模式。由於它的靈活性以及對多媒體業務的支持，被認為是實現寬帶通信的核心技術。
根據ITU-T定義，ATM是以信元為基本單位進行信息傳輸、複用和交換的。ATM信元具有53字節的固定長度，其中前5個字節是信元頭，其餘48個字節是有效載荷。ATM信元頭的功能有限，主要用來標識虛連接，另外也完成了一些功能有限的流量控製，擁塞控製，差錯控製等功能。
ATM是麵向連接的交換，其連接是邏輯連接，即虛連接。ATM網絡中，可以在物理鏈路上創建邏輯連接VP（Virtual Path，虛路徑）和VC（Virtual Circuit，虛電路）。如圖1所示，一條物理鏈路上可以創建多條VP，每個VP可以采用複用方式容納多個VC。不同用戶的信元通過不同的VP和VC傳遞。VP和VC通過虛路徑標識符（Virtual Path Identifier，VPI）和虛通道標識符（Virtual Channel Identifier，VCI）來標識。
圖 1 VP、VC和物理鏈路關係
ATM使用一對VPI/VCI的組合來標識一條邏輯連接。當一個連接被釋放時，與此相關的VPI/VCI值對也被釋放，它被放回資源表，供其它連接使用。
如圖2所示，ATM交換機通過查找交換表項改變VPI/VCI值，實現ATM信元的轉發。隻改變VPI值的ATM交換過程稱為VP交換，通過此方式建立的連接稱為VPC（Virtual Path Connection，虛路徑連接）。隻改變VCI值或同時改變VPI/VCI值的ATM交換過程稱為VC交換，通過此方式建立的連接稱為VCC（Virtual Circuit Connection，虛電路連接）。
圖 2 ATM交換示意圖
目前，ATM接口隻支持手工配置的永久虛電路（Permanent Virtual Circuit，PVC）和永久虛路徑（Permanent Virtual Path，PVP），不支持通過信令建立的交換虛電路（Switched Virtual Circuit，SVC）。
ATM基本協議框架分為3個平麵，即用戶平麵、控製平麵和管理平麵。用戶平麵和控製平麵又各分為4層，即物理層、ATM層、ATM適配層和高層，在各層中還有更精細的子層劃分。
l 控製平麵主要利用信令協議來完成連接的建立和拆除。
l 管理平麵又分為層次管理和平麵管理。其中層次管理負責各平麵中各層的管理，具有與其它平麵相對應的層次結構；平麵管理負責係統的管理和各平麵之間的通信。
各平麵與各層的關係如圖3：
圖 3 ATM協議模型圖
各層的具體功能如下：
l 物理層主要提供ATM信元的傳輸通道，將ATM層傳來的信元加上其傳輸開銷後形成連續的比特流；同時，在接收到物理媒介上傳來的連續比特流後，取出有效信元傳遞給ATM層。
l ATM層在物理層之上，利用物理層提供的服務，與對等層進行以信元為單位的通信。ATM層與物理媒介的類型和物理層的具體實現無關，與具體傳送的業務類型也無關。輸入ATM層的是48字節的淨荷，這48字節的淨荷被稱為分段和重組協議數據單元（SAR－PDU），而ATM層輸出的則是53字節的信元，該信元將傳送到物理層進行傳輸。ATM層負責產生5個字節的信元頭，信元頭將加到淨荷的前麵。ATM層的其他功能包括虛路徑標識符/虛通道標識符（VPI/VCI）傳輸、信元多路複用/分用以及一般流量控製。
l ATM適配層（ATM Adaption Layer，AAL）是高層協議與ATM層間的接口，它負責轉接ATM層與高層協議之間的信息。目前，已經提出4種類型的AAL：AAL1、AAL2、AAL3/4和AAL5，每一種類型分別支持ATM網絡中某些特征業務。大多數ATM設備製造商現在生產的產品普遍采用AAL5來支持數據通信業務。
l ATM高層協議則主要具有WAN互連、語音互連、與現有3層協議互連、封裝方式、局域網仿真、ATM的多協議和經典IP等功能。
ATM接口支持如下應用方式：IPoA、IPoEoA、PPPoA、PPPoEoA、EoA。
IPoA（IP over ATM）指的是在ATM上承載IP協議報文：ATM為處在同一網絡內的IP主機之間的通信提供數據鏈路層，同時將IP報文封裝在ATM信元中。ATM作為IP業務的承載網提供了優良的網絡性能和完善、成熟的QoS保證。
IPoEoA（IP over Ethernet over ATM）有三層結構：最上層封裝IP協議；中間為IPoE，即以太網承載IP協議；最下一層為ATM承載IPoE。這就要求在服務器ATM端口承載以太網報文，這就是IPoEoA。
對於IPoEoA，設備實現的基本功能有：
l 在IPoEoA應用中使用三層VE（Virtual Ethernet，虛擬以太網）接口，一個VE接口可以關聯多個PVC。
l 在同一個VE接口關聯的PVC之間二層互通。
PPPoA（PPP over ATM）指的是在ATM上承載PPP協議報文：ATM信元封裝PPP報文，IP或其它協議的報文則封裝在PPP報文中。在這種視圖下，可以將ATM簡單地看成是PPP報文的承載層。PPPoA的意義在於：PPPoA的通訊過程由PPP協議管理，可以利用PPP的靈活性及其豐富的應用。為了在ATM上傳送PPP報文，用戶必須創建一個虛擬模板（Virtual Template，VT）接口。
PPPoEoA（PPPoE over ATM）指的是在ATM上承載PPPoE（PPP over Ethernet）協議報文，其實質是用ATM信元封裝以太網報文，這時候可以用一個PVC來模擬以太網的全部功能。為了實現在ATM上承載以太網報文，接口管理模塊提供了一種新的虛擬以太網（Virtual Ethernet，VE）接口。這種接口具有以太網的特性，由用戶通過配置命令動態創建。為這種接口配置的協議棧是：底層為ATM的PVC，通過PVC收發報文；鏈路層為以太網協議；網絡層及以上各層協議與普通以太網接口相同。
EoA（Ethernet over ATM）有兩層結構：上層封裝Ethernet；下一層為ATM承載Ethernet。這就要求在服務器ATM端口承載以太網報文。
對於EoA，設備實現的基本功能有：二層單播、廣播和組播。
在EoA應用中使用VE-Bridge（Virtual Ethernet Bridge，二層虛擬以太網）接口，一個VE-Bridge接口隻能關聯一個PVC。
ATM支持四種服務類型：CBR、UBR、VBR-RT、VBR-NRT。這些服務類型的選擇與網絡的QoS需求有關。
CBR（Constant Bit Rate）業務用於在連接的生命期中需要靜態帶寬的連接。這個帶寬由PCR（Peak Cell Rate，峰值信元速率）值來確定。在CBR業務中，源端可以持續地以峰值信元速率發送信元。
CBR業務一般用來支持對時延變化要求較高的實時業務（例如：語音、視頻）。
VBR-RT（Variable Bit Rate- Real Time）業務也是一種實時的應用，對時延和抖動有嚴格的限製，VBR-RT的主要應用有語音和視頻業務。
VBR-RT連接的指標主要靠峰值信元速率（PCR）、可持續信元速率（SCR）、最大突發長度（MBS）來描述。源端可以在平均信元速率為SCR的情況下，以PCR的速率發送最大長度為MBS的突發流量而不丟包。
VBR-NRT（Variable Bit Rate - Non Real Time）業務支持突發性的非實時的應用，該特性是通過PCR、SCR以及MBS來描述的。對那些滿足流量合同的信元，VBR-NRT業務可以保證很低的信元丟失率但是不保證時延。
UBR（Unspecified Bit Rate）用於對時延和帶寬都要求不高的應用，也就是那些對時延和時延變化要求都不太嚴格的應用。UBR業務不保證服務質量，連接的信元丟失率和信元傳輸時延均沒有數值保證，如果發生擁塞，UBR信元最先被丟棄。
在ATM PVC環境中，可以使用逆向地址解析協議（InARP）來解析與本PVC相連的對端接口的IP地址，這樣不需要為PVC靜態配置對端的IP地址。InARP交換過程如圖4所示。
圖 4 InARP工作過程示意圖
OAM的名詞存在兩種不同解釋，主要是針對不同的協議而言。
l OAM：Operation And Maintenance（ITU-T I.610 02/99）
l OAM：Operation Administration and Maintenance（LUCENT APC User Manual，03/99）
OAM提供了一種不中斷業務的故障檢測、故障定位和性能檢測功能。在用戶信元流中間插入一些有著標準的信元結構的OAM信元，可以提供網絡的一些特定信息。
OAM F5 LoopBack檢測：一端發送OAM信元給對端，如果對端收到後，則把這個OAM信元返回給發送方。如果發送方判斷接收到自己的OAM信元，並在預先設置的時間（此時間就是發送OAM信元的間隔時間frequency）內收到，則說明鏈路是通暢的；如果發送方沒有在預先設置的時間內接收到自己的OAM信元，則說明鏈路可能出現故障，此時發送方會連續發送設置次數的OAM信元進行重傳檢測（發送OAM信元的間隔時間變為retry-frequency），如果在重傳檢測時間內仍然沒有收到自己的OAM信元，則說明鏈路出現故障。
OAM F5 LoopBack檢測有手動（OAMPing）和自動（OAM Frequency）兩種方式：前者手動指定發送一定量的OAM信元，常用於故障診斷；後者指定以一定的時間間隔發生OAM信元，用於鏈路自動檢測。
OAM CC（Continuity Check）檢測：啟動OAM連續性檢測功能（即持續檢查某個連接處於空閑狀態還是故障狀態），實現方式為一端發送OAM信元，對端進行檢測。
