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ATM：异步传输模式 Asynchronous Transfer Mode
Asynchronous Transfer Mode（ATM） 异步传输模式 （ATM） ATM是一项数据传输技术，有可能革新计算机网络建立的方法。它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图象的通信。AT＆T和US Sprint等通信公司已经在广域网上采用ATM，为客户提供多兆位的数据传输服务。从1994年进入1995年时，几乎所有的硬件供应商将提供如下的ATM产品：
□连到电信ATM服务的ATM路由器与ATM交换器，用于建立企业范围的综合网络。
□建立内部专用主干网的ATM设备，用于互连组织中所有局域网（LAN）。
□ATM适配器和工作组交换器，与用于运行多媒体应用的台式计算机与高速ATM连接。
ATM利用光缆上的高数据吞吐率，在电信系统中，高速ATM（155Mbps～622Mbps）可以在同步光纤网（SONET）上实现。SONET运用光缆并且提供公共综合远程通信标准。虽然实现ATM光纤是为公用远程通信系统建立的，ATM仍被认为是适合专用内部交换网的技术。随着ATM得到更多用户的认可和更加具有竞争力，速率为155Mbps的ATM接口板将在九十年代中期普遍运用于台式多媒体计算机。跻身于ATM的供应商日益增多，ATM市场的竞争将是很激烈的。
现在的LAN技术所提供的带宽不能满足企业内出现的多媒体和实时视频图象等应用的需要。实时视频图象要求大的数据传输容量，确保有一定量的带宽，防止漏失产生不稳定的图象。共享的LAN介质如Ethernet会很快达到通信负载饱和，阻止了时间敏感的实时应用及时获得传输通路。由于ATM具有较高带宽、为某一应用提供一定专用带宽的能力以及固定大小的报文分组（称做信元），所以它能处理实时应用。
ATM有可能成为标准数据传输方法，用ATM交换设备取代当前的语音和通信设备。值得一提的是，在标准化初期，许多人认为ATM直到下世纪才会得到广泛应用，但是电信网络及LAN环境对高带宽业务的需要促使供应商大大提前了供应ATM产品的计划。
ATM Technical Aspects ATM 技术概况
ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图象和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术，数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小，不象帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样，可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。
交换设备是ATM的重要组成部分，它能用作组织内的Hub，快速将数据分组从一个节点传送到另一个节点；或者用作广域通信设备，在远程LAN之间快速传送ATM信元。以太网、光纤分布式数据接口（FDD1）、令牌环网等传统LAN采用共享介质，任一时刻只有一个节点能够进行传送，而ATM提供任意节点间的连接，节点能够同时进行传送。来自不同节点的信息经多路复用成为一条信元流，如图A－12所示。在该系统中，ATM交换器可以由公共服务的提供者所拥有或者是组织内部网的一部分。
注意：ATM交换器仅仅简单地中继信元，它查看信元头部并立即转发，不用路由器使用耗时的存储－转发方法。
An Analogy 一种模拟
让我们用大桥上汽车来模拟说明ATM的工作过程和高效的原因。大桥可以想像成两个远程局域网之间的ATM连结，假设汽车如同ATM信元，具有相同的大小，在运输中占有相同的空间和相等的速度通过大桥，这样你就可以 精确地 预计汽车到达大桥另一 端的时间。但在实际 生活 中，汽车具有 不同大 小，所以 很难 预计交通流量。在数据通信中，可变大小的数据分组会引起不确定的延迟，不适合于视频图象与声音应用（除非采用优先化办法）。
好，继续我们的模拟过程。假设你想将一公共汽车上的人运送过桥，由于不允许公共汽车通过，所以每四人一组使用轿车过桥，再在另一端继续乘坐另一辆公共汽车。类似地，在ATM中，高级应用中的数据分组也需要分成更小的部分，装入许多ATM信元中传送至另一端后再重新组合到一起。
如果几辆公共汽车同时到达，它们能够同时分组乘骄车过桥，不需要等一车人全部通过后才再让另一车人过桥。如同图A－12所示的ATM信元，装乘客的轿车允许一辆接一辆地过桥。在通信中，该项技术用于多路复用；在ATM中，它用于从多条链路同时传送。
注意：ATM交换器有许多输入、输出端口，因为所有信元大小相同，不会出现可变长信元引起的延迟。
固定信元大小和多路复用为设备提供所需求的宽带。由于文件传输或其它导致高峰的活动，LAN交通往往出现高峰。ATM交换器可以检查出运输中的高峰现象，并动态分配更多的信元来流通来自某一特殊发送点的交通高峰。在图A－12中，HubA的交通高峰可转化为一条信元流，包含3个A信元，1个B信元，1个C信元，这样有较多A信元的流可重复通过，直至传输完成。 ATM Switches and Networks ATM 交换器和网络
ATM交换器是ATM网络中进行信元交换的多端口设备。当某一信元到达一个端口时，ATM交换器查看其目的站信息并传送到适当的输出端口。设计如图A－13的网状ATM交换器具有许多端口，常被电信局使用；基于总线的交换器端口较少，更适合于LAN。如果多个ATM交换器连接在一起，则需要路由选择协议使交换器能够互换查寻连接表。
ATM交换器具有较高互换速度的一个原因在于交换操作由硬件完成，它避开了相当于OSI协议的网络层，仅仅将信息装入信元并发送出去。ATM是所谓的“快速分组”技术，类似于帧中继和交换式兆位数据服务（SMDS），它没有错误检测，也不会因这些问题而瘫痪。接收站负责确认发送的所有内容都已收到，如果发生信元丢失或出错，接收站必须请求发送站重发。ATM并不负责恢复信元。相对而言，X．25分组在网络传送时采用扩充的错误检测。每一个结点在转发前，要求完全接收了报文分组并且进行了错误检测，但这样的开销限制了吞吐量。X．25用于容易出错的老式模拟电话系统，错误检测能够尽快查出出错的报文分组。ATM假定使用的是高质量、无差错的传输设备。
ATM是一项传输协议，大致位于OS1协议栈中数据链路层的介质访问控制（MAC）子层，所以它能工作于许多物理层拓扑结构之上，并且将各种报文分组装入其53字节的信元，并在主干网或WAN上传送。
ATM传输率根据物理层的性能是可伸缩的，而不具有某个标准固定传输率，例如光纤分布式数据接口（FDDI）固定于100Mbps。ATM小信元不需要特殊处理，而FDDI则需要对其信元进行处理。ATM信元容易组成，而FDDI需要（会导致延迟的）协议会话。ATM能利用现有的T1线路、T1子线、T3线路，而FDDI做同样的事情需要建立对话。
市场上已经出现ATM台式连接，但是用户购买时须十分小心。在LAN环境中，ATM很难实现工作站间的通信，然而IBM公司和HP公司等正在开发具有12个100Mbps的ATM与工作站连接端口的Hub，科研工作站的用户及图象处理、模拟仿真的人员很可能会选择这种类型的设备。台式系统和局域网的ATM的使用包括：影象、多媒体、图形和计算机辅助设计／计算机辅助制造（CAD／CAM）。例如ATM可以提供高清晰度电视（HDTV）所需的100～150Mbps的专用带宽。
ATM Roots and Architectwre ATM的起源与体系结构
ATM最初作为宽带综合业务数字网（B－ISDN）的一部分。B－ISDN由国际电报电话咨询委员会（CCITT）于1988年推出，是对公共数字远程通信网——窄带ISDN的扩充，它具有更宽的频带和允许更高的数据吞吐量。B－ISDN参考模型如图A－14所示。
□物理层规定电子或物理接口、线路速度以及其它物理特性。
□ATM层定义信元格式。
□ATM适配层定义将上层信息转换为ATM信元的过程。
虽然B－ISDN模型扩大了对ATM的支持，但许多细节仍然值得注意。1991年，硬件供应商和远程通信服务提供者的一个联合会组成的ATM Forum组织，进一步定义了LAN、WAN中的ATM物理接口标准。ATM Forum并不制定标准，只是负责阐明和建立ATM的开发目标，ATM Forum定义了两种物理接口方法：
□用户与网络接口（UNIs）
UNI是终端工作站与ATM网络的连接点。例如ATM访问交换器能作成为与公共（如电话公司）ATM网的UNI连接。
□网络与网络接口（NNIs）
它是公共ATM网（如地区电话公司提供的）中ATM交换器之间的接口。NNI主要管理ATM交换器的互操作性，NNI也可以是网络与节点间的接口。
在这项方案中，电信服务有自己的ATM交换器用于处理来自不同客户的广域通信。每个客户具有自己内部专用的ATM交换器，处理局域网通信和连接到公共ATM网。
ATM Forum还定义了ATM的其它部分，如管理方法、通信控制、不同媒体类型、测试方法等。Internet工程任务组（IETF）正着手定义ATM如何处理LAN分组向ATM信元转换。
在ATM环境中，端点工作站之间的逻辑连接称为虚通道（VC），虚路径（VP）是许多虚通道的集合，如图A－15所示。虚路径可以包括一束导线的电缆，电缆连接两个端点，其中的导线提供两端点间的独立线路。该方法的好处是：网络中共享同一条通路的连接能够作为一组，便于采用相同的管理。如果建立了一条虚路径，在虚路径中添加一条新虚通道就非常容易了，因为已经定义了网络中的路径。另外，如果为了避免拥塞或避开已经断开的交换器而改变了虚路径，那么其中所有虚通道也要作相应的变化。
ATM信元标头有虚路径标识符（VPI）和虚通道标识符（VCI），它们分别标识虚路径所形成的链接和虚路径中的虚通道。VPI和VCI被说明相对于ATM交换设备的终端节点。如图A－15所示，虚路径连接VPI－1与VPI－5，该路径中有三条虚通道。注意，VPI说明网络中的相应端口，而通道的说明与所在的路径相关。
物理层
ATM物理层最有趣的是，它没有定义任何特定的介质类型。LAN设计使用同轴电缆或双绞线，并有定义带宽的严格规范，该规范是为与设计当时的电子元器件相适应而建立的。ATM能够支持不同的传输介质，包括其它通信系统现在所用的介质。
工业专家正努力将同步光纤网（SONET）作为适合LAN与WAN应用的ATM物理传输介质。SONET是Bellcore规程，现在广泛使用于世界范围公共数据网上。ATM Forum推荐FDDI（100Mbps）、Fibre Channel（155Mbps）、OC3 SONET（155Mbps）、T3（45Mbps）作为ATM的物理接口。现在，大部分电信局提供了T3链路，连接到他们的ATM网。
ATM层
ATM层定义了图A－16所示的ATM信元结构，以及通道和虚路径的路由选择、错误控制。ATM信元是信息的报文分组，包括载体（数据）和标头信息。标头信息中有通道和路径信息，用来指引信元到达目的站。
信元长53个字节，其中48个字节用于载体，5个字节用于标头信息。注意标头信息几乎占了信元的1／10，正如ATM的反对者所指出的，这种做法增加了长距离传输的额外开销，因此他们提议采用帧中继那样的变长分组技术。信元标头各字段所包含的信息描述如下：
□属性流控制（GFC）
它现在正在被定义，但ATM Forum已经把它定义作为多工作站使用同一用户网络接口（UNI）的方法。另外还可能用它定义服务类型。
□虚路径标识符（VPI）
标识用户之间或用户与网络之间的虚路径。
□虚通道的标识符（VCI）
标识用户之间或用户与网络之间的虚通道。
□载体类型指示符（PTI）
指出载体区的信息类型，如用户信息、网络信息或管理信息。
□信元摘取优先值（CLP）
定义网络出现拥塞时如何摘取信元，该字段保持优先值，0表示该信元不能被摘取。
□标头错误控制（HEC）
提供有关一位错的检错纠错信息
ATM适配层（AAL）
AAL将上层的报文分组分别装入ATM信元。前面讲过，每个信元有一个48个字节的载体区，AAL将1000个字节的报文分组分成21小段，每小段装入一个信元进行传送。该层分为两个子层，汇聚子层（CS）接收来自高层的数据然后向下传送到分段与重组子层（SAR），SAR负责将数据分开装入53个字节的ATM信元中。如果有信元到来，SAR就将其中的数据重新组合，并传送到上层。下面是AAL的几种类型：
□类型1为音频和视频应用提供固定比特率的等时性服务。它类似于T1或T3，提供一系列数据速率。
□类型2类似于压缩视频图象的可变比特率的等时性应用。电信局并没有实现该接口。
□类型3／4支持LAN型可变比特率的突发数据传送。可用于帧中继与SMDS接口。
□类型5所支持的功能为类型3／4的子集。提供消息模式与不确定的操作，这种模式可能将很快开发开来。
服务种类
ATM提供了四种类型的服务来适应各种通信，如声音、视频图象和数据的传输，服务种类根据怎样进行位传送、需要带宽、所需连接类型等对应用进行分类。如图A－17所示。
□A类是面向连接的服务。不变位速率，它的同步补偿使之适合于视频图象和声音应用。
□B类是面向连接的服务并且定时地传送可变位速率的声音与视频图象。与AAL的接口是2型。
□C类是面向连接、可变位速率的服务。不要求同步，适合于X．25、帧中继和TCP／IP等服务。与AAL的接口是3／4型或5型。
□D类是非连接服务。可变位速率，两端点之间不要求同步。LAN报文分组传输是由该层所支持数据传送的一个例子。与AAL的接口是3／4型。
ATM and the Cerrier Services ATM和电信服务
ATM是广域网（WAN）通信发展的方向，它将会消除局域网（LAN）与广域网（WAN）之间的壁垒，这就是与公共网上数据传输有关的吞吐量下降。存储－转发的WAN连接设备如路由器是一个壁垒，本地交换电信局（LECs）和网间交换局（ISCs）必须安装综合ATM／SONET数字网以提供经济的虚拟专用数字网服务。ATM能够以较小的开销获得更多传输，在这一点上有利于消费者，用户只需为他们传送的信息交费。
变换式多兆位数据服务（SMDS）是由Bellcore提供的基于IEEE 802．6城域网（MAN）标准的服务，它是建于ATM之上、基于信元、无连接的分组交换网，允许用户在某一大都市区内建立他们自己的互联局域网。该服务是按需提供的，并且客户只为所使用的服务付款，这样客户就可以不必使用利用率不高的专用点对点线路。SMDS的吞吐量是45Mbp。
SMDS非常适合需要在都市区连接LAN的用户。然而AT＆T的计划中没有包括SMDS，它正迅速倾向于建立ATM技术与服务。威斯康辛大学与伊利诺大学之间建立了一个实验性ATM网，传输率为622Mbps。据AT＆T声称，不列颠百科全书的整个内容1秒内可以全部传完，而使用2400波特的modem却需传输两天半。AT＆T正在为视频图象和多媒体信息服务开发高速ATM交换设备。
其他电信局正在安装实现帧中继、SMDS和X．25接口的ATM交换设备。由于ATM能够管理包括声音和视频图象在内的几乎所有的传输请求，专家们认为电路交换与分组交换之间的区别将在本世纪九十年代末消失。
Planning for ATM计划使用 ATM
虽然ATM最初被开发作为一项广域网技术来提高局域网外部的传输速率，ATM技术将最终因为价格合适而进入室内联网。同时，快速以太网技术与交换式Hub更加合适和更加经济。另外IBM每年投资1亿多美元用于开发ATM产品，包括自己的ATM系列芯片。这些产品包括个人计算机和台式系统的ATM接口卡，以及ATM集线器，它们都将在1994年推出。虽然有些人认为生产台式机的ATM适配器时机还不成熟，IBM却坚持认为已有需求。
考虑转向ATM的组织必须遵循循序渐进的方法，采取分层的分布式布线结构。在一个多层办公大楼中，首先可以安装一个主ATM交换器作为主干网链接每层楼的网络，它们可以是现存的Ethernet或FDDI主干网；下一阶段，在每一层楼安装ATM交换器来连接装在那里的高性能服务器；最后阶段，当ATM相对不那么贵时，将端点用户系统直接连到ATM交换器上。
可以通过许多方式建立ATM主干网拓扑结构，ATM并不限于某一特定的拓扑结构如Ethernet或FDDI，它以分层的星形结构为主，必要时也能采用其它拓扑结构。
ATM用作公司主干网时，能够简化网络的管理，消除了许多由于不同的编址方案和路由选择机制的网络互连所引起的复杂问题。ATM集线器能够提供集线器上任意两端口的连接，而与所连接的设备类型无关。这些设备的地址都被预变换，例如很容易从一个节点到另一个节点发送一个报文，而不必考虑节点所连的网络类型。ATM管理软件使用户和他们的物理工作站移动地方非常方便。
ATM 论坛
ATM论坛（415／926－2585）是一个提倡ATM的工业界组织，本部在加利福利亚州的Mountain View，它成立于1991年10月，有300多个成员。ATM论坛由多个委员会组成，其中有ATM实现和文件规范委员会，北美和欧州ATM市场开拓委员会，促进进行“ATM技术与端点用户”讨论的委员会。
大牌网络 -
我就知道那是银行