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6.2.2 ATM協議參考模型

ATM協議的制定，參考了OSI七層協議參考模型方法，采用分層的體系結構來表述和定義有關功能和接口規范。

ITU-T建議1.321為B-ISDN和ATM定義的協議參考模型如圖6-6所示。協議參考模型包括三個平面，分別表示用戶、控制和管理信息三個方面的功能。

用戶平面采用分層結構，提供用戶信息的傳送。

控制平面提供呼叫和連接控制功能，用于信令消息的傳送，控制平面同樣采用分層結構。

管理平面提供兩種功能：面管理不分層，實現與整個系統有關的管理功能，并完成所有平面之間的協調工作；層管理--采用分層結構，實現網絡資源和協議參數的管理，處理操作、管理和維護（OAM）業務流。

ATM協議參考模型包括四個層次，其簡要功能為：物理層完成信息（比特/信元）的傳輸功能；ATM層完成交換、路由和信元復用/解復用功能：ATM適配層（AAL）將不同類型的業務信息適配成ATM信元，完成適配功能；ATM高層根據不同業務的特點完成高層業務適配功能。

ATM協議參考模型和OSI七層協議沒有嚴格的對應關系，但其大致的對應關系可理解為：

①ATM物理層等效于OSI模型的第一層，主要完成比特級的功能。

②ATM層和OSI模型第二層下邊界的功能相適應，完成成幀功能。

③ATM適配層AAL執行高層的適配，將信令和用戶信息轉換成固定長度的ATM信元。對于信令一類的控制平面，AAL層相當于OSI數據鏈路層的較低部分。對于用戶平面，AAL相當于OSI第四層的較低部分，因為對用戶信息的適配是在網絡邊界進行的。

圖6-7給出了層次的進一步劃分和相應的功能。

ATM網絡傳送信息的基本單位是一個個固定長度（53字節組成）的信元，ATM的信元類型如下。

分配信元（AssignedCell）：是通過ATM層向上層提供服務的信元，表示該信元承載通信過程的有用信息，信息內容可以是用戶數據、信f和管理信息。

未分配信元（UnassignedCell）：不是分配的ATM信兀，表不該信兀不承載有用信息，所占據的信道帶寬未被使用。

空閑信元（IdelCell）：在發端由物理層插入，用以適配不同傳輸系統提供的有效傳輸速率和物理層向ATM層提供信元速率之間的差別；在收端由物理層去除空閑信元。

有效信元（Validcell）：信元頭部經過信頭差錯控制（HeadErrorControl,HEC）檢驗校正正確的信元。由于HEC操作在物理層執行，判斷信元是否有效也在物理層進行。

無效信元（Invalidcell）：信元頭部出現差錯而無法通過HEC校正的信元，這些信元由物理層直接丟棄，不上交ATM層。

發端ATM層向物理層下傳信息時，只有分配信元和末分配信元向下傳送。物理層為了適配傳輸系統特性將加入空閑信元。此外，物理層為了管理需要，還將插入OAM（操作和維護）信元，然后將這些信元適配成適合物理線路的比特流進行傳送。收端物理層向ATM層提交信元時，只把分配信元和未分配信元上交，其他的諸如無效信元和空閑信元以及物理層的管理控制信元由于不含有ATM層及其高層所需的信息，因此直接由物理層進行處理。

（1）物理層

物理層利用通信線路的比特流傳送功能實現ATM的信元傳送，并確保傳送連續的ATM信元時不錯序。物理層由兩個子層組成，分別是物理媒體子層（PhysicalMediadependentsub-layer,PM）和傳輸會聚子層（TransmmissionConvergencesub-layer,TC）。物理媒體子層（PM）支持與物理媒體有關的比特功能。傳輸會聚子層（TC）完成ATM信元流與物理媒體傳輸比特流的轉換功能。用戶/網絡接口（UNI）的物理層由ITU-T的1.432建議和ATM論壇的ATM用戶/網絡接口規范描述。

　　（2）ATM層

ATM層和用來傳送ATM信元的物理媒體完全無關，它利用物理層提供的信元（53字節）傳送功能，向上提供ATM業務數據單元（48字節）的傳送能力。ATM業務數據單元是任意48字節的數據塊，它在ATM層中被封裝到信元的負載區。從原理上說，ATM層本身處理的協議控制信息是5字節長的信頭：但是實際上為了提高協議處理速度和降低協議開銷，在物理層和AAL層都使用了信元頭部的某些域。ATM層的傳輸和物理層傳輸一樣是不可靠的，傳送的業務數據單元可能丟失，也可能發生錯誤。但在傳送多個業務數據單元時，傳送過程能夠確保數據單元的順序不會紊亂。

ATM層與上、下層之間的關系如圖6-8所示。下面介紹ATM層完成的主要功能。

①一般流量控制（GFC）用于控制用戶/網絡接口處信元速率。當ATM層使用該操作時，產生攜帶流量控制功能的信元。分配和未分配信元用于攜帶流量控制信息。

②信頭的產生和提取的功能在ATM層和上層交互位置完成。在發送方向，ATM層從上一層接收信元負載信息，并產生一個相應的ATM信頭，但是這里的信頭還不包括信頭差錯控制（HEC）。在接收方向，信頭提取操作去掉ATM信元頭部，并將信元負載區內容提交給上一層。

③信元虛通路標識/虛信道標識（VPI/VCI）翻譯。在ATM交換機或ATM交叉連接節點，完成對輸入ATM信元的VPI和VCI值的翻譯（可以單獨對VPI或VCI進行，也可以二者同時進行）這里的擁譯是變換的意思。

④信元復用和解復用。在發送方向，信元復用功能將各虛通路VP和虛信道VC送來的信元合并成一串非連續（對各應用業務來說）的信元流。在接收方向，信元解復用功能將非連續的復合信元流的各個信元分別送往相應的VP或VC中去。

（3）AAL層

由于ATM層提供的只是一種基本的數據傳送能力，AAL層在此基礎上提供適應各種不同業務的通信能力。如果一種電信業務的通信需求無法在ATM層得到支持，它可以利用AAL層得到實現。AAL層增強了ATM層提供的業務以適應高層應用的需要。AAL層可以分成兩個子層：分段/重裝子層（SegmentAndReassemblesub-layer,SAR）和會聚子層（ConvergenceSub-layer,CS）。

①分段和重裝子層。SAR完成CS協議數據單元與信元負載格式之間的適配。上層應用交付的信息格式與具體應用相關，信息長度不定；而下層（ATM層）處理的是統一的、長度固定的ATM信元。所以SAR完成的是兩種數據格式的適配。

②會聚子層。CS層的基本功能是進行端到端的差錯控制和時鐘恢復（如實時業務的同步）。CS層和具體的應用有關，對某些AAL類型，會聚子層CS又分為兩個子層：公共部分會聚子層（CommonPartConvergenceSub-layer,CPCS）和業務特定會聚子層（ServiceSpecificConvergenceSub-layer.SSCS）。如果ATM層提供的信元傳輸能夠滿足用戶業務的需求，可以直接利用ATM層的傳送能力。在這種情況下AAL協議層是空的，這樣的業務稱為信元中繼（簡稱為AALO）。AAL用戶通過選擇一個滿足傳送要求的業務接入點（SAP），將AAL業務數據單元從一個AAL業務接入點（SAP）通過ATM網絡傳送到另一個或多個AAL業務接入點上。

ITU-T針對于不同的業務定義了4種AAL適配協議。

AAL1:提供實時的恒定比特率業務信息傳輸，仿真時分復用（TDM）業務，稱為電路仿真業務。

AAL2:提供實時的變比特率業務傳輸，用于對語音和視頻業務的支持。

AAL3:提供面向連接的數據業務，例如幀中繼業務。

AAL4:提供無連接的數據業務，如信令的傳輸等。

ITU-T將AAL3和AAL4合并，統稱為AAL3/4,用于承載對實時性要求不高的數據通信業務。由于AAL3/4協議中附加了許多保證端到端傳送的保護機制，復用效率比較低。ATM論壇（ATMForum）提出了AAL5作為AAL3/4替代協議，用于支持高速數據業務的傳輸。目前，ATM網絡信令信息的傳輸采用的協議都是AAL5,AAL5也可支持AAL2和AAL1的業務。

（4）用戶平面

利用AAL層提供的通信能力向用戶提供服務的協議屬于用戶平面高層完成的功能。盡管AAL層提供4種不同類型的業務，但是這樣的業務絕大部分情況下并不能裒接被用戶使用，位于AAL之上的用戶平面高層協議完成在目前網絡上的通信業務。如在AAL3/4或AAL5基礎上支持計算機網絡通信，如Internet的IP通信和LAN的數據通信。在AAL1,AAL2或AAL5基礎上支持語音和視頻業務。在AAL0或AAL1基礎上支持電話語音業務等。用戶平面的物理層，隨著ITU-T協議進一步完善，幾乎所有的傳輸資源都可以成為ATM信道，從而便于形成統一的ATM網絡。因此，ATM網絡向上可以提供對各種業務的支持，向下可以利用各種傳輸資源。由此，網絡資源可以通過統一調度、合理使用，效率得到極大提高。從某種意義上說，這是ATM最根本的魅力所在。

　?。?）控制平面和管理平面

利用AAL層提供的通信能力進行信令傳送進而控制網絡的協議，屬于控制平面高層必須完成的功能。控制平面高層和用戶平面高層協議均位于AAL層之上?？刂破矫胬脜f議AAL5,控制平面的ATM層和物理層和用戶平面完全相同。管理平面和控制平面不同，它完成的是對物理層、ATM層、AAL層以及用戶平面和控制平面的控制、監視、故障報告和管理。因此，管理平面必須和這些層面都有相應的接口^管理平面的控制命令來自網絡管理中心或控制平面。網絡管理人員通過網絡管理中心施行對ATM通信實體的控制，用戶則通過控制平面實施對ATM網絡通信實體的控制。管理平面產生的消息（如故障告警等）送到網絡管理中心或網絡管理終端。

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