[科普中国]-信元交换

信元交换概述

信元交换技术是一种快速分组交换技术，它结合了电路交换技术延迟小和分组交换技术灵活的优点。信元是固定长度的分组，ATM采用信元交换技术，其信元长度为53字节。信元头5字节，数据48字节。

交换技术方面，经历了：电路交换——>报文交换——>分组交换——>信元交换的过程。

在信元中包括CRC校验和，其生成公式为X^8+X^2+X+1，校验和只是对信元头进行校验。

ATDM信元传输采用异步时分复用（Asynchronous Time Division Multioles），又称统计复用（Statistic Multiptx）。信息源随机地产生信息，因为信元到达队列也是随机的。高速的业务信元来得十分频繁、集中，低速的业务信元来得很稀疏。这些信元都按顺序在队列中排队，然后按输出次序复用到传输线上。具有同样标志的信元在传输线上并不对应某个固定的时间间隙，也不是按周期出现的，信息和它在时域的位置之间没有关系，信息只是按信头中的标志来区分的。而在同步时分复用方式（如PCM复用方式）中，信息以它在一帧中的时间位置（时隙）来区分，一个时隙对应着一条信道，不需要另外的信息头来表示信息的身份。

ATM是网络新技术，它采用基于信元的异步传输模式和虚电路结构，根本上解决了多媒体的实时性及带宽问题。实现面向虚链路的点到点传输，它通常提供155Mbps的带宽。它既汲取了话务通讯中电路交换的“有连接”服务和服务质量保证，又保持了以太、FDDI等传统网络中带宽可变、适于突发性传输的灵活性，从而成为迄今为止适用范围最广、技术最先进、传输效果最理想的网络互联手段。

VPI字段用于选择一条特定的虚通路，VCI字段在一条选定的虚通路上选择一条特定的虚电路。当进行VP交换时，是选择一条特定的虚通路。

若在交换过程中出现拥塞，该信息被记录在信元的PT中。

信元交换技术1、ATM信元：ATM数据传送单位是一固定长度的分组，称为信元，它有一个信元头及一个信元信息域。信元长度为53个字节，其中信元头占5个字节，信息域占48个字节。（信元头主要功能是：信元的网络路由）
2、ATM采用了异步时分多路复用技术ATDM，ATDM采用排队机制，属于不同源的各个信元在发送到介质上之前，都要被分隔并存入队列中，这样就需要速率的匹配和信元的定界。
3、应用独立：主要表现在时间独立和语义独立两方面。时间独立即应用时钟和网络时钟之间没有关联。语义独立即在信元结构和应用协议数据单元之间无关联，所有与应用有关的数据都在信元的信息域中。
4、ATM信元标识：ATM采用虚拟通道模式，通信通道用一个逻辑号标识。对于给定的多路复用器，该标识是本地的，并在任何交换部件处改变。通道的标识基于两种标识符，即虚拟通路标识VPI和虚拟通道标识VCI。一个虚拟通路VP包含有若干个虚拟通道VC
5、ATM网络结构
虚拟通道VC：用于描述ATM信元单向传送的一个概念，信元都与一个惟一的标识值—虚拟通道标识符VCI相联系。
虚拟通路VP：用于描述属于虚拟通路的ATM信元的单向传输的一个概念，虚拟通路都与一个标识值—虚拟通路标识符相联系。
虚拟通道和虚拟通路者用来描述ATM信元单向传输的路由。每个虚拟通路可以用复用方式容纳多达65535个虚拟通道，属于同一虚拟通道的信元群，拥用相同虚拟通道标识VCI，它是信元头一部分1。

特点ATM是一种关于信息传递模式的技术，其最为突出的特点在于其异步方式，ATM技术具有这样一些特征：2

（1）面向分组方式

ATM中采用一种小型分组（信元）来承载用户数据。ATM的各种操作都是围绕信元的交换和处理来设计的。

（2）采用异步时分复用方式

ATM采用了异步时分复用方式。用户信息对带宽的占用时动态分配的，各个用户对传输带宽统计地共享，因此适用于突发业务。为了防止由于异步的工作方式而导致的资源访问抽欧诺个体内，ATM中大量采用了队列来换出暂时无法获得服务的用户信息。

（3） 不提供逐段链路的差错控制和流量控制

在链路（包括交换节点中的内部链路）上出现差错时，ATM交换节点不会进行任何方式的差错恢复。ATM假定网络中的链路质量都很高，差错控制功能实现依赖于端到端的协议，这一点与电路交换是相同的。ATM交换节点也不支持链路上的流（Flow）的控制，系统中的队列有可能因为信息的突发而溢出，导致信元丢失。为了防止这种丢失，ATM提供了预防性措施，那就是面向连接，并在连接建立时检查和分配资源，使这种信元丢失概率控制在很小的范围内。

（4）信元头功能简化

由于不需要逐段链路的差错控制和流量控制，ATM信元头的功能很少，主要功能室根据一个标示符来识别虚连接；另一项功能室检查信元头中的差错，防止错误路由导致的信元丢失或误插。由于信元头功能有限，交换节点的处理十分简单，能以很高的速率（几百兆比特每秒以上）运行，且只有很小的处理和排队时延。

（5）信元的净荷长度较小

为了降低交换节点内部缓冲器的容量，限制信息在这些缓冲区中的排队时延，ATM信元中的净荷（信息字段）相对来说定义得比较小，以保证业务传输中的较小时延和抖动。

现状全国ATM骨干网上海节点建于1997年4月，开通后网络运行稳定。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。

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。