通信工程师交换技术ATM协议参考模型

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6.2.2 ATM协议参考模型

ATM协议的制定，参考了OSI七层协议参考模型方法，采用分层的体系结构来表述和定义有关功能和接口规范。

ITU-T建议1.321为B-ISDN和ATM定义的协议参考模型如图6-6所示。协议参考模型包括三个平面，分别表示用户、控制和管理信息三个方面的功能。

用户平面采用分层结构，提供用户信息的传送。

控制平面提供呼叫和连接控制功能，用于信令消息的传送，控制平面同样采用分层结构。

管理平面提供两种功能：面管理不分层，实现与整个系统有关的管理功能，并完成所有平面之间的协调工作；层管理--采用分层结构，实现网络资源和协议参数的管理，处理操作、管理和维护（OAM）业务流。

ATM协议参考模型包括四个层次，其简要功能为：物理层完成信息（比特/信元）的传输功能；ATM层完成交换、路由和信元复用/解复用功能：ATM适配层（AAL）将不同类型的业务信息适配成ATM信元，完成适配功能；ATM高层根据不同业务的特点完成高层业务适配功能。

ATM协议参考模型和OSI七层协议没有严格的对应关系，但其大致的对应关系可理解为：

①ATM物理层等效于OSI模型的第一层，主要完成比特级的功能。

②ATM层和OSI模型第二层下边界的功能相适应，完成成帧功能。

③ATM适配层AAL执行高层的适配，将信令和用户信息转换成固定长度的ATM信元。对于信令一类的控制平面，AAL层相当于OSI数据链路层的较低部分。对于用户平面，AAL相当于OSI第四层的较低部分，因为对用户信息的适配是在网络边界进行的。

图6-7给出了层次的进一步划分和相应的功能。

ATM网络传送信息的基本单位是一个个固定长度（53字节组成）的信元，ATM的信元类型如下。

分配信元（AssignedCell）：是通过ATM层向上层提供服务的信元，表示该信元承载通信过程的有用信息，信息内容可以是用户数据、信f和管理信息。

未分配信元（UnassignedCell）：不是分配的ATM信兀，表不该信兀不承载有用信息，所占据的信道带宽未被使用。

空闲信元（IdelCell）：在发端由物理层插入，用以适配不同传输系统提供的有效传输速率和物理层向ATM层提供信元速率之间的差别；在收端由物理层去除空闲信元。

有效信元（Validcell）：信元头部经过信头差错控制（HeadErrorControl,HEC）检验校正正确的信元。由于HEC操作在物理层执行，判断信元是否有效也在物理层进行。

无效信元（Invalidcell）：信元头部出现差错而无法通过HEC校正的信元，这些信元由物理层直接丢弃，不上交ATM层。

发端ATM层向物理层下传信息时，只有分配信元和末分配信元向下传送。物理层为了适配传输系统特性将加入空闲信元。此外，物理层为了管理需要，还将插入OAM（操作和维护）信元，然后将这些信元适配成适合物理线路的比特流进行传送。收端物理层向ATM层提交信元时，只把分配信元和未分配信元上交，其他的诸如无效信元和空闲信元以及物理层的管理控制信元由于不含有ATM层及其高层所需的信息，因此直接由物理层进行处理。

（1）物理层

物理层利用通信线路的比特流传送功能实现ATM的信元传送，并确保传送连续的ATM信元时不错序。物理层由两个子层组成，分别是物理媒体子层（PhysicalMediadependentsub-layer,PM）和传输会聚子层（TransmmissionConvergencesub-layer,TC）。物理媒体子层（PM）支持与物理媒体有关的比特功能。传输会聚子层（TC）完成ATM信元流与物理媒体传输比特流的转换功能。用户/网络接口（UNI）的物理层由ITU-T的1.432建议和ATM论坛的ATM用户/网络接口规范描述。

　　（2）ATM层

ATM层和用来传送ATM信元的物理媒体完全无关，它利用物理层提供的信元（53字节）传送功能，向上提供ATM业务数据单元（48字节）的传送能力。ATM业务数据单元是任意48字节的数据块，它在ATM层中被封装到信元的负载区。从原理上说，ATM层本身处理的协议控制信息是5字节长的信头：但是实际上为了提高协议处理速度和降低协议开销，在物理层和AAL层都使用了信元头部的某些域。ATM层的传输和物理层传输一样是不可靠的，传送的业务数据单元可能丢失，也可能发生错误。但在传送多个业务数据单元时，传送过程能够确保数据单元的顺序不会紊乱。

ATM层与上、下层之间的关系如图6-8所示。下面介绍ATM层完成的主要功能。

①一般流量控制（GFC）用于控制用户/网络接口处信元速率。当ATM层使用该操作时，产生携带流量控制功能的信元。分配和未分配信元用于携带流量控制信息。

②信头的产生和提取的功能在ATM层和上层交互位置完成。在发送方向，ATM层从上一层接收信元负载信息，并产生一个相应的ATM信头，但是这里的信头还不包括信头差错控制（HEC）。在接收方向，信头提取操作去掉ATM信元头部，并将信元负载区内容提交给上一层。

③信元虚通路标识/虚信道标识（VPI/VCI）翻译。在ATM交换机或ATM交叉连接节点，完成对输入ATM信元的VPI和VCI值的翻译（可以单独对VPI或VCI进行，也可以二者同时进行）这里的拥译是变换的意思。

④信元复用和解复用。在发送方向，信元复用功能将各虚通路VP和虚信道VC送来的信元合并成一串非连续（对各应用业务来说）的信元流。在接收方向，信元解复用功能将非连续的复合信元流的各个信元分别送往相应的VP或VC中去。

（3）AAL层

由于ATM层提供的只是一种基本的数据传送能力，AAL层在此基础上提供适应各种不同业务的通信能力。如果一种电信业务的通信需求无法在ATM层得到支持，它可以利用AAL层得到实现。AAL层增强了ATM层提供的业务以适应高层应用的需要。AAL层可以分成两个子层：分段/重装子层（SegmentAndReassemblesub-layer,SAR）和会聚子层（ConvergenceSub-layer,CS）。

①分段和重装子层。SAR完成CS协议数据单元与信元负载格式之间的适配。上层应用交付的信息格式与具体应用相关，信息长度不定；而下层（ATM层）处理的是统一的、长度固定的ATM信元。所以SAR完成的是两种数据格式的适配。

②会聚子层。CS层的基本功能是进行端到端的差错控制和时钟恢复（如实时业务的同步）。CS层和具体的应用有关，对某些AAL类型，会聚子层CS又分为两个子层：公共部分会聚子层（CommonPartConvergenceSub-layer,CPCS）和业务特定会聚子层（ServiceSpecificConvergenceSub-layer.SSCS）。如果ATM层提供的信元传输能够满足用户业务的需求，可以直接利用ATM层的传送能力。在这种情况下AAL协议层是空的，这样的业务称为信元中继（简称为AALO）。AAL用户通过选择一个满足传送要求的业务接入点（SAP），将AAL业务数据单元从一个AAL业务接入点（SAP）通过ATM网络传送到另一个或多个AAL业务接入点上。

ITU-T针对于不同的业务定义了4种AAL适配协议。

AAL1:提供实时的恒定比特率业务信息传输，仿真时分复用（TDM）业务，称为电路仿真业务。

AAL2:提供实时的变比特率业务传输，用于对语音和视频业务的支持。

AAL3:提供面向连接的数据业务，例如帧中继业务。

AAL4:提供无连接的数据业务，如信令的传输等。

ITU-T将AAL3和AAL4合并，统称为AAL3/4,用于承载对实时性要求不高的数据通信业务。由于AAL3/4协议中附加了许多保证端到端传送的保护机制，复用效率比较低。ATM论坛（ATMForum）提出了AAL5作为AAL3/4替代协议，用于支持高速数据业务的传输。目前，ATM网络信令信息的传输采用的协议都是AAL5,AAL5也可支持AAL2和AAL1的业务。

（4）用户平面

利用AAL层提供的通信能力向用户提供服务的协议属于用户平面高层完成的功能。尽管AAL层提供4种不同类型的业务，但是这样的业务绝大部分情况下并不能裒接被用户使用，位于AAL之上的用户平面高层协议完成在目前网络上的通信业务。如在AAL3/4或AAL5基础上支持计算机网络通信，如Internet的IP通信和LAN的数据通信。在AAL1,AAL2或AAL5基础上支持语音和视频业务。在AAL0或AAL1基础上支持电话语音业务等。用户平面的物理层，随着ITU-T协议进一步完善，几乎所有的传输资源都可以成为ATM信道，从而便于形成统一的ATM网络。因此，ATM网络向上可以提供对各种业务的支持，向下可以利用各种传输资源。由此，网络资源可以通过统一调度、合理使用，效率得到极大提高。从某种意义上说，这是ATM最根本的魅力所在。

　　（5）控制平面和管理平面

利用AAL层提供的通信能力进行信令传送进而控制网络的协议，属于控制平面高层必须完成的功能。控制平面高层和用户平面高层协议均位于AAL层之上。控制平面利用协议AAL5,控制平面的ATM层和物理层和用户平面完全相同。管理平面和控制平面不同，它完成的是对物理层、ATM层、AAL层以及用户平面和控制平面的控制、监视、故障报告和管理。因此，管理平面必须和这些层面都有相应的接口^管理平面的控制命令来自网络管理中心或控制平面。网络管理人员通过网络管理中心施行对ATM通信实体的控制，用户则通过控制平面实施对ATM网络通信实体的控制。管理平面产生的消息（如故障告警等）送到网络管理中心或网络管理终端。

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