異步傳輸模式ATM協定概述ATM技術的產生：隨著通信市場對寬頻通信業務的需求增加，寬頻業務包括：數位電視/高清析度電視 (HDTV)，高質量的可視電話/可視電話會議，高速數據傳輸/高速LAN互VCD/親職教育，多媒體Email/桌面多媒體電話會議等。過去的任何一種通信網電報網，PSTN網，DDNM，包括LAN/和N—I SD N網都不適應或不能很好地些寬頻業務的需求。所以ATM技術應運而生，ATM技術是八十年代後期由ITU－T針對電信網支持寬頻多媒體業務而提出的。經過近十年的研究，到九十年代中期ATM技術已基本成熟，由ITU－T和ATM論壇制定的相關的國際標準也基本齊全，並有多個電信設備廠商和計算機網路設備廠商推出了商用化的ATM設備。此後，ATM網路的建設也得到了長足的發展，全世界許多網路（公用網或專用網）都已安裝並使用了ATM網路設備。ATM技術的相關技術:ATM信元格式及速率
ATM傳送信息的基本載體是ATM信元。ATM信元採用53B的固定長度，其中48B為數據，另附加5B作為信頭。在信元交換過程中，主要是參照信頭的內容對信元進行處理。信頭內容在UNI和NNI中略有不同，如圖1所示。 GFC（GenericFlowControl）：一般流量控制，只用於UNI接口，目前沒用，置為0000。
VPI（VirtualPathIdentifier）：虛通道標識，在一個接口上將若干個虛通路集中起來組成一個虛通道（VP），並以虛通道為網路管理的基本單位。VPI在UNI中為8b，在NNI中為12b。
VCI（VirtualChannelIdentifier）：虛通路標識，標識虛通道內的虛通路，VPI/VCI一起標識一個虛連線。 PTI（PayloadType）：載荷類型指示，用於指明信元中的載荷（數據域中攜帶的數據）類型。
CLP（CellLossPriority）：信元丟失優先權，用於擁塞控制。當網路出現擁塞時，首先拋棄CLP等於1的信元。
HEC（HeaderErrorControl）：信元差錯控制，用來檢測信頭中的錯誤，並可以糾正信頭中的1b差。HEC的另一個作用是用於信元定界，利用HEC欄位和他之前的4B的相關性可識別出信頭位置。HEC的功能在物理層實現。ATM交換原理 與普通IP傳輸的非面向連線不同，ATM是一種面向連線的交換方式。ATM交換機是根據信元頭的信息，基於信元完成的。一個ATM交換機可能只使用信元頭的VPI部分，或只使用VCI部分，或者兩個部分都使用來決定如何轉發信元。其工作過程大致是：ATM交換機接收來自特定輸入連線埠的、帶有標記的VPI/VCI欄位和表明屬於特定虛電路的信元，然後檢查路由表，從中找出從哪個輸出連線埠轉發該信元，並設定輸出信元的VPI/VCI值。就像電話呼叫的例子，只使用信元頭部的VPI欄位進行ATM信元的大量交換是非常有用的。
ATM採用了虛連線技術，將邏輯子網和物理子網分離。類似於電路交換，ATM首先選擇路徑，在2個通信實體之間建立虛通路，將路由選擇與數據轉發分開，使傳輸中間的控制較為簡單，解決了路由選擇瓶頸問題。設立虛通路和虛通道兩級定址，虛通道是由兩結點間復用的一組虛通路組成的，網路的主要管理和交換功能集中在虛通道一級，減少了網管和網控的複雜性。在一條鏈路上可以建立多個虛通路。在一條通路上傳輸的數據單元均在相同的物理線路上傳輸，且保持其先後順序，因此克服了分組交換中無序接收的缺點，保證了數據的連續性，更適合於多媒體數據的傳輸。 在信頭的各個組成部分中，VPI和VCI是最重要的了。這兩個部分合起來構成了一個信元的路由信息，該信息表示這個信元從哪裡來，到哪裡去。為此常把這兩個部分合起來記作VPI和VCI。ATM交換就是依據各個信元上的VPI和VCI，來決定把他們送到哪一條輸出線上去。
每個ATM交換機建立一張對照表。對於每個交換連線埠的每一個VPI和VCI，都有對應表中的一個入口。當VPI和VCI分配給某一信道時，對照表將給出該交換機的一個對應輸出連線埠以及用於更新信頭的VPI和VCI值。 當某一信元到達交換機時，交換機將讀出該信元信頭的VPI和VCI值，並與路由對照表比較。當找到輸出連線埠時，信頭的VPI和VCI被更新，信元被發往下一段路程。
在ATM環境中，怎樣使用VP和VC呢？VP就像一個能夠攜帶許多VC（最多可達65000條）的管道或通道，他可以是從交換機到交換機的虛擬線路，也可以是橫穿ATM網路由終端到終端的所有線路。除了最大的專用區域網路或廣域網外，65000條VC在當今是足夠的。實際上支持複雜的VP並不需要這么多VC，許多ATMLAN傳送點僅支持一條虛通道，即VPI=0。當只有一條VP被支持時，他不用作端到端的連線，所以這裡並不要求VC一定在給定的VP中，這樣VC可連線任何一組站群而不受VP的影響。通常數據是在一條VC中傳送的。
另一方面，交換機在典型情況下，必須支持成百上千條不同的VP，最大可能支持上百萬條不同的VC。通常客戶系統希望能夠提供給他們用戶一條通過網路的專用VP，VP可以連線網路中任意2個端到端用戶，若VP使用這種方式，則被稱為一條虛通道連線（VPC）或稱為一個“虛通道路徑（VPChannel）”。他可以帶有“永久虛擬線路（PVC，PermanentVirtualCircuits）”和“交換虛擬線路（SVC，SwitchedVirtualCircuits）”。如圖2所示。
在一個VP通道中，系統用戶可以建立PVC和SVC，而無需系統以任何方式參與，甚至系統的交換機也不必直接支持SVC。VP通道能夠提供一條路徑將公用網中不同的公司互相隔離開來。在使用公用ATM伺服器的這條路徑中，就需要用複合VP通道互聯用戶網路中的網點。
在公用ATM網路環境中，若系統不提供VP通道的能力（有些可能沒有），則系統只能提供PVC，這是因為交換機不能直接支持SVC（有些從不支持），有些系統也不希望支持SVC（因為他使企業間帳目複雜化，並增加了保密數據的流量）。若無VP通道，系統通常在網路端點用VPI=0，產生和結束PVC。如圖3所示。
在公用網路中，PVC是用戶提前申請並由系統建立的。PVC在對外連線“ATM網路設備”（如乙太網或帶ATM的FDDI轉換器、ATM集線器）時是相當有用的。許多非ATM信號源可通過單個PVC動態多路複合返回到指定點。在ATM主機間使用PVC也可限制預定端點的通信。在公用網中這是符合要求的。
在專有網路（LAN或WAN）中，由於終端站可以自己申請建立SVC，所以SVC是站點之間的通信更可取的路徑。這就是當今大多數專用非ATMLAN和WAN的工作方式。因此，占用網路ATM交換機必須直接支持SVC。但是，若終端站或邊緣設備不支持SVC或是按要求不允許申請連線SVC，這時在專用網中有用PVC的，PVC必須由網路控制者提前建立。但由於路徑是預定的，所以當網路出現故障時，PVC比SVC優越性差。故此，在專用網路中虛通道VP不重要甚至不需要了，如圖4所示。ATM交換機 在B-ISDN中，ATM交換機連線著用戶線路和中繼線路。在用戶線路上和中繼線路上傳送的都是ATM信元。ATM信元交換機的通用模型及其原理如圖5所示。其通用模型有一些輸入線路和一些輸出線路，通常在數量上相等（因為線路是雙向的）。在每一個周期從每一輸入線路取得一個信元（如果有的話）。通過內部的交換結構（switchingfabric），並且逐步在適當的輸出線路上傳送。從這一角度上看，ATM交換機是同步的。而且，他不關心信息的內容和形式。他簡單地把信息分割成相同長度的分組，並給分組加上頭部，以使分組能到達目的地。ATM信頭只有很少的幾項功能，這使其能被網路無時延地處理。所有的ATM交換機都有2個共同的目標：一個是以儘可能低的丟失率交換所有的信元；另一個是決不能在虛電路上記錄信元。可以說，ATM交換機的任務，就是根據ATM信頭上虛通道標識符和虛通路標識符，把送入的ATM信元轉送到相應的中繼線或用戶線上去。舉例來說，用戶A正在使用虛通道VPI=2、虛通路VCI=1向北京傳送一幅圖片；同時又在使用VPI=3、VCI=1向北京傳送一段語音；同時還在用VPI=4、VCI=2從深圳接收數據。那么，交換機就應該把從用戶線A上收到的VPI=2、VCI=1的ATM信元轉送到中繼線C上，把從用戶線A上收到的VPI=3、VCI=1的ATM信元也轉送到中繼線C上；同時把從中繼線D上收到的VPI=4、VCI=2的ATM信元轉送到用戶A上，如圖6所示。
由於在B-ISDN上，用戶線和中繼線上傳送的都是ATM信元，所以對ATM交換機來說，可以在許多情況下對中繼線和用戶線不予區分，這樣就可以得到一個抽象的ATM模型。聯接在這個交換機模型上的一部分線路向這個交換機抄送出ATM信元，因而叫做這個交換機的入線；另一部分線路則從這個交換機接收ATM信元，因而叫做這個交換機的出線。ATM交換機的功能就是根據送入的ATM信元的VPI和VCI，把他們送到相應的出線上去。
為了完成上述ATM信元的工作，一個ATM交換機一般由3個基本部分構成：入線處理和出線處理部分、ATM交換單元、ATM控制部分。其中，ATM交換單元完成交換動作；ATM控制單元對ATM交換單元的動作進行控制；入線處理部分對各入線上的ATM信元進行處理，使他們成為適合送入ATM交換單元的形式；出線處理部分對ATM交換單元送出的ATM信元進行處理，使他們成為適合於傳輸的形式。
我們知道，在通信線路上常常是傳送一個比特一個比特的串列信號，而在ATM交換單元中為了提高速度，常常需要一次讀入若干比特的並行信號。因此，諸如串/並轉換等功能，在入、出線處理部件里總是需要的。事實上，為了簡化交換單元的設計，我們也總是把那些可以在入線和出線就能處理的事放入到入、出線處理部件上工作。交換機的主要功能是提供一種方法，將來自輸入連線埠的信元快速、有效地路由到輸出連線埠。ATM交換設備將進行單個信元的輸入處理、標頭的轉換以及輸出處理。信元標頭必須按輸出連線埠的要求進行轉換。為確保信元進入適當的物理鏈路，交換機必須對信員進行輸出處理。 ATM的發展與套用領域：ATM技術的特點 ATM作為電信網的一種新技術，不僅適用於高速信息傳送和對服務質量（QoS）的支持，還具備了綜合多種業務的能力，以及動態頻寬分配與連線管理能力和對已有技術的兼容性。對服務質量（QoS）的支持
（1）ATM採用固定短長度的信元傳送信息。信息交換是在第二層完成的?而且協定簡單?簡化了網路節點中信息存貯管理與處理的複雜性，加快了信息交換的速率減少了信元在節點緩衝區中的排隊時延和時延抖動，有利於信息傳送的時間透明性，特別適合在核心網中用於信息傳送。
（2）ATM採用面向連線的通信方式?通信之前要建立虛通道（VP）和虛通路（VC），避免了複雜的信元順序控制工作?加上用戶接入時的流量控制和合理的QoS與網路資源管理控制，以及各種差錯控制技術，可以使信元丟失率降低到各種業務可以接受的程度，滿足各類業務的語義透明性。
（3）在ATM方式下，輔之以必要的網路管理功能和信令處理與連線控制功能，可以設定多種優先權（連線優先權，信元優先權等）管理功能，滿足各種使用要求。
2．ATM的綜合能力ATM以信元的方式傳送信息，與業務的特性、比特率無關，只要將各類業務的信息在入網時轉化為統一格式的信元，就可以在網路中進行傳輸與交換，因此，高靈活性使之具有各種綜合能力。 3．靈活的動態頻寬分配與連線管理能力 （1）ATM具有統計復用的特點網路資源可以按需分配，網路資源的利用率高。 （2）在ATM方式下，網路具有支持多方連線的能力?其中包括支持廣播（broadcast）型連線和多播（multicast）型連線的能力。
4．ATM對已有技術的兼容性ATM作為一項獨立的技術充分考慮了與已有技術的融合，ATM的兼容性表現在兩方面：? 1）對現有廣域網技術（包括分組交換及電路交換技術）的兼容：ATM可以兼容幀中繼（FR）業務、專線數據業務（DDN），並且支持PSTN和N－ISDN業務。 2）對現有IP技術的兼容：ATM對IP技術既有第二層（數據鏈路層）的兼容（如區域網路仿真-LANE），又有第三層（網路層）的兼容（如CIPOA、MPOA及MPLS）。由於ATM技術的上述優點，因此得到了電信界、計算機網路界的廣泛重視。然而，研究開發和利用ATM技術的兩大陣營顯然代表了兩種不同的觀點和角度。電信界期望ATM能夠實現其網路的綜合，實現現有電信網與未來網路（包括IP網、第三代移動通信網）的無縫融合，保護現有電信網的投資；而計算機界希望利用ATM更好地支持IP，以實現IP的QoS。當然，ATM也有其固有的缺陷，主要問題是過高的信元開銷和網路複雜性。就ATM信元本身而言，信元頭的開銷超過了10%（5/48），如果再把ATM適配層以及更高層協定的開銷考慮進去，總開銷可能會超過25%，這對於一些數據業務（例如：E－mail等短分組數據）來講是難以接受的；另外，ATM網路為了支持綜合業務和保證QoS而引入的CAC、UPC/NPC等流量控制功能?使得網路所支持SVC的信令和網路管理功能十分複雜，這不僅增加了網路成本，同時也加大了網路的複雜性。ATM的套用領域 根據ATM技術的特點和電信網技術的發展，就ATM技術本身而言，要對它的套用領域進行重新定位。由於ATM終端和信令複雜，端到端ATM連線（信元到桌面）的想法已基本落空，其原因是在用戶駐地網支持話音業務它不如PSTN，支持數據業務它不如千兆乙太網。然而，在核心網和邊緣接入網中ATM技術仍然大有作為，在這裡ATM作為多業務平台的優勢可以得到充分發揮。此外，ATM與IP的結合將增加ATM的競爭能力。因此，ATM的套用領域主要有以下幾個方面： 1．支持現有電信網逐步從傳統的電路交換技術向分組（包）交換技術演變。 （1）支持現有電話網（如PSTN/ISDN）的演變，並作為其中繼匯接網； （2）支持並作為第三代移動通信網（要支持移動IP）的核心交換與傳送網； （3）支持現有數據網（FR/DDN）的演變，作為數據網的核心，並提供租用電路，利用ATM實現校園網或企業網間的互連。 2．為Internet骨幹傳送網?互連核心路由器，支持IP網的持續發展。 3．與IP技術結合，取長補短，共同作為未來信息網的核心技術。由於IP與ATM技術，有各自的優勢，在傳統電信網與網際網路融合與演變的過程中都將發揮各自的重要作用，如果把這兩項技術結合起來，利用ATM網路為IP用戶提供高速直達數據鏈路，既可以使ATM網路運營部門充分利用ATM網路資源，發展ATM網路上的IP用戶業務，又可以解決Internet網路發展中遇到的瓶頸問題，推動IP業務的進一步發展，使這兩項技術的潛力充分發揮出來，獲得巨大的經濟效益。ATM的發展前景： 和許多事物的發展一樣，ATM技術的發展，走過了一條曲折的路。從它誕生之日起到現在，一波三折，人們對於ATM的態度，可以說先是頂禮膜拜，後是打入冷宮，現如今好象又發現了它的內在價值。事實上，近年來，ATM在與IP的較量之中，確實落於下風，尤其是在區域網路領域，千兆和萬兆乙太網此起彼伏地交響，幾乎已經淹沒了ATM的所有聲音。但從市場情況來看，2002年ATM交換機的市場容量在106億美元左右，而路由器的市場總額是40億美元左右；從網路建設的情況看，一此電信運營商還在投資建設ATM網。這些方面說明ATM並沒有死，也沒有被替代。它仍然在網路建設中占據著應有的份額。在這種情況下，應當如何來看待ATM技術的發展呢？ATM會如何發展，這是一個許多人都關心的問題，尤其是在千兆、萬兆乙太網的步步緊逼之下，人們對ATM的業務提供能力、投資價格取向以及套用前景更為關心。對於這個問題，雷振明主任說：“就ATM技術本身，從它的提出到現在，所走過的路就是一個很好的例證。從目前的情況看，它已經是網路技術的基礎，不會輕而易舉地消失，或者被其它技術所替代。並非像某些分析家所說的，IP+MPLS會取代ATM”。他強調指出：“ATM未來的發展，主要取決於客戶的需求。有兩種可能：一種是技術融合的趨勢，實際上，ATM已經融合了其它許多技術，如MPLS等，這種融合的趨勢，會使未來網路變成多技術的集成。另一種是並存的趨勢。也就是說將來ATM核心網路、IP核心網路和光網路會是相互並存的，未來的核心網路還會有ATM，只不過在ATM上運行的業務是ATM適合提供的業務”。
