反法西斯战争时期中国与世界研究：太平洋战争爆发后的影响

7．2．3　B－ISDN/ATM协议参考模型

ITU－T在I．321建议中给出了B－ISDN的参考模型，B－ISDN是一个基于ATM的网络，这个参考模型也是唯一的一个关于ATM的协议参考模型。因此，这个协议参考模型目前已广泛用于描述基于ATM的通信实体。

图7．4　B－ISDN/ATM协议参考模型

1．ATM分层参考模型

ATM协议参考模型如图7．4所示，它是一个立体的分层模型。该模型由三个平面组成，分别称为用户平面、控制平面和管理平面。管理平面又可细分为层管理与平面管理。

（1）用户平面：负责用户信息的传送，并具有一定的控制功能，如流量控制、差错控制。采用分层结构，有物理层、ATM层、ATM适配层及高层。

（2）控制平面：提供与呼叫和连接有关的控制功能，主要涉及信令功能，也具有分层结构。

（3）管理平面：提供面管理与层管理两种管理功能，其中面管理部分实现了所有平面间的协调工作，对整个系统进行管理，不分层；而层管理部分采用分层结构，主要实现网络资源与协议参数的管理，并处理操作维护（OAM）信息。

2．ATM协议模型各层的功能

ATM协议参考模型分为4层，从下到上分别为物理层（PH Y）、ATM层、ATM适配层（ATM Adaptation Layer，A AL）与高层。

（1）物理层

ATM物理层是连接复用器、路由器、集线器、交换机等网络设备以及用户终端的传输系统，物理层可进一步划分为两个子层：物理媒体子层（Physical Medium Sublayer，PM）和传输会聚子层（Transmission Convergence Sublayer，TC），相当于开放系统七层模型OSI中的物理层和数据链路层。其中物理媒体子层只支持与媒体有关的功能；传输会聚子层接收ATM层的信元，转换成能在物理介质中传输的比特流，交给PM层发送，或从PM层接收比特流，取出信元交ATM层。

物理媒体子层（PM）是与物理介质直接相连的一层，负责在特定的物理介质中传输和接收比特流，完成物理介质接口功能、光电转换、比特定时及线路编码，包括从简单的RS－232串行口到复杂的同步数字系列SDH系统，并向传输会聚子层提供正确的比特流。但通过物理层传送的ATM信元是不可靠的，它可能丢失，其信息域也可能发生错误。

传输会聚子层TC的功能主要有5个：

①传输帧的生成与恢复。目前，传输系统的制式为SDH和PDH，由于SDH/PDH均以125μs为周期传送帧，因而ATM与SDH/PDH系统衔接时，需将发送端的信元嵌入到相应的帧格式中；反之亦然。

②信元定界功能。信元定界就是识别信元边界的过程。图7．5为信元定界过程的状态图。由于在ATM信元之间没有使用特别的分割符，信元的定界也借助于HEC字节实现。这种信元定界的方法是基于正确的H EC的搜索。信元定界过程可能有3种状态：搜索态、预同步态和同步态。接收器开始工作的时候处于搜索状态，对收到的信号逐个比特进行检查，搜寻正确的HEC。所谓搜索正确的H EC，就是指接收端对收到信元的前32个比特（4个字节）进行HEC运算，其结果正好与后一个字节的8个比特（信头的HEC字段）相等。一旦找到正确的H EC，系统立即转到预同步状态。在预同步状态下，系统认为已经发现了信元的边界，并按照此边界找到下一个信头进行H EC检验，只有连续收到b个含有正确HEC的信元时，系统才确信真正找到了信元的边界，并转入同步状态，否则接收器仍然回到搜索状态重新搜索。在同步状态下接收器仍要逐个信元进行H EC检查，在发现连续a个不正确的H EC检验结果后，系统回到搜索态。

图7．5　信元定界状态图

上述信元定界方法是基本的，它不依赖于所使用的传送媒体。某些传送媒体中可能提供其他的信元定界手段。

③传输帧的适配。主要完成信元流与传输帧转换时的格式适配功能。

④信头错误检验码HEC的产生与校验。在发送端按CRC算法生成一个字节的信头差错控制域（HEC），而在接收端通过对信头部分的HEC进行检验可以纠正信头中的一位错码和发现多位错码。传送ATM信元的主要媒体是光纤，ATM信元头中出现误码的概率很小，大多也只是一位错误，因而在ATM信头纠错中采用了只纠正一位错码的信头差错控制码。对于H EC已检验出信头有错而无法纠正时则将错误信元丢弃，所以致使ATM信元不是所有的都能送到接收方，接收方收到的ATM信元的信头都是正确的，信头错误的信元被丢弃了。

对信息域不采取任何纠错和检错措施，接收方收到的ATM信元的信息域中不能保证没有误码。

⑤信元速率适配

若在发送端的一条恒定速率的ATM信元传送信道上，没有信元传送时，则向信道插入空闲信元。这些空闲信元采用特殊的预分配信头值，在接收端很容易被识别出，然后做简单的丢弃处理。各层具体功能总结如表7．5所示。

（2）ATM层

ATM层在物理层之上，其主要工作是ATM信元信头的产生和处理。ATM信头的主要部分是VPI和VCI，对于不同的用户经ATM层实体传送的数据，ATM层可以为其指定不同的VPI或VCI。因此，ATM层实体可以提供用户数据的复接能力，并为各种业务提供信元传输功能，与OSI模型中的网络层相当，但与物理媒体完全无关，它利用物理层提供的信元传送功能，向上提供端到端的数据（48 bit）传送能力。ATM层不提供任何应答机制，不进行差错控制，因此，ATM层的信元传输也是不可靠的，传送的信元可能丢失，也可能发生错误。但在传送多个信元时，传送过程能够确保其顺序不会紊乱。ATM层功能主要体现在以下几个方面。

表7．5　B－ISDN/ATM协议参考模型的各层及子层功能

①信元复用/解复用

ATM层在源端点负责对来自各个虚连接的信元进行复接，在目的端对接收的信元流进行解复用，并在ATM层与TC层的接口处完成。VPI/VCI是信头中十分重要的选路标志，负责在每个ATM节点对信头进行标记/识别。ATM层能将不同连接（用不同的VPI/VCI值区分）的信元复用成物理层的单一信元流，并在相反的方向上进行解复用。(www.xing528.com)

②服务质量保证

ATM层提供保证服务质量（Quality of Service，QoS）的功能。ATM层信元的丢失会影响QoS，为了减少这种影响，用户应设置信头中CLP的值来区分不同QoS的信元，并表示该信元对丢失的优先级。

③信头处理

负责在源端点产生信头（除HEC域外）和在目的端点翻译信头。如在目的端点可以把VPI/VCI翻译成业务接入点。即当信元从一条物理链路被交换到另一条物理链路时，要将VPI/VCI进行翻译。VPI/VCI的翻译就是ATM选路和交换的过程。

④流量控制和拥塞控制

流量控制的目的是控制进入网络的数据量，以尽量避免拥塞的发生；拥塞控制的目的是当网络已经拥塞时，采取措施减少拥塞带来的影响，避免拥塞的进一步加剧。在源端点产生ATM信头中的一般流量控制域，在接收点则依靠它来实现流量控制。信头中的一般流量控制GFC提供对于ATM连接的流量控制，以便减轻瞬间的业务量过载，保证业务的服务质量。GFC只用在用户－网络的接口（UNI）上。

（3）ATM适配层

ATM适配层（AA L）位于ATM层和高层应用之间，其功能是将不同种类的用户信息适配成适合于网络传输的ATM信元，用在ATM网络接入侧。即ATM层提供的是一种基本的数据传送能力，A AL层是在此基础上提供更适合于各种不同电信业务的通信能力。例如，一种通信需求不能在ATM层得到满足，则它可以利用AA L层的通信能力得到满足。ATM适配层负责适配从用户来的信息，以形成ATM网络可传输的格式；TCP/IP是IP网络最常用的一种协议，TCP/IP协议交给ATM适配层的是IP数据包，这个包可能非常大，其长度可能是几千个字节。而ATM网络只能传输53个字节的信元。AAL必须对IP包进行分割处理，然后将其分割成ATM可以接收的信元。

①AAL的类型

AAL的功能和规程与业务类型有关，不同的业务需要不同的AA L规程。AAL业务的分类由3个参数决定：即源和终点之间的时间关系；比特率恒定还是可变；连接方式是面向连接或是无连接的。这3个参数可以产生8种组合，但是根据现有业务，ITU－T只定义了4类A AL业务，如表7．6所示。这4类业务分别称为A、B、C、D类业务。

表7．6　AAL业务分类

恒定比特率业务是指以恒定速率持续不断地传送数据的业务。变比特率业务传送的信息是变化的，例如在新闻广播中，如果采用压缩技术，当新闻主持人出现在屏幕上的时候，屏幕中的画面在一定时间内变化很小，这时候传输的压缩数据量很小；但是当屏幕从新闻主持人转移到一场激烈的篮球比赛时，屏幕中画面在短时间内就有很大的变化，虽然采用压缩技术，可是需要传输的数据量仍然很大。也就是说在这种业务中，信息传输的速率是可变的。

面向连接和无连接的业务，如固定电话、QQ语音及视频聊天等是面向连接的，电报、E－mail、Fetion等是无连接的。

通信双方时钟同步或不同步，有些业务需要通信双方的时钟保持同步，例如，数字话音业务、数字电视业务、远程医疗、远程教学及多媒体会议等显然需要双方时钟同步，而计算机数据通信业务则不需要双方时钟同步。

A类业务：要求源和终点之间有定时关系，采用固定比特率、面向连接的业务。例如ATM网络中传输的64 kbit/s话音业务和普通图像通信（电视）等。

B类业务：也要求源和终点之间有定时关系，也需要面向连接，只不过采用了可变比特率。例如经压缩的分组化图像和音频通信等属于B业务。

C类和D类：不要求源和终点之间的定时关系，比特率可变，采用面向连接和无连接的数据传送业务。例如，分组交换网中的虚电路和数据报业务可以分别看做是C类和D类业务。为了支持以上定义的各类业务，人们试图在同样的ATM层通信能力的基础上，通过不同的AAL层协议规程来提供不同的通信能力，以满足不同的业务需要。因此，ITU－T定义了4种AAL协议类型：A AL1、AAL2、A AL3/4、AAL5，分别提供不同的通信能力。

②AAL1、A AL2、AAL3/4、A AL5协议规程的功能

·AAL1提供业务类型A使用的通信能力。用来支持话音或对时延敏感的恒定比特率业务，可以选择具备/不具备前向数据纠错能力，可以在数据丢失或出现不能纠正的错误时给予指示，不使用反馈重发方法纠错。

·AAL2支持B类业务，适用于对实时性比较敏感的低速业务。A AL2与AAL1的区别是应用在可变比特率的实时业务中，特别是采用压缩技术的视频传输。AAL2主要的功能包括：拆装用户信息，处理信元时延变化，在接收端恢复源时钟频率与源数据结构，处理丢失与误插的信元，监视误码等。

·A AL3与AAL4原来是分开的，后来合并为一类，称为A AL3/4，提供业务类型C使用的通信能力，即包括面向连接与无连接数据业务。

·AAL5适配ATM效率问题。因为AA L1和AA L3/4都在数据字段有一些附加的额外开销，这样ATM使用效率进一步降低。A AL5的数据字段不需附加任何开销，实现十分简单，特别适合ATM系统中的IP业务、压缩电视信号的传送、ATM网络信令与数据业务的适配等。

③AAL层适配过程

下面以AAL5为例介绍一下AA L层适配过程。AAL5的CP子层被进一步分为公共部分汇聚子层（CPCS）和特定业务汇聚子层（SSCS），其中SSCS尚在研究之中，A AL5的适配过程如图7．6所示。

图7．6　AAL5的适配过程

公共部分汇聚子层CPCS接收的AAL业务数据单元最长可以达到2¹⁶＝65　536个字节。加入8个字节控制信息，如CPCS－UU　1个字节，CPI　1个字节，长度2个字节，CRC　4个字节；再根据需要填充0～47个字节，如图中PAD字段，目的是为了满足48个字节的整数倍。用户的信息通过CPCS－U U透明传输，CPI指示PDU是否为公共部分，长度字段指出了CPCS－PDU净荷的长度，以便接收端可以去掉填充的字节。CRC为4个字节的循环冗余检验。拆装子层（SAR）的主要任务是将来自CPCS的CPCS－PDU分割成48个字节的载体，加入5个字节的信元头后形成ATM信元，和AAL1、AAL2、AAL3/4的适配过程相比简化了许多。表7．7给出了不同的AAL所支持的不同的服务类别。

表7．7　AAL及其所对应的服务类型