ATM信元传送方式-反法西斯战争时期的中国与世界研究

7．2．4　ATM信元传送方式

1．面向连接的方式

ATM是采用面向连接的工作方式。面向连接又分为永久虚连接和交换虚连接。交换虚连接类似于电话业务，在传送信息之前，要建立源至目的之间的连接，通信结束后要拆除连接，即通信过程的实现要有三个阶段，即电路连接的建立、数据传输、电路连接的拆除。ATM的电路连接不是固定物理电路的连接，而是采用虚电路连接，也叫做虚连接或逻辑连接。ATM的虚连接是由虚通路VC和虚通道VP来实现的。

（1）虚信道、虚通道、虚连接

①虚信道（Virtual Channel，VC）。VC是传送ATM信元的逻辑信道，即子信道。类似于分组交换中的逻辑信道，用虚信道标识符（Virtual Channel Identifier，VCI）来标识。

②虚通道（Virtual Path，VP）表示属于一组VC子层ATM信元的路径，类似于分组交换中的逻辑信道组，由相应的虚通道标识符（Virtual Path Identifier，VPI）来标识。

图7．7所示为虚信道、虚通道与传输线路的关系示意图。

图7．7　VP、VC和物理信道之间的关系

在一个物理信道中可以包含一定数量的虚通路（VP），在一条虚通路中又可以包含一定数量的虚信道（VC），即一个虚通路可以由多个虚信道组成。VP级可以进行ATM信元的交换，VC级也可以进行ATM信元的交换。

③虚连接是通过ATM网络中的节点在用户之间建立一条速率可变的、端到端的、全双工的连接。该连接由虚信道、虚通道组成，通过VCI和VPI进行标识。

（2）虚通道标识符和虚信道标识符

虚通道标识符（VPI）标识可以静态分配的连接，虚信道标识符（VCI）标识可以动态分配的连接。VPI、VCI在虚连接的每段链路上具有局部意义，即在不同的逻辑链路上标识是不同的。

例如，图7．8所示为一条物理传输信道，正在同时进行着8个通信，分别分布在VPI＝1、2、3的虚通道上。其中上海方向有3个通信，2个是数据通信，一个是电话通信，分别用VCI＝3、4、5标记来区分；广州方向有2个通信，一个是视频通信，一个是电话通信，分别用VCI＝4、5标记来区分；深圳方向的3个通信都是数据通信，分别用VCI＝6、7、8标记来区分。这样，可以认为，在这条物理传输信道中所有VPI相同的信元属于同一个子信道，如VPI＝1表示上海方向的通信，VPI＝2表示广州方向的通信，VPI＝3表示深圳方向的通信。把这3个子信道叫做虚通道，并认为ATM信元头中的VPI就是区别不同虚通道的标志。同样每条虚通道又可以进一步划分为子信道，称之为虚信道，并且ATM信元头中的VCI就是区别不同虚信道的标志。

图7．8　一条物理信道上的3条虚通道、8条虚信道示意图

在一个通信过程中传输通道上的VPI和VCI始终表示这个通信，只有当该通信结束后，这个VPI和VCI才可以为其他通信使用。

通常情况下ATM连接是双向的，两个方向上的VPI/VCI被赋予相同的值，但VPI/VCI的值不是端到端的概念，一般是相对一段连接而言的，即不同连接段的VPI/VCI可以不同。虚电路建立后，需要传送的信息被分割成53个字节的信元，经网络送到接收端。

（3）虚通道连接和虚信道连接

在ATM系统中，源端点到目的端点之间（端到端）存在着多段传输通道。每段传输通道可划分为虚通道，而虚通道又可以划分为虚信道，这样就在每段传输通道上形成了一个个逻辑子信道。如果源端到目的端之间的某个通信，在每段传输通道上选定了一个逻辑子信道，并将其串接起来，就形成了源端到目的端的一个通信虚连接。如果选定的逻辑子信道是在虚通道层次上（用VPI来标识），该连接被称为虚通道连接（Virtual Path Connection，VPC）；如果是在虚信道层次上（用VCI来标识），该连接被称为虚信道连接（Virtual Chan－nel Connection，VCC）。

（4）VP链路和VC链路

在虚通道连接（VPC）中，将通过交换设备串接起来形成VPC的每段逻辑子信道称为VP链路（VP Link）；同样将通过交换设备串联起来形成VCC的每段逻辑子信道叫做VC链路（VC Link）。每段传输通道上的VP链路用VPI来标识；每段传输通道上的VC链路用VCI来标识，如图7．9所示。

VCC是由VCI_x、VCI_y和VCI_z VC链路构成，VCC上的VCI不具有端到端的含义。VPC是由VPI_i、VPI_j和VPI_k构成。

2．VP交换和VC交换(www.xing528.com)

一个物理传输通道可以包含若干个VP，一个VP又可以容纳上千个VC，那么相应连接多条传输通道的ATM交换机必须能够完成VP交换或VC交换。

图7．9　虚通道连接和虚信道连接

（1）VP交换

VP（虚通道）交换过程中，只有VPI值改变，VCI值不变，即VPI进行了变换，VP内部的VCI没有改变；VP交换可以单独进行，它是将一条VP上的所有VC链路全部转送到另一条VP上去，而这些VC链路的VCI值都不改变，如图7．10所示。

图7．10　虚通道（VP）交换

（2）VC交换

VC交换是同时对VPI、VCI进行处理和变换，也就是经过VC交换，VPI和VCI值同时改变。VC交换必须和VP交换同时进行，因为VC是按照VP来划分的，当VC交换时，其所属的VP也要进行交换，即VP和VC都要进行交换，如图7．11所示。

图7．11　虚信道（VC）交换

VP交换和VC交换在网络节点内部进行，将输入的VPI和VCI改变为输出的VPI和VCI就可以完成信元的交换。一般ATM交换机同时具备VP交换和VC交换的功能，但也有的交换机只提供VP交换（交叉连接），因此，VPATM交换机也称为交叉连接设备。

总之，ATM是一个面向连接型的网络。当两个终端连接建立的时候，根据信令信息以及网络运行情况，在该连接中的每个交换节点上建立转发表。该转发表包含输入端口号、输出端口号。在输入端口或者输出端口中，不同的信元流有不同的VCI/VPI值转换。当某一个信元进入交换模块时，交换模块通过识别信元信头的VCI/VPI，查找转发表，找出对应的输出端口以及输出信元的VCI/VPI值，将输入信元的VCI/VPI值改变为相应输出信元的VCI/VPI值，并控制交换网络将信元交换到对应的输出线上。

从上述基本的信元交换过程中可以看出，虽然ATM交换是异步时分交换，但其原理与同步时分交换（时隙交换）有许多相似之处，其基本区别是用VCI/VPI代替了时隙交换中时隙的序号。

3．VCC与VPC连接的过程

多级连接的VC和VP组成虚信道连接（Virtual Channel Connection，VCC）和虚通道连接（Virtual Path Connection，VPC）。

VCC/VPC分成三种：永久VCC/VPC、半永久VCC/VPC和交换VCC/VPC。

永久虚连接和半永久虚连接因为没有通过信令建立连接，所以属于管理面的连接，其连接是通过预定或预分配资源的方法建立的连接。交换机的转发表是由网络管理部门根据用户要求预先控制建立的，即预先为每一个呼叫分配一个VPI/VCI，每个VPI/VCI只具有局部意义，每个节点在读取VPI/VCI后，根据本地的转发表，查找对应的输出VPI/VCI，进行交换并改变VPI/VCI的值。这种方法在传送信息前不需要建立虚连接，在传送信息结束后也不存在拆除虚连接的问题。

交换虚连接是由信令控制建立的连接，属于控制面的连接。交换机中的转发表是在进行通信前建立连接的，就是在两个端点之间的各段传输通道上，找寻空闲VC链路和VP链路，分配VCI/VPI，建立相应VCC/VPC的过程，如图7．12所示。即源端与目的端在每一个方向上都要建立相应的VCC与VPC的连接。注意，图中只表示了从源到目的方向上建立的VCC与VPC。不管是VPC还是VCC，它们都是虚连接（VC）。在通信开始前，源端到目的端要建立起虚连接，通信结束时则要拆除这个虚连接，这就是ATM面向连接的工作方式。

图7．12　VCC与VPC的连接建立过程

注意：在组成一个VPC的各个VP链路上，ATM信元的VPI不必相同。同样，在组成一个VCC的各个VC链路上，ATM信元的VCI也不必相同。