第九章 异步传输模式 ATM

概述两种信息传递模式

ATM 分层结构与基本功能ATM 局域网仿真技术

电话网• 将所有的话机和一个交换机相连接，由交换机根据

用户的请求建立任意两部话机之间的通信通道

城市电话网• 不同地方的电话网络的交换机节点之间通过中继线

群相连接后，不同本地网络中的话机才能够建立通信信道

中继线路和用户线路• 交换设备之间的线路称为中继线路

采用光纤作为传输媒体传输方式采用数字式多路数字话音信息通过时分方式复用中继线路

• 交换机和终端用户之间的电路连接称为用户线路采用双绞线作为媒体传输的是带宽为 3.1kHz 的模拟话音信号和其直接相连的交换机进行数字化处理

多路复用中继线路（一）• 频分复用

多路复用中继线路（二）• 时分复用

将一条数字传输信道或一条中、高速数据电路，通过一个自动分配系统，按照一定的时间间隔分割成很多条较低速率的独立传输信道，这些信道可以为不同的通信过程使用

时分复用的对象是数字信号，所以话音信号要进行时分复用，必须经过脉冲编码调制 (PCM-Pulse Code Modulation) 将模拟信号数字化才能进行传递

同步传递模式 STM

• 整个通信连接期间始终有一条电路被建立，并按照时分复用原理将信息从一个节点传递到另一个节点，当通信结束后，连接被撤销

• 同步传输模式 STM 过程PCM 是通过对模拟信号抽样、量化和编码，将模拟信息

转化成数字信号，为了保证话音的还原质量，必须保证每秒钟对话音信号进行 8kHz 抽样，对于每个抽样，进行 8比特编码

交换节点之间进行 n 路话音复用：将 125μs 时间分成 n 个时隙，在每个时隙中，系统对一路话音进行抽样获得一个抽样值，每个抽样值为 8 比特编码，所以其中第 0 路话音信号占用 0 ～ 7 位，第 1 路话音信号占用 8 ～ 15 位，第n-1 路话音信号占用 8(n-1) ～ 8n-1 位，在所有帧中话音信号都是这样排列，信号在帧中的位置属于具体的通信通道

在接收端进行相反的操作，恢复出模拟的声音信号

STM 中的帧和时隙• 北美的 T1 格式：一帧中有 24 个时隙• 欧洲的 E1 格式：一帧中有 32 个时隙，其中 30 个时

隙用于话音传输，第 0 时隙用于传输帧同步信号，第 16 个时隙用于传输 30 个话路的信令，我国采用E1 格式

利用电话网络传输数据• 用户线路依旧传输模拟话音信号

调制解调器，需要连接 ISP• 电话接入双绞线改造成为数字用户环路 DSL(Digital

Subscriber Loop) ，使得用户线路可发送数据依然在模拟话音信号的信道上传输 (N-ISDN)扩展信道带宽以提高数据传输速度 (xDSL)使用光纤接入用户端 (B-ISDN)

综合服务数字网（ ISDN ）• 通过单一线路发送数字语音呼叫和数据的一种电信

标准，用数字系统取代模拟系统，既要能够适应语音通信，又要能够适应非语音通信

• N-ISDN使用电路交换技术通过 PBX 来实现的：数字 PBX 可以将一定数量

的终端设备连接成为局部地区的专用网络，提供本地交换功能

提供两种速率：基本速率和主要速率• B-ISDN

使用 ATM 技术

电路交换• 电路交换是一种直接交换方式，是多个输入线和多

个输出线之间直接形成传输信息的物理链路• 电路交换分为四个阶段

静止阶段呼叫控制阶段数据传送阶段清除阶段

分组交换• 在分组交换网中，用户信息封装在分组中。分组中有分组头，

其中包含一些附加信息。这些附加信息用来在网络中进行路由选择、差错纠正、流量控制等。

• 分组交换有两种方式面向连接方式 (虚电路 ) ：面向连接方式是类似电话通信方

式，有连接建立、通信和撤销连接三个阶段。连接建立阶段根据用户的请求，经过网络寻址功能选择固定的路径建立连接。用户数据沿这条连接进行传输，数据传输结束后，连接被撤销。

无连接方式 ( 数据报 ) ：在通信过程中，每一个分组的分组头中都包含有发送和接收用户的网络地址。网络对每一个分组独立地执行寻址功能。这样，在两个用户之间的一次通信中，各个分组可能经由不同的路径。

• 分组长度是可变的。因此，网络内需要一个相当复杂的缓冲器管理。同时，分组转发机制也引人了网络延迟，这使得分组交换技术很难用于实时业务。但对于低速数据来说，分组交换仍然是成功有效的

电路交换和分组交换的区别

异步传输模式 ATM• ATM 网络采用面向连接的快速分组交换技术，它是通过建立虚电路来进

行数据传输的• ATM 采用固定长度的数据包：信元

固定长度的信元使得联网和交换的排队延迟时间更容易预测。同时，较小的信元长度降低了交换节点内部缓冲器的容量，限制了信息在缓冲器的排队延迟

与可变长度的数据包相比， ATM 信元更便于简单可靠地进行处理，很高的可预估性使 ATM硬件可以更有效的实现

• 信元头的功能要比普通的分组交换精简的多，其主要功能是用来根据虚电路标志识别虚连接，除此之外，信元头还支持一些非常有限的功能

• ATM 采用统计时分复用的方式来进行数据传输：根据各种业务的统计特性，在保证业务质量要求的情况下，在各个业务之间动态地分配网络带宽，以达到最佳的资源利用率；利用统计复用有可能使输入带宽的总和大于总带宽

• ATM 采用预约传输资源的方式工作• ATM 标准的制定： ITU-T(the telecommunication standardisation sector of I

nternational Telecommunications Union) ，国际通信联盟 (ITU) 的前身是国际电报电话咨询委员会 (CCITT) ； ATM论坛，属于民间组织

ATM 综合了电路交换和分组交换的优点• 具有电路交换的“处理简单”的特点，支持实时业

务、数据透明传输 ( 网络内部不对数据作复杂处理 ) 、并采用端到端的通信协议

• 具有分组交换支持变比特率 VBR业务的特点、并能对链路上传输的业务进行统计复用

STM 和 ATM 的比较• 传统的 STM 方式将来自各种信道上的数据组成帧格式，每

路信号占用固定比特位组，在时间上相当于固定的时隙，任何信道是通过位置进行标识。在 ATM 方式中保持时隙的概念，但是时隙中装载的信息不是按照固定的周期来自各通信过程，而是来自于实际需要传送的数据通道，这样通信过程不能由时隙进行标识，所以必须保留分组的复用标志

• 由于是按需分配带宽，所以取消了 STM 方式中帧的概念，可以看到在 ATM 时隙中存放的实际就是分组交换中的分组，在这里称为信元

• 在 ATM 方式中采用的是分组交换中的虚电路形式，同时在呼叫过程向网路提出传输所希望使用的资源，其中资源的约定并不像电路交换中给出确定的电路或 PCM 时隙，只是用以表示将来通信过程所可能使用的通信速率。与 STM 不同，在 ATM 中，一个数据连接只在有数据要传输时才被分配时隙进行传输，而没有数据需要传输时，则不占用带宽，可以解决 STM 中出现的带宽浪费的问题

STM 和 ATM 的比较图示

9.3 ATM 分层结构与基本功能• ATM 的传输过程可以包括以下几个阶段：连接建立、

数据传输和连接终止• ATM 网络是网状拓扑结构，由多个 ATM 交换机组成。

ATM 网络与用户之间的接口称为用户网络接口 UNI ，ATM 交换机之间的接口称为网络与网络接口 NNI

• ATM 中的虚连接由虚通路 (VP:Virtual Path) 和虚通道(VC:Virtual Channel)组成，分别用 VPI 和 VCI 来标识多个虚通道可以复用一个虚通路多个虚通路可以复用一条传输链路在一个传输链路上，每个虚连接可以用 VPI 和 VCI

的值唯一标识ATM 是多工传输

虚连接的建立和信元传输• 当发送端希望与接收端建立虚连接时，它首先通过

UNI向 ATM 网络发送一个建立连接的请求。接收端接到该请求并同意建立连接后，一条虚连接才会被建立。虚连接用 VPI／ VCI 来标识。连接建立后，虚连接上所有中继交换机中都会建立连接映像表。

• 在虚连接中，相邻两个交换机间信元的 VPI／ VCI值保持不变。当信元经过交换机时，其信元头中 VPI／ VCI 值将根据要发送的目的地，参照连接映像表被映射成新的 VPI／ VCI。这样，通过一系列 VP 、VC 交换，信元被准确地传送到目的地。

虚连接的类型和服务质量参数 (QoS)

• 虚连接的类型有两种永久虚连接（ PVC ）： PVC 是由网络管理等外

部机制建立的虚拟连接，该连接在网络中一直存在

交换虚连接（ SVC ）： SVC 是在进行数据传输之前通过信令协议自动建立的，数据传输之后便被拆除

• 每个 ATM虚连接都有一个服务质量参数（ QoS ）来标定所传输的数据。 QoS主要包括数据传输所需要的带宽、数据负载类型（ CBR 或 ABR等）以及数据优先级、时延、时延抖动等

ATM 的信元格式• ATM 中的信息传输采用固定长格式，一律为 53 字

节。其中包括 48 个字节的数据和 5 个字节的信元头。• ATM 信元长度的选择是考虑到以下几个方面的因素：

传输率、打包时延、在交换机中的排队时延以及交换机中存储器的大小等。

• ATM 的信元头由五个字节组成。 ATM 信元头的功能很有限，主要用来标识虚连接。另外，也完成一些功能有限的流量控制，拥塞控制，差错控制等功能，虚连接由信元头中的 VPI/VCI 标识

ATM 的基本功能和特点• ATM 可以看做是一种特殊的分组型传递方式，它建立在异步

时分复用的基础上，并使用固定长度的信元。• ATM 的传输过程

连接建立：当用户希望通过 ATM 网络传输数据时，首先通过信令向目的站点提出建立虚连接的请求，同时给出该连接所需要的 QoS参数。若这些要求能够被满足，则连接被建立，发送端得到一个 VPI/VCI。

数据传输：这时，发端就可以通过这条虚连接将数据发送给接收端。当数据经过 ATM 交换机时，要进行 VP 、 VC交换，这时，信元头中的 VPI 、 VCI 被赋予新值。

连接终止：数据传输结束后，虚连接被拆除。• ATM 的特点：适应高带宽应用的需求；能同时传输多种数据

信息；具有良好的可扩展性； LAN 和 WAN 具有统一的结构以及为应用提供特点的 QoS参数等。

9.3.1 ATM 的分层• 采用了和 OSI 模型类似的逻辑层次结构用于 ATM

B-ISDN 网。• 同时，这个模型还采用平面的概念来分离用户、控

制和管理。

B-ISDN/ATM 网络协议参考模型• 协议参考模型包括 3 个面，分别表示用户信息、控

制和管理三个方面的功能用户面：支持数据传送、流量控制、差错检测以及其他的用户功能，采用分层控制结构

控制面：主要用于连接管理，包括对信令信息的管理，采用分层结构

管理面：维护网络和执行操作功能•面管理：实现与整个系统有关的管理功能，并

实现所有面之间的协调。面管理不分层• 层管理：实现网络资源和协议参数的管理，处

理操作维护 OAM 信息流，采用分层结构

每个平面中的分层• 在每个平面中，采用了 OSI 的分层方法，各层相对

独立，分为物理层、 ATM 层、 ATM 适配层和高层• 物理层：主要讨论物理媒体的问题，如电压、比特

定时、信元头验证以及信元速率匹配等问题，其功能相当于 OSI七层模型中的物理层和数据链路层。

• ATM 层：主要讨论信元及其传输，它定义了信元格式、虚连接的建立和拆除以及路由选择等。信元的拥塞控制也是在这里定义的。它的功能相对于 OSI模型中的网络层。

• ATM 适配层： CCITT 在 ATM 层之上定义了 ATM适配层，即 AAL 层。来为高层应用提供信元分割和会聚功能，将业务信息适配成 ATM 信元流

ATM协议模型中各层和相应子层的功能

9.3.2 ATM 高层及其服务• ATM 高层实际上指高层与业务相关的功能，高层是

与业务密切相关联的， ITU-T 定义了 ATM 网络业务分类，网络业务分为 A 、 B 、 C 、 D四类，每一类分别对应不同的网络业务，其中包括定时、比特率及连接模式

ATM支持的服务• CBR （恒定比特率）：主要用来模拟电路交换，如 TI 电路等。比特以恒定的速率从一端传到另一端。传输过程中没有错误检测、流量控制或其他操作。

• VBR （可变比特率）：这类服务又分为两个子类，分别称为 RT-VBR（实时可变比特率）和 NRT-VBR （非实时可变比特率）。 RT-VBR主要用来提供具有严格实时要求的可变比特率服务，如实时视频会议等。在这类服务中， ATM 网络不能在信元的传输中引人波动，因为这会引起显示的抖动。在 NRT-VBR 服务中，及时传送很重要，但应用中可以容忍一定量的抖动。例如，多媒体电子邮件。

• ABR （可用比特率）：这类服务主要是为带宽并不确定的突发式的通信设计的。如，当用户使用 Web浏览器来查询信息时，便使用这类服务。这时，用户对带宽的需要是不确定的，如果用户在访问数据量断续的主页和用户正在阅读当前主页，所需带宽很少或几乎为零；而当用户下载图像密集的主页时，所需带宽会猛增。使用 ABR 服务，可以使用户避免长时间申请一个固定带宽，例如，用户可以将自己所用的虚连接指定为：在通常状况下，带宽为 2Mbps ，但带宽可以升高为 10Mbps。在 ABR服务中，当网络发生阻塞时，会向信息发送者返回消息来请求减缓发送。ABR 服务是惟一的一种具有这种反馈机制的服务类型

续前• UBR （不定比特率）：这类服务不对用户作出任何承诺，同时，也不对网络阻塞作出任何反馈。用它来传送 IP包是非常合适的。当网络发生拥塞时， UBR 信元将被丢弃，网络不会向发送者返回任何反馈信息。文件传递、电子邮件以及公告牌等服务使用UBR 是完全可以的

CBR RT-VBR NRT-VBR ABR UBR

带宽保证 √ √ √ 可选择 ⅹ 实时数据流 √ √ ⅹ ⅹ ⅹ 突发数据流 ⅹ ⅹ √ √ √ 拥挤反馈 ⅹ ⅹ ⅹ √ ⅹ

9.3.3 ATM 适配层• ATM 适配层 (AAL)负责处理从高层应用来的信息，在发送方，负责将从用户应用传来的数据包分割成为固定长度的 ATM 有效负载 (48 字节 ) ，在接收方，将 ATM 信元的有效负载重组成为用户数据包，传递给高层应用。

• 虽然 AAL 层的功能与 OSI 模型中的传输层的功能是有差别的，由于 AAL 层位于具有网络层功能的 ATM 层之上，并具有一些类似传输层的功能，我们可以将其与传输层对应起来。

• AAL 层、服务分类及网络业务的对应关系如下：AAL1 CBR A类AAL2 VBR B类AAL3/4 ABR UBR C/D类AAL5 ABR UBR C/D类

• 现在用得最多的是 AAL1 和 AAL5。对于恒定比特率的业务，采用 AALI 进行适配；而对于可变比特率的数据业务，如局域网、帧中继、 X.25等，则采用 AAL5 进行适配。 AAL 一直未形成完善的协议标准； AAL3/4则由于协议开销较大和控制复杂而逐渐被 AAL5 所取代。

会聚子层 (CS) 和拆装子层 (SAR)

• 会聚子层 CS是与业务相关的，它负责为来自用户平面的信息 (如 IP包 ) 作分割准备，以使 CS 层能将这些信息再拼成原样。

CS 层将一些控制信息——子网头或尾附加到从上层传来的用户信息上，一起放在信元的有效负载中。

• 拆装子层 SAR是将来自 CS子层的数据包 (CS-PDU) 分割成 44 ～ 48 字

节的信元有效负载，并将 SAR 层的少量控制信息 (如果有 ) 作为头、尾附加其上，将其重组为 SAR-PDU。

此外，在某些服务类型中， SAR子层还可以具有其他一些功能，如误码检测、连接复用等。在某些服务类型中，SAR 或／和 CS子层可以为空。

CS子层和 SAR子层的操作

AAL5

• CS子层将控制信息附加到有用户平面来的数据包，并利用填充字段将用户数据包填充成 48 字节的整数倍，使之成为 CS-PDU

• SAR子层只有分段和重组的功能，它只包括将 CS子层的数据包分割成为 48 字节的信元有效负载，或反过来的操作

9.3.4 ATM 层—— ATM 网络的核心• ATM 层为 ATM 网络中的用户和用户应用提供一套公共的传

输服务。 ATM 层提供的基本服务是完成 ATM 网上用户和设备之间的信息传输。

• ATM 层其功能可以通过 ATM 信元头中的字段来体现。主要有：信元头生成和去除、一般流量控制、连接的分配和取消、信元复用和交换、网络阻塞控制、汇集信元到物理接口以及从物理接口分检信元等。ATM 层接收到 AAL 层提供的信元载体后，必须为其加上

信元头以生成信元，这样信元才可以成功地在 ATM 网络上进行传输。

当 ATM 层将信元载体向高层 AAL 层传输时，必须去除信元头。

信元载体提交给 AAL 层后， ATM 层也将信元头信息提交给 AAL 层。所提交的信息包括用户信元类型、接收优先级以及阻塞指示。

ATM 的信元头格式• ATM 信元头有 5 个字节组成，信元头结构分为 UNI

上的信元头和 NNI 上的信元头

信元头中各字段的说明• GFC 字段：被定义成用来提供 UNI 接口上的流量控制，以减轻网络中可能出现的瞬间业务量过载。该字段只出现在 UNI接口的信元头中出现，即在主机和网络之间起作用，而在 NNI 接口的信元头中，则没有 GFC 字段。

• CLP 字段：进行阻塞控制，以保证一定的业务质量。 CLP 标识信元的两种优先级， CLP=1 为低优先级， CLP=0 为高优先级。当网络阻塞时，首先丢弃低优先级的信元，这样可以在一定的情况下保证业务质量。

• 信元的复用和交换主要通过信元头中 VPI 和 VCI 来实现。通过复用在一条传输链路上 的不同虚连接进行传输的信息是通过 VPI/VCI 来区分的。信元交换、路径选择是 ATM 交换机和交叉连接设备根据连接映像表对 VPI 和 VCI 进行交换实现的。连接映像表在虚连接被建立时，由信令过程创建。

• PTI 字段：由 3bit组成，用来区分信元类型，是用户数据信元，还是系统内作为维护和控制的 OAM 信元。

• HEC 字段：信元头验证，将在后面叙述

ATM 地址• 建立虚连接时，源站点需要指明要建立连接的目的站点的地址。• ATM 地址包括三个部分：

AFI(Authority and Format Identifier) 字段，指明 ATM 地址的类型和格式

IDI(Initial Domain Identifier) 字段，指明地址分配和管理的授权 DSP(Domain Specific Part) 字段，包含真正的路由信息。

• 根据 AFI 和 IDI 字段性质的不同， ATM 地址可以分为三种形式 DCC 格式 ( 国家 ) ：在这种格式中， IDI 字段为 DCC(Data Country C

ode) ，它表示由 ISO 3166确定的不同国家。这个地址是由各个国家的 ISO 国家成员组织来进行管理的。

ICD 格式 ( 国际组织 ) ：在这种格式中， IDI 字段为 ICD(International Code Designator) ，由 ISO 6523登记机构分配，表示各个国际组织。

E.164形式 (ISDN 号码 ) ：在这种地址形式中， IDI 是 E.164 号码，它是一种由前 CCITT规定的旧式 15 位十进制 ISDN 号码。

ATM 地址格式

ATM 地址• ATM论坛建议各组织和网络服务厂商使用 DCC 或 ICD 格式

的 ATM 地址。• ATM 地址中 DSP 字段

HO-DSP• RD ：路由信息域• AREA ：地区标识符

ESI ：被指定为一个 48 位的 MAC 地址。这样将有助于同时支持使用这种地址的 LAN 设备和依赖MAC 地址的 LAN协议，如 IPX等。

• ATM 地址中的 SEL 字段用于终端站点内的本地多路复用，没有任何网络上的意义。

• ATM论坛采用 ILMI(临时本地管理接口 )协议来对 ATM 终端系统进行地址登记。 ATM 可以通过 UNI 将自己的 MAC地址发送给 ATM 交换机，并从该处获得完整的 ATM 地址的其余部分。

ATM虚连接的建立• ATM 中的连接可以是点到点的连接，也可以是点到

多点的连接• 建立的方式：

永久虚连接 (PVC) ：通过网络管理等外部机制建立的；存在时间较长，主要用于经常要进行数据传输的两站点间

交换虚连接 (SVC) ：由信令协议自动建立的连接，通过连接信令建立基于 ITU-T 标准的 ATM 连接

ATM虚连接建立的过程• Setup( 连接建立请求 ) ：源站点通过缺省虚连接 ( 通常为 VPI

=0 ， VCI=5)向目的站点发出连接建立请求。该请求中包含源站点 ATM 地址、目的站点 ATM 地址、传输特性以及 QoS参数等。

• Call Proceeding( 呼叫确认 ) ：网络向要求建立连接的源站点回送呼叫确认，表明呼叫建立已启动。并不再接收呼叫建立信息。

• Setup沿网络向目的的站点传播。在传播的每一步都会返回 Call Proceeding确认。

• Connect( 连接 ) ：目的站点接收到连接建立请求后，若连接条件满足，则返回连接，表明接受呼叫。然后，网络用连接响应源站点，源站点被接受。

• Connect Ack( 连接确认 ) ：在 Connect返回源站点过程中，每一步均会产生连接确认，最后源站点用连接确认响应网络。

ATM虚连接的建立图示

虚连接的拆除• Release(拆除连接 ) ：要求拆除虚连接的源站点向网

络发出拆除连接• Release Complete(拆除完成 ) ：相邻的交换机接到该消息后，向源站点返回 Release Complete。

• Release沿 ATM 网络向目的站点传播。在网络中传播的每一步，都会得到 Release Complete确认。

• Release 到达目的站点后，虚连接将被拆除。

虚连接技术• ATM 采用了虚连接技术，将路由选择和数据传输分离，两个通信实体之间通过控制信令建立虚连接，在这一过程中，进行路由选择，虚连接建立起来后，路由选择过程便结束了，剩下的任务就是数据传输了，信元按照确定好的虚连接进行传输。通过将路由选择和数据传输分离开来，简化了数据传输中间的控制，提高了数据传输的速度。

• ATM 标准本身并没有特定的路由协议，采用哪一种路由协议由 ATM 交换机厂商自己决定。

虚连接拆除的图示• 当数据传输完成后，虚连接要被拆除。虚连接拆除

的过程如下

ATM 中的连接：虚通道连接和虚路径连接• 虚通道连接 VCC ：

相当于两个用户之间建立的端到端的虚连接 VCC 是通过若干个 VC 交换节点相连，连接相邻交换节点之间的虚通道称为虚通道链路 (VCL) ，因此 VCC 是由 VCL串接而成的

某条特定 VCC 中的各段 VCL 的标识符 VCI 是各不相同的 VCL 的端点—— VC 交换机完成相应 VCL 的 VCI变换

• 虚通路连接 VPC ： 表示属于一组 VC子层 ATM 信元的路径。引入虚通路 VP 概念可以使网络对

具有相同要求、相同方向上的传输，进行成组监测、管理和控制，以此简化操作过程，降低网络费用，提高网络的响应能力。考虑到 ATM 网络中容纳的传输带宽和媒体种类以及通信连接的数量，可以知道如果 ATM 传输网没有 VP子网功能，宽带网络根本无法应付这样复杂和巨大的控制和管理工作

VPC 是通过若干个 VP 交换节点相连，连接相邻交换节点之间的虚通路称为虚通路链路 (VPL) ，因此 VPC 是由 VPL串接而成的

某条特定 VPC 中的各段 VPL 的标识符 VPI 是各不相同的 VPL 的端点—— VP 交换机完成相应 VPL 的 VPI变换 由于 VPC 是嵌入在 VCC 中的，所以，经过 VC 交换也会改变 VPI 的值

ATM 传输网络层之间的关联

ATM 交换• 虚连接建立后，被赋予 VPI/VCI 值作为标识，并在虚连接经过的每个 ATM 交换机上建立一个连接映射表。每个 VPI/VCI 值只在相应的用户和交换机间或相邻交换机间的局部有意义。当信元经过交换机时，VPI/VCI 值需要进行交换。交换是根据交换机中的连接映射表进行的。VP 交换：根据 VP 连接的目的站点，将输入信元

的 VPI 值更改为可导向目的站点的新 VPI 值。在交换过程中，该 VP 中所有 VC 同时进行交换， VCI 的值保持不变。通常交换机之间的交换都采用VP 交换。

VC 交换：如果某一虚通路 VC 需要指向特定的目的站点。则进行 VC 交换，在 VC 交换中，信元头中的 VPI 和 VCI 的值通常同时发生改变。

VP 交换和连接映射表

VC 交换和 VP 交换

VPI/VCI虚连接交换过程

9.3.5 ATM物理层• ATM物理层分为与媒体有关的物理媒体子层 (PM子层 ) 和传

输聚合子层 (TC子层 )

• PMD子层的作用是在适当的物理媒体上正确地发送和接收比特以及提供比特在物理媒体上的传输。它的作用类似于 OSI七层模型中的物理层。

• TC子层的作用是为其上层的 ATM 层提供一个统一的接口。在发送方，它从 ATM 层接收信元，组装成特定的形式

(如信元、 SONET 数据帧、 FDDI 数据帧等 ) 以使其在物理媒体子层上传输。

在接收方， TC 从来自 PM子层的比特或字节流中提取信元，验证信元头，并将有效信元传递给 ATM 层， TC子层具有 OSI 模型中数据链路层的功能。

PM子层• 比特的传输标准： ATM 并没有对传递比特的形式进

行标准化。在 ATM 中，除了可以以信元的方式传送比特外，还可以将信元包含在 TI 、 T3 、 SONET 或FDDI 的帧中进行传送，在美国通信公司开发的同步光纤网 SONET 上传

输的基本速率是 155.52Mbps ，还可以达到 622.08Mbps 、 2488.32Mbps等。

在 T3 媒体上传输时，速率为 44.736Mbps在 FDDI 上传输时，速率为 100Mbps。

• ATM物理层的传输媒体可以是光纤，当在 100米以内运转时， 5类双绞线也是可用的。使用光纤可以覆盖数公里。光纤或双绞线连接都是在主机和交换机之间以及交换机与交换机之间进行的。

TC子层——信元头验证• 信元头中 HEC 字段的功能是进行信元头的差错控制。因为信元头中包含

了信元的路由信息。只有保证信元头的正确传送，才能保证信元被正确地传递到目的地；信元有效负载中的传输错误由高层控制。采用这种简单的差错控制方式是由于 ATM 的传输方式是定义在光纤媒体上的，而光纤传输又具有高可靠性。

• 发送方计算 HEC 值的方法是：将信元头比特形成的多项式乘以 2 的 8次幂，然后除以生成多项式 x8+x2+x+1 ，得到的余数就是要发送的 HEC字段。当 HEC 字段被生成后，它被插人信元头，这时，信元就已作好发送的准备了。

• 当将信元向异步传输媒体发送时，信元被发送的时间不受限制。只要准备好后，就可以被发送；当向同步传输媒体发送时，信元一定要按照预先定义好的时间模式来发送。若在发送时间没有信元准备发送，则发送空信元 (Idle Cell) 以进行同步。 OAM 信元 (Operation and Maintenance Cell)也可以用来作为填充信元。除了作为填充信元外， OAM 信元还可以被ATM 交换机用来互换控制和其他信息，以维持系统的运转。

• 在接收端对非用户信元的处理：空信元由 TC子层处理，而 OAM 信元被传送给 ATM 层处理。

TC子层——传输帧适配• TC子层的另一个重要作用是为传输媒体子层生成帧

格式。在基于信元的传输方式中，传输帧中正好含有一

个信元。信元被连续地传输。不存在任何规则的时间帧同步。为了对信元传输的速率进行控制，物理层还传送一些特殊的物理层 (PL) 信元。这些信元由物理层产生。 PL 信元可以是空信元，也可以是物理层 OAM 信元。

在基于 SONET 、 FDDI 、 TI 、 T3等传输帧的传输方式中，传输帧的有效负载不是信元大小的整数倍，信元被嵌在传输帧的有效负载内，信元边界没有固定位置，信元边界由信元划分功能决定。

TC子层——信元定界• 在接收端， TC子层接收输入的比特流，对信元的边界进行定位，验证信元头，抛弃错误的信元和空信元，对 OAM 信元进行处理，并将数据信元传送给 ATM 层。在这个过程中，最复杂的过程就是信元定界。

• 信元定界： 在初始时刻，信元定界机制处在搜索状态。定界机制逐比特地

对输入比特流进行检查，找出正确的 HEC 字段，这时，可以认为信元边界被找到

然后，定界过程进人预同步状态。在预同步状态， TC子层逐信元 ( 每次搜索 53 字节 ) 地进行搜索。并对每个信元的 HEC字段加以验证。如果发现 HEC 字段不正确，则转回搜索状态继续进行逐比特搜索来为信元定界

如果连续 δ 个信元都正确，这时， TC子层便认为已被同步，并进人同步状态。在同步状态下，如果连续 α 个信元发现不正确的 HEC ， TC子层便离开同步状态 (即丢失信元定界 ) ，进人搜索状态。 CCITT 建议的参数是：对于基于 SONET 的物理层， α =7 ， δ =6；对于基于信元的物理层， α =7 ， δ =8

信元定界状态机

9.3.6 ATM 交换机结构• ATM 信元交换机包含若干条输入线路和若干条输出线路。• 信元在一个时钟周期中通常同步地将各个输入线路上的信元

通过交换机内部的交换结构发送到相应的输出线路上。信元是异步地到达输入线路的。在交换机中以主时钟作为一个时钟周期开始的标记。如果信元在一个时钟周期开始交换的时刻已经完全到达输人线路，则可以被交换；否则，需等待下一个时钟周期。

• 交换机的主要功能就是提供一种方法，将来自输入端口的信元快速、有效地路由到输出端口， ATM 交换设备将进行单个信元的输人处理、信元标头的转换以及信元输出处理。信元经过交换机的处理，才能准确地进入正确的输出链路。

• 交换机有多种类型，但所有的交换机都要实现下面两个基本目标。要尽量减少信元交换中的信元的丢失率。在同一条虚通道上进行传输的信元的顺序不能被改变。

交换机的一般模式

ATM 交换机交换结构• 交换结构分成两大类：时分交换和空分交换。• 时分交换是指输入输出端共享同一条高速的信元流

通道，例如共享总线、共享存储器等。这种结构通过共享设施，如总线、存储器，将所有交换信息从输入端口路由到输出端口。它的特点是，所有交换使用同一个设施，同一瞬间只有一个信元进行交换，进行交换之前必须等待资源的可用性。

• 空分交换是指在输入线路和输出线路之间有多条通道，不同的 ATM 信元流可以在不同的通道上同时通过交换矩阵进行交换。与时分交换结构不同，空分交换结构不依赖于共享设施。空分结构具有良好的硬件可扩展性。

交换结构的分类

空分交换机结构之 Banyan 结构• Banyan 结构是一种基于 2X2 交换单元的网络交换结构。它在任意给定的

一对输入和输出线路之间形成惟一的一条路径，是一种简单的自选路由网，它能够保证所有信元都能够根据信元头中的路由信息到达正确的输出线路。它的缺点是在连接阻塞时及在大型网络中性能下降。

• 信元进人 Banyan 结构的交换机之前，要按照输出端口进行排序，这使得Banyan 结构具有无阻塞特性。

空分交换机结构之 Delta 结构• Delta 结构是 Banyan 结构的一个子集，它也是自路

由方式的交换结构，其信元路由基础是一个由 n x n交换单元组成的交换构架。

在任何输入、输出端口之 间只有一条路径。 Delta 交 换结构是为大型网络设计 的。

自路由方式

9.4 ATM 局域网仿真技术• 传统局域网与 ATM 网络

ATM 有许多诱人的特点。但是由于 ATM 与传统局域网相冲突的许多特性，使得它与传统局域网的互操作的能力成为ATM 成功的关键。

为了使现有的大量局域网 (包括以太网 IEEE802.3 和令牌环网 IEEE802.5) 上的应用能够在 ATM 上继续使用，以实现现有局域网和 ATM 之间的互操作性，关键的问题是在现有局域网和 ATM 网上使用相同的网络层协议，如 IP 和 IPX。

在 ATM 上实现网络层协议有两种方法。• 一种方法称为传统方式，就是在 ATM 上直接支持网络层协议，如 IP 和 IPX ，使用地址解析机制将网络层地址直接映射成 ATM 地址，这样网络层的信息包就可以通过 ATM 网络进行传送了 (例 IPOA) ，通常用在全 ATM 网络中

• 另一种方法就是局域网仿真技术。通常用在 ATM 网络和局域网共存的环境之下

传统局域网与 ATM 提供的服务区别• ATM 采用面向连接的点对点的通道复用方式来传输

数据；而传统局域网是以非连接方式来传输数据的。• 由于传统局域网是共享媒体的，所以比较容易实现广播（ Broadcast ）或组播（ Multicast ）通信；而 ATM则要采用较复杂的技术来实现。

• 传统局域网以不定长度的帧（ Frame ）为单位来传输数据；而 ATM则采用固定长度信元，每个信元只有 53 字节。

局域网仿真 (LANE)

• 在局域网仿真方面， ATM论坛已经制定了局域网仿真标准。局域网仿真协议 (LANE) 的功能是在 ATM网络上仿真传统局域网。局域网仿真协议包括了对以大网 IEEE802.3 和令牌环网 IEEE802.5 的仿真。

• ATM 局域网仿真技术ATM 局域网仿真的内容局域网仿真的协议结构

ATM 局域网仿真的内容• 无连接服务：传统局域网站点不需事先建立连接就可以传送数据，局域网

仿真要为参与仿真的站点提供类似的无连接服务。• 组播服务：局域网仿真服务要支持组播MAC 地址的使用。• ATM站点中的 MAC驱动器接口：局域网仿真的主要目的是使已有的局域

网上的应用能够通过传统协议栈如 IP 、 IPX 、 NetBIOS 、 APPN 、 Apple Talk等访问 ATM 网络，就像它们在传统局域网上运行一样。由于传统局域网上的这些协议栈都是运行在标准的 MAC驱动器接口 (如 NDIS 、 ODI等 ) 上的，局域网仿真服务就提供相同的 MAC驱动器服务原语，以保证网络层协议不需经过修改就能运行。

• 仿真局域网（ Emulated LANs ： ELAN ）。在有些环境中，可能需要在一个网络中配置多个分开的域。从这种需要出发便产生了“仿真局域网” 的概念。仿真局域网由一组 ATM附属设备组成，这组设备的逻辑上与以太网 IEEE802.3 和令牌环网 IEEE802.5 的局域网网段类似。在一个 ATM 网络中可以有多个仿真局域网。终端设备属于哪个仿真局域网与它的物理位置无关。一个终端设备可以同时属于多个仿真局域网。同一个 ATM 网络中的多个仿真局域网在逻辑上是相互独立的。

• 与传统局域网的互联。局域网仿真不仅提供与 ATM站点的连接，而且提供与传统局域网站点的连接。因此不仅包括有 ATM站点与 LAN站点，同时还包括 LAN站点通过 ATM站点与 LAN站点的连接。在这种 MAC 层的局域网仿真中仍然可以采用传统的桥接（ Bridging ）方法。

局域网仿真的协议结构• ATM 局域网仿真 LANE 位于 AAL 层之上。用于 LANE 的 A

AL协议是 AAL5。• 在网络边缘设备 ATM至 LAN 交换器中， LANE 为所有协议

解决数据联网问题，其办法是把MAC 层的 LAN 地址和 ATM 地址桥接起来。 LANE完全独立于其上层的协议、服务和应用软件。

• 由于 LAN 仿真过程发生在边缘设备和终端系统上，所以对于ATM 网以及以太网和令牌环网的主机来说，它是完全透明的。LAN 仿真把基于 MAC 地址的数据联网协议变成 ATM虚连接，这样， ATM 网络的作用和表现就像无连接的 LAN 一样。

• 局域网仿真协议的最基本的功能就是将 MAC 地址解析为 ATM 地址。通过这种地址映射，它才能完成 ATM 上的 MAC桥接协议，从而使 ATM 交换机更好地完成 LAN 交换器的功能。 LANE 的目的就是完成这种地址映射以确保 LANE站点之间能够建立连接并传送数据。

局域网仿真的协议结构

局域网仿真图示

LAN 仿真的体系结构• 在一个 ATM 网络上可以运行多个仿真 LAN ，仿真 LAN 是独立的，只能

通过路由器或网络相互通信；每个仿真 LAN 都是以下两种类型之一：以太网 IEEE802.3 和令牌环网 IEEE802.5。

• 每个仿真 LAN 都由一组 LAN 仿真客户机（ LEC ）和一个 LAN 仿真服务（ LE Service ）组成 LEC 是 ATM站点的一部分，它表示有 MAC 地址标识的一组用户 LAN 仿真服务是 ATM站点或 ATM 交换机的一部分：它可以集中在

一个站点上，也可以分布在多个站点中。• LAN 仿真配置服务器（ LECS ）• LAN 仿真服务器（ LES ）• 广播和未知服务器（ BUS ： Broadcast and Unknown Server ）

LEC 之间以及 LEC 和 LAN 仿真服务之间的通信是在 ATM 的虚通道连接（ VCC ）上进行的。每个 LEC 都是在控制 VCC 和数据 VCC 上与 LAN 仿真服务进行通信的。虚通道连接（ VCC ）可以是交换虚通道（ SVC ）、永久虚通道（ PVC ）或两种的混合。

LAN 仿真的结构• 层间接口： LAN 仿真实体与站点中其它实体间的相互作用。

• 用户与网络接口：在 ATM 网络上 LEC 和 LAN 仿真服务之间的相互作用。

层间接口• LAN 仿真层与高层之间的接口具有传送和接收用户

数据帧的功能。• LAN 仿真层与 ATM 适配层之间的接口具有传送和

接收 AAL 帧的功能。 AAL 利用低层，即 ATM 层和物理层，完成这种功能。

• LAN 仿真实体与连接管理实体之间的接口具有建立和释放虚拟连接的功能。

• LAN 仿真实体与层管理实体之间的接口具有初始和控制 LAN 仿真实体并返回状态消息的功能

LAN 仿真的层结构

LAN 仿真的用户和网络接口 (LUNI)

• LAN 仿真第一版中， LUNI协议允许 ATM 连接的端系统和 LAN/ATM 转换设备控制数据传输所需的虚拟连接，并模仿 LAN 的无连接特性，即局域网仿真

• 在后来的 LANE版本中将 LAN 仿真的网络到网络的接口（ LANNI ）协议作为同一仿真 LAN 中各种服务器实体 LES/LES 、 LECS/LECS 和 BUS/BU 之间相互作用的接口。

LAN 仿真用户和网络接口

LAN 仿真的组成部分• 每个仿真 LAN 中，包括客户机（也就是 ATM 作站

和 ATM 网桥，在每个客户机中至少有一个 LAN 仿真客户 LEC 实体），此外还包括 LAN 仿真服务的成员（一个 LAN 仿真服务器 LES 、一个广播和未知服务器 BUS 和一个局域网仿真配置服务器 LECS ）。

• 每个 LAN 仿真服务的成员既可以分布到多个物理实体上，也可以集中在一个或几个物理实体上。

LAN 仿真客户 (LAN Emulation Client LEC)• 与 ATM 网络相连并参与 LAN 仿真服务的任何站点

（如工作站、网络服务器、网桥、路由器等）中都有 LEC 实体

• LEC 实体主要具有传送数据、地址解析以及其他功能。这样 LEC就为高层软件提供了 MAC 层的仿真以太网 IEEE802.3 和令牌环网 IEEE802.5 的服务接口，并且在与仿真 LAN 中的其它实体进行通信时执行 LUNI 接口

• LEC 通常由站点中的 ATM NIC （网络接口卡）或仿真 LAN 中的 LAN 交换器提供。与多个仿真 LAN 相连接的站点要为每一个仿真 LAN 分别提供一个LEC

• 每一个 LEC 是由惟一的 ATM 地址标识的，并可以通过这个 ATM 地址与一个或多个 MAC 地址相关联。

局域网仿真服务器（ LES ）• LES主要提供控制功能，主要包括对 MAC 地址和 ATM 地址

进行登记以形成一个地址对应表、以及利用该对应表将 MAC地址解析为 ATM 地址。 LEC 可以将它们的 LAN 地址（ MAC 地址）和 ATM 地址登记在 LES 上。

• 当一个客户希望将一个 MAC 地址解析为 ATM 地址时，它可以向 LES 发出请求。这时， LES 可以对该请求给予应答，也可以将这个请求转发给其他的 LEC （如路由器、网桥等，它们作为该MAC 地址的代理），以使它们能对该请求进行应答。

• 在 ATM论坛制定的 LAN 仿真标准的版本 1 中，每个仿真 LAN逻辑上只有一个 LES。在后继的版本中，则允许存在多个LES

• LEC 属于某一个特定仿真 LAN 的意思就是它与这个仿真 LAN 的 LES 建立了控制关系。

• 每个 LES 由一个惟一的 ATM 地址标识。

广播和未知服务器（ BUS ）• BUS 是一个组播服务器。它的功能是处理由 LEC 发往广播MAC 地址

（全“ 1” 地址）的数据以及组播通信。另外，在点对点通信中目的地址被解析之前（即源 LEC 与目的地址之间的数据直接虚通道建立之前），由 BUS负责进行初始数据的发送。

• 在 LAN 仿真的版本正中，每个仿真 LAN 中只有一个 BUS （实际上有些厂商已超越了这个限制，在 LAN 仿真的后继版本中对此进行了扩充）。

• BUS 提供的组播功能是 LAN 仿真中的一个重要组成部分，它为 LEC 提供了无连接数据传播特性。 LEC 将数据发送给 BUS ，由 BUS 对它们进行整理，并将它们转发给一组 LEC。

• 在交换虚电路（ SVC ）环境中， BUS 需要加盟 LAN 仿真地址解析协议（［ LE—ARP］，以使 LEC 能够找到 BUS。 BUS 同时还管理 ATM连接和它的分布组（ Distribution Group ）。

• BUS 具有一个惟一的 ATM 地址标识。在 LES 的地址对应表中，它的 ATM 地址是与广播MAC 地址（全“ 1” 地址）相关联的。在仿真 LAN 中，BUS 必须一直存在，并且所有的 LEC 都必须加人到它的分布组中。

局域网仿真配置服务器 （ LECS ）• LECS 的功能是将一个个 LEC 分配到不同的仿真 LA

N 中。它根据一定的原则、已有的配置数据库以及LEC 提供的信息，将请求配置信息的 LEC 分配给一个特定的仿真 LAN 服务。所谓分配就是赋给这个 LEC 一个 LES 的 ATM 地址。

• 逻辑上每个管理域只有一个 LECS ，并且它为该域中所有的仿真 LAN 提供服务。

LAN 仿真的组成部分

LAN 仿真中的连接• 在 LAN 仿真的版本 1 中，实体之间是使用一系列 A

TM 连接进行相互通信的。• LEC 将这些通信分为两类：

数据通信：用来传送已封装的 IEEE802.3 和 IEEE802.5 帧

控制 ( 信令 ) 通信：用来传送类似于 LE－ ARP这样的请求。

• 虚通道（ VCC ）组成了 LEC 与其他 LAN 仿真实体如 LECS 、 LEC 和 BUS 之间的连接网络

控制连接• 配置直接虚通道（ configuration Direct VCC ）。

这是一个由 LEC 在连接阶段建立的到 LECS 的双向点对点虚通道。该虚通道用来获得配置信息，包括 LES 的地址。

• 控制直接虚通道（ Control Direct VCC ）。这是一个由 LEC 在初始化阶段建立的到 LES 的双向虚通道，以传送控制信息。在 LEC加盟仿真 LAN 期间，必须一直保持这个通道。

• 控制分布虚通道（ Control Distributed VCC ）。LES也可以有选择地建立无方向的点到点或点到多点的控制通道——控制分布虚通道。以向各 LEC 分发控制信息。这个虚通道可以由 LES 在初始阶段建立。在 LES 和 LEC加盟仿真 LAN 期间，必须一直保持这个通道。

LAN 仿真中的控制连接

数据连接• 数据直接虚通道（ Data Direct VCC ）。

建立在两个希望交换数据的 LEC 之间的双向点对点的虚通道。 LEC 将使用同一条数据直接虚通道在它们之间交换数据，而不是在它们之间的每一对 MAC 地址（每个 LEC 可能对应多个 MAC 地址）之间都打开一个虚通道。这样做可以节约连接资源，并减少连接建立延迟。

由于 LANE 所仿真的是传统 LAN ，在传统 LAN 中不支持 QoS ，所以数据直接虚通道通常采用 UBR 和 ABR 连接，并不提供任何 QoS 保证。

• 组播发送虚通道（ Multicast Send VCC ）。 由 LEC 建立的通向 BUS 的双向点对点虚通道。这个虚通道用来向 BUS

发送组播数据，也用来在数据直接虚通道建立之前发送点对点通信的初始数据。 BUS也可以使用这条虚通道向 LEC 发送数据。

在 LEC加盟仿真 LAN 的过程中，这条虚通道必须保持。• 组播转发虚通道（ Multicast Forward VCC ）。

由 BUS 建立的通向 LEC 的虚通道。它可以是点对多点的虚通道，也可以是无方向的点对点虚通道。

组播转发虚通道必须在 LEC加盟仿真 LAN 期间一直保持。

LAN 仿真中的数据连接

LAN 仿真的操作过程• 初始化和配置 (Initialization and Configuration)• 加入和登记 (Joining and Registration)• 数据传送

初始化配置• 在初始化时， LEC 必须首先获得自己的 ATM 地址。通常，这是通过地址注册过程得到的

• 查找 LECS 的地址 (三种方式 ) 向 ATM 交换机发出 ILMI （临时本地管理接口）请求以获取连接在

ATM 交换机上的 LECS 的地址。这是最常用的一种方式 使用“众所周知的 ATM 地址”（ well—known ATM address ）来获

取 LECS 的 ATM 地址。 LEC也可以使用一个预定义的 VCC。这种方案要求从网络上的一个

ATM 接口将 VCC预配置给 LECS。（在这里，每个端口都包含一个UNI ）。这种方法需要大量的 VCC ，而其中大多数在多数时间里通常是空闲的。

• LEC 将建立一条到 LECS 的配置直接虚通道，并将向 LECS 发送配置请求，其中包括它的 ATM 地址、 MAC 地址、所支持的 LAN类型和它的最大帧长度等信息。随后， LECS 将把有关仿真 LAN 的类型、仿真 LAN的最大帧长度、仿真 LAN名称和

• LES 的 ATM 地址等信息发送给 LEC• LEC 可以有选择地终止与 LECS 的连接（即配置直接虚通道）

初始化和配置

加入和登记• 当 LEC 得到 LES 的地址后，它就会建立一条到 LES 的控制

直接虚通道• 地址登记：连接建立起来后， LEC会将包含从 LECS 处获得

的特定仿真 LAN 信息的加入请求帧传送给 LES。 LES检查该 LEC 的加入请求，并赋给 LEC 一个惟一的 LEC 标识符 （ LECID ）。然后 LEC会将它的 MAC 地址和 ATM 地址登记到 LES 上。如果 LEC 是一个代理 （网桥或路由器），它可以将它所代理的其他MAC 地址也登记到 LES 上。然后，LES 将建立返回 LEC 的控制分布虚通道

• 建立和 BUS 的连接：最后， LEC会使用 LE-APR 机制去确定 BUS 的地址。 LEC向 LES 发送 MAC广播地址（全“ 1”地址）的 LE-APR 请求， LES会返回 BUS 的 ATM 地址。然后， LEC会建立到 BUS 的组播发送虚通道，接着， BUS会建立到 LEC 的组播转发虚通道——通常是将这个 LEC 作为一个叶子加人到一个点对多点的连接上。

关于 LAN 仿真的地址解析• 控制直接虚通道和控制分布虚通道都是 LEC 用来进行地址解析的

• 首先， LEC 需要知道目的地址的 ATM 地址， LEC产生一个LE-ARP 请求，并将其发送给 LES

• LES 的处理知道此地址：通过控制直接虚通道进行应答不知道此地址：它将通过控制分布虚通道将请求发送给知

道这个地址映射的 LEC 代理。在应用中，通常是通过将请求发送给所有 LEC 来发送给这个 LEC 代理的；如果 LEC 是指定的 MAC 地址的代理，它就可以应答 LE-APR。它可以通过控制直接虚通道向 LES返回应答信息。 LES会将这个应答转给提出请求的 LEC ，也可以将这个应答通过控制分布虚通道转发给所有的 LEC ，以使所有的 LEC 都可以知道并登记这个地址映射。

加入和登记

数据传送• 点对点数据传送• 广播和组播数据传输

点对点数据传送• LEC 接到要发送或转发的数据后，首先要查找本地表，以确定它是否已

经知道目的 LEC 的 ATM 地址。目的 LEC 是指通过该 LEC 可以访问到目的 MAC 地址。如果源 LEC 并不知道目的 LEC 的 ATM 地址，在这种情况下， LEC 应首先产生并发送一个 LE-APR 请求。

• 在等待该 LE-APR 应答时， LEC 同时要将发送的数据转发给 BUS ，由 BUS 将这些数据包发送给所有 LEC ，接到 LE-APR 应答后， LEC会建立通向目标节点的数据直接虚通道，并使用该虚通道取代 BUS 路径来传送数据。在使用数据直接虚通道进行传送之前， LEC 需要使用 LAN 仿真的“冲刷（ Flush ）”协议来保证在此之前通过 BUS 发送的数据包要首先到达目的地。

• 如果在源 LEC 中已经存在了到达目的 LEC 的数据直接虚通道（在同一仿真 LAN 中），源 LEC 可以再次使用这条数据直接虚通道，以节省连接资源；减少连接建立延迟。

• LEC会将通过 LE-APR 请求得到的 MAC 地址到 ATM 地址的映射保存在本地表中。当 LEC 接收到另一个发往同一 MAC 地址的数据包时，它就会查本地表以得到地址映射，而不需要再发送 LE-APR 请求。一般这样的表项过一段时间便会过时。同样，如果连接持续一段时间不用，数据直接虚通道也会被清除。

点对点数据传送

广播或组播数据传送• LEC 可以向组播MAC 地址发送或从组播MAC 地址接收数据。

发送或接收广播或组播数据时，同样要用到 BUS。• 需广播的数据包要先转发给 BUS ，再由 BUS 将它们转发给

所有的 LEC。这就是说，源 LEC也能够接收到自己的广播或组播数据包。但有些 LAN协议不允许这种情况，所以在广播的数据包前要加上 LAN 仿真头，其中要包含源 LEC 的标识符（ LECID ），使该 LEC 根据这个信息过滤从 BUS 处收到的所有数据包，从而保证源 LEC 不会接收到自己发送出的数据包。

• 如果 BUS 同时接收到两个广播或组播数据包，它会在发送其中一个的同时，将另一个数据包缓冲起来，这样就保证了同一条虚通道上的不同数据包的信元不会被混到一起。用于 LAN仿真的 ATM 适配层（ AAL ）只允许在同一条通道上同时只能重组一个数据包。

• BUS 机制是为处理低层广播通信设计的。当有大量的广播数据时，它的效率低的特点就会很明显。在 LAN 仿真的未来

• 版本中会有效地处理高密度广播通信的方法。

9.4.6 仿真局域网• LAN 仿真技术被许多厂商用来在 ATM主干网上提供虚拟 LAN 服务。这

样的虚拟 LAN 是建立在由一仿真 LAN 上的局域网交换器（桥接）、 ATM 终端系统（通常是使用 ATM NIC 的服务器）和 ATM 路由器（具有 ATM 接口的路由器）组成的交换互联网络上的

• 虚拟局域网的优势（见第八章）• 这些仿真 LAN互联的需求随之产生——包括不同的仿真 LAN 之间的互联（如一个以太网的仿真 LAN 到一个令牌环网的仿真 LAN 的互联）和仿真 LAN 与传统 LAN 和 WAN 的互联。最简单和通用的方式就是使用ATM 路由器互联到一起。 ATM 路由器提供高性能的 ATM 接口，并实现 LAN 仿真，从而使路由器可以在每一个物理的 ATM 接口上支持多个LEC ，每一个连接到该路由器的仿真 LAN 都有一个 LEC。虚拟 LAN 以及传统 LAN 的互联

• 仿真 LAN 的站点能够识别它所在的本地虚拟 LAN 之外的目的地址• 当数据包到达路由器后，路由器将查找本地表来确定向哪里转发该数据包。如果目的站点可以通过路由器所在的另一个仿真 LAN访问到，路由器将把整个数据包转发给这个仿真 LAN。应注意，路由器是处理仿真 LAN 还是物理 LAN 都不会影响路由器的高层协议。这是 LAN 仿真隐藏 ATM 网络复杂性的又一个例子。但是，这种方式的一个明显的局限性是，ATM 路由器最终可能会成为瓶颈。

虚拟网与传统局域网的互联

仿真局域网的实现• 通过在数台参与设备的 ATM 界面中设立一个以上

的局域网仿真客户机以及为每一个仿真局域网设立一个分开的局域网仿真服务器，局域网仿真技术还可实现多个仿真局域网（ ELANs ）

• 局域网交换机的 ATM 界面中的每一“台”局域网仿真客户机都被当作一个分开的逻辑上的以太网端口对待，而且一台连接至 ATM 的设备中的每一“台”局域网仿真客户机都被视为一台分开的连接至以太网的最终工作站。因此，一台连接至 ATM 的设备中的多“台”局域网仿真客户机可以是几个不同虚拟局域网的成员，从而允许这些虚拟局域网在连接至 ATM 的设备上重叠。

仿真局域网

                                                                                                                                                                                                   

仿真局域网的互联

                                                                                                                                                                                                                  

局域网仿真的优点和缺点• LAN 仿真本身还有一个局限性。从定义可知， LAN

仿真为高层协议屏蔽 ATM 的特性。这当然是一个优点，因为高层协议不需进行修改就可以在 ATM 上运行。

• 但另一方面， LAN 仿真同时也使这些协议不能得到ATM 特有的优点，特别是 QoS 保证。

• LAN 仿真被规定只能使用 UBR 和 ABR 连接，因为这些连接能更好地与 MAC协议的无连接特性相适应。

MPOA协议MPOA 技术的基本目标是把局域网仿真技术与 Internet工程任务组的下一节点解释协议 (NHRP) 技术捆绑起来，这样做的目的是保留局域网仿真在子网内通信高效率的优点，同时引入下一节点解释协议在不同子网间有效通信的优势，使整个宽带网络的通信完全抛开传统路由器的干预，通信效率大幅度提高。