免费毕业论文--ATM网络技术分析(一)-通信工程毕业(2)
2013-06-09 01:07
导读：当用户增加时，服务质量则降低，导致服务质量不稳定。目前一些示范实时应用实际上是用低带宽利用率换取高服务质量。ATM技术使用固定长度信元使打包
当用户增加时，服务质量则降低，导致服务质量不稳定。目前一些示范实时应用实际上是用低带宽利用率换取高服务质量。ATM技术使用固定长度信元使打包、拆包时延相当，减小时延抖动，并且小信元长度降低了时延值。另外，ATM采用流量控制技术，在连接建立之前，就通过信令协商能否保证用户的服务质量要求，只有当网络确认之后才接受入网，保证为每一个虚电路提供不同的服务质量。这是真正意义上的服务质量（QoS）。为弥补IP技术在服务质量上的缺陷，TETF提出如RSVP（Resource Reservation Protocol）协议。但由于IP自身限制，协议实现复杂，进展缓慢。
(2) 协议简化问题
从发展历程上看，lP技术在开发初期，传输技术不理想，于是采用逐段纠错，反馈重传等技术，这使得协议复杂。随着光纤技术的发展，传输和处理能力的提高，这些部分已显多余。但由于软、硬件投资问题，IP自身成了障碍，只能保留这些功能。这必然影响网络传输效率。ATM技术充分利用光纤技术发展，简化差错控制，在中间节点不检查业务完整性，大大简化了协议。ATM流量控制和信令是为了用精确的控制得到网络利用率的提高和服务质量的保证。虽然复杂些，却是值得的。
TCP/IP是互联网的基础协议，TCP/IP协议框架中的IP层对应于OSI参考模型中的网络层，完成路由选择和分组转发功能，而TCP对应于OSI参考模型中的传送层，完成端到端之间的数据收妥确认与差错纠正等。可以看出，IP协议实质上是一种不需要预先建立连接，而直接依赖于IP分组报头信息决定分组转发路径的数据协议。从技术上讲，它具有以下几大特点：一是分布式结构；二是端到端原则，所有增值功能都在网络之外由终端完成；三是IP网可以建立在任何传输通道上，可以保证异种网络的互通；四是具有统一的寻址体系，网络可扩展性强。
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ATM以面向连接的方式工作，通信开始时先建立虚电路，并将虚电路标志写入信头，网络根据虚电路标志将信元送往目的地。为了简化网络的控制，ATM将差错控制和流量控制交给终端去做，不需逐段链路的差错控制和流量控制。可以提高处理速度、保证质量、降低时延和信元丢失率。ATM结合了电路交换和分组交换的优点，即ATM具有统计复用、灵活高效和传输时延小、实时性好的优点。能在单一的主体网络中携带多种信息媒体，承载多种通信业务，并且能够保证Qos。
相对于ATM技术，IP技术在服务质量保证、安全性、统计复用、流量管理和拥塞控制等方面，都有先天的不足。当用户数量比较少时，这些问题还不那么突出，而一旦用户数量增加得较快，网上的数据流量增大，问题就出来了。因此在服务质量保证方面，IP技术不如ATM技术。
三、ATM中的数据链路层
ATM物理层大体包括了OSI物理层和数据链路层，包括功能像OSI物理层的物理介质决定了子层和与数据链路功能一样的传输汇集（TC）子层。对于ATM，没有特殊的物理层特性。相反，是由SONET，FDDI及其他传输系统运送ATM信元的。因此，我们这里将集中于TC子层的数据链路功能。
当一个应用程序产生了一条要发送的消息后，此消息要进入传输线路上，向下传到ATM协议栈，加上头部和尾部，并把分段放入ATM信元中。最后，这些信元到达TC子层进行传输。让我们看一下出了门后，在路上所发生的事情。
1.信元传输
第一步是进行头部的校验和。每个信元都有一个5字节的头部，头部中包括4字节的虚拟电路及控制信息和1字节的校验和。校验和只包括了前4个头部字节，而不占用有效载荷字节。它是由32个头部位除以多项式x^8+x^2+x+1后，所得的余数构成的。校验和加上常数01010101。
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做出只校验头部的决定，是为了减少由于头部错误，而造成不正确传递信元的可能，也为了避免其校验开始要大得多的有效载荷字段的校验。如果确需校验有效载荷字段，就要上到较高的层上完成这一功能。由于校验和字段只位于头部，因此这8位校验和字段被称为头部错误控制HEC（header error control）。
一旦产生出HEC，并插入信元头部，那么此信元就作好了发送准备。传输手段分成两组：异步的和同步的。当使用异步方式时，只要准备好了发送它，就可以发送，没有时间限制。
使用同步方式，信元就必须按照事先确定的时间节拍发送。如果在需要时无数据信元可用，TC子层就必须发明一个，这种信元称为空闲信元（idle cell）。
无数据信元的另一种类型是操作和维护OAM（operation and maitenance）信元。ATM机制也使用OAM信元来交换控制及其他必需的信息，以保证系统的运行。把ATM输出速率与从事传输系统的速率相匹配是TC子层的重要任务。
在接收方，空闲信元在TC子层中进行处理，但OAM信元交给了ATM层。
TC子层的另一项重要任务是：如果有的话，针对从事传输的系统，产生成帧信息。比如，一个ATM摄象机在线路上只产生一系列信元，但它也可能用ATM信元产生SONET帧，嵌入SONET有效载荷中。在后一种情况下，TC子层将产生SONET或帧，并把ATM信元打包，这并不完全是一个不必要的步骤，因为SONET有效载荷不能支持53字节信元的整数倍。
尽管电话公司明确地使用SONET作为ATM的传输系统，但是也可以定义成把ATM对应到其他系统的有效载荷字段，并且这种新帧已在工作。尤其是，映射成T1，T3或FDDI帧也是可以的。
2.信元接收
在输出处，TC子层的工作是取得一系列信元，在每个信元上增加一个HEC，把此结果转变成比特流，并通过加入OAM信元，将比特流匹配为进行物理传输系统的速率。在输入处，TC层准确地进行逆变换。它取来到达的比特流，设定信元边界，确定信元头（丢弃拥有不合法头部的信元），处理OAM信元，并把数据信元上传给ATM层。
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最困难的部分是在到来的比特流中设定信元边界。在某些情况下，进行传输的物理层提供了帮助。然而，有时物理层对成帧并不能提供帮助。这时应该怎么办？
技巧是使用HEC。随着比特流到达TC子层，保留一个40位移位寄存器，比特流从左边进入，右边出来。TC子层然后审查这40位，看是否可能存在一个合法的信元头部。如果有，最右边的8位将是合法的HEC，而最左边的32位则不是。如果不存在这种情况，则缓冲区没有存在一个合法信元，在这种情况下，缓冲区中所有的位都向右移动一位，使得后端空出一位，于是一个新的输入位就加到最左端。不断重复此过程，直到定位一个合法的HEC。此时，明确了信元边界，因为移位寄存器包括了一个有效的头部。
四、ATM技术的优点
（1）采用面向连接并预约传输资源的方式
为提高处理速度，ATM采用面向连接的虚电路方式工作，即在通信开始时先建立虚电路（虚
