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发信人: Muller (胖胖熊), 信区: network
标  题: ATM Overview——应用篇（4）ATM公众网
发信站: 听涛站 (2001年07月20日21:38:50 星期五), 站内信件

四、ATM公用网技术
    1  ATM与其它高速网络
    当前的高速网络提供100Mbps范围内的带宽（FDDI，100Base-T等）。然而有些应用如
超级计算机与高分辨率图形工作站的连接需要更高速的骨干网络，它们在千兆带宽的范围
工作。只有光纤可作为千兆网的物理介质。点到点系统已经可以工作在千兆网之上，但网
络体系要复杂得多。    千兆及更高带宽的网络目前是网络技术人员研究的热点，其中的
主要问题包括：
l   光功率限制
l   电子处理瓶颈
l   网络拓扑结构
l   介质访问控制
l   为高速应用定义的协议
l   高速网络间的兼容性
    如此高速的网络互连至少需要600M bps或更高速率的链路。千兆网的候选方案有：
l   ATM：这种类型的网络为星形拓扑，使用小型的ATM交换机很容易提供几个Gbps的总吞吐
量。每个连接现阶段的带宽最高为622 Mbps，每条连接在Gbps水平时的ATM交换也已出现。

l   有合适MAC机制的共享介质网络（环或总线）：可能的MAC有DQDB，ATM环，HANGMAN或循
环预约多路访问II（CRMA-II）等。它们大多具有与ATM信元同样长度的MAC协议数据单元。

l   使用波分复用原理（WDM）的全光网络：吞吐量可在数十Gbps之上。
    宽带网络逐渐成为公众网所采用的主流模式。ATM作为被电信部门普遍采用的高速网络
架构，在市场中面临着以太网、FDDI、帧中继等网络体系强有力的竞争。不过，在网络架
构的选择上，用户的需求是多元的，没有哪一种网络体系能够满足所有用户的需求。因此
，用户在设计自己的网络系统时，应当根据需要选择合适的体系结构。
    （1）以太网
    快速以太网和千兆以太网
    当用户希望得到100 Mbps但与以太网类似的网络时，两个团体分别提出了自己的方法
，都认为自己的技术最好。第一种是由Grand Junction 公司提出的100BaseT，另一种是H
P和AT&T提出的100VG-AnyLAN。100BaseT的优势在于它完全保存了802.3MAC协议，即CSMA/
CD。100VG-AnyLAN则使用叫做请求优先权的技术。这两种技术由IEEE完成标准化工作：10
0BaseT的标准是802.3u，而100VG-AnyLAN标准是802.12。如果新的802.12集线器可向某些
端口分发令牌，这些端口就可以构成一个令牌环子网。
    这两种技术的标准基本上已完成，现在已有较成熟的产品。他们只涉及到数据没有对
多媒体或视频提供支持，其网卡仅为现10Mbps 802.3以太网卡的两倍，所以有较好的市场
前景。
    千兆以太网的标准于己于1998年6月颁布，将和ATM进行激烈的市场竞争，然而一般认为，
千兆以太网一般用于企业网的骨干，用于连接多个高速以太网或高性能的服务器。由于AT
M可以提供对多种业务的支持，电信服务商一般将它用于广域骨干网。
交换式以太网
    高速以太网对普通用户而言也许意义并不大，因为大多数用户甚至不能用尽10Mbps的带宽
。10Mbps对100个用户而言太少，而对一个用户却足够了。于是出现了交换式以太网产品，
网络的速率仍保持在10Mbps，但对每一个用户分配一个网段。这个网段构成了一个点到点
数据链路，运行在完全的10Mbps速率上。它仍然是LAN，仍然使用CSMA/CD协议，但在该网
段上除了用户工作站和集线器接口外，没有其它工作站
    在集线器内部，输入和输出间通过交换矩阵连接，而不是用背板总线来模拟以太网总线电
缆。这样，LAN网络节点的功能非常类似于ATM交换机，但在每个输入和输出端口仅有固定
的10Mbps速率。
    与10Mbps LAN一样，交换式以太网只用于数据通信。它在技术上没有支持多媒体和视频的
通信机制。到目前为止，交换式以太网已得到广泛应用，并出现了每个端口100Mbps的产品
。
万兆以太网
　　随着网络应用的快速发展，高分辨率图像、视频和其他大数据量的数据类型都需要在
网上传输，促使对带宽的需求日益增长，并对计算机、服务器、集线器和交换机造成越来
越大的压力。因此，1998年千兆以太网的标准正式出台后，万兆位以太网（10G）的研究工
作又被提上了议事日程。
　　以太网已经成为目前最流行的网络技术。所有的操作系统和应用程序都与以太网兼容
，诸如TCP/IP、IPX、NetBEUI和DECNet之类的上层协议栈也与以太网兼容。1998年的统计
表明，使用以太网技术的产品达到了86％。以太网的成功源于它的各种优势，10G以太网同
样是以太网，它也具有这些优势：
　　● 网络的高可靠性 
　　目前，以太网正迅速地向电话网的可靠性级别发展，而且相对而言，它更易于掌握和
管理。
　　● 网络管理的有效性 
　　包括简单网络管理协议（SNMP）及其后续版本在内的管理标准的广泛应用，使人们使
用以太网管理工具成为可能。
　　● 可升级性 
　　1995年提出的快速以太网标准，将以太网确立为一种可升级的技术。随着1998年提出
的10G以太网的设想，使这种可升级性进一步得到扩展。目前，以太网速率升级范围为从1
0到100到1000Gbps。
　　● 价格便宜
　　以太网和快速以太网的每端口价格已经全面迅速降低。随着时间的推移，可以预见10
G以太网每端口的价格也会出现同样的降价过程，在价格上具有ATM无法比拟的优势。
　　● 易于向更高性能发展
　　网络管理者所面对的最重要的问题之一，就是怎样在不破坏现有网络的前提下获得更
高的带宽。10G以太网仍使用与以往10Mbps和100Mbps以太网相同的形式，它允许直接升级
到高速网络。所有的这三种以太网速率都使用同样的IEEE 802.3帧格式、全双工业务和流
量控制方式。在半双工方式下，10G以太网使用基本的CSMA/CD访问方式来解决共享介质的
冲突问题。此外，10G以太网使用由IEEE 802.3小组定义了和以太网相同的管理对象。
　　● 支持新应用和新数据类型
　　企业内部互联网的出现预示着向包括视频和音频在内的新数据类型的发展。随着快速
以太网和10G以太网带来带宽的增加以及LAN交换、为网络提供VLAN服务和优先级信息的带
宽预留新协议的出现（比如RSVP）以及新标准的出台（比如802.1q，802.1p），加上先进
的视频压缩技术的广泛使用（比如MPEG-2），使10G以太网成为解决视频和多媒体业务传输
的一种极具吸引力的方案。
    表为目前普遍应用的高速网络的性能比较：
性  能  快速以太网  10G以太网   ATM FDDI
是否与IP兼容    是  是  需要RFC 1557或IP  Over LANE；未来的I-PNNI /MPOA 是
是否支持以太网数据包    是  是  需要LANE    是，通过802.1h翻译桥
是否处理多媒体  是  是  是，但需要从根本上进行变动  是
是否支持服务质量    是，使用RSVP和/或802.1p 是，使用RSVP和/或802.1p 是，使用SVCS或
RSVP    是，使用RSVP /802.1p
是否支持802.1q/p    是  是  需要将LANE /SVCS映射到802.1 q   是
表速网络的性能比较
    ATM与GEN（千兆以太网）之争
    在千兆以太网问世之前，一般倾向于采用ATM作为骨干网络，通过快速以太网将网络延伸
至桌面。然而，千兆以太网出现之后，在骨干网络上取得了巨大的成功，ATM的长处也逐渐
被以太网所借鉴。
    千兆以太网采用以太网和快速以太网的标准，保留以太网的帧格式、流量控制及链路层管
理，因此千兆以太网与10BASE T及100BASE T是完全兼容的，可以向下兼容。在以太网和快
速以太网上已经应用很久并非常成熟的IP子网的结构和地址都可以用在千兆交换设备上而
无需任何改变。  千兆以太网能和用户目前广泛使用的网络很容易地融合在一起，并在速
度上有很大的提高，千兆以太网异常宽的带宽帮助改善了QoS，规范化迟滞时间把视频抖动
和音频迟滞降到最低。与ATM技术相比，千兆以太网具有更多的经济性、向上兼容性和与其
它技术的协调性，具有广泛的应用前景和极大的应用市场。 
    建立快速大中型园区的骨干网时，到底选择ATM还是GEN（千兆以太网）技术？哪个能够工
作的更好，哪个具有更长远的价值？从技术角度客观的分析看，应该说没有一种技术能够
满足所有的网络需求，而在很长一段时间内也不会有。对于ATM和千兆以太网而言，ATM是
非常成熟的技术，千兆以太网则是以太网的进一步扩展。ATM的优势在于已经被广泛应用在
各种网络上，其先进性和稳定性已经得到了广泛的证实。而千兆以太网则提供了以太网廉
价而且简易的特性。
    ATM的优势在于保证服务质量（QoS），除此以外，ATM的优势还在于： 
    1. 骨干网交换能力 
    目前ATM骨干网速率为155Mbps或622Mbps，落后于千兆以太网。但是新一代的ATM交换
机将具有OC48（2.5G）或更高的连接速度，从连接速率上将再次超过千兆以太网，除非10
G以太网标准出台。
    2. ATM的路由优势
    IP路由网络是依赖与OSPF协议来确定包的传输路径。首先，OSPF不能提供链路利用率
信息；第二，OSPF是基于"最短路径"算法，这说明即使在网络中存在多个路由，不管连接
负荷如何，包总是走同样的路径。在广域网（WAN）中远程连接链路资源和延时是主要问题
，最短路径方法是一个合理的策略。但是在园区网络中，延迟就变得次要了，如果仍采用
最短路径优先，那么园区网络将不能有效利用低负荷的链路来提高网络资源利用率。 
    ATM专用网络间接口（PNNI）协议用来在ATM交换机之间互换拓扑信息和信令。PNNI没
有任何IEEE 802.1d或者OSPF的缺点。首先，PNNI了解链路的利用率和在任何时刻的给定链
路上的特定QoS流量的使用信息；第二，它既实现了"最短路径算法"也可以实现"最宽路径
"算法，实现了对网络资源的更好利用并且为其增加提供了更多的空间。
    3. ATM对IP网络的改进
    对IP网络，骨干网络的增加意味着在OSPF区域路由器的增长。每个路由器的添加需要
手工对新连接进行确认。如果在路由之间使用一个ATM骨干网络，它能够被看作一个有"指
定（designated）"路由器的多路访问网络（multi－access network），因此在路由器之
间拓扑信息的交换量被大大减少了，而新路由器的增加被动态地完成。 
另外，ATM改进了IP的多路广播功能。对基于点对点的OSPF协议，路由应当在每个连接上发
送IP多路广播包；如果一个ATM骨干网被用作一个多路访问网络，一个IP多路广播包一旦被
路由送到LAN仿真广播未知服务（BUS），IP广播包就被ATM交换机复制。
    同以太网相比，ATM技术过于复杂，主要的缺点在于：
    1. 价格问题 
    一个ATM接口或者一个ATM网卡应该包含负责对帧（frame）和信元（cell）之间进行转
换的分段和重装功能（SAR）。在一个连接的基础上实现这些就意味着要有更多并行的连接
需要处理，这就需要更多的内存在包发送之前把得到的信元重新组合。这个过程和相应内
存的增加，使ATM接口或者网卡价格比较昂贵。而以太网环境中，数据通过网卡包头不需要
改变 ，因而价格比较便宜。
    2. 协议的开销问题 
ATM网络的另外一个主要问题就是在48字节的信元中需要5字节的协议开销。10.4％的开销
是对网络带宽的浪费。协议的开销降低了网络的效率。
    相比之下，千兆以太网的优势在于：
    1. 简易性 
千兆以太网采用以太网和快速以太网的标准，保留以太网的帧格式、流量控制及链路层管
理，因此千兆以太网与10BASE T及100BASE T是完全兼容的，可以向下兼容。在以太网和快
速以太网上已经应用很久并非常成熟的IP子网的结构和地址都可以用在千兆交换设备上而
无需任何改变。即将出现的万兆以太网也是如此。
    2. 价格 
    同相应的ATM设备比较，千兆以太网交换机接口和网卡的价格通常会比ATM低50％左右
。这主要是因为： 
    a. 千兆以太网标准使用了低价的光纤；
    b. 易于实现，千兆以太网采用与以太网同样的帧格式，无需转换。
    千兆以太网的主要问题在于：
    1. 传输距离 
    千兆以太网使用低价的光纤介质，对于单模光纤传输距离在3公里内，而多模光纤只有
550米。在长距离的传输中需要增加光纤转发器。因此，当需要长距离传输时，可能最终解
决方案的整体价格并不便宜。 
    2. 优先级与QoS
    千兆以太网可以对运行的数据流有优先级的区别处理（priority）或者CoS（Class o
f Service）的功能，但优先级（priority）与在ATM交换技术中使用的QoS在本质上是完全
不同的。 
    对于QoS而言，网络将为特殊的需求预留专用通道，而优先级只是保证了高优先级的请
求在网络传输中享有高的优先权，但如果当网络处于拥塞状态时，高优先级的数据包也同
样需要等待。
因此，ATM和千兆以太网各有优势，二者无法相互替代。用户在进行网络规划和设计时，必
须根据自己的需要加以选择。
    （2） FDDI-II
    100Mbps以太网和交换式以太网在其规范中都没有支持多媒体和视频的机制，不能为实时
性应用保证固定的延迟。然而，确实存在象ATM一样支持实时性的应用的技术，它就是FDD
I-II，FDDI的增强版本。
    FDDI最初只使用可变长帧（最多4500字节），并不适用CBR，固定延迟的服务。FDDI-II中
虽然有一个"同步"流量类型，但他只能保证最小持续数据速率，而不能保证固定延迟。固
定延迟服务如话音和视频常需要使用电路交换技术。FDDI-II在支持可变长数据帧的同时增
加了电路能力。两台工作站通过人工或消息协议为同步CBR服务建立连接。唯一的要求是两
台工作站都理解使用的协议。
FDDI由于其本身的缺陷，很少用于广域网，而是大量应用于城域网（WAN），例如校园网中
。
（3） 报文传输模式（PTM）
    其它技术若想和ATM竞争，哪怕只在数据通信领域，都必须在广域范围内提供高速度低延
迟服务。有多种正在发展的技术能够以高带宽和低延迟传送可变长数据单元。研究表明，
如果链路和交换机的速率足够快，就没有将所有信息都以信元的形式在网上传送。
    IBM是准备在至少一种产品接口上使用可变长单元的公司之一，它的计划称为报文传输模
式（PTM：Packet Transfer Mode）以示和ATM相区别。PTM来自Aurora工程，一个由 MIT，
Bellcore，宾夕法尼亚大学，和IBM共同承担的项目，研究将来运行于Gbps速率网络所需的
硬件和软件技术。在如此高的线路速率上，交换机必须在所有方面上高速运行，以满足高
速率低延迟的需求。IBM为Aurora网络开发了一种高速的报文交换机，称为报文高速路由集
成系统（PARIS：Packetized Automatic Routing Integrated System）。这个交换机完全
可以支持ATM信元交换，同时支持PTM报文；在大多数配置下，可同时处理两种格式。在PT
M网中，ATM成为一种用户配置选项。
    ATM论坛和CCITT定义信元为ATM网络中交换的信息单元。在ATM中，信元永远是53字节的固
定长度。ATM网络仅处理信元，如果用户产生可变长数据单元，这些单元在进入ATM网络之
前必须变成一系列信元；在接受端，信元必须组装成初始报文。这是ATM和PTM的主要差别
。在PTM中，报文是可变长的（有一个最大长度），而ATM使用固定长报文。所有PTM网络同
时也可以是ATM网络。
    ATM的开销非常大。TCP/IP协议可能在PDU前加40字节报头，但其PDU可达64000字节的长度
，即使1000字节的PDU也仅有百分之四的头开销。ATM在每48字节信息前都加大字节信头，
开销超过百分之十。考虑1000字节的PDU，它必须分为21个信元，共105字节的信头开销，
是TCP/IP的2。5倍多。PTM可将这一开销减少到50-80字节，因为长报文对每一个用户PDU而
言需较少的报头数。
    ATM包括AAL带来的附加开销，每信元分别是1、3、4或0字节。对数据应用，开销最少的是
AAL5，对 帧中继帧和IP数据报分别有6字节和53字节。PTM允许将ATM信元封装到PTM帧中，
并通过变化的ATM信头格式完成信元交换。但ATM真正的优势是使用自动网络路由（ANR：A
utomatic network routing）传送变长帧。
    表比较了ATM  AAL5和PTM  ANR在各种"帧"大小下的开销。这里假设平均29字节的AAL5开
销，PTM网最大5跳路径加1字节交换ID（SID）地址，这种情况下PTM开销为16字节。
PDU大小 AAL5开销    占PDU百分比 PTM开销 占PDU百分比
64字节（应答帧）    39  60．9%  16  25．0%
1500字节（802。3帧）    189 12．6%  16  1．1%
4100字节（帧中继帧）    464 11．3%  16  0．4%
9100字节（SMDS帧）  984 10．8%  16  0．2%
表
    （4）ATM与帧中继（Frame Relay）
    1. 帧中继基本概念
    帧中继与SMDS一样提供用于LAN互连的高速低延迟公共网络服务。两种服务的提供者与用
户群都是一样的，但它们也有差别，SMDS是无连接的，帧中继是面向连接的。
    既然LAN是无连接的，似乎SMDS更适合于LAN互连。然而，尽管LAN本身无连接，但当前大
多数机构使用路由器连接他们的LAN，而路由器间通常由点到点租用线路（电路或物理信道
）。在ATM中，电路湖信道被连接替代，虚连接可用于路由器的租用线路。同样帧中继是面
向连接的数据服务，帧中继连接的作用相当于路由器网中电路的作用。帧中继对于LAN互连
实际上与SMDS一样好，甚至更好。
    帧中继常被称为90年代的X。25，这是一个非常准确的描述。X。25协议运行于OSI参考模
型的第三层及以下各层，根据连接标识符在交换网中交换报文。X。25网的每一个交换机都
对报文进行差错校验并进行流控制。帧中继运行于第二层及以下各层，去掉了X。25中复杂
的错误检查和流控制功能，将他们交由端节点处理。帧中继的帧相当于OSI第二层协议的P
DU，但增加了连接标识符，根据连接标识符完成中继功能。
    2. 帧中继与ATM
    帧中继和ATM的接口同样遵循ATM论坛B-ICI规范。这里有两种情况：
● ATM网络连接两个帧中继网络；
● ATM作为帧中继到ATM连接的一端。
    后者是SMDS中没有的，这是因为AAL5中定义了帧中继承载服务（FBRS）互操作。帧中继与
ATM的关系的重要性还有其它原因。AAL5不仅用于帧中继，而且用于TCP/IP在ATM网上传输
。帧中继可以传输几乎所有数据报类型，从SNA到IPX，这样就在各种协议与TCP/IP间架起
了桥梁。
    TCP/IP在WAN中甚至许多LAN环境中的统治地位决定了它必须在ATM网中占有一席之地。由
于帧中继可以传输几乎所有数据报类型，因此成为TCP/IP到ATM之间的理想桥梁。
    TCP/IP体系结构中的路由器通常使用PPP WAN协议通过租用线路进行连接。许多路由器厂
商不仅要在路由器中捆绑PPP协议，还要有其他协议如X.25，LAP-B等。现在厂商也在路由
器中加入了帧中继。将路由器连接到帧中继网上非常简单，只要用帧中继链路协议替换PP
P链路层协议，用帧中继网代替租用线路即可。
    TCP/IP数据也可用多种方式通过帧中继在ATM网上传送：
● 它们可由路由器封装到帧中继中，并使帧中继网和其它路由器相连，其中的一些路由器
可能位于由ATM网络连接的不同帧中继网络中，在这种情况下，所有的终端用户看到的只是
帧中继.
● 使用具有帧中继承载服务（FBRS）的ATM网络和AAL5将TCP/IP数据封装到帧中继帧中，
并与路由器相连，同样用户看到的只是帧中继。
● 直接将TCP/IP数据封装到AAL5 CPCS PDU中。这时ATM网络对终端用户直接可见，用户看
到的是ATM网络（VPI，VCI）而非帧中继连接（DLCI）。
    2 ATM公用网技术
    起初，ATM的主要目标是定义ATM LAN，加速宽带ISDN（B-ISDN）的最终开发和应用，将A
TM推广到高速局域网和公用骨干网中。即ATM LAN在一侧通过专用用户网络接口（UNI）直
接连接到ATM多媒体终端（配有ATM接口的工作站或服务器），并在另一侧通过公用UNI连接
至公用ATM网络，如图所示：
    ATM可以用在规模很小的局域网内，作为骨干网络到桌面的解决方案，也可以用在范围比
较广的区域，作为公用网络的骨干。图即为通过ATM以分布式的方式将各种专用网络连接在
一起的一种解决方案。
    随着计算机用户的日益增多和应用领域的不断拓宽，通常的局域网已不能适应和满足人们
的需要。新的应用要求把多个局域网互相连接，构成一个更大范围的计算机网络，同时要
求这种连接是一种能支持高速传输和支持综合业务的连接，以实现在公用城域网的水平上
局域网与ATM主干网的互通。就在这种背景下产生了一种新型的数据网DQDB MAN（Distrib
uted Queue Dual Bus Sub network of a Metropolitan Area Network），即城域网的分
布队列双总线子网。
    DQDB MAN支持综合业务，它的无连接服务和面向连接的服务可用于电脑数据和静止图像的
传输与交换；它的等时服务可用于话音和活动图像等的传输。它支持高速报文交换，数据
传输速率可达40Mbps以上，DQDB MAN支持现有的通信设备，可直接接入高速工作站，大中
型电脑，以及一些对实时性要求高的设备如话音与视像设备，以实现局域网之间的宽带互
连。DQDB MAN最适应于计算机之间的数据通信，它能提供业务复用，交互连接和用户报文
交换三种功能。它可采用ATM方式或同步数据分层等信息传输技术。这种网络具有高度的可
靠性和极大的灵活性，提供了在较大地理范围内对高速数据、声音、图像等综合业务的支
持。通过网桥、网关、路由器和多级DQDB子网，可将DQDB子网互连，构成地理范围很广泛
的公用城域网。所以它被通讯界誉为是宽带综合业务数据网（B-ISDN）的先驱，经过发展
会逐步过渡到B-ISDN。
    DQDB子网由网络节点和两条方向相反的单向总线构成，全部网络节点都连接到这两条方向
相反的单向总线上，两节点之间可以全双工通信。各节点独立工作，对总线的存取采用分
布队列控制和预仲裁控制。DQDB子网的双总线结构如图所示。在这个网络中，每个节点通
过单独的读线和写线与总线相连接。总线上传输的数据或者是DQDB层管理信息，或者是长
度固定的时间槽。管理帧用来维护DQDB子网的完整性。空时间槽由每条总线的首端节点生
成，用来携带网络节点间的数据。传输网络节点间信息的时间槽又可分为队列仲裁（QA）
时间槽和预仲裁（PA）时间槽，分别用来传输队列仲裁和预仲裁信息。所有的信息在总线
上的末端终止。子网中的节点由存取单元AU和连接设施构成，存取单元执行该节点DQDB层
功能，而连接设施实现AU与总线的连接。
    在该网中，从一个存取单元向一条总线写入，读连接位于写连接之前，使得从总线上
读入的数据不受本单元发送数据的影响。存取单元与总线的逻辑连接如上图所示。在这种
连接下，存取单元能够拷贝总线上通过的数据，但不能将其移出，在存取规程的控制下，
存取单元可以改变总线上传输的数据。
    在正常情况下，子网有一个单一的时间槽定时单元，以确保全部节点以相同的平均速
率传输数据。这样，可以确保分布队列存取稳定运作，并能确保对等时通讯的支持。实际
构成DQDB子网时，其物理结构有一定的改进，一般将两条总线的首端节点和末端点放在一
起，合为一个端节点，采用图所示的结构。这种结构在物理上是一个双环，但在逻辑上首
尾并没有沟道，仍为双总线。这种改进有两个好处：一是对两条总线使用一个共用帧生成
器，便于定时和外部时钟的引入；二是为网络提供了容错能力，提高了可靠性。分布队列
是一种介质存取控制规程，在双总线结构的支持下工作，用来控制DQDB总线上QA槽的存取
。分布队列主要为突发性数据通讯提供确定性存取控制。
    分布队列的操作以QA槽中的BUSY位和请求（REQUEST）域为基础。BUSY位指出一个具体
的QA槽是否空闲。当一个节点有数据要发送时，用请求域，通过反向总线向传输方向上游
节点发出通知。每个节点对接收的请求和通过它的空闲时间槽计数，这样就建立了全网在
一条总线上发送数据的队列。每个节点的计数同时也反映了本节点欲传输数据在队列中的
位置，若网中没有其他等待传输的数据，节点中欲传输的数据可以立即写入总线。否则，
排在队列最前面的数据获得传输权。对于另一条总线，其工作方式完全相同，可以根据数
据的不同特性，组成多个分布队列，对每个队列赋予存取总线的不同优先级。空闲时间槽
生成后，优先级高的队列获得该槽的使用权，该队列中排在首位的数据段被传输。
    预仲裁（PA）时间槽的存取提供了对等时服务信息传输的支持。对PA槽的存取。总线
的首端节点生成一个PA槽时，就已指定该槽由哪些AU共享。一个PA槽的用户信息段各字节
可以为不同的AU所用。因此，一个AU可根据预先安排，用PA槽中一个或数个指定的字符位
置传送信息。也可以不用某些PA槽。DQDB层管理过程用具体字节从PA槽起始位置算起的偏
移量来通知一个AU供它使用的字节在PA槽中的位置。总线的首端节点在生成PA槽时，就将
虚通道标识VCI写入槽中，并以一定的周期提供具有一定VCI值的PA槽，以确保每个虚通道
有足够的带宽支持相应的等时服务。AU通过VCI来确定本单元是否有权使用一个具体的PA槽
。若可用，则通过该AU内部的表来查询应在PA槽中读出和写入的字节位置，进行等时服务
的读写操作。如果一个PA槽不具有某个AU可用的VCI值，则该AU不对这个PA槽进行存取。
    DQDB MAN具有以下四个主要特点： 
    1. 支持综合业务：
    DQDB MAN 与其他计算机网络的最大不同之处就在于其支持综合业务。它的无连接服务
和面向连接的服务可用于各种对实时性要求不高的信息的传输，如电脑数据和静止图像的
交换与传输。这种传输和交换通过对QA槽的存取来实现。它的等时服务可用于实时性要求
比较高的信息传输，如话音、活动图像等，这种服务可通过对PA槽的存取来实现。
    2. 网络性能高：
    DQDB MAN的另一个特点是网络性能高。DQDB 子网支持高速报文交换，数据传输速率在
40Mbps以上。而节点距离在50公里以内时，不必使用重发器。它具有与公用网传输系统的
标准界面，支持CCZTTG703，ANSIDS3，CCITT G707~9SDH。DQDB的介质存取控制规程也导致
DQDB MAN的高性能。在其他网络中，一个节点若要传输数据，必须要通过网络来获得当前
介质的使用状态。当网络规模很大时，获得这种信息需要花费很长时间。在总线竞争方式
下会因此而碰撞率过高，无法使网络正常运作，在通行证控制方式下，也会由于延迟很大
，致使网络性能严重下隆而无法运作。
    DQDB MAN将网络状态保存在每个节点中，空闲时间槽通过一个节点时，该节点立即可
以确定是使用这个时间槽。这一决策过程与网络规模和介质速率无关。因而，DQDB MAN可
以具有很大规模，能充分利用传输系统的带宽，并经每个节点的相同的传输机会。 
    在信道利用率为100%的情况下，仍可保持非常小的延迟。DQDB层还提供了带宽平衡机
制，进一步平衡各节点对总线带宽的占用。采用QA和PA时间槽，以及带宽平衡机制，DQDB
 MAN能确保话音，活动图像等时间敏感信息传输的实时性，并能确保对总线的最大利用和
其他信息传输的最小延迟，使网络性能最优。 
    3. 可靠性高：
    DQDB MAN的高可靠性是由上图所示的连接设施和物理双环，逻辑双总线来实现的。从
图中可以看出：总线上传输的数据不经过节点AU的内部，AU若发生故障，这并不影响总线
为其他节点服务。因此，中间节点故障既不需要网络重构，也不需要重新启动网络。若端
节点发生故障，DQDB子网可以如图所示那样，选取两个端节点，将网络重构为物理和逻辑
均为双总线的基本结构继续动作。 
    4. 向未来通讯网过渡的桥梁：
    DQDB MAN支持现有的通讯设备，它的标准又与B-ISDN的标准趋于一致，因而人们认为
DQDB MAN是B-ISDN的先驱，它在现有通讯系统与将来的B-ISDN之间架起了过渡的桥梁。
    3 无线ATM技术
    随着便携式多媒体计算机、个人数字助理（PDA）、个人信息助理（PIA）以及Internet、
移动通信的快速发展，人们期望能将多媒体业务的应用从基于光纤传输信道的B-ISDN／AT
M网络扩展到无线通信系统中，即实现无线多媒体通信。目前正在进行研究和标准化的第三
代移动通信系统具有有限的多媒体业务承载能力（室内通信最高速率达2Mbps），可部分地
满足人们的需要。然而，若要在无线网络中提供与B-ISDN／ATM网络相同的宽带多媒体业务
，就需要研究和建立一种新的采用ATM技术的宽带无线网络。
    无线ATM技术即ATM技术与移动通信技术相融合，它将ATM网上的宽带业务延伸到宽带无限
移动网络，是宽带互联领域一个非常活跃，有良好发展前途的研究课题。宽带无线网有几
种互相竞争的技术方案，包括面向电路的PCS和蜂窝技术，高速分组无线局域网和无线ATM
。通过在ATM平台上采用新的无线子层协议，就可以用标准的ATM协议支持有线网和无线网
的无缝连接，在有线和无线两种平台上提供具有服务质量保证的应用程序接口，并把移动
性扩展到现存的ATM控制协议层。
　　未来的无线ATM网不仅可以有效地支持宽带的移动多媒体业务，而且还能与有线的B-I
SDN／ATM网络实现无缝隙的连接，因此自1992年提出其基本概念以来，越来越受到许多研
究机构和国际标准化组织的重视。目前，国际上对无线ATM网的研究比较多，已建立了一些
试验系统，如NEC USA的WATMnet，ACTS的WAND等。
    1. 无线ATM的基本概念
    无线ATM系统的设计必须符合未来无线数据通信用户的需求，必须有一个可靠的商业应用
的支持。现在有无线局域网，无绳系统和移动系统提供数据通信业务，新的系统必须为终
端用户增值，为多媒体用户提供灵活的平台。无线ATM建议的总体目标是设计整体的无线业
务网络，以相对透明，无缝有效的方式，提供基于光纤的ATM网的无线延伸。这意味着无线
ATM应支持与ATM有关的业务等级，比特率和服务质量控制。由于无线介质的限制，可完成
的业务特性有可能不同，但它们的差异可望通过技术革新达到最小。
    无线ATM的系统设计包括系统功能，提供的业务，支持的环境和固定网络的接入，其基本
思路是把标准的ATM信元用作网络基准功能，并在无线链路上为无线信道制定特定的协议子
层，如介质访问控制，数据链路控制和无线网络控制等，增加一个无线信头和信尾，通过
标准ATM信令功能支持端到端的带有服务控制的ATM虚信道。无线基站需要实现ATM信令和控
制协议的无线功能，固定网络中的交换以及终端移动功能，如越区切换控制和位置管理等
。无线ATM网的规范分为无线接入层协议和移动ATM，前者是无线链路的专用协议，后者用
于无线移动控制。
    2. 无线ATM的参考结构
    （1）无线ATM参考结构简介
    在无线ATM网中用一个协议栈来协调标准的ATM，把新的特定的无线信道物理子层，介质访
问控制子层，数据链路控制子层和无线网络控制子层综合在ATM协议栈中。在通用的无线A
TM参考结构中，系统规范有无线接入部分和固定网络部分组成。固定网络部分按照任选的
移动ATM用户-网络接口和网间接口规范定义，需要修改现存的用户-网络接口和网间接口规
范以支持移动功能。这些任选的移动ATM与无线接入规范共同定义了完整的无线ATM规范。
无线ATM系统参考结构的主要组成部分如下：
·  无线ATM终端
·  无线ATM终端适配器
·  无线ATM基站
·  移动ATM交换机
·  标准的固定ATM网络
·  标准的ATM
    无线ATM终端与其适配器之间的接口定义为任选的无线ATM用户-网络接口，将移动控制与
无线接入合并到标准的ATM用户-网络接口。该接口包括位置管理，切换信令和无线链路的
无线服务质量控制。除了移动ATM功能，无线ATM终端适配器还提供了无线接入层控制，如
介质访问控制，数据链路控制，无线控制和高速无线物理层。
以上参考结构的移动ATM子集也在近期的蜂窝和个人通信基础应用中提出。个人通信基站作
为个人通信和ATM之间的通路，同时是ATM网络间接口设备，其移动ATM功能可以提供ATM以
IP协议为基础的无线局域网和分组无线网的接入。无线基站业务作为ATM网上的IP通路，用
移动ATM用户-网络接口来连接移动ATM交换机。
    （2）无线ATM参考模型
    由于无线ATM网络采用的无线传输信道与B-ISDN／ATM网所采用的光纤传输信道具有很大的
差异，一些新的问题，如介质共享性、广播性、较长的传输延时、较高的信道误比特率（
如BER在10-3左右），以及信道衰落的影响等等，必须加以解决，因而无线ATM的协议分层
结构与标准B-ISDN／ATM有所不同。具体来讲，除了具有与B-ISDN／ATM相同的ATM层、AAL
层以及信令部分外，还要增加与无线通信有关的无线物理层（PHY）、介质访问控制层（M
AC）、数据链路控制层（DLC），以及相应的无线控制功能，这样才能在无线网络中实现A
TM技术，支持对各种业务的QoS（服务质量）控制。图5-12为无线ATM的协议分层参考模型
。
    无线ATM参考模型包括：
APCP：访问控制协议；
B-ICI：B-ISDN之间的接口；
B-ICI'：具有补充信令并支持传送移动信息的B-ICI；B-ICI＋M：具有补充信令并支持移动
的B-ICI，在接口有多于一个的协议；
P-NNI'：具有补充信令并支持传送移动信息的P-NNI；
P-NNI＋M：具有补充信令并支持移动的P-NNI，在接口有多于一个的协议；
UNI'：具有补充信令并支持传送移动信息的UNI接口；
UNI＋M：具有补充信令并支持移动的UNI，在接口有多于一个的协议；
WAL：无线访问层。
    ATM论坛给出的无线ATM参考模型（采用无线ATM终端的情况）如图B所示。在图B的情况中
，无线ATM终端通过支持具有无线寻址功能的无线访问层接入网络，网络中的移动ATM交换
机支持移动控制和管理功能，并且能完成与固定网络ATM交换机的互通。无线ATM终端和交
换机所采用的信令和协议均是在标准ATM信令和协议的基础上增加了支持移动的功能。而在
无线接口部分，则增加了无线访问层（WAL），实际上是包括了图A中所示的PHY、MAC和DL
C三个协议层的功能。
　　此外，从图B中我们还可以知道，与B-ISDN／ATM类似，无线ATM的参考模型仍然分为用
户面和控制面。用户面完成用户信息的传输功能，而控制面完成呼叫／连接，以及无线接
入控制、移动控制等功能。
    3. 无线ATM的核心技术
　　除了协议分层和参考模型外，目前对无线ATM的核心技术研究主要集中在如下几个方面
：物理层技术、介质访问控制协议、差错控制、越区切换等等。
（1）物理层技术
　　物理层的主要功能之一是完成对信号的调制与解调。由于无线ATM工作在半径为几十米
至五百米左右的微小区环境下，并且要求有较高的传输速率（如峰值速率为20Mbps，有些
情况下甚至高达155Mbps），工作频段可能为5GHz，17GHz，或高达40GHz、60GHz，因此其
调制解调技术必须支持较短的突发同步（＜16bytes＝和具有较高的频率利用率（＞2bit／
s／Hz）。目前考虑得比较多的是OFDM（多载频正交频分复用）、QAM（正交调幅）和OQPS
K调制技术。例如，ACTS WAND采用的调制方式为OFDM，16载频8PSK，可支持的射频速率为
20Mbps，而AWACS系统采用OQPSK相干检测方式，可支持的射频速率为70Mbps。
　　虽然扩频调制技术在抗干扰和扩大系统容量方面具有较强的优势，但由于可支持的用
户峰值速率较低，因此，无线ATM系统一般不考虑采用扩频调制方式。
　　此外，FEC（前向差错控制）也是物理层要完成的功能，我们将在"差错控制"部分进行
介绍。
（2）多址访问控制协议
　　由于无线链路的共享性、广播性，以及无线ATM网络需要支持多种业务的综合传输与交
换，设计性能优异的、可保证各种业务（如ABR、VBR、CBR和UBR）端到端服务质量（QoS）
的多址访问协议（MAC）显得十分重要。同时，无线ATM的MAC协议还需具有较高的频谱利用
率和较小的处理延迟。
目前，已提出的MAC协议有多种，如表所示。一般说来，无线ATM的MAC协议都采用了信道动
态分配算法来支持业务速率的可变。由于扩频的原因使得用户峰值速率受到限制，基于CD
MA的MAC协议较少采用。
    DQR-UMA PRMA／DA    DSA＋＋ DTDMA／PR   DSA-MA  MAS-CARA    PRMA／ATDD  DTDMA／TDD
双工方式    FDD FDD FDD FDD FDD TDD TDD TDD
帧结构类型  无帧结构    固定    可变    固定    固定    可变    固定    固定
帧长度  －  6ms 8－5slots   16ms    5ms －  64slots 2ms
访问时隙长度    ATM分组的一部分 1个ATM分组  1／4ATM分组 ATM分组的一部分 2个ATM分组
    2个ATM分组  128bytes    1／7个ATM分组
业务类型    VBR VBRCBR  CBRVBRABR   CBRVBRABR   CBRVBRUBR   CBRVBRABRUBR    与延迟有关的业务
    CBRVBRABR
算法复杂度  低  中  中  低  中  高  高  高
通信复杂度  高  低  中  低  中  高  中  中
信道利用率  高  中  高  高  高  中  中  高
控制字段开销    低  中  高  中  中  高  高  中
随机接入技术    S-Aloha S-Aloha Splittingalg.(2 or 3)   S-Aloha 正交码  未定义  S-Alo
ha(Pprob=q) S-Aloha
支持CBR的复杂度 高  低  中  低  低  中  低  低
支持呼叫控制    否  是  否  否  否  是  否  否
表  已提出的部分无线ATM MAC协议
    MAC协议可分为基于FDD和基于TDD两种类型。已提出的基于FDD的MAC协议有DQRUMA、PRMA
／DA、DSA＋＋、DTDMA／PR和DSAMA等。DQRUMA协议没有帧结构，采用每一个时隙都传送一
个分组，每一分组都包括信令和数据两个字段。它的优点是信令采用捎带方式（piggybac
k），同时采用minislot作为访问竞争，信道利用率较高。PRMA／DA是一种改进的PRMA协议
，由于其帧边界可变，因此频带利用率较高，但缺点是没有采用minislot作为访问竞争。
DSA＋＋采用集中控制的方式来动态地分配信道，访问竞争信道采用minislot。DTDMA／PR
是对NEC USA C&C提出的DTDMA协议的扩展。该协议采用固定帧结构，其子帧边界可移动，
信道利用率较高，访问竞争信道采用S－Aloha方式和minislot。DSAMA采用正交码预约时隙
，可避免碰撞的发生。由于DSAMA利用了等效带宽、VBR图像终端缓存满／空标志、信道忙
／闲状态等信息来动态地分配信道，因而其信道利用率很高。
    采用TDD方式的系统适用于在频谱资源较为紧缺的地方使用，已提出的基于TDD方式的MAC
协议有MASCARA、PRMA／ATDD和DTDMA／TDD等。采用TDD方式的好处可以节约部分收／发器
硬件，同时可采用不对称的上、下行链路带宽，缺点是附加延迟较大。MASCARA是为ACTS 
WAND提出的MAC协议，而PRMA／ATDD则是为ACTS MEDIAN提出的基于PRMA的MAC协议。DTDMA
／TDD是NEC WATMnet采用的MAC协议。这些协议都是采用了动态预约的方式来分配信道，信
道利用率较高。
    （3）差错控制
    差错控制的目的是在信元传送到ATM层之前采用纠错编码技术，减少无线信道对信元差错
率的影响。由于无线环境下信元的错误类型比较复杂，既有随机错误，也存在衰落造成的
严重的突发错误，因此无线ATM网络需要较强的差错控制功能。同时，由于需要支持多种业
务，而各种业务对差错率的要求不相同，例如话音业务对延时比较敏感，但对BER的要求不
高；而数据业务对BER的要求很高，但对延时不敏感。因此，无线ATM的差错控制应针对不
同的业务采用不同的方式。图5-13即为一种自适应的差错控制方案AEC。它采用FEC（在物
理层实现）和自适应SARQ（在数据链路层实现）相结合的方式。其中FEC包括交织、卷积码
和BCH码，而当传送图像、数据等业务时，可采用SARQ方式，以满足其QoS的要求。
    （4）越区切换
　　无线ATM通信网要支持移动用户，因此网络应具有移动管理功能。当无线ATM通信网采
用微蜂窝小区（pico、micro-cellular）形式的网络结构时，越区切换控制就是移动管理
的一项关键技术。无线ATM网和现有的移动通信系统（如GSM）相比具有一些不同的特点。
例如，无线ATM网可支持多种类型的业务（话音、数据、图象等）以及多速率业务的通信，
越区切换时需保证各种业务的服务质量（QoS）不恶化；ATM信元字头没有序号字段，越区
切换时可能出现信元次序混乱，造成信元丢失；现有的ATM网络采用固定VP／VC连接方式(
即固定路由)，而越区切换需更新原来的连接，重建路由等等。这些使得必须研究适用于无
线ATM网络的切换控制方案。总的来说，在无线ATM网络中进行越区切换时，应尽量减小对
多媒体业务的服务质量(信元丢失率、延时等)造成的影响，使多媒体业务的QoS在越区切换
时仍然能得到保证。
　　根据ATM、多媒体以及无线环境的特点，在无线ATM通信网中不同的业务类型应采取不
同的越区切换控制方法，以使各种业务的QoS得到保证。其方法是将ATM的VP／VC连接分为
静态段和动态段，当发生越区切换时，在动态VP／VC连接段实现路由重建。同时，在无线
信元中增加序号字段以解决信元乱序的问题；在相邻基站间建立永久VC连接，用于切换时
交换信息、重建路由，而各种业务路由重建应采用不相同的方法。
    4. 无线ATM的技术进展
    无线ATM的研究在许多国家得到重视。AT&T的贝尔实验室提出了特定宽带无线ATM局域网（
BAHAMA）方案，其网络组成部分叫做移动基站，ATM信元的打包和拆包在移动单元进行。为
了用这种最简单的方式支持移动性，定义了一种新的虚信道标识符及虚呼叫标识符支持目
的地址选路。贝尔实验室和SUN公司共同提出了改进的BAHAMA方案，即移动信息基础结构（
MII），得到美国国家标准协会的支持。
    美国普林斯顿的NEC C&C研究实验室提出的"无线ATMnet"系统是个人通信网的ATM网，它建
议用ATM信元技术作为下一代无线传输结构的基础。无线ATM协议栈包括无线数据链路层和
多址接入层切换功能在数据链路层上完成。美国哥伦比亚大学提出了一种虚树结构，以处
理具有ATM传输技术的无线蜂窝接入网中的拓朴问题，支持单元间的高速切换。
    加拿大通信研究协会赞助了一项由三个研究所和七所大学共同参加的项目，在20-60GHz范
围内实现160Mbps的无线高速接入系统。他们开发了前沿毫秒波技术和表面声波技术，以实
现小区半径30-50米的蜂窝结构，已建成了一个运行速率为40Mbps的实验系统。
    欧盟也在支持无线ATM研究工作，在用户驻地网中有面向无线ATM的两个具体计划，既无线
ATM网络示范系统（Magic WAND）和HEDIAN无线宽带CPN/LAN计划，用于专业的住宅多媒体
应用。这两个计划的目的是将ATM扩展到移动终端。MagicWAND的目标是开发17GHz频段上速
率为20Mbps的无线接口，HEDIAN的目标是开发60GHz频段上155Mbps的无线接口。


    初稿完成于2001.6.5，北京
    初稿：Muller
    定稿于2001.7.19，深圳
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     - Et le Poète dit qu'aux rayons des étoiles
     Tu viens chercher, la nuit, les fleurs que tu cueillis ;
     Et qu'il a vu sur l'eau, couchée en ses longs voiles,
     La blanche Ophélia flotter, comme un grand lys.
※ 来源:·听涛站 tingtao.dhs.org·[FROM: 匿名天使的家]