一、ATM的信元结构及原理
二、ATM的协议参考模型及各层功能
三、ATM与IP技术简单对比
四、ATM技术在计算机通信网的应用之一：LANE
五、ATM技术在计算机通信网的应用之二：DSLAM
摘要： 本文简要介绍了ATM的信元、原理、协议结构，对ATM和IP技术进行简单对比，最后分别以LANE和DSLAM为例，讨论了ATM在计算机通信网中
的应用。
关键词 ： ATM TCP/IP 信元 LANE ATM-DSLAM
计算机通信网涉及通信网络计算机两个领域，通信网络为计算机之间的数据传送和交换提供了必要的手段，而计算机技术渗透到通信网络中，又提高了后者的各种性能。IP作为一种成熟技术，依靠网络可用、尽力而为、以端为中心的特点，在Internet的迅速发展中起了积极的作用。ATM作为一种现代通信技术，以其网络可靠、可管理、以路为中心的特点，在计算机通信网的应用，也正符合今后电信网和信息网的发展趋势：数字化、宽带化、分组化。技术因素和市场需求都是ATM发展的动力。被业界称为“贵族技术”的ATM，面对IP业务的飞速发展，只有积极寻求ATM支持IP的最佳方案，才能将自己容入计算机通信网中。
一、ATM的信元结构及原理
ITU对ATM（AsynchronousTransferMode）的定义是：ATM是一种异步转移模式。异步是指ATM统计复用的性质。转移模式是指网络中所采用的复用、交换、传输技术，即信息从一地转移到另一地所用的传递方式。在这种转移模式中，信息被组织成信元（CELL），来自某用户信息的各个信元不需要周期性地出现。因此，ATM就是一种在网络中以信元为单位进行统计复用和交换、传输的技术。
ATM是一种新型分组技术，信元实际上是具有固定长度的分组，信元总长度为53个字节，其中5个字节是信头，48个字节是信息段，或称净荷。信头包含表示信元去向的逻辑地址、优先等级等控制信息。信息段装载来自不同用户、不同业务的信息。任何业务的信息都经过切割封装成统一格式信元。
ATM采用异步时分复方式，将来自不同信息源的信元汇集到一起，在缓冲器内排队，队列中的信元根据到达的先后按优先等级逐个输出到传输线路上，形成首尾相接的信元流。具有同样标志的信元在传输线上并不对应着某个固定的时隙，也不是按周期出现的。异步时分复用使ATM具有很大的灵活性，任何业务都按实际信息量来占用资源，使网络资源得到最大限度的利用。此外，不论业务源的性质有多么不同（如速率高低、突发性大小、质量和实时性要求如何），网络都按同样的模式来处理，真正做到完全的业务综合。为了提高处理速度、保证质量、降低时延和信元丢失率，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。虚电路是可以拆除释放的。在ATM网络的节点上完成的只是虚电路的交换。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。因此，ATM结合了电路交换和分组交换的优点，即ATM兼顾了分组交换方式统计复用、灵活高效和电路交换方式传输时延小、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。ATM交换分为VP交换和VC交换两种。VP交换指在交换的过程中只改变VPI的值，透传VCI的值，而VC交换过程中VPI、VCI都改变。
四、ATM技术在计算机通信网的应用之一：LANE 1. ATM LANE的概念
顾名思义，LANE（Emulated LAN）的功能是在ATM网络上仿真LAN，LANE协议定义了仿真IEEE802.3以太网或802.5令牌环网的机制。LANE协议定义了与现有LAN给网络层提供的服务相同的接口，在ATM网络中传输的数据以相应的LAN MAC分组格式封装。
在ATM网上模拟传统局域网，通过ATM网将多个传统局域网和终端设备互联。在ATM网上构造新的局域网，这些局域网接点间的通信行为与传统局域网完全相同。局域网仿真对局域网隐藏了ATM交换结构，局域网终端感觉不到ATM网络的存在，因此无需修改终端设备的软硬件，就可以利用ATM网络的各种优点。由下图可见，仿真协议主要在ATM主机和ATM LAN桥上实现。ATMLAN桥是局域网和ATM网间的转换器，它采用ALL5协议对局域网数据作适配，产生ATM信元，或重组ATM信元，恢复局域网的数据帧。ATM主机在ATM适配层与高层协议间加入局域网仿真功能，使ATM主机模拟传统局域网设备的行为，与局域网通信。ATMLANE是专为LAN接入而设置的，意即ATM的局域网仿真（LANEmulation）。对传统IP终端而言，ATM网络就像是一个局域网，其中包含若干由路由器连接起来的IP子网。
LANE 基于客户端/服务器模式（Client/Server），一个LANE服务器可对多个LANE 客户端。LANE支持多种协议（MPOA：Multi-ProtocoloverATM）传送，允许不同的LANE之间的互联；LANE 充分支持LAN中的无连接特性；LANE支持单播、多播及广播传送；
ATM局域网的优点：
信息实时传送，因为ATM的传输、交换时延较小，可以保证信息的实时传递；具有较强的网络处理能力，各种业务包括话音、数据、图像等均可以统一转换为ATM信元在ATM网中传输、处理；传输速率高，易于局域网和公用网间的互通；
局域网仿真提供OSI-RM层中下两层的功能，即用ATM网络模拟局域网数据链路层和物理层的功能，而与高层所有的业务、协议和应用无关。ATM交换机不直接参与局域网仿真，只为ATM信元提供虚通路。
2. 局域网仿真结构
局域网仿真从逻辑上看由服务器和一组局域网仿真客户组成。
局域网仿真服务器从功能上可以划分为三种：
a.广播与未知地址服务器（BUS：Broadcast&&UnknownServer）实现广播和多点通信功能，既仿真传统LAN的广播机制，在LEC间直接链路建立前单播LEC数据，一个LANE中只有一个BUS；
b. 局域网仿真服务器（LES：LANE Server）是地址服务器，它保存LANE中每个LEC的MAC地址
与ATM地址的对应关系表，以实现MAC地址与ATM地址的转换；（提供MAC地址得注册和解析手段；响应LEC的上述请求；一个LANE中只有一个LES；）
c. 局域网仿真结构服务器（LECS：LANE Configuration Server）ATM网络中可以有多个LANE存在，LECS保存LANE的结构信息，将LEC配置到LANE中；（维护一个ATM网络中多个LANE内的LEC、LES和BUS的配置信息；为每个LEC提供其所属LES的ATM地址）
局域网仿真客户LEC可以在ATM工作站和ATM网桥上实现，其主要功能为：实现局域网的MAC帧和ATM信元的相互转换；保存MAC和ATM及VPI/VCI的对应关系表；与局域网仿真服务器共同完成地址解析功能；启动信令建立ATM虚连接，为传送数据提供通路；与ATM层管理接口，实现管理功能；（在ATM终端系统上仿真以太网或令牌环网结点，至少得绑定一个MAC地址，其功能是封装IP数据报交给ATM网传送，同时转译ATM分组，重新组成IP数据报。）
每个LANE由一组LANE客户（LEC）和LANE服务构成。LEC还可以是作为ATM主机代理的网桥和路由器。LANE服务由三个不同的功能实体构成：LAN仿真配置服务器（LECS）、LAN服务器（LES）和BUS，这三个服务实体可以各自存在，但通常位于同一设备，例如：LES可以位于ATM交换机、路由器、网桥和工作站。
图中LECS、LES和BUS集中在ATM工作站上，LEC1将以太网接入ATM网，LEC2将令牌环网接
入ATM网，LEC3将FDDI网接入ATM网，LEC4是ATM主机。LUNI是局域网仿真用户网络接口，LEC和服务器都通过LUNI和ATM网连接。4个LEC和服务器构成一个仿真局域网LANE。
五、ATM技术在计算机通信网的应用之二：DSLAM
DSLAM（Digital Subscriber Liner Access Multiplexer）的定义为数字用户线接入复用器，局端设备，完成ADSL接入业务的汇聚和分发。
ATM DSLAM原理上传的数据信号在ADSL Modem中，通过AAL5分段和组装子层（SAR）功能实现MAC帧到ATM信元之间的转换，经DSL调制后，信号被传输到局端的DSLAM侧，局端的DSLAM对ADSL信号进行解调，并恢复成ATM信元格式。ATM DSLAM对许多这样的上传信号进行处理，对ATM信号按照某种条件进行复接或者交换。同时对各种ATM业务进行分类管理，实现恒定比率（CBR）、实时可变化率（xt-VBR）、准实时可变比率（nrt-VBR）、不定比率（UBR）等多种ATM业务类型的设置，对不同类型的ATM业务设置不同的流控参数、优先级别等，以保证对高性能服务质量QoS有不同要求的用户的支持，同时提供永久虚电路（PVC）的上连和与上层ATM交换机建立连接。在信号下行时，下发的信号是以ATM信元格式传送给ATM DSLAM的，这些被接收的ATM信号，带着相关的ATM信息，比如ATM业务类型、PVC数据以有其它一些参数等。由ATM对不同的业务参数进行识别，并采取不同的处理措施，包括包丢弃原则、缓存机制、流控机制等，以实现不同业务的QoS保证，然后分接到各个对应的ADSL信号的调制，之后输出到对端的ADSL Modem中。
目前的DSLAM分为ATM-DSLAM和IP-DSLAM。二者的主要区别是：ATM-DSLAM 是全程ATM的连接，而IP-DSLAM则是将ATM连接到DSLAM设备的相关功能板（以太网板）、实现ATM的终结，然后将ATM信元转换为以太网帧进行传输。从组网方式看：ATM-DSLAM和IP-DSLAM都作为接入设备来使用，但ATM-DSLAM是上连ATM汇聚交换机，而IP-DSLAM是上连三层交换机。从业务应用看：ATM-DSLAM应用PVC实现隧道机制、安全机制和带宽承诺机制，QoS的性能也较好，适合开放VPN业务。而IP DSLAM的PVC由于在端局设备终结，IP在数据安全性及带宽控制方面又有先天的不足，且QoS性能较差，所以更适合访问型的Internet业务。从用户认证看：ATM-DSLAM的认证是通过将PVC终结在ATM宽带接入服务器（BAS）上实现的。而IP-DSLAM的PVC的映射将VLAN标识符（ID）送给IP-BAS来对用户进行认证（也就是说如果没有VLAN ID送给上层的BAS，就无法对用户进行认证）。因此必须要求IP DSLAM支持VLAN的数较多，以在PVC和VLAN ID上进行一对一的映射和唯一利用VLAN ID来表示用户。
ATMDSLAM设备基于ATM先进的技术设计，完全支持多种ATM业务，如CBR、rt-VBR、nrt-UBR、UBR等，对这些业务提供不同的处理措施、不同的缓存空间和调度优先级以及不同级别的业务整形功能等，使得不同的ATM业务类型在整个业务传输过程中，得到与之相适应的带宽及高性能QoS支持的保证。ATM是面向连接的传输，具有天然的安全隔离机制，既PVC，因此不会发生信息泄露情况。
