ATM交换机技术原理简介

起因，背景：

ATM交换技术是ATM网络技术的核心。交换结构的性能将决定ATM网络的性能和规模。交换机设计的方法将影响交换吞吐量、信元阻塞、信元丢失和交换延时等，交换结构不仅影响交换机的性能和扩展特性，而且也影响交换机支持广播方式和点到点方式的能力。

交换原理和方式：

1．ATM交换原理

ATM交换结构应该能够完成两方面基本功能，一是空间交换，即将信元从一条传输线上交换到另一条上，又叫路由选择；另一功能是时间交换，即将信元从一个时隙转移到另一时隙。ATM交换机从基本构成上可分为接口模块、交换模块、和控制模块。接口模块位于交换机的边缘，为交换机提供对外的接口；交换模块是整个交换机的核心模块，它提供了信元交换的通路，通过交换模块的两个基本功能（排队和选路），将信元从一个端口交换到另一个端口上去；控制模块是交换机的中央枢纽，它完成ATM信元处理、资源管理和流量控制中的连接接纳控制，以及设备管理、网络管理等功能、在实现时，设备管理和网管多在外接的管理维护平台上完成。

2．ATM交换方式和结构：

现代通信网中广泛应用的交换方式有两种：电路交换方式和分组交换方式。电路交换方式包括传统电路交换、多速率电路交换、快速电路交换等，分组交换方式包括帧交换、帧中继、快速分组交换等。电路交换方式适用于话音等实时性业务，而分组交换方式适用于数据业务。在综合业务环境下，不同业务对网络的要求不同，电路交换方式和分组交换方式都不能满足综合业务环境下的使用要求。ATM交换技术是一种融合了电路交换方式和分组交换方式优点而形成的新型交换方式。

ATM交换结构有总线结构和共享存储器结构两种。总线结构如图1所示，各路ATM信元经输入处理后汇集到总线上，输出处理从总线上取出信元，处理后形成输出信号。总线工作在分时状态，把不同时隙分配给不同的输入、输出。

存储器结构如图2所示，各端口信元经过输入处理后送入存储器，输出处理器从存储器取出信元，处理后形成输出信号。

若将存储器结构稍加变形，则其结构和总线结构是非常相似的。两种结构都存在信元的汇集点，这时就需要以时分和空分相结合的方式提高交换容量。

ATM交换特点：

（1）采用统计时分复用

传统的电路交换中用STM（Synchronous Transfer Mode）方式将来自各种信道上的数据组成帧格式，每路信号占固定比特位组，在时间上相当于固定的时隙，即属于同步时分复用。在ATM方式中保持了时隙的概念，但是采用统计时分复用的方式，取消了STM中帧的概念，在ATM时隙中存放的实际上是信元。

（2）以固定长度（53字节）的信元为传输单位，响应时间短

ATM的信元长度比X.25网络中的分组长度要小得多，这样可以降低交换节点内部缓冲区的容量要求，减少信息在这些缓冲区中的排队时延，从而保证了实时业务短时延的要求。

（3）采用面向连接并预约传输资源的方式工作

在ATM方式中采用的是虚电路形式，同时在呼叫过程向网络提出传输所希望使用的资源。考虑到业务具有波动的特点和网络中同时存在连接的数量，网络预分配的通信资源小于信源传输时的峰值速率（PCR）。

（4）在ATM网络内部取消逐段链路的差错控制和流量控制，而将这些工作推到了网络的边缘

X.25运行环境是误码率很高的频分制模拟信道，所以X.25执行逐段链路的差错控制。又由于X.25无法预约网络资源，任何链路上的数据量都可能超过链路的传输能力，因此X.25需要逐段链路的流量控制。而ATM协议运行在误码率较低的光纤传输网上，同时预约资源保证网络中传输的负载小于网络的传输能力，ATM将差错控制和流量控制放到网络边缘的终端设备完成。

（5）ATM支持综合业务

ATM充分综合了电路交换和分组交换的优点，既具有电路交换“处理简单”的特点，支持实时业务、数据透明传输，在网络内部不对数据作复杂处理，采用端-端通信协议；又具有分组交换的特点，如支持可变比特率业务，对链路上传输的业务采用统计时分复用等。所以ATM支持话音、数据、图象等综合业务。