从电路交换到分组交换—

在通信网络发展过程中，出现了多种信息传输方式，它们分别适应不同业务速率，如下图所示。这里只对比电路传送模式和分组传送模式两个极端情况，对其他模式，读者可以自行参照下图和相关资料。

图 1

i. 电路传送模式，也就是电路交换模式（CSM：Circuit Switching Mode）+时分复用传输（TDM：Time Division Multiplexing）。其基本特点是，对任意特定的通话呼叫，为其分配一个固定速率的信道资源，且在整个通话期间专用。在数字模式下，通信双方的信息以周期出现的固定时隙为传输载体，故称为同步转移模式（STM：Synchronous Transfer Mode）。

图 2

缺点：由于STM下每个通路长期占有固定带宽的资源，而几乎所有通信类型的数据率都是可变的，所以资源利用率低，极不经济。

ii. 分组传送模式：这里是指传统的分组交换网X.25等。任何通信双方间都无需保持固定的通信链路，仅在需要发送数据时才向网络提交数据，甚至数据块的大小（Packet Size）可变。所以该模式（在物理设备传输容量下）可以适应任意的传输速率，且基于统计复用模式极大地提高了资源利用率。缺点：分组交换网的固有优点同时也是它的固有缺点，它虽然实现了资源利用率的极大提高，但其中流控、差错控制等程序复杂，同时同一通信进程中的数据传输是异步的、时延大。所以不适应对时延敏感的通信业务，如电话、图像、视频通信等。

TDM简介
Time Division Multiplexing -- 时分复用

TDM就是时分复用模式。时分复用是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲，同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信

号等的技术。电信中基本采用的信道带宽为DS0，其信道宽为64kbps。

每一个时隙的速率为一个标准的PCM（Pulse-Code-Modulation）话路64Kbps。每通道时隙的重复频率为Ts=8KHz，即帧周期为125us。

电话网络（PSTN）基于TDM技术，通常又称为TDM访问网络。电话交换通过一些格式支持TDM：DS0、T1/E1TDM以及BRITDM。E1TDM支持2.048Mbps通

信链路，将它划分为32个时隙，每间隔为64kbps。T1TDM支持1.544Mbps通信链路，将它划分为24个时隙，每间隔为64kbps，其中8kbps信道用于

同步操作和维护过程。E1和T1TDM最初应用于电话公司的数字化语音传输，与后来出现的其它类型数据没有什么不同。E1和T1TDM目前也应用于广

域网链路。BRITDM是通过交换机基本速率接口（BRI，支持基本速率ISDN，并可用作一个或多个静态PPP链路的数据信道）提供。基本速率接口具

有2个64kbps时隙。TDMA也应用于移动无线通信的信元网络。

时分复用器是一种利用TDM技术的设备，主要用于将多个低速率数据流结合为单个高速率数据流。来自多个不同源的数据被分解为各个部分（位

或位组），并且这些部分以规定的次序进行传输。这样每个输入数据流即成为输出数据流中的一个“时间片段”。必须维持好传输顺序，从而输

入数据流才可以在目的端进行重组。特别值得注意的是，相同设备通过相同TDM技术原理却可以执行相反过程，即：将高速率数据流分解为多个

低速率数据流，该过程称为解除复用技术。因此，在同一个箱子中同时存在时分复用器和解复用器（Demultiplexer）是常见的。

TDM回顾

复用

　　TDM就是时分复用模式。它把若干不同通道（Channel）的数据按照固定位置分配时隙（TimeSlot：8Bit数据）合在一定速率的通路（Path）上。每一个时隙的速率为一个标准的PCM（Pulse-Code-Modulation）话路64Kbps。每通道时隙的重复频率为Ts=8KHz，即帧周期为125us。如图2所示。通常把若干通话复用在一起以后的通路组称为一个基本群路，然后更大的通路均在此基础上进一步复用（4倍）为高次群。其中的时隙数即复用的通道数与时钟有关。国际上有两个不同的基群标准（PRI：Primary Rate Interface）。美国和日本采用24支路标准，我国采用欧洲标准，使用32路标准，分别记为：

　　E1：32路，32×64Kbps＝2.048Mbps，
　　T1：24路，24×64Kbps＝1.544Mbps。

交换

　　直接把要交换的Channel的对应时隙的数据拷贝到通路（或另一通路）中要交换的时隙位置即可。下图3显示了两个E1支路上不同通道（Channel）间的交换情况。

图 3

ATM网络

ATM是Asynchronous Transfer Mode（ATM）异步传输模式的缩写，是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术。它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。 ATM采用面向连接的传输方式，将数据分割成固定长度的信元，通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体，在复用上采用的是异步时分复用方式，通过信息的首部或标头来区分不同信道

技术特点

ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术，数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小，不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样，可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。

优缺点

其特征：基于信元的分组交换技术；快速交换技术；面向连接的信元交换；预约带宽。

其优点：吸取电路交换实时性好，分组交换灵活性强的优点；采取定长分组（信元）作为传输和交换的单位；具有优秀的服务质量；目前最高的速度为10gb/s,即将达到40gb/s.。

其缺点：信元首部开销太大；技术复杂且价格昂贵。

ATM的连接

ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。但它摈弃了电路交换中采用的同步时分复用，改用异步时分复用，收发双方的时钟可以不同，可以更有效地利用带宽。

ATM的传送单元

ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL（信元），其中5B为信元头，用来承载该信元的控制信息；48B为信元体，用来承载用户要分发的信息。信头部分包含了选择路由用的VPI（虚通道标识符）/VCI（虚通路标示符）信息，因而它具有分组交换的特点。它是一种高速分组交换，在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成，降低了网络时延，提高了交换速度。

ATM的交换设备

交换设备是ATM的重要组成部分，它能用作组织内的Hub，快速将数据分组从一个节点传送到另一个节点；或者用作广域通信设备，在远程LAN之间快速传送ATM信元。以太网、光纤分布式数据接口（FDDI）、令牌环网等传统LAN采用共享介质，任一时刻只有一个节点能够进行传送，而ATM提供任意节点间的连接，节点能够同时进行传送。来自不同节点的信息经多路复用成为一条信元流。在该系统中，ATM交换器可以由公共服务的提供者所拥有或者是组织内部网的一部分。

网络详细

由于ATM网络由相互连接的ATM交换机构成，存在交换机与终端、交换机与交换机之间的两种连接。因此交换机支持两类接口：用户与网络的接口UNI（通用网络接口）和网络节点间的接口NNI。对应两类接口，ATM信元有两种不同的信元头。

在ATM网络中引入了两个重要概念：VP（虚通道）和VC（虚通路），它们用来描述ATM信元单向传输的路由。一条物理链路可以复用多条虚通道，每条虚通道又可以复用多条虚通路，并用相同的标识符来标识，即VPI和VCI。VPI和VCI独立编号，VPI和VCI一起才能唯一地标识一条虚通路。

相邻两个交换节点间信元的VPI/VCI值不变，两节点之间形成一个VP链和VC链。当信元经过交换节点时，VPI和VCI作相应的改变。一个单独的VPI和VCI是没有意义的，只有进行链接之后，形成一个VP链和VC链，才形成一个有意义的链接。在ATM交换机中，有一个虚连接表，每一部分都包含物理端口、VPI、VCI值，该表是在建立虚电路的过程中生成的。

ATM用作公司主干网时，能够简化网络的管理，消除了许多由于不同的编址方案和路由选择机制的网络互连所引起的复杂问题。ATM集线器能够提供集线器上任意两端口的连接，而与所连接的设备类型无关。这些设备的地址都被预变换，例如很容易从一个节点到另一个节点发送一个报文，而不必考虑节点所连的网络类型。ATM管理软件使用户和他们的物理工作站移动地方非常方便。

通过ATM技术可完成企业总部与各办事处及公司分部的局域网互联，从而实现公司内部数据传送、企业邮件服务、话音服务等等，并通过上联INTERNET实现电子商务等应用。同时由于ATM采用统计复用技术，且接入带宽突破原有的2M，达到2M-155M，因此适合高带宽、低延时或高数据突发等应用。

ATM是作为下一代多媒体通信的主要高速网络技术出现的，从其开发的一开始，ATM就被设计成能提供声音、视频和数据传输，而计算机电话集成（CTI）技术是额外的优点，它使IT管理人员能将通常是分开的、陈旧的电话网络（电话和传真）与计算机结合起来。

异步转移模式ATM定义，归结为：

(1) 面向连接的快速分组交换技术（Connection-oriented, high-speed packet switching）。

(2) 基于固定长度信元的异步传输技术（53-byte celled streaming）。各种类型的信息流（包括语音、数据、视频等）均被适配成固定长度的（53字节）的"信元"（Cell）中进行传输。信元是同步定时发送的，但信元所包含的信息之间却是异步，即不保证原来的信息顺序到达目的地。

ATM技术规范由ATM论坛和ITU-T标准给出。

3. ATM的特点

可同时传送包括语音、数据、视频等多种话音和非话业务。
可提供各种可能的服务质量选择（QoS：Quality of Services），包括不变速率传输、可变速率传输：
- i. 根据传输业务类型选择信息速率。
- ii. 在每次连接发起时临时协商确定一个所需的速率（并且可变），通常称为未定速率。
可提供Mbps到Gbps的各种速率。
可用于同轴缆、光纤和普通双绞线缆介质。

ATM和TDM的比较

a. TDM是同步传输模式。

TDM是为实时话音数据传送而设计的，因此， TDM以基本带宽为固定的64Kbps信道为单元，

在复用过程中各信道的位置（时隙：TimeSlot）固定，而且各通信双方在通信中独占信道，故而，
TDM在传输对时延不敏感的数据流时效率很低。

b. ATM本质上是一个异步传送技术

ATM能同时传输实时数据和非实时数据；
没有特定时隙或专用信道的概念；
灵活的带宽分配和高的信道资源使用率；
同时对不同的业务能提供相应的QoS保证。