1 術語、定義和縮略語
1.1 術語、定義
| 術語/定義 |
說 明 |
| ATM層 |
位於B-ISDN/ATM網絡協議參考模型的第二層，完成交換、路由選擇和信元復用功能。ATM層的基本處理單位是信元。 |
| AAL層 |
位於B-ISDN/ATM網絡信元參考模型的第三層，完成將業務流適配成ATM信元流。 |
| 前向 |
Forward Direction 被監視的用戶信元流向。 |
| 后向 |
Backword Direction 前向的反向。 |
| 入向(ingress) |
 |
| 出向(egress) |
|
| E1 |
歐洲的30路脈碼調制PCM簡稱E1，速率是2.048Mbit/s。 數字中繼即為E1接口，是一對引自交換機的同軸電纜線，在電纜線上數據傳輸速率是2.048 Mbit/s，可同時容納32時隙*64Kbit/s的語音數據。 E1有成幀、成復幀與不成幀三種方式。在成幀的E1中，第0時隙用於傳輸幀同步數據，其余31個時隙可用於傳輸有效數據(話路)；在成復幀的E1中，除第0時隙外，第16時隙用於傳輸信令，只有第1~15和第17~31共30個時隙可用於傳輸有效數據；而在不成幀的E1中,所有32個時隙都可用於傳輸有效數據。 一個E1時分復用幀(幀長256bit，T=125us)共划分為32個相等的時隙。每個時隙傳送8bit，因此共用256bit。每秒傳送8K個幀，因此PCM一次群E1的數據率就是 2.048Mbit/s。每個時隙在E1幀中占8bit，即一條E1中含有32個64Kbit/s。 |
1.2 縮略語
本文使用以下縮略語(包括但不限於)：
| 英文縮寫 |
英文全稱 |
中文全稱 |
| ABR |
Available Bit Rate |
可利用比特率 |
| APC |
ATMPort Controller |
ATM端口控制器 |
| ATM |
Asynchronous Transfer Mode |
異步傳輸模式 |
| CBR |
Constant Bit Rate |
恆定比特率 |
| CDV |
Cell Delay Variation |
信元時延抖動 |
| CDVT |
Cell Delay Variation Tolerance |
有效延時抖動容差 |
| CER |
Cell Error Ratio |
信元錯誤率 |
| CLP |
Cell Loss Priority |
信元丟失優先級 |
| CLR |
Cell Loss Ratio |
信元丟失率 |
| CMR |
Cell Misinsertion Ratio |
信元誤插入率 |
| CPCS |
Common Part Convergence Sublayer |
公共部分會聚子層 |
| CPI |
Common Part Indicator |
公共部分指示 |
| CPS |
Cell Per Slot |
每時隙信元數 |
| CS |
Convergence Sublayer |
匯聚子層 |
| GFC |
Generic Flow Control |
一般流量控制 |
| HDLC |
High-level Data Link Control |
高級數據鏈路控制 |
| HEC |
Header Error Control |
信元差錯控制 |
| HLR |
Home Location Register |
歸屬位置登記器 |
| HSL |
High Signaling Link/High-Speed Signalling Link |
高速信令連接 |
| ISDN |
Integrated Service Digital Network |
綜合業務數字網 |
| MaxCTD |
Maximum end-to-end Cell Delay |
最大信元傳送時延 |
| MBS |
Maximum Burst Size |
最大突發長度 |
| MCC |
Multi-Channel Controller |
多通道控制器 |
| MCR |
Minimum Cell Rate |
最小信元速率 |
| MSCS |
Mass Storage Control System |
大容量存儲器控制系統 |
| MTP3B |
Message Transfer Part (Broadband) |
寬帶消息傳遞部分 |
| NNI |
Network Node Interface |
網絡節點接口 |
| nrt-VBR |
Non-Real-Time Variable Bit Rate |
非實時可變比特率 |
| OAM |
Operation, Administration, Maintenance |
操作維護管理 |
| PCR |
Peak Cell Rate |
峰值信元速率 |
| PDU |
Protocol Data Unit |
協議數據單元 |
| PM |
Physical Media Sublayer |
物理媒介子層 |
| PT |
Payload Type |
凈荷類型 |
| PVC** |
Permanent Virtual Circuit/Connection |
永久虛電路/虛連接 |
| QoS |
Quality of Service |
服務質量 |
| rt-VBR |
Real-Time Variable Bit Rate |
實時可變比特率 |
| SAAL |
Signaling ATM Adaptation Layer |
ATM 信令適配層 |
| SAR |
Segmentation and Reassembly Sublayer |
拆裝子層(分片重組) |
| SCR |
Sustainable Cell Rate |
可維持 (可持續)信元速率 |
| SDU |
Service Data Unit |
業務數據單元 |
| SECBR |
Severely Errored Cell Block Ratio |
嚴重信元誤塊比 |
| SSCF |
Service Specific Co-ordination Function |
業務特定協調功能 |
| SSCOP |
Service Specific Connection Oriented Protocol |
業務特定面向連接協議 |
| SSCS |
Service Specific Convergence Sublayer |
業務特定匯聚子層 |
| SVC** |
Switched Virtual Circuit/Connection |
交換虛電路/虛連接 |
| TC |
Transmission Convergence Sublayer |
傳輸會聚(傳輸積聚)子層 |
| TS |
Time Slot |
時隙 |
| UBR |
Unspecified Bit Rate |
未指定比特率業務 |
| UNI |
User Network Interface |
用戶-網絡接口 |
| UTOPIA |
Universal Test&Operation PHY Interface for ATM |
通用ATM物理層測試操作接口 |
| VC* |
Virtual Channel |
虛信道 |
| VCI |
Virtual Channel Identifier |
虛信道標識 |
| VCS |
Virtual Channel Switching |
虛信道交換 |
| VP* |
Virtual Path |
虛通路 |
| VPI |
Virtual Path Identifier |
虛通路標識 |
| VPS |
Virtual Path Switching |
虛通路交換 |
* 有些資料也把VP翻譯為“虛通道”，VC翻譯為“虛通路”。
**ATM連接是“臨時”的，是邏輯上的“虛連接”，故稱“虛電路”。從此意義上講，“虛連接”即“虛電路”。
2 ATM基礎知識
ATM(Asynchronous Transfer Mode)是一種以信元為單位的異步轉移模式。它是基於B-ISDN寬帶綜合服務數字網標准而設計的用來提高用戶綜合訪問速度的一項技術。在交換形式上而言，ATM 是面向連接的鏈路，任何一個ATM 終端與另一個用戶通信的時候都需要建立連接。
“信元”是ATM所特有的分組，話音、數據、視像等所有的數字信息被分成長度固定的數據塊。
“異步”則意味着來自任一用戶的信息信元流不必是周期性的，主要指異步時分復用和異步交換。
①異步時分復用：將一條線路按照傳輸速率所確定的時間周期將時間划分成為幀的形式，一幀又划分成若干時隙來承載用戶數據，但ATM中的用戶數據不再固定占用各幀中某個時隙，而是由網絡根據用戶的請求和網絡的資源來動態分配。在接收端，不再按固定時隙關系來提取相應用戶數據，而是根據所傳輸數據的目的信息來接收信息。在ATM中，用戶數據並不固定地占用某一時隙，而是具有一定的隨機性。
②異步交換：在ATM中，交換是非固定時隙的，當輸入幀進入ATM交換機時，先在緩存器中緩存，交換機根據輸出幀中時隙的空閑情況，隨機地占用某一個或若干個時隙，而且時隙的位置也是隨機的。
ATM交換是一種融合電路交換和分組交換的優點而形成的一種新型交換技術，能在單一的主體網絡中攜帶多種信息媒體，承載多種通信業務，並且能夠保證Qos。
對電路交換，它采用異步時分復用代替同步時分復用，解決了電路交換信道利用率低和不適於突發業務的問題。吸取了電路交換低時延的優點，摒棄了電路交換信道利用率低的缺點。
對於分組交換，它采用固定分組方式，吸取了分組交換信息分組帶來的傳輸靈活、信道利用率高的優點，摒棄了分組交換時延大、協議復雜的缺點。
2.1 ATM協議棧
ATM技術是支持多媒體通信的核心技術，它是為實現下一代的寬帶ISDN(B-ISDN)而開發的，即后者采用ATM作為信令與話音、數據、視頻等業務信息的傳遞模式。下圖即為B-ISDN協議參考模型。
圖2.1 B-ISDN協議參考模型
該模型由三個平面和四層組成，三個面為用戶面(User Plane)、控制面(Control Plane)和管理面(Management Plane)，四個功能層是物理層、ATM層、ATM適配層AAL(ATM Adaptation Layer)和高層。 其中，U面和C面符合OSI基本參考模型。
三個面的主要功能為：
- 用戶面：提供用戶信息的傳送，同時也具有一定的控制功能，如流量控制、差錯控制等。采用分層結構，分為四層；
- 控制面：提供呼叫和連接的控制功能，處理網絡與終端間ATM呼叫和ATM連接的建立、保持與釋放的信息。也采用分層結構，分為四層；
- 管理面：提供性能管理、故障管理及各個面間綜合的網絡管理協議，它又分為層管理和面管理。
- 層管理：監控各層的操作，提供網絡資源和協議參數的管理，處理操作維護OAM信息流。采用分層結構，將來面管理和層管理的功能可能會合並。
- 面管理：對系統整體和各個面間的信息進行綜合管理，並對所有平面起協調作用。面管理不分層。
控制面和用戶面只是高層和AAL層不同，而ATM層和物理層並不區分用戶面和控制面，對這兩個平面的處理是完全相同的。
四層的主要功能為：
- 物理層：傳輸比特信息，規定傳輸信息的物理媒體的種類、比特定時、傳輸幀結構及信元在傳輸幀內的位置。
- ATM層：只負責信元的傳輸，規定了信元復用傳輸方法、信頭的生成/刪除/校驗及信元類型指示。
- AAL層：規定了多種協議以適配不同的高層業務，利用ATM層的信元傳送能力來提供高層各種業務所需的功能。AAL以上的協議全部由ATM終端處理。
- 高層：根據不同業務特點完成高層功能。
2.2 ATM物理層
物理層主要是提供ATM信元的傳輸通道，將ATM層傳來的信元加上其傳輸開銷后形成連續的比特流，同時在接收到物理媒介上傳來的連續比特流后，取出有效的信元傳給ATM層。
為實現信元無差錯傳輸，物理層從下至上被分為物理媒介子層(PM)和傳輸會聚子層(TC)，由它們分別保證在光、電信號級和信元級上對信元的正確傳送。表3-1中列出了各子層的基本功能。
表2-1 物理層的基本功能
| 物理層 |
傳輸會聚子層(TC) |
·信頭差錯校正 ·信元同步 ·信元速率適配 ·傳輸幀的生成 |
| 物理媒介子層(PM) |
·比特定時 ·物理媒體 |
B-ISDN用戶-網絡接口UNI的基本傳輸速率為155.52Mbit/s或622.08Mbit/s，其傳輸媒介不采用平衡雙絞線而使用高頻特性良好的同軸電纜和光纜。其中，樓宇內部的布線主要采用多模光纖，公用網的接口則多采用單模光纖。
2.3 ATM層
ATM層在物理層之上，利用物理層提供的服務，與對等層間進行以信元為信息單位的通信。同時為AAL層提供服務。ATM層與物理媒介的類型以及物理層具體傳送的業務類型也是無關的，ATM層只識別和處理信頭。
如上，ATM層提供與業務類型無關的、統一的信元傳送功能。即網絡只提供到ATM層為止的功能，流控、差錯控制等與業務有關的功能均交給終端系統的高層去完成，從而盡量縮短網內處理時間，實現高速通信(見圖2.2所示)。
圖2.2 B-ISDN傳輸層協議
參照上圖，ATM的基本處理過程如下：
高層的語音、視頻、數據、圖像等業務先送到ATM適配層，用AAL協議(如AAL5適配)，即用AAL的幀格式來封裝上層數據，然后分割成48字節長的ATM業務數據單元。ATM業務數據單元被送到ATM層，在此加上5字節的信元頭，信元頭中要標識出VPI和VCI(VPI和VCI在連接建立時已分配好)。ATM層將具有不同VPI/VCI的信元復用在一起交給物理層。在物理層將ATM信元封裝到傳輸幀中，然后經物理接口送出。
ATM層功能可以分為三大類：信元復用/解復用，有關信頭的操作和一般流量控制功能。
信元復用/解復用在ATM層和物理層的TC子層接口處完成，發送端ATM層將具有不同VPI/VCI的信元復用在一起交給物理層；接收端ATM層識別物理層送來的信元的VPI/VCI，並將各信元送到不同的模塊處理，如識別出信令信元就交由控制面處理，若為OAM等管理信元則交由管理面處理。
信頭操作在用戶終端為填寫VPI/VCI和PT，在網絡節點中為VPI/VCI翻譯。用戶信息的VPI/VCI值在連接建立時可由主叫方設置，並經過信令的SETUP消息通知網絡節點，由網絡節點認可，也要由網絡側分配。
一般流量控制功能由信頭中的GFC比特支持。
在以ATM技術為基礎的網絡上，信元的復用和交換處理均與所傳送的信息類型(音頻數據、圖片、文本或活動圖像)無關。因為ATM網絡處理的是形式相同的固定長度信元，可省去許多不必要的檢驗，從而可直接運用硬件加快處理速度，有效地提高了交換與復用效率。因為交換機只改變VPI/VCI的值而並不管信元所攜帶的信息類型，因此在目前的技術條件下交換速率可達2,488Mbps。
2.1.1 ATM層連接
ATM的呼叫接續不是按信元逐個地進行選路控制，而是采用分組交換中虛呼叫的概念，即傳送信元前預先建立與某呼叫相關的信元接續路由。同一個呼叫的所有信元都經過相同的路由，直至呼叫結束。
其連接過程是：當發送端和接收端通信時，首先通過用戶-網絡接口發送一個請求建立連接的控制信號；接收端通過網絡收到該控制信號並同意建立連接后，網絡中的各個交換節點經過一系列的信令交換后就會在發送端和接收端之間建立起一個虛擬通道(虛連接)作為信令鏈路。
為此，ATM層提供了虛通路(VP)和虛信道(VC)兩種邏輯信息傳輸線路。VC是兩個或兩個以上的端點間傳送ATM信元的一條通信信道，ATM信元的復用、交換和傳輸過程均在VC上進行。在一條虛信道上傳輸的數據單元均在相同的物理線路上傳輸，且保持其先后順序，因此克服了分組交換中無序接收的缺點，保證了數據的連續性，更適合於多媒體數據的傳輸。
每一VP中可包含若干VC，並以VP為單位進行交換。這樣可有效利用帶寬，減少處理時間，同時可適應多種類型的業務傳輸。VP和VC分別用虛通路標志符VPI和虛信道標志符VCI來標識。因此，一條VC可由傳輸線路的端口號碼、VPI指和VCI值的組合唯一確定。
在虛連接的建立過程中，虛線路上所有的交換節點(或稱中繼點)都會建立虛連接映射表，以完成輸入信元VPI/VCI值到輸出信元VPI/VCI值的轉換。
虛連接建立后，需要發送的信息被分割打包，形成包含5個字節信元頭、48個字節信息的信元，經過網絡傳送到對方。若發送端有一個以上的信息要同時發送給不同的接收端，則可按照上述相同的程序建立到達各自接收端的不同虛線路，並將信元交替地送出。
VP和VC的關系如圖2.3所示。
圖2.3 VP與VC的關系
ATM通過VC建立連接有兩種方式：永久虛電路連接( (PVC)和交換虛電路連接(SVC)。
PVC是一種靜態虛連接，通過網管預先建立的。不論是否有業務通過或終端設備接入，PVC一直保持(不必每次呼叫都進行虛連接配置)，直到由網管釋放。因此，PVC類似於電話網中的租用線路，經過PVC連接的用戶需要通信時，不會因通信網絡資源不夠而導致通信失敗。缺點是這些PVC必須手工配置，不能進行大量PVC配置。現在ATM網中基本上都是使用PVC。
SVC是一種動態虛連接。用戶需要通信時，由終端用戶或終端應用發起連接請求，系統臨時建立邏輯通路。SVC類似於電話網的用戶線路，只有經過呼叫請求，網絡為通信雙方建立起相應虛通路后，才能進行通信，通信完成后，由信令釋放SVC。連接時間由ATM網絡決定，在系統擁塞時可能失敗。但使用SVC的用戶對網絡資源的帶寬利用率高，通信費用較低。
2.1.2 ATM交換
各類業務在經適配進入ATM網絡后，便由ATM交換機或交叉連接設備提供交換和中繼功能，從而到達指定目的地。
ATM交換分為虛通路交換(VPS)和虛信道交換(VCS)。VP交換指一個VP內所有信元同時被映射到另一個VP內，交換過程中只改變VPI的值，透傳VCI的值(保持不變)。而VC交換是指同一個VP內或不同VP內的VC之間的交換，交換過程中VPI、VCI都改變。高速骨干網中網絡的主要管理和交換功能集中在VP級，從而降低網管和網控的復雜性。而骨干網外，交換機仍然進行VC交換。見下圖所示。
圖2.4 VP交換和VC交換
可見，一個呼叫鏈路由端-端VCI/VPI和ATM交換機的路由映射表唯一確定，一個呼叫鏈路上的信元的VPI+VCI值在ATM交換過程中會被改變(由路由表決定)。
從路由的角度看，VPI和VCI是信元在ATM網絡中傳輸的路由地址，多個路由地址標識了一條連接。當信元經過某交換節點時，該節點根據信元頭中的VPI和VCI查找預先建立的連接映射表(路由映射表)，確定可導向接收端的輸出VPI和VCI，並賦予信元后輸出。
每個ATM交換機建立一張連接映射表。對於每個交換端口的每個VPI/VCI，都對應表中的一個入口。當VPI/VCI分配給某一信道時，對照表將給出該交換機的一個對應輸出端口及用於更新信頭的VPI/VCI值。
ATM交換機或交叉連接設備的作用是：根據輸入信元的VPI/VCI標識以及它本身在建立連接時產生的路由映射表，將該信元轉發到指定的輸出端口(中繼線或用戶線)，並對該信元的頭部進行適當處理，如改變其VPI/VCI值，在擁塞時有可能改變CLP值，最后還要重新計算HEC值，以保護新產生的信元頭。
綜上，ATM交換機最主要的功能就是路由功能。下圖給出了ATM虛連接的示意圖。
圖2.5 ATM虛連接示意圖
上圖對應的連接關系如下表所示：
表2-2 連接映射表
| 業務類型 |
發端端口 |
VPI/VCI |
收端端口 |
VPI/VCI |
| 視頻 |
1 |
0/37 |
3 |
0/76 |
| 數據 |
1 |
0/42 |
5 |
0/52 |
| 視頻 |
2 |
0/37 |
6 |
0/22 |
| 語音 |
2 |
0/78 |
4 |
0/88 |
如表所示，發端發出的VPI/VCI=0/37的信元，經ATM交換機后VPI/VCI被交換成0/76，最后送到用戶E。這里(0，37)和(0，76)就標識了發端與終端用戶A之間的一個連接。
2.1.3信元結構
ATM是一種基於信元的交換和復用技術，其傳送信息的基本載體是ATM信元。ATM層的全部功能由信頭來實現，在傳送信息時網絡只對信頭進行操作而不處理信息字段(凈荷)的內容。ATM信元結構如圖2.6所示。
圖2.6 信元的結構(以NNI為例)
ATM信元長度固定，且只有53字節，分為信頭和凈荷兩部分。信頭為5字節，凈荷為48字節。
信頭內容在用戶―網絡接口(UNI，用戶設備與網絡之間)和網絡節點接口(NNI，交換機之間的接口)中略有差別，主要由以下幾部分構成：
(1) 一般流量控制(GFC)
4比特，只用於UNI接口。目前置為0000，將來可能用於流量控制或在共享媒體的網絡中標示不同的接入。
(2) 連接標識(VPI/VCI)
VPI/VCI字段是識別復用接口上各VP、VC的標志，也是信頭中最重要的部分。VPI/VCI一起標識一個虛連接，網絡設備根據VPI/VCI值進行信元的尋路和復用。
在一個接口上將若干個VC集中起來組成一個VP，並以VP為網絡管理的基本單位。VPI在UNI中為8比特，在NNI中為12比特，可分別標識4096條和256條VP。
VCI字段有16比特，標識VP中的VC，因此對每個VP定義了216=65536條VC，即每個虛通路可用復用方式容納多達65536個虛信道。
和分組交換類似，同一呼叫的上、下行方向采用相同的VPI/VCI值。用戶按呼叫來選取UNI的VPI/VCI進行通信。
注意，VPI、VCI的取值只有局部意義，即只在通過物理媒質直接相連的兩個接口之間有效，相同的值在其它接口可以重復使用。在虛線路中，相鄰兩個交換節點間信元的VPI/VCI值保持不變。此兩點間形成一條VC鏈，一串VC鏈相連形成VC連接。每個VPI/VCI在相應的VP/VC交換節點處理，相同的VPI/VCI值在不同VP/VC鏈路段並不代表同一個虛連接。
(3) 凈荷類型指示(PT)
3比特，用於指明信元中的載荷(數據域中攜帶的數據)類型，表示信息字段中的內容是數據信元(用戶信息)還是管理信元(控制信息)。
(4) 信元丟失優先級(CLP)
1比特，用於擁塞控制。當網絡出現擁塞時，首先拋棄CLP=1的信元，並要求網絡保證盡可能地傳送CLP=1的信元。
ATM網中傳送的信元有兩種優先級別，通過信元頭中的CLP字段來區分。CLP=0表示優先級高，CLP=1表示優先級低。當網絡發生擁塞時首先選擇CLP=1的信元丟棄以緩解擁塞，犧牲低優先級信元來保證高優先級信元的傳送質量。
(5) 信頭差錯控制(HEC)
8比特，用於信頭的差錯檢驗和信元定界處理。HEC的功能在物理層實現。
信頭的差錯檢驗：用來檢測信頭中的錯誤，並可糾正信頭中1比特的差錯。
信元定界：利用HEC字段和它之前的4字節的相關性可識別出信頭位置。由於在不同鏈路中VPI/VCI的值不同，所以在每一段鏈路都要重新計算HEC。
ATM信元的信頭與分組交換中分組頭的功能相比大大簡化了，如不再進行逐段鏈路的檢錯和糾錯。由於鏈路質量的提高，端到端的差錯控制只在需要時由終端處理，HEC只負責信頭的差錯控制。另外，信頭只用VPI和VCI標識一個連接，而無需源地址、目的地址和包序號，信元順序也由各網元保證。
不管應用層是數據還是話音、圖像等多媒體業務，ATM層都以統一格式的信元傳送所有的信息。但因各種業務所要求的業務質量(如時延、差錯率等)不同，在把各種業務的原始數據處理成信元時，應滿足各種業務對服務質量的需求。這一功能由ATM適配層(AAL)來實現。亦即，ATM層對各種業務提供了公共的傳輸能力，而AAL的功能與上層的需求有密切的聯系。
2.1.4 AAL層
ATM適配層(AAL)位於ATM層之上，對上層屏蔽了ATM層中的信元傳輸功能，提供了與OSI第一層或第二層相同的業務。
AAL層和業務相關，即針對不同的業務，采用不同的適配方法。但都要將上層傳來的信息流(長度、速率各異)分割成48字節長的ATM業務數據單元，同時將ATM層傳來的ATM業務數據單元組裝、恢復再傳給上層。
為了提高交換網絡的速率，對ATM層作了盡可能的簡化，而ATM層未提供處理的信元丟失、誤傳、時延、時延抖動等與業務服務質量密切相關的功能，由AAL層完成。不同類型的業務需要不同的適配。
2.1.4.1 AAL結構
在B-ISDN中把AAL層向上層提供的通信功能稱為AAL業務或AAL協議。根據源和目的的定時、比特率、連接方式將業務分為四類，並相應地定義了協議類型AAL1、AAL2、AAL3/4及AAL5。業務類型(Service Categories)和AAL協議類型(AAL Type)的關系如表2-3所示。
表2-3 業務類型和AAL Type的關系
| 業務類型 |
A類 |
B類 |
C類 |
D類 |
|
| 典型的應用業務 |
電路仿真定速率信息 |
變速率信息 |
連接型數據傳輸 |
信令傳輸 |
非連接型數據傳輸 |
| 對應的AAL協議 |
Type 1 |
Type 2 |
Type 3/4 |
Type 5 |
Type 3/4或Type 5 |
AAL的結構如圖2.7所示。由於上層信息種類繁多，AAL層處理比較復雜，所以分兩個子層：會聚子層(CS)和拆裝子層(SAR)。
圖2.7 ATM參考模型
(1) 信元拆裝子層(SAR)
SAR子層將高層信息拆成一個虛連接上連續的信元，或在相反方向上將一個虛連接的所有信元組裝成數據單元並交給高層。
(2) 會聚子層(CS)
會聚子層根據業務質量要求的條件控制信元的延時抖動，在接收端恢復發送端的時鍾頻率以及對幀進行差錯控制和流控制。
如圖，對於數據傳輸用的CS子層，CPCS實現連接型(CO)通信業務和非連接型(CL)通信業務中公共的功能，SSCS實現各自業務特有的功能。對連接型業務又以SSCOP規定了所有CO業務的公共功能；以SSCF規定了不同CO業務的特有功能。
ATM各層相應適配功能原理如下圖所示：
圖2.8 ATM各層適配功能原理圖
其中，SAR子層處理PDU(協議數據單元)的分割與重組，將從上層取得的PDU映射成固定長度的ATM信元載荷，或將底層傳送的信元載荷重新組裝成適合高層協議的PDU；CS子層則執行定時、差錯檢測、信元延遲處理及應用層SDU(業務數據單元)的識別與處理等功能。SDU與PDU的概念區分在於：SDU針對於高層業務數據，而PDU則為將其上層SDU依據本層承載要求附加完成本層協議功能(如ATM功能)的控制頭或尾后形成的，且可視為其下層的SDU。
在某些應用中可能無SAR或CS功能。
2.1.4.2 AAL業務
ATM從流量控制的角度出發，區分了恆定比特率業務(CBR)和可變比特率業務(VBR)，並根據實時/非實時性，把VBR業務進一步分為實時(rt-VBR)和非實時(nrt-VBR)兩類。另外考慮了日益增長的數據業務的要求，網絡以盡力而為(Best Effort)的方式提供數據業務，進一步划分了可利用比特率業務(ABR)和未指定比特率業務(UBR)，前者保證一定的丟失率要求，后者不提供任何形式的保證。
這五類業務可以從兩個方面來區分。
從業務特性上區分，如峰值信元速率(PCR)、可維持信元速率(SCR)、最小信元速率(MCR)、最大突發長度(MBS)，它們描述業務本身的流量特性，又稱為源流量參數。
從業務的服務質量(QoS)上區分，包括峰－峰信元時延抖動(peak-to-peak CDV)、最大信元傳送時延(max CTD)、信元丟失率(CLR，可接受的因網絡擁塞而導致信元丟失比例)、信元錯誤率(CER)、嚴重出錯的信元塊比例(SECBR)、信元誤插入率(CMR)。
(1) CBR業務
CBR業務通常是指那些在整個連接的生命周期內都需要連續的靜態的帶寬的連接。所分配帶寬的數量
就是通過峰值信元速率(PCR)來量化的。網絡可以對用戶保證只要連接建立，就給CBR預留出資源從而可以確保所有服從一致性測試信元的QoS性能。在CBR中源端可以在任何時候以PCR的速率發出信元，並可以持續任意長的時間。
CBR業務通常是一些對時延變化有嚴格限制的實時應用，如話音、視頻和電路仿真。在CBR業務中，源端可以在一定的周期內用協商好的PCR或者低於PCR的速率(甚至可以不發送信元)來發送信元。
(2) rt-VBR業務
rt-VBR業務也是一種實時應用，即對時延和時延變化有嚴格的限制，rt-VBR的主要應用有話音和視頻業務。rt-VBR連接的特性主要靠峰值信元速率(PCR)、平均信元速率(SCR)、最大突發長度(MBS)和信元延遲容限(CDVT)來描述。源端發送信元的速率是可變的，即源端可被認為是“突發性的”。rt-VBR業務可以支持實時資源的統計復用。
(3) nrt-VBR業務
nrt-VBR業務支持一種突發性的非實時的應用，連接特性是通過PCR、SCR以及MBS來描述的。對那些滿足流量合同的信元，nrt-VBR業務可以保證很低的信元丟失率但對時延沒有限制。nrt-VBR業務可以支持連接的統計復用。
(4) UBR業務
UBR支持非實時的應用，也就是那些對時延和時延變化要求都不太嚴格的應用，如一些傳統的計算機通信應用(文件傳輸和E-mail等)。
UBR業務不存在任何的服務質量的承諾，連接的信元丟失率和信元傳輸時延均沒有數值保證。網絡可以選擇在CAC和UPC中是否需要運用PCR。在網絡對PCR沒有強制性的要求的時候，PCR的值沒有什么意義。UBR連接的擁塞控制可以在高層或者端到端的基礎上進行。
(5) ABR業務
ABR業務中網絡在連接建立時的傳輸特性可以在后來被更改。有一種流控機制支持對源端的反饋來控制源端發送信元的速率，這種反饋是通過特定的控制信元叫做資源管理(RM)信元來實現的。可以預期終端系統在根據反饋調整流量的時候會有一個很低的信元丟失率，然后獲得一個公平的可以利用的帶寬。對給定的連接，ABR業務對時延和時延變化沒有邊界限制，也就是說ABR不支持實時的應用。
在ABR連接建立的時候，終端系統會指定一個所需要的最大帶寬和一個最小可用的帶寬。這是通過峰值信元速率(PCR)和最小信元速率(MCR)來描述的。其中MCR的值可以為零，網絡所提供的帶寬可以變化但不能小於MCR。
nrt-VBR業務類型、ABR業務類型和UBR業務類型都是針對非實時應用的，不同之處主要集中在網絡提供的服務保證特性、網絡與終端系統的實現機制兩個方面，選擇什么業務類型需根據具體的應用而定。
2.1.4.3 AAL Type
AAL1協議針對的是固定速率的、面向連接的業務，在信源和信宿間需要定時信息的傳送。這類業務典型的例子是目前的電路交換業務，如話音業務、各類NISDN業務。
AAL2是以可變比特率(VBR)提供端到端實時業務的協議，如VBR音響和電視。這類AAL尚未定義好。ITU-T也可能通過對AAL1的增強來得到AAL2功能。
在ATM網中，數據業務有兩類：遠程計算機局域網互連對應於無連接的數據業務，另一類是面向連接的數據業務。AAL3/4協議用於對這些業務的適配。
AAL5是數據業務最常用的ATM適配層類型，提供將長度為1~65535字節的應用數據分段后以ATM信元方式發送然后在接收端重組的功能，對業務類型C和D都適用。AAL5支持收發端之間沒有時間同步要求的可變比特率業務，它提供與AAL3/4類似的業務，但SAR-PDU中既無頭標也無尾標，48字節全部用作信息的傳輸。主要用來傳遞計算機數據、UNI信令信息和ATM上的幀中繼。它可承載控制面信令數據，為SSCOP提供服務；為用戶面GTP-U/UDP/IP提供承載服務(非確保發送服務)。
定義AAL5的主要原因是其格式簡單、開銷少、糾錯強，特別適於可變比特率數據、支持面向連接及對時延不太敏感的業務傳送。
在AAL5中，SAR將變長(但為48字節整數倍的長度)的CPCS-PDU映射到48字節的SAR-PDU中，利用ATM層的功能進行傳送。如圖2.9所示。因為在SAR-PDU沒有頭標和尾標，所以通過傳送ATM層的用戶參數來區分構成一個SAR-PDU的諸多SAR-PDU中的最后一個及其以外的那些。當信頭的凈荷類型指示字段中的最低位為1時，表示最后的SAR-PDU。該值對PT字段的映射由ATM層規范(I.361)規定。
圖2.9 AAL Type5的PDU格式
下面對圖2.9所示的PDU格式予以說明：
(1) CPCS-PDU凈荷：用來傳送1~65535字節的CPCS-PDU。
(2) 填充(PAD)字段：為使CPCS-PDU湊成48字節的整數倍，在CPCS-PDU凈荷和CPCS-PDU尾標間置入0~47字節的填充字段。它不傳送信息，可任意編碼。
(3) CPCS用戶-用戶信息(CPCS UU)字段：用於傳送CPCS用戶-用戶信息。
(4) 公共部分標志(CPI)字段：為將CPCS-PDU尾標湊成8字節而置入全0.其他用法未定。
(5) 長度指示(LI)字段：以二進制數表示CPCS-PDU凈荷的長度，單位為字節。接收端利用該值檢測信息的丟失和誤插。當傳送Abort業務時，該字段全置為0。
(6) CRC字段：利用CRC碼對各個CPCS-PDU進行差錯校驗。而AAL3/4協議需對每個SAR-PDU進行校驗，開銷比AAL高得多。
一個虛連接上每次只能傳送一個包。