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11-3 ATM 網路特性
11-3-1 ATM 傳輸與連結方式 ATM 網路是以交換機為主體，每一個交換機有若干個連接埠，做為輸入與輸出的連接之用。每個連接埠上可連接其他通訊設備（ATM 交換機或 ATM橋接器）或工作站。在 ATM 交換機上執行訊框交換的單元稱之為『細胞』（Cell），細胞在各個連接埠之間進行交換工作。當某一個細胞由連接埠進入時，交換機會依照該連接埠的服務品質及傳輸速度來決定是否給於服務，因此，ATM 交換機又稱為『細胞交換機』（Cell Switch）。ATM 網路的特性也將不同於一般共享媒介網路， 傳輸速率與連結方式說明如下： (A) 多種傳輸數率 一般傳統網路（Ethernet或FDDI 網路）都是在某一固定速率下運作，如10Mbps或100Mbps。ATM 交換機每一個連接埠都可依照其要求，設定在不同的速率下運作；亦是，每一個連接埠都有一個專屬頻寬。對於速率較高的連接埠就給予分配較多的時槽來傳送；而速率較慢的連接埠就分配較少的時槽。目前制定標準中，各個連接埠有：622Mbps、155Mbps、100Mbps、51Mbps、25Mbps等速率，其中又以155Mbps最為常用。 (B) 多種傳輸媒介 既然 ATM 交換機上每一個連接埠都有專屬頻寬，當然也可依照各種傳輸速率，提供不同的傳輸媒介。在傳輸骨幹方面除了提供單模光纖，也提供多模光纖的連線。對於傳輸速率在 100 或 155 Mbps 的主機電腦或通訊設備（如Ethernet 交換機等等）之間連線可使用同軸電纜外，也可以使用多模光纖。一般用戶連線速率都使用 51 Mbps，使用第五級無遮蔽式雙絞線（Cat-5 UTP）即可。 (C) 累加型頻寬（Aggregated Bandwidth） 目前區域網路使用之Ethernet （10Mbps~1000Mbps）或FDDI（100Mbps）網路都屬於『頻寬分享』的技術，網路上所有工作站共享該頻寬，工作站愈多則每工作站平均分配到的頻寬就愈少，傳送時間也得愈長。對於一些必須即時傳送的服務（如聲音、影像或視訊），可能無法提供較令人滿意的服務。ATM網路是屬於『頻寬累積』型網路，頻寬並不是固定的，而是由所有傳輸線的頻寬累加起來。例如：一個ATM交換機如果接上16部工作站，每個埠提供155Mbps，則整個ATM交換機頻寬為2.4Gbps（= 16*155Mbps），但並非無限累加，必須視交換機本身的容量而定。 (D) 連接導向(Connection-oriented)通訊模式 傳統網路都屬於『非連接導向』（如Ethernet或FDDI），工作站在想要傳送訊框前，並未建立雙方連線，而是取得傳輸媒介的使用權之後，便將訊框發出。因此，當一個訊框發送後，並不能保證下一個訊框是否可以如期送出。 ATM網路是『連接導向』傳輸，工作站傳送訊框前必須先建立好連線，而且經ATM交換機同意並保證在某種速率下傳送，工作站便能在安全連線下，連續傳遞訊框。因此ATM網路非常類似電話系統，要先接通電話，然後才傳送訊息。 11-3-2 ATM 服務品質及類別 一般在通訊連線之中會依照連線的使用情況產生不同的需求。例如，在音訊或視訊的傳輸當中，我們會對訊息的傳遞時間要求較高，也就是需要即時性的傳遞，否則無法完全表達意思；但對於資料完整性則要求較低，也就是，我們允許訊息在傳遞當中，將某些資料丟棄也不會影響原來的表現。另一種應用，如一般檔案傳送，對傳遞的即時性要求可能會較低，但對資料的完整性要求就非常的高。如果在檔案傳遞當中，有任何資料遺失，則整個檔案傳送將無效。由此可見，各種連線有不同的連線品質要求。ATM 交換機可以針對每一條連線（或連接埠）作不同『服務品質』（Quality of Service, QoS）的保證。 在交換機內部有一個稱之為『頻寬管理系統』軟體，負責整個交換機的頻寬管理。任何一條連線的服務品質，是當該連線要求建立時，由連線端和頻寬管理系統協商而成。當頻寬管理系統接收到連線要求時，必須檢查本身交換機內部處理的頻寬，以及所能提供的服務是否符合連線要求。如果不能滿足連線要求的品質時，必須協商到雙方都可以接受的範圍內。如果雙方無法協商出一個合理的服務品質，或頻寬管理系統認為接收此連線會影響到其他連線的服務品質，便可拒絕該連線要求。這種控制連線是否能建立的機構，便稱之為『允入控制』（Admission control）。如果交換機允許某一個連線要求時，也必須提供符合雙方協商的品質服務。但在真實的使用環境裡，使用者很難去預估所需的服務品質，例如在頻寬方面，有時候所需的頻寬會超過建立連線當時的要求。 交換機內部有一個稱之為『使用參數控制』（Usage Parameter Control, UPC），它會隨時監督每一條連線所送出的資料是否超過連線當時的要求。如果超過連線的服務品質時，其處理方式有兩種：(1) 將超出協商部分的資料（或細胞）丟棄；(2) 視當時網路狀況而定，如果網路負載很高時，便將該超出的資料（或細胞）丟棄，相反的，網路負載較空閒，傳送那些資料也不會影響其他連線，便依然放行。 頻寬管理系統不僅可以控制每個連線細胞交換的要求，也可以登錄每一條連線之中細胞經過的數量，並統計該連線頻寬使用量以作為收費的標準。在傳統網路上，用戶租用某一條專線，其頻寬（如2048Mpbs）都是固定的，不管用戶使用情況（如夜間使用率較低），電信公司皆以最高速率收費，造成頻寬的浪費及收費的不合理。如果以頻寬使用率來作為收費的標準，應該會較為合理。甚至可以區分不同時段的收費標準，以分散使用者使用頻寬的時間，以提高網路的整體效益。 (A) ATM 服務品質參數 我們必須設定一些量化參數來評估每一條連線的服務品質，依照 ATM 協會（ATM Forum）制定有下列量化服務品質參數： (1) 細胞尖峰傳輸率（Peak Cell Rate, PCR）：一個虛擬連線每秒可以傳送的最大細胞數。 (2) 細胞延遲變異容忍度（Cell Delay Variation Tolerance, CDVT）：一個連線中，兩個相鄰細胞抵達時間間隔的最大變異容忍度。如果兩點之間傳輸細胞的抵達時間間隔都非常穩定的保持在某一數值附近，那麼就有很低的延遲變異。 (3) 細胞持續傳輸率（Sustained Cell Rate, SCR）：一個連線中，每一秒鐘平均可以傳送的細胞數。 (4) 最大尖峰傳輸率（Maximum Bust Rate, MBR）：一個連線中，可允許的突發傳輸的總量。 (5) 最小細胞傳輸率（Minimum Cell Rate, MCR）：連線無論何時都必須維持的最小細胞傳輸速率。 (6) 細胞傳輸延遲（Cell Transfer Delay, CTD）：點對點連結中，細胞傳輸的延遲時間。 (7) 細胞漏失率（Cell Loss Rate, CLR）：點對點連線中，可以容忍細胞的遺失比率。在ATM網路中為了達到即時傳輸，但網路上負荷過高時，有時會拋棄某些細胞以維持傳輸速率；CLR表示可以容忍被拋棄的比率。 (B) ATM 服務類別 ATM 提供多元化的傳輸服務，依資料的性質不同而必須提供不同的傳輸服務。譬如，網路上傳送音訊或視訊的要求是必須即時傳送，但它允許細胞某種程度的遺失並不影響傳輸應用；但如應用在資料檔案的傳輸，我們大多允許某種程度的延遲，但傳送細胞決不允許遺失，否則整筆資料將會作廢。因此為了符合各種需求而有不同的傳輸服務。我們依照量化的服務品質參數，大略將連線的服務類別區分如下：（如表 11-1 所示） (1) 固定傳輸率 (Constant Bit Rate, CBR)：提供需要穩定、可預期的傳輸率。該服務不但速率固定，而且要延遲時間最小，以及細胞遺失率最少，又稱為『線路模擬』(Circuit Emulation)。 (2) 即時式變動傳輸率 (Real-Time Variable Bit Rate, RT-VBR)：提供需要嚴格限制延遲時間、低漏失率的傳輸服務，但容許傳輸率在某種程度下變動，如封包式的語音和視訊的傳送。 (3) 非即時式變動傳輸率 (Non-real-Time Variable Bit Rate , NRT-VBR)：提供支援可以容忍傳輸延遲，以及較不需要即時性的傳輸使用。 (4) 可用傳輸率 (Available Bit Rate, ABR)：提供支援需要高品質傳輸服務（也就是很低的細胞遺失率），但又可以容許很大的傳輸速度變化、以及傳遞時間的延遲。如網路上有閒置的網路頻寬時，連線就可以用較快的速率傳送，直到它察覺到接收速率下降，或接收到網路傳來的壅塞通知為止，再降低傳輸速率。 (5) 未指定傳輸速率 (Uspecified Bit Rate, UBR)：未指定傳輸速率，網路頻寬足夠時（其它傳輸服務足以傳送，而剩下之頻寬），再傳送資料服務。如果網路壅塞時，第一個被拋棄的是未指定傳輸速率之細胞。 表 11-1 ATM 的服務類別
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