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11-7 ATM 調節層
ATM 調節層（ATM Adaptation Layer, AAL）的功能是高層通訊協定（如 IP 或 IPX）和 ATM 層之間封包的調節。上層通訊協定（如 IP）所傳下來的封包（如 64 K 位元組）經過 AAL 層，將其分割為若干個 48 位元組的細胞。AAL 將 48 位元組的細胞傳送給 ATM 層，ATM 層再將每一細胞前頭加入 5 個位元組的細胞頭（Cell Head），構成 53 位元的細胞格式。但對於不同服務品質，需要不同的細胞格式來區分，這牽涉到細胞傳送即時性和連續性的需求。因此為了符合各種服務品質的需求，ITU-T 將 ATM 調節層區分為四種服務類別：AAL 1、AAL 2、AAL 3/4、以及 AAL 5，如圖 11-14 所示。表 11-3 為各種服務類別之特性。以下將分述之： 表 11-3 ATM 調解層的服務類別
(1) AAL 1：提供連接導向（Connection-oriented）的常速率（Constant rate）服務。其功能類似『線路模擬服務』（Circuit Emulation Service, CES），一般使用在語音或影像方面的傳輸。線路模擬服務提供了一種傳統 TDM 資料流對應到 ATM 網路上的方法，但使用這種方法完全失去統計多工的好處。且既然是同步多工方式，就有時序同步的問題，傳送端和接收端的交換設備必須插入同步訊號。如果實體層使用 SONET 網路，則較容易依照 SONET 網路的同步時序中來插入 ATM 的同步訊號。早期 ITU-T 希望利用這種服務來提供有關聲音和影像的傳輸，但各家 ATM 廠商認為在 AAL 5 上提供封包式語音和影像的壓縮、以及靜音的消除功能，比較有效率，因此 AAL 1 在使用上反而較少。 (2) AAL 2：提供連接導向的變速率（Variable Bit Rate, VBR）服務。ITU-T 規劃 AAL 2 作為傳輸音訊和視訊的封包資料。 (3) AAL3/4：提供連接導向或非連接導向（Connectionless）的變速率服務。原來 ITU-T 規劃 AAL 3 作連接導向的服務，而 AAL 4 作非連接導向的服務。後來發現兩種規格可以建構在一起，因此，稱為 AAL 3/4。AAL 3/4 主要服務是將多工資料流傳送到單一個 ATM 虛擬通道（VC）上。但其細胞格式的 48 位元組中必須有 4 位元組作控制欄位，也會造成不少頻寬的浪費。 (4) AAL5：提供連接導向的變速率服務。主要應用於大量資料的傳送。實際上，在所有服務中，AAL 5 最被為廣泛採用，因為 AAL 5 可以將不必要的多餘浪費減到最低。也就是，AAL 5 所使用的細胞最為精簡，工作負荷（Overhead）最少，尤其在大量傳輸資料上效率最高。早期 ITU-T 規劃 AAL 5 是專們做 TCP/IP 網路上的傳輸資料，但目前大部分 ATM 網路上的應用，都採用 AAL 5 服務。 ATM 調節層主要提供上述四種服務，每一種服務的細胞格式都不相同，因此各種服務都有其相對應的兩個次層：『集合次層』（Convergence Sublayer, CS）和『切割和重組次層』（Segmentation and Reassembly Sublayer, SAR Sublayer），如圖 11-14 所示。CS 是將上層所傳下來的資料加入有關訊息識別，和其他功能之間的時脈修正。也就是類似一般通訊協定，加入封包資料的標頭和尾端。CS 的資料封包大小，依照不同的服務而不一樣。接收端的 CS 也同樣必須去除封包的頭尾再傳送給上一層的通訊軟體。SAR 次層是將 CS 次層所傳下來的資料封包，切割成以 48 位元組為單位的若干個細胞，再傳送給 ATM 層。接收端的 SAR 次層也必須將 ATM 層所傳回多個 48 位元組的細胞組合回原來的封包。有關 CS 和 SAR 資料串流格式，和細胞分割與重組，以下分別介紹之。
圖 11-14 ATM 調節層的服務類別 11-7-1 AAL 1 型態 AAL 1 提供線路模擬的常速率服務，也是屬於同步多工傳輸。AAL 1 的接收端和傳送端之間需要使用同步時序技術。它的處理傳送細胞有三個步驟：(1) 同步取樣訊號插入酬載（Payload） 欄位；(2) 在細胞標頭插入順序號碼欄位和順序號碼保護欄位；(3) 在酬載欄位依序塞資料，使整個細胞滿足 48 位元組。如圖 11-15 中，AAL 1 型態的 SAR-PDU 長度為 48 位元組，其中第一個位元組為通訊協定控制資訊（Protocol Control Information, PCI），以及 47 為元組的酬載（Payload）。其中各欄位功能如下： (1) 順序號碼欄位（Sequence Number, SN）：（4 位元）。此欄位又區分為 CSI（Convergence Sublayer Indication）欄位（1 位元）和 SC（Sequence Count）欄位（3 位元）。CSI 是標示該細胞是否攜帶有關同步時序的訊息。SC 是該 PDU 的順序號碼，用來檢查細胞是否有流失或插入空白細胞。 (2) 順序號碼保護欄位（Sequence Number Protection, SNP）：（4 位元）。此欄位又分為 CRC 欄位（3 位元）及 P（Even Parity）欄位（1 位元）。CRC 用來保護 SN 欄位，所使用的多項式為 G(x) = x3 + x + 1。P 欄位則進一步保護前面 7 個位元的同位元檢查，所使用為偶同位元（Even parity）。
圖 11-15 AAL 1 型態之訊框包裝格式 11-7-2 AAL 2 型態 AAL 2 型態的 SAR-PDU 和 AAL 1 型態非常類似，都必須增加一個位元組作為控制訊息用。AAL 2訊框格式如圖 11-16 所示。SAR-PDU 長度也是 48 位元組，和其後 4 位元的標頭和標尾，其中： (1) 順序號碼欄位（Sequence Number, SN）：（2 位元）標示該細胞的順序號碼。 (2) 資訊型態欄位（Information Type, IT）：（2 位元）有下列四種型態：
(3) 長度欄位（Length, LEN）：（2 位元）紀錄酬載長度。 (4) 錯誤檢查碼（CRC）：（2 位元）CRC-10 檢查範圍包含標頭、酬載、及長度欄位。
圖 11-16 AAL 2 型態之訊框包裝格式 11-7-3 AAL 3/4 型態 AAL 3/4 主要用途是在 ATM 網路上傳送 SMDS（Switched Multimegabit Data Service）封包，訊框的處理程序如圖 11-17 所示。它將上層的封包加入標頭（Header）和標尾（Trailer），再依序以每 48 位元為單位分割傳送 ATM 層，再由 ATM 加入另 5 位元組的控制訊息。
圖 11-17 AAL 3/4 訊框之包裝運作情形 它處理傳送細胞有四個步驟： (1) CS 次層產生一個協定資料單元（Protocol Data Unit, PDU），並加入 PDU 的頭（header）和尾（Trailer）的控制欄位，使整個 CS-PDU 是 4 位元組的倍數，如果不足於 4 位元組則加入 PAD 欄位資料使其滿足。而且 CS-PDU 長度必須小於 65535 位元組，如圖 11-18 (a) 所示。其中：
(2) SAR 次層分割 CS-PDU 以 44 位元組為一單位的SAR-PDU成若干個，並加入標頭。 (3) SAR 次層產生 CRC-10 錯誤檢查碼加入 SAR-PDU的標尾。 (4) 將 SAR-PDU 變成為 ATM 細胞的酬載欄位，再由 ATM 層加入細胞的標頭控制欄位。SAR-PDU 訊框格式如圖 11-18 (b) 所示。其中：
圖 11-18 AAL 3/4 之 CS 和 SAR 訊框包裝格式 (a) 片段型態欄位（Segment Type, ST）：（2 位元）SAR-PAD有四種型態：
(b) 順序號碼（Sequence Number, SN）：（4 位元）表示此 SAR-PDU 的順序號碼。其值由 0 到 15 之間重覆輪流使用。 (c) 優先權欄位（Priority, P）：（1 位元）。P = 1 表示該 SAR-PDU 具有優先權；P = 0 表示一般資料之 PDU。 (d) 多工識別碼欄位（Multiplexing Identifier, MID）：（9 位元）屬於同一筆 CS-PDU 封包的 SAR-PDU 有相同的多工識別碼。 (e) 酬載長度欄位（Payload Length, PL）：（6 位元）正常情況下，每一筆 SAR-PDU 的酬載長度為 44 位元組，但在 CS-PDU 中的最後一個 SAR-PDU 可能不及 44 位元組。PL 就是用來記錄它的長度。 (f) 檢查碼欄位（CRC）：（10 位元）利用 CRC-10 檢查碼來檢查該 SAR-PDU 內容是否傳送錯誤。檢查範圍包括片段頭、片段酬載、及長度欄位等。 11-7-4 AAL 5 型態 AAL 5 主要用於結合不同的通訊協定在 ATM 網路上傳送，譬如，IP 架設於 ATM 網路（IP Over ATM）或區域網路模擬（LAN Emulation）。AAL 5 又稱為『簡單且效率調解層』（Simple and Efficient Adaptation Layer, SEAL），因為 AAL 5 中的SAR 次層直接將 CS-PDU 切割成 48 位元組的 SAR-PDU，而未加入任何其他控制訊號，如圖 11-19 所示。AAL 5 產生傳送細胞可分為三個步驟： (1) CS 次層將上層傳來的訊框加入可變長度的 PAD 欄位和訊框的標尾（Trailer）。加入 PAD 欄位使整個訊框長度是 48 位元組的倍數，因此 PAD 欄位的長度由 0 到 47 位元組。標尾有三個欄位：
圖 11-19 AAL 5 型態之訊框包裝運作情形 (2) SAR 次層將 CS-PDU 分割成 48 位元組的 SAR-PDU，其中並未加入標頭和標尾訊息。 (3) SAR 次層將 48 位元組的 CS-PDU 依序傳送給 ATM 層。ATM 層也依序填入細胞之酬載欄位（Payload field），但在該細胞的酬載型態（Payload Type, PT）設定為 0 表示後面還有相同的 CS-PDU 細胞緊接著傳送過來。如果 PT = 1 表示後面已沒有細胞傳送過來或只有單一個細胞。 我們可以比較 AAL 3/4 和 AAL 5 型態的 SAR-PDU 包裝格式。AAL 3/4 為了適合於連接導向和非連接方式，因此在每一個 PDU 上都必須標明順序號碼和其他相關控制訊息。AAL 5 提供連接導向傳輸，細胞到達目的位址的順序不會錯亂，因此不需順序號碼和其他控制訊息。尤其對於大量資料傳輸方面，AAL 5 所產生的工作負荷（Overhead）最小，在 SAR-PDU 中幾乎不會浪費空間，只有在 ATM 層之中加入 1 個位元（PT）。目前網路上的應用不論語音、視訊、或資料幾乎都使用 AAL 5，有關各種通訊協定的連接也都在 AAL 5 上開發。
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