`X.25 公用数据网 → 分组交换`

`ATM 通信网 → 信元交换`

真正要理解这两个结论，不能只背 `X.25` 和 `ATM` 两个名字。比较容易建立直觉的方法，是把它们看成两个不同时代的运营商数据通信网络方案。

可以先记住一句高度概括的话

> **X.25 是早期电信运营商提供的一种公用分组数据通信体系，ATM 则是后来为了高速综合承载数据、语音、视频等业务而设计的固定长度信元通信体系。**

二者都不是今天所说的 Internet，也不简单等于 Ethernet。

---

## X.25 公用数据网，实际上是什么

先拆开 `X.25 公用数据网` 这个词。

这里的 `X.25` 是 ITU-T 制定的一套通信标准。ITU-T 对 X.25 的正式定义，是数据终端设备 DTE 与公用分组交换数据网之间进行通信时所使用的接口和协议，并规定了物理层、数据链路层和分组层。ITU 的标准名称甚至直接出现了 `Packet Switched Public Data Network`，也就是分组交换公用数据网。([ITU][1])

所以严格来讲

**X.25 不是某一家公司的某一张网络，而是一套标准。**

按照 X.25 标准建设、运营的公用分组数据网络，才是教材中经常说的 `X.25 公用数据网`。

这里的「公用」也很容易误解。

它并不是说任何计算机都能像今天访问互联网一样随便接入，而是表示这种数据通信服务通常由电信运营商建设，再向社会上的企业、机构等客户提供。

有点像固定电话。

固定电话网不是某家企业自己在办公室内部搭建的电话线路，而是运营商提供了一张公共通信基础设施。企业或者个人购买服务以后，就可以通过它与其他用户通信。

X.25 的思路类似，只不过它运输的主要不是人的声音，而是计算机数据。

可以画成

```text
企业计算机                      企业计算机
    │                              │
    │ X.25                         │ X.25
    │                              │
接入设备 ──── X.25 公用数据网 ──── 接入设备
                  │
             大量共享线路
                  │
             分组交换节点
```

用户不需要自己从成都铺一根数据线路到北京，也不需要从北京再铺到上海。

运营商已经建设了一张覆盖多个城市的分组交换网络。

企业只需要接入运营商的 X.25 网络，就可以通过运营商网络把数据传给远端用户。

这就是所谓的 `公用数据网`。

---

# 为什么 X.25 要使用分组交换

假设现在有一份

```text
100 KB
```

的数据需要从成都发送到北京。

一种极端办法，是把整个 100 KB 当成一个巨大的整体，在网络里传来传去。

X.25 不这么做。

它会把需要传送的数据组织成一个个较小的 `packet`，也就是分组。

因此网络中看到的情况大致是

```text
原始数据

████████████████████████████████

切成多个分组

[Packet 1]
[Packet 2]
[Packet 3]
[Packet 4]
[Packet 5]
      ...
```

这些 packet 再进入运营商网络。

网络中的 X.25 交换节点根据分组中的控制信息，把它们送往正确方向。

所以

```text
X.25

数据
 ↓
Packet
 ↓
Packet
 ↓
Packet
 ↓
分组交换机
 ↓
Packet
 ↓
目的地
```

这就是为什么上一道选择题中

**X.25 公用数据网采用分组交换。**

ITU 的 X.25 标准明确把这种网络称为 `Packet Switched Public Data Network`，同时把 X.25 的网络层称为 packet layer。([ITU][1])

---

# X.25 还有一个很容易让人困惑的东西，虚电路

X.25 虽然采用分组交换，却通常并不是像普通 IP 数据报那样，让每个 packet 完全独立地选择路径。

X.25 大量使用一种概念

`Virtual Circuit`

中文叫

`虚电路`

看到「电路」两个字，很容易产生一个疑问

**既然 X.25 使用虚电路，为什么不属于电路交换**

原因在于「虚」字。

假设成都的计算机 A 要跟北京的计算机 B 通信。

X.25 可以先建立一条逻辑连接

```text
A
│
R1
│
R2
│
R3
│
B
```

后续大量 packet 都按照这条逻辑关系传输。

于是从 A 的角度看，好像真的存在一条

```text
A ───────────────── B
```

的线路。

实际上并没有一根只属于 A 和 B 的物理电缆。

R1、R2、R3 之间的物理链路上，同时还可能承载成百上千条其他虚电路。

所以真实情况更接近

```text
物理线路

=============================

上面同时承载

虚电路 1    A → B
虚电路 2    C → D
虚电路 3    E → F
虚电路 4    G → H
...
```

ITU 的资料明确说明，X.25 可以让多个同时存在的虚电路复用同一条物理接入链路。([ITU][2])

因此

`虚电路 ≠ 独占物理电路`

也就有了一个很重要的考试结论

```text
X.25

有虚电路
   ↓
但传的是 Packet
   ↓
仍然属于分组交换
```

---

# 那 ATM 通信网又是什么

ATM 的全称是

`Asynchronous Transfer Mode`

中文通常译为

`异步传输模式`

这里特别需要避免另一个缩写陷阱。

生活里看到 `ATM`，往往想到的是

`Automatic Teller Machine`

也就是银行自动取款机。

计算机网络里的 ATM 完全不是这个东西。

这里的 ATM 是

`Asynchronous Transfer Mode`

它是一种通信网络传输和交换技术。

ITU-T 的 I.150 标准把 ATM 描述为一种面向连接的、面向分组的传输模式，采用异步时分复用，而且把信息组织成固定大小的数据块，这些数据块就叫 `cell`，中文翻译成「信元」。([ITU][3])

因此 ATM 网络大致可以理解成

> 一张由 ATM 交换机组成的高速通信网络，网络内部不是主要按照普通可变长度 packet 交换，而是不断交换一个个固定长度的 cell。

大致结构可以画成

```text
计算机 / 路由器
       │
       │
   ATM 接口
       │
       ▼
┌─────────────┐
│ ATM Switch  │
└─────────────┘
       │
       │ 大量 Cell
       ▼
┌─────────────┐
│ ATM Switch  │
└─────────────┘
       │
       ▼
┌─────────────┐
│ ATM Switch  │
└─────────────┘
       │
       ▼
    目的设备
```

真正穿过这些 ATM Switch 的核心数据单位，就是 cell。

---

# ATM 最有辨识度的东西，就是 53 字节信元

ATM 有一个非常经典的数字

## 53 字节

一个标准 ATM cell 总共只有

```text
53 Byte
```

结构为

```text
┌──────────────┬───────────────────────────────────┐
│ 5 Byte Header│         48 Byte Payload           │
└──────────────┴───────────────────────────────────┘

     5 字节                  48 字节
       │                       │
       ▼                       ▼
   ATM 控制信息              用户数据
```

ITU-T I.361 明确规定 ATM cell 由 5 octet 头部和 48 octet 信息字段组成。RFC 2684 也给出了同样的 53 字节固定长度定义。([ITU][4])

也就是

$$
5+48=53\text{ Bytes}
$$

所以考试里看到

`ATM`

马上可以联想到

`53 Byte Cell`

再联想到

`信元交换`

这一条关联非常牢固。

---

# 为什么不直接使用普通 Packet，而要发明 Cell

这就要回到 ATM 出现时想解决的问题。

传统计算机网络很擅长传文件、数据库记录之类的数据。

可是未来的通信网络还希望同时运输

```text
计算机数据
语音
视频
实时会议
图像
控制信息
```

这些业务对网络的要求完全不同。

传普通文件时，延迟几十毫秒甚至更长，有时影响并不明显。

实时语音则不同。

如果音频数据一会儿快速到达，一会儿又等很久，人的耳朵很容易听出卡顿。

视频也非常在意延迟和抖动。

ATM 的设计者因此采用一个很特别的方法

**所有交换单位统一做得很小，而且一样大。**

于是无论里面装的是语音、视频还是计算机数据，进入 ATM 网络以后，都变成

```text
53 Byte
53 Byte
53 Byte
53 Byte
53 Byte
53 Byte
...
```

交换机面对的永远是同样大小的数据单位。

这样硬件处理可以高度规则化，排队延迟也更加容易控制。

ITU-T I.150 把 ATM 描述为使用异步时分复用技术、以固定大小 cell 组织信息流的面向连接技术。([ITU][3])

---

# 可以把 ATM 想成统一尺寸的集装箱系统

用物流来理解会特别直观。

假设一家物流中心收到的货物形状千奇百怪

```text
一台冰箱
一个手机盒
一张桌子
一个篮球
一箱书
```

如果直接搬运，每一件货物都需要不同的处理方法。

另一种思路是规定

> 无论原来的货物是什么，都装进完全相同的小标准箱子。

那么物流系统只需要认识一种箱子。

ATM 干的事情非常接近这个思路。

例如原来有一个比较大的数据单元

```text
█████████████████████████████████████████████
```

它不能直接作为一个巨大数据包在 ATM 网络中交换。

需要经过 ATM Adaptation Layer，也就是 `AAL` 的适配，最终形成许多个可以放入 48 字节 payload 的数据片段。RFC 2684 明确说明，可变长度 PDU 需要在发送端进行分段，以装入 ATM cell 的 48 字节 payload，到接收端再重新组装。([RFC Editor][5])

逻辑上可以理解成

```text
一个大数据块

████████████████████████████████████████████

                 ↓ 分割

┌────────┐
│ 48 Byte│
└────────┘

┌────────┐
│ 48 Byte│
└────────┘

┌────────┐
│ 48 Byte│
└────────┘

┌────────┐
│ 剩余数据│
└────────┘

                 ↓

每块加 ATM Header

                 ↓

53 Byte Cell
53 Byte Cell
53 Byte Cell
53 Byte Cell
```

ATM 网络中的交换机就可以高速处理这些尺寸完全一样的信元。

所以它被称为

`Cell Switching`

也就是

**信元交换。**

---

# ATM 同样有虚电路

这里又能看到 X.25 和 ATM 的相似之处。

ATM 也不是每个 cell 都像普通 IP 数据报一样携带完整终点地址，到每个交换机重新做一次复杂的路由查找。

ATM 是面向连接的。

ITU-T I.150 明确指出 ATM 是 connection-oriented technique，也就是面向连接技术。([ITU][3])

通信前会建立逻辑连接。

ATM 中经常看到两个概念

`VPI`

和

`VCI`

分别是

`Virtual Path Identifier`

以及

`Virtual Channel Identifier`

也就是

`虚路径标识符`

和

`虚通道标识符`

ITU-T I.361 的 ATM cell header 中就定义了 VPI 和 VCI 字段，用于识别 ATM 网络中的路径和虚通道。([ITU][6])

因此 ATM 网络中的 cell 大体可以想成

```text
Cell

┌───────────────────┬────────────────────┐
│ VPI / VCI 等 Header│      Payload       │
└───────────────────┴────────────────────┘
          │
          ▼
     告诉交换机
   这个 Cell 属于
     哪条虚连接
```

ATM Switch 根据这些标识符，把 cell 从某个输入端口送到某个输出端口。

所以 ATM 和 X.25 有一个很有意思的共同点

```text
X.25
    面向连接
    虚电路
    Packet

ATM
    面向连接
    虚连接
    Cell
```

可见是否存在虚电路，不能作为判断分组交换、电路交换和信元交换的唯一标准。

---

# X.25 和 ATM 最直观的区别

现在把两个网络摆到一起，思路就很清楚了。

| 特征        | X.25       | ATM             |
| --------- | ---------- | --------------- |
| 核心年代      | 较早期的数据通信体系 | 后来的宽带综合通信体系     |
| 基本交换单位    | Packet     | Cell            |
| 数据单位长度    | 分组长度可变化    | 固定 53 Byte      |
| 交换方式      | 分组交换       | 信元交换            |
| 是否可以使用虚连接 | 可以         | 可以              |
| 典型关注点     | 可靠的数据通信    | 高速交换、实时业务、综合业务  |
| 基本关键词     | Packet     | Cell            |
| 经典记忆数字    | 无需专记       | 53 Byte         |
| 标准体系      | X.25       | ATM / B-ISDN 体系 |

这里有一个历史背景非常重要。

X.25 所处的时代，广域线路误码和可靠性问题更加突出，因此其体系包含了较强的可靠传输机制。ITU 的 X.25 定义明确提出，其网络服务能够提供不丢失、不重复的数据传输语义。([ITU][1])

ATM 的思路则不同。

ATM 面向高速宽带通信，希望建立一种能够共同承载不同业务的统一传输能力。ITU-T I.150 明确指出，ATM 层是包括信令和 OAM 在内的各种业务共同使用的层，同时通过 AAL 等上层功能适配不同业务。([ITU][3])

---

# 它们与今天的 Internet 又是什么关系

理解这一点之后，X.25、ATM、Ethernet、Internet 就不容易混在一起了。

现代互联网通常可以粗略画成

```text
应用
  │
TCP / UDP
  │
 IP
  │
Ethernet / Wi-Fi / 光纤网络等
```

IP 网络的基本思想是 IP packet。

而 X.25 是另一套较早的广域分组通信体系。

```text
应用
 │
X.25 Packet Layer
 │
LAPB
 │
物理线路
```

ATM 则又形成另一种体系

```text
上层协议
   │
  AAL
   │
ATM Layer
   │
53 Byte Cell
   │
物理层
```

有趣的是，IP 数据也曾经可以运行在 ATM 上。

于是可能出现这样的关系

```text
IP Packet
    │
    ▼
   AAL5
    │
    ▼
切成多个 ATM Cell
    │
    ▼
ATM 网络
    │
    ▼
重新组装
    │
    ▼
IP Packet
```

RFC 2684 就专门定义了多协议数据如何通过 ATM Adaptation Layer 5 进行承载。([RFC Editor][5])

所以 ATM 并不是 IP 的简单竞争者或同义词，它还可以作为底层传输网络来承载 IP。

---

# 为什么教材会把二者放在一道题里

现在回到原来的考试题

> X.25 公用数据网采用的交换技术是（19），ATM 通信网采用的交换技术是（20）。

出题人实际上是在检查能不能认出两种网络的「基本交换单位」。

看到 X.25，应当想到

```text
X.25
 ↓
Packet Switched Public Data Network
 ↓
Packet
 ↓
分组
 ↓
分组交换
```

所以

**19 选 A。**

看到 ATM，应当想到

```text
ATM
 ↓
Cell
 ↓
固定 53 Byte
 ↓
信元
 ↓
信元交换
```

所以

**20 选 D。**

真正值得记忆的是下面这一组关系

```text
电路交换
    ↓
Circuit
    ↓
建立通信电路

报文交换
    ↓
Message
    ↓
完整报文存储转发

分组交换
    ↓
Packet
    ↓
X.25

信元交换
    ↓
Cell
    ↓
ATM
    ↓
固定 53 Byte
```

如果需要把 X.25 和 ATM 压缩成最容易形成长期记忆的两个画面，可以这样想。

**X.25 像老式运营商的数据快递网络。** 一份数据被装成一个个 `Packet`，进入电信运营商建立的公用数据网络，在多个分组交换节点之间逐步传送，所以属于分组交换。

**ATM 像全部使用统一小集装箱的高速物流网络。** 不管原来是语音、视频还是普通数据，进入 ATM 层以后都按照固定大小的 `53 Byte Cell` 运输，ATM Switch 专门高速交换这些 cell，所以属于信元交换。([ITU][7])

因此，这两个名字真正应该形成的条件反射不是死记 A 和 D，而是

$$
\boxed{\text{X.25} \rightarrow \text{Packet} \rightarrow \text{分组交换}}
$$

$$
\boxed{\text{ATM} \rightarrow \text{53 Byte Cell} \rightarrow \text{信元交换}}
$$

一旦这两个数据单位真正理解了，X.25 为什么不是电路交换、ATM 为什么不选普通分组交换，都会自然得到答案。

[1]: https://www.itu.int/itu-t/recommendations/rec.aspx?rec=3694&utm_source=chatgpt.com "ITU-T Recommendation database"
[2]: https://www.itu.int/rec/dologin_pub.asp?id=T-REC-F.601-198811-S%21%21PDF-E&lang=e&type=items&utm_source=chatgpt.com "ITU-T RECOMMENDATION F.601"
[3]: https://www.itu.int/rec/dologin_pub.asp?id=T-REC-I.150-199902-I%21%21PDF-E&lang=e&type=items&utm_source=chatgpt.com "ITU-T Rec. I.150 (02/99) B-ISDN asynchronous transfer mode functional characteristics"
[4]: https://www.itu.int/rec/dologin_pub.asp?id=T-REC-I.361-199104-S%21%21PDF-E&lang=s&type=items&utm_source=chatgpt.com "CCITT - Rec. I.361"
[5]: https://www.rfc-editor.org/info/rfc2684/?utm_source=chatgpt.com "RFC 2684: Multiprotocol Encapsulation over ATM Adaptation Layer 5 | RFC Editor"
[6]: https://www.itu.int/rec/dologin_pub.asp?id=T-REC-I.361-199902-I%21%21PDF-E&lang=e&type=items&utm_source=chatgpt.com "ITU-T Rec. I.361 (02/99) B-ISDN ATM layer specification"
[7]: https://www.itu.int/ITU-T/recommendations/rec.aspx?rec=X.25&utm_source=chatgpt.com "ITU-T Recommendation database"


真正要理解这两个结论，不能只背 X.25 和 ATM 两个名字。比较容易建立直觉的方法，是把它们看成两个不同时代的运营商数据通信网络方案。

X.25 公用数据网和 ATM 通信网到底是什么

紫薇堂堂主

网络与通信

架构设计

硬件

X.25公用数据网采用分组交换，以可变长度Packet传输；ATM通信网采用信元交换，以固定53字节Cell传输。二者均为面向连接的虚电路技术，但核心区别在于交换单位：X.25对应Packet，ATM对应53字节信元。

代码解释

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