[工学]第7章 ATM交换技术.ppt

1,第七章 ATM交换技术,2,本章主要内容： 7.1 概述 7.1.1 ATM的基本概念 7.1.2 ATM交换系统的基本构成 7.2 ATM交换网络的实现技术 7.2.1 空分交换结构 7.2.2 时分交换结构 7.2.3 总线交换结构 7.3 ATM交换的分层技术 7.4 ATM网络的信令方式,3,本章应该了解和掌握的内容： ATM的信元结构 ATM信元传送处理的基本原则 虚通路和虚信道、虚通路连接和虚信道连接 ATM交换系统的基本构成 ATM交换网络结构类型 ATM交换的分层技术,4,随着通信技术和通信业务需求的发展，电信网络必须向宽带综合业务数字网(B-ISDN)方向发展，这就要求通信网络和交换设备既要容纳非实时性的数据业务，又要容纳实时性的电话和电视信号业务，还要考虑到满足突发性强、瞬时业务量大以及业务通信速率可变的要求。,7.1 概述,5,在这样的通信业务条件下，传统的电路交换和分组交换都不能胜任，一种新的传送模式异步转移模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）出现了。,6,一、ISDN和ATM ISDN（综合业务数字网）是以电话网PSTN为基础扩展而成的通信网，它提供包括端对端的数字连接，用来提供包括语音和非话业务在内的多种业务，用户能够通过一组标准多用途的用户/网络接口接入到这个网络。,7.1.1 ATM的基本概念,7,ISDN包括窄带的N-ISDN和宽带的B-ISDN。 宽带的ISDN（B-ISDN）中的交换采用异步传送模式（ATM）。在这一模式中用户信息被组织成固定长度的信元，信元随机占用信道资源，也就是说，信元不按照一定时间间隔周期性地出现。,异步的含义是来自一个特定用户的信息的信元不需要周期性地出现。,8,一个典型的ATM网络由ATM业务终端、ATM接入系统、ATM传输、ATM交换节点等几部分组成。,用户网络接口（UNI）是ATM端点站和网络之间的分界点。,网络节点接口（NNI）是两个公用网络之间的分界点，也可以是两个专用网络的分界点，还可以是一个交换机到交换机的接口。,9,B-ISDN,10,异步转移模式ATM是一种采用异步时分复用方式、以固定信元长度为单位、面向连接的信息转移（包括复用、传输与交换）模式。 信元的格式与业务类型无关，任何业务的信息都经过分割后封装成统一格式的信元。用户信息透明地穿过网络(即网络对它不进行处理)。,11,主要的特征： 所有信息以信元形式发送 ATM是面向连接的技术 每一信元都具有连接识别的标号 标识符只在特定物理链路上才是唯一的 信息域被透明传输 信元流被异步时分多路复用,12,二、ATM的信元结构 ATM信元是ATM的基本信息单元，根据对传输效率、时延（包括打包时延、排队时延、时延抖动和相关的信元组合恢复时延）和实现复杂性三方面因素的综合考虑，采用了53字节的固定信元长度。,信元的结构,从传输效率、时延及系统实现的复杂性考虑，ITU-T规定ATM的信元长度为53字节。,信息域（净荷）,信头包含各种控制信息，主要是表示信元去向的逻辑地址，还有一些维护信息、优先级以及信头的纠错码。,信息域承载来自各种不同业务的用户信息。,14,ATM信元头格式,ATM信元头部格式根据信元在B-ISDN网络中的位置分为用户接口UNI格式和网络间接口NNI格式两种。,UNI中包含GFC域，NNI中没有。 GFC为一般流量控制，4比特，用于控制用户终端方向的ATM连接的业务流量。,VPI为虚通路标识，用来区分传输信道上不同的虚通路。,VCI为虚信道标识，可标识65536个虚信道。,15,PTI用来标识信息域的类型，3比特，可标识8种类型。,CLP为信元丢失优先级，1比特，用于拥塞控制。CLP=0时网络应保障带宽资源供给；CLP=1时如有拥堵可丢弃信元。,ATM信元头格式,HEC为信头差错控制，8比特，用于信头中的差错控制和信元同步。,16,GFC（Generic Flow Control）： 一般流量控制字段（4个比特）用于接入的流量控制。由于B-ISDN的UNI接入的终端数量可以很多，需要控制流向网络的流量，以避免网络的短期过载。,17,VPI/VCI（Virtual Path Identifier虚通道标识/Virtual Channel Identifier虚信道标识）： 选路信息。 虚通道标识符VPI和虚信道标识符VCI用来将一条传送ATM信元的信道划分为多个子信道，每个子信道相当于分组网中的一条虚电路。 具有相同的VPI和VCI的信元属于同一条虚电路。,18,VPI/VCI在用户建立连接时分配，并在信息传输途经的ATM交换结点上建立输入/输出映射表；传输信元时，交换机根据信元头的VPI/VCI查映射表，形成新的VPI/VCI，填入信元头。,19,PT（Payload Type）： 载荷类型，有3个比特，标识信元信息域的信息类型（用户信息信元和网络信息信元）。用来区分该信元是用户信息或非用户信息。 b4=0（用户信息） b3：拥塞指示（0未拥塞，1拥塞）， 由交换机根据当前状况设置； b4=1（管理信息） b3=0表示操作管理信息；b3=1表示资源管理信息。,20,载荷类型及含义：,21,CLP（Cell Loss Priority）： 表示信元丢失优先级，只有一个比特，CLP=0，表示高优先级；CLP=1，表示低优先级，若遇到拥塞要丢弃信元时，CLP=1的信元将首先丢弃。,22,HEC（Head Error Control）： 为8个比特，信头差错控制。用于ATM信元头差错的检测和纠正以及信元定界。 HEC采用的是一种循环冗余码CRC，信元头校验码： g(x)=x8+x2+x+1。,23,HEC产生方法是将信头的前4个字节的内容和X8相乘后被生成多项式(X8十X2十X十1)除，所得的余数与01010101模2加后的值就是HEC。 利用HEC可以纠正单个比特的错误并检测多个比特的错误。 信元定界也是基于信头中前4个字节和HEC的关系来完成的。,24,三、ATM信元传送处理的基本原则 1信息发送顺序 从字节1起始，8bit的字节以增序方式发送；对于各域而言，首发比特是最高有效位（the Most Significant Bit，MSB）。,25,首发比特是最高有效位,26,2误码处理方法 在传送ATM信元的网络（简称ATM网络）中，通过对信头部分的信头差错控制（HEC）字节进行检验，可以纠正信头的一位错码（因光纤传输误码主要是单比特误码）和发现多位错码，对无法纠正的信元予以丢弃。,27,接收端信头差错控制方式,缺省方式,纠正信头的一位错码。,28,3信元定界方法 由于信元之间没有使用特别的分割符，信元的定界也借助于信头差错控制HEC字节实现。 三种不同的状态： 搜索态、预同步态和同步态。,29,30,4空闲信元和信道填充 具有特定信头值（不包括HEC域）0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001的信元被定义为空闲信元。 空闲信元只用作信道填充； 在接收端应把收到的空闲信元丢掉。,31,5面向连接方式 在ATM系统中，用户通信采用面向连接的方式，经一个由系统分配给自己的虚电路进行传送。 交换节点完成的是虚电路的交换，同一虚电路上的所有信元都选择同样的路由，经过同样的通路到达目的地。,32,6虚通路和虚信道 ATM系统中的虚电路有虚通路（Virtual Path，VP）和虚信道（Virtual Channel，VC）两种。 ATM传输通道可分割成若干个逻辑子信道 ，为便于应用和管理。,33,在一条传输通道上可包含若干个虚通道VP，每个虚通道由其VPI值标识。 在每个虚通道中可包含若干个虚信道VC，每个虚信道由其VCI值标识。,34,虚信道VC(Virtual Channel)表示单向传送ATM信元的逻辑通路，用虚信道标识VCI(Virtual Channel Identifier)进行标识，表明传送该信元的虚信道。 VCI用来识别一条VC。,35,虚通道VP(Virtual Path)表示通过一组虚信道VC传送ATM信元的路径，由相应的虚通道标识VPI(Virtual Path Identifier)进行标识，表明传送该信元的虚通道。 VPI用来识别一条VP。,36,向北京方向（用VPI = 1标识）的3个通信，两个是数据通信，一个是电话通信（分别用VCI = 4、5、6标识） 向广州方向（用VPI = 2标识）的2个通信，一个是视频通信，一个是电话通信（分别用VCI = 5、6标识）,在每段传输通道上VPI的值是唯一的，以区别不同的虚通道；在虚通道VP上，VCI的值是唯一的，以区别不同的虚信道，不同虚通道上的VCI的值可相同。VPI和VCI只在其相应的每段传输通道上有意义，不具有端到端的含义。,37,虚信道连接VCC（Virtual Channel Connection）是由多条VC链路串接而成。 是VCC端点之间的VC级端到端的连接。 虚通道连接VPC（Virtual Path Connection）是由多条VP链路串接而成。 是VPC端点之间的VP级端到端的连接。,38,VCC端点（VCC Endpoint）是VCC的起点和终点，是ATM层及其上层交换信元信息域的地方，也就是信息产生的源点和被传送的目的点。 VPC端点（VPC endpoint）是VPC的起点和终点，是VCI产生，变换或终止的地方。,39,VCC端点,VCC端点,VPC端点,VPC端点,VCC与VPC的关系,40,VP交换是指仅变换VPI值而不改变VCI值的交换，即只进行虚通道的交换，虚通道里面的虚信道并不进行交换。 交换机将一条VP上所有的VC链路上的ATM信元全部转送到另一条VP，交换过程中不改变VCI值。,41,42,43,VC交换是指VPI值与VCI值都要进行改变的交换。因为虚信道是按照虚通道来划分的，当虚信道交换时，其所属的虚通道也要进行交换，即虚通道和虚信道都要进行交换。 交换机在不同的虚通道VP和虚信道VC之间进行ATM信元交换，所有VPI/VCI在交换后都改为新值。,44,45,46,交换机为每一个呼叫分配一个VPI/VCI，每个VPI/VCI只具有局部意义，每个节点在读取VPI/VCI后，根据本地的转发表，查找对应的输出VPI/VCI，进行交换并改变VPI/VCI的值。,47,当两个终端连接建立的时候，根据信令信息以及网络运行情况，在该连接中的每个交换节点上建立转发表。该转发表包含输入端口号、输出端口号。在输入端口或者输出端口中，不同的信元流有不同的VCI/VPI值转换。,48,当某一个信元进入交换模块时，交换模块通过识别信元信头的VCI/VPI，查找转发表，找出对应的输出端口以及输出信元的VCI/VPI值，将输入信元的VCI/VPI值改变为相应输出信元的VCI/VPI值，并控制交换网络将信元交换到对应的输出线上。,49,VC/VP交换的具体示例 (a) VP交换过程；(b) VC交换过程,50,在VP交换过程中，VPI进行了变换，VP内部的VCI没有改变；而在VC交换过程中，不但VPI进行了变换，而且VCI也进行了变换。从上述基本的信元交换过程中可以看出，虽然ATM交换是异步时分交换，但其原理与同步时分交换(时隙交换)有许多相似之处，其基本区别是用VCI/VPI代替了时隙交换中时隙的序号。VP交换类似于电路交换中的空间交换，而VC交换类似于电路交换中的时隙交换。,51,ATM虚连接建立的方式 ATM采用双向虚连接，两个方向上的VPI/VCI被赋予相同的值，并且VPI/VCI值只在一段直连信道上有效。 在虚电路中，两相邻交换点之间VPI/VCI值保持不变，构成一条VC链路，源端到目的端的虚电路由多段VC链路串连组成。,在传送信息之前要建立源到目的之间的连接，在ATM中这种连接是逻辑的连接，也叫做虚连接。,52,ATM连接的建立过程： 在源ATM端点与目的ATM端点进行通信前的连接建立过程，实际上就是在这两个端点间的各段传输通道上，找寻空闲VC链路和VP链路，分配VCI与VPI，建立相应VCC与VPC的过程。,53,ATM的虚连接过程,54,VP交换和VC交换示例,55,永久(半永久)虚电路是由网络管理人员在网络管理中心控制完成的准静态连接。 交换虚电路是由网络用户通过信令控制改变的动态连接。 一般将完成永久连接或半永久连接的设备称为ATM交叉连接设备。 一般将完成动态连接的设备称做ATM交换机。,56,ATM交叉连接设备： 在ATM主干网中完成VP交换，不需要进行信令处理，而是通过管理设置VP之间的连接，实现极高速率的交换。 ATM交叉连接设备接受网络管理中心命令控制，其信头翻译表是由网络管理中心来控制的。,57,ATM交换设备： 完成VP/VC交换，根据用户的要求进行连接。 ATM交换机由信令来控制，其信头翻译表是由ATM交换机中的控制部分通过接收到的信令来建立的。,58,四、ATM技术的特点： 1采用固定长度的短分组 固定长度的短分组（信元Cell）决定了ATM系统的处理时间短、响应快，便于用硬件实现，特别适合实时业务和高速应用。 由于信元定长、定速传送，信元无包封，交换和控制类似电路方式，较简单，网络吞吐量大。,59,2进一步简化了功能 ATM协议运行在误码率很低的光纤传输网上，同时预约资源机制保证网络中传输的负载小于子网络的传输能力，所以 ATM取消了网络内部节点之间链路上的差错控制和流量控制。 ATM将通信过程中必定会出现的差错处理工作推给了网络边缘的终端设备完成。,60,3采用面向连接并预约传输资源的工作方式，保证了网络上的信息可以在一定允许的差错率下传输，既兼顾了网络运营效率，又能够满足接入网络的连接进行快速数据传输。,61,ATM交换采用面向连接方式，数据传送前，先通过信令建立到目的点的虚电路，交换机为虚电路的每段虚信道分配VPI/VCI，虚电路建成后即可沿该虚通路传数据。 数据传输过程，每个ATM信元只要头部完全抵达并检测无误，即可通过硬件检索路由表中表项获取输出链路和新的VPI/VCI值，随后将输入信元连接输出链路排队传输即可，操作速度快，效率高。,62,4ATM信元头部的功能降低 由于ATM网络中链路的功能变得非常有限，所以信元头部变得异常简单，依靠信元头部的虚电路标志可以很容易地将不同的虚电路信息复用到一条物理通道上。,63,5采用统计时分复用 ATM是按信元进行统计复用的，在时间上没有固定的复用位置。统计复用是按需分配带宽的，可以满足不同用户传递不同业务的带宽需要。,64,以统计复用方式占用信道上的ATM空信元，交换系统以信元为单位进行存储转发。,65,ATM多路复用,由于采用异步时分复用，每个用户需发送信元的时间是随机的，就可能发生碰撞。,66,6. ATM网具有支持一切现有通信业务及未来的新业务；有效地利用网络资源；减小了交换的复杂性；减小了中间节点的处理时间，支持高速传输；减小延迟及网络管理的复杂性；能保证现有及未来各种网络应用的性能指标等特点。,67,7.1.2 ATM交换系统的基本构成,一、系统组成 ATM交换机或交叉连接节点的主要任务是进行VPI/VCI转换和把来自于特定VP/VC的信元根据要求输出到另一特定的VP/VC上。,68,ATM交换机模块结构,输入模块(IM)，接收信元，为信元通过交换单元准备路由选择。,输出模块(OM)，执行信元输出，插入新的VPI/VCI、产生HEC、速率匹配、电光转换等。,交换机构(CSF)，选路、信元传递和复用等。,接续允许控制(CAC)，处理和翻译信令，决定允许接续与否。,系统管理(SM)，执行管理和通信控制功能，确保交换机正常有效操作。,69,ATM网络按面向连接模式工作，需要通过信令建立和拆除连接，CAC负责连接管理。 连接管理由UNI信令和NNI信令完成，信令消息通过AAL层（ ATM适配层）适配成ATM信元后进行交换和传输。,70,ATM交换系统的基本组成,71,1入线处理部件 在传输线路上信息传送的形式是比特流，而信息交换必须以信元为单位，将53字节（538=424bit）信息作为一个整体同时交换，而不是逐比特进行。,72,主要任务： （1）信元定界：将基于不同形式传输系统的比特流（如SDH，PDH等不同的帧结构形式）分解成为53字节为单位的信元格式。信元定界的基本原理是HEC和信头中4个字节信息的关联。,73,（2）信头有效性检验：将信元中的空闲信元（物理层）、未分配信元（ATM层）以及传输中信头出错的信元丢弃，然后将有效信息送入系统的交换/控制单元。,74,（3）信元类型分离： 根据VCI标志分离VP级操作管理与维护（Operation Aministration and Maintenance，OAM）信元； 根据信息类型指示符（Payload Type Identifier，PTI）标志分离VC级OAM信元，递交给控制单元，其他用户信息则由交换单元进行交换。,75,2控制单元 控制单元主要是由处理机系统及各种控制软件组成，其中主要包括呼叫控制软件与操作管理维护（OAM）软件。完成建立和拆除VP连接（VPC）和VC连接（VCC），并对ATM交换单元进行控制，同时处理和发送OAM信息。,76,呼叫控制软件主要完成呼叫连接的建立和拆除，包括寻址、选路、交换网络的控制等功能，含UNI和NNI接口的信令处理。 操作管理维护OAM软件主要完成对交换系统的操作维护，具体包括配置管理、计费管理、性能统计、故障处理等功能。,77,3出线处理部件 出线处理部件完成与入线处理部件相反的处理，例如，将信元从ATM层转换成适合于特定传输媒质的比特流形式。 执行与输入侧相反的功能，输出侧比输入侧较为简单。,78,主要功能是为ATM信元流的物理传输作准备。主要包括： HEC域的产生并装入信头 信令信元、OAM信元和用户信元流的混和输出 信元速率匹配（加入空闲信元） 传输帧的形成 光电信号转换,79,4交换单元 交换结构实现交换连接功能，具体说来就是信头变换、选路和排队的功能，用户信息、信令消息和处理机之间的控制信息都可通过交换结构来交换。,80,二、宽带业务对于交换机的要求 1多速率交换 由于宽带网络支持的业务包括现在和将来的所有应用，因而，网络必须支持从一般工业控制的几十bit/s到几kbit/s和视频通信的几Mbit/s到几十Mbit/s的速率交换，作为ATM端口和用户端口的基本接入速率155.520Mbit/s显然可以满足这一要求。,81,2多点交换 在提供原有电路交换中点对点连接方式的基础上，宽带网络还必须能提供点到多点的广播/组播连接功能，这就要求ATM交换机中可以实现将一条入线的信元输出到多条出线上的操作，而不是简单地要求用户通过申请多个连接完成多点通信。,82,3多媒体业务支持 它是指网络中允许接入的业务有不同的形式，如语音、数据、静止图像、活动视频或者它们的某种组合。,83,每种媒体有不同的服务质量要求： （1）信元丢失/信元误插入率 在ATM交换机中，可能会出现短暂时间内许多信元争用同一链路的情况（该链路可以是交换机内部的，也可以是外部的），结果导致交换机队列存储区出现信元同时争夺该队列的情况，所以可能会产生信元丢失。,84,（2）交换时延 交换机完成ATM信元交换的时延，在信息端到端传输时延中占有极大比重（由于光的传播速度，信元在信道中传输时延是有限的，网络内部延时主要发生在交换机内部的交换延时），这就要求交换单元在路由选择、信元缓冲上采取优良的算法和实施技术。,85,（3）连接阻塞 在ATM网络中，通信双方采用面向连接方式，也就是通信开始前需进行连接通道的建立，找到逻辑连接。 一旦在ATM交换机的入线和出线之间没有足够的资源保证所有现有和新的连接服务质量时，系统就会发生连接阻塞。,86,7.2 ATM交换网络的实现技术,交换网络直接影响交换机的容量。一般小容量交换机的交换网络可以直接由基本交换单元模块来实现。大容量交换机的交换网络则需要由多个基本交换单元模块按照一定的拓扑结构组合而成。根据ATM交换网络的级数可分为单级交换网络和多级交换网络。,87,ATM交换结构类型,88,7.2.1 空分交换结构,ATM交换的最简单构建方法是将每一条入线和每一条出线相连接，在每条连接线上装上相应的开关，根据信头VPI/VCI决定相应的开关是否闭合来实现特定输入和输出线路的接通，也就是将某入线上信元交换到出线上。,89,空分交换结构,利用触点开关或电子开关构成矩阵，控制开关通断来实现任一路入线和出线之间的信元转移通路。,特点： 无阻塞结构，信元丢失只限于队列溢出。 易于扩展， 连线数量多，容量受限。,90,91,1出线冲突时的入线选择策略 当来自多条入线的信元同时竞争一条出线时，只有一个信元可以传送，其他信元将被延迟，因此，就必须采用仲裁机制去选择“获胜信元”。 （1）随机法：随机地从多条竞争的入线中选取一条入线，传送该入线上的信元。,92,（2）固定优先级法：每条入线都有固定的优先级，不同优先级的入线发生出线冲突时，优先级高的入线获得发送信元的权利。 （3）轮换优先级法：也称周期策略，即每条入线的优先级并不是固定不变的，而是轮流拥有最高优先级。,93,（4）缓存区状态确定法：ATM交换机必须设置缓存区以放置无法立即交换的信元，根据缓存区的溢满程度选择传输的信元。 （5）信元状态确定法：根据信元丢失率CLP值的不同确定信元服务的先后顺序，如果信元优先级相同可以采用随机法、固定优先级法或是缓存区状态法以确定具体服务的信元。,94,2阻塞信元的处理缓存存储方法 ATM采用异步转移模式，某一时刻会有多个信元要从同一输出链路传送，引起资源竞争，通常需在每个输出链路上设置排队缓存器。 对于交换单元无法立刻服务的信元，可以采用缓存存储方法（也称排队方法）将这部分信元暂时缓存，等待下一次服务。,95,（1）输入缓存（输入队列） 输入缓存法解决输入端可能的竞争问题。,96,（2）输出缓存（输出队列） 输出缓存法采用这种方法对不同入线上要去往同一出线的信元可以在一个信元的时间内全部被传送（交换）。,97,98,（3）中央缓存（中央队列） 中央缓存法是在基本交换单元的中央设置一缓存器。,99,在交换机构内部设置缓存器队列，效率很高，但对存储器速率要求也很高，且存储器管理复杂。,在输出模块设置缓存器队列，效率较高，同样对存储器速率也有较高要求很高。,在输入模块设置缓存器队列，实现简单，会有信元延迟，交换机负荷能力较低。,综合改进结构，附加独立的环回队列缓存区，输出冲突的信元环回等下一信元周期再输出，吞吐率高，较低丢失率，但延时较大，交换结构复杂。,环回缓冲是使竞争中失败的信元能通过环回缓冲器回送到入端，再与新到来的信元一起进行下一轮的竞争。,100,7.2.2 时分交换结构,ATM本质是异步时分（Asynchronous Time Division，ATD）复用，它将信道分成等长的时隙，时隙中填充等长的分组，借鉴同步时分复用中的时分交换的概念，人们设计了异步时分的交换结构。 时隙交换器（Time Slot Interval，TSI）是时分交换结构中的关键组成单元。可以看作一个缓冲区。,101,（1）输入时隙：时隙数和输入线路数相等，每个时隙中装载的信息包括两部分内容：输出线路编号和该输入时隙号对应的入线上的传输信息。 （2）输出时隙：时隙数和输出线路数相等，每个时隙中装载的是相应入线上的信息，输出时隙方框中填写的是对应的入线时隙编号，实际只是存放相应的信息。 （3）缓存区：完成将输入时隙中的信息交换到特定的输出时隙中。,102,共享存储器型结构,核心是个RAM，对应每个出口在RAM中设置一个队列，各输入口信元流复接成一条高速信元流，根据输入信元VPI/VCI查表写入相应队列缓存。,输出时，在一个信元时隙依次从各个队列读取一个信元，按照路由表项填入VPI/VCI并转送给相应输出端口。,存储器为通用器件，代价低。 属于无阻塞结构，信元丢失只发生在队列溢出时。 存储控制较复杂。,103,总线是指所有通信部件间的公共连线，通信部件间的信息交换全部通过总线提供的通道来完成。 基于总线机制的ATM交换单元的所有入线和出线都连接到总线上，总线通过总线管理器进行管理。,7.2.3 总线交换结构,104,总线机制交换单元,105,在计算机局域网总线结构中，采用各计算机站点自主监视总线上是否有信息传送的方法。 在上述两种总线仲裁机制（内部总线结构和局域网总线结构）中，一方面是总线上传送的负载的不均衡性（计算机内部通信中CPU占用总线的绝大多数时间并处于管理位置，计算机局域网中数据传输呈现突发的特性）；,106,另一方面是它们一般工作在较低速率下，例如，计算机内部总线速率为33Mbit/s，而局域网则在100Mbit/s，远低于ATM交换机的传输速率，所以ATM总线交换结构不能简单地采用上述两种总线仲裁机制来解决总线的占用传输。 为了减轻总线的负担，可以采用多总线的方法。在ATM交换单元中使用多组总线而不是一组总线。,107,多总线ATM结构图,108,共享总线型ATM交换结构,各输入口信元串/并转换后被同步分时复接到一条高速时分复用总线。,每个输出口也与高速时分复用总线相连，利用地址过滤器(AF)将发往本端口的信元接收下来。,109,7.3 ATM交换的分层技术,一、ATM交换的协议参考模型 B-ISDN协议参考模型包括三个面： 控制面（Control）、用户面（User）和管理面（Management） 。 用户面、控制面都是分层的，分为物理层、ATM层、AAL层和高层。,110,ATM分层参考模型,ATM参考模型分成3个平面，用户面、控制面和管理面，每个面又分成4个层次规约所完成的功能。,用户平面：采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时也具有一定的控制功能，如流量控制、差错控制等；,控制平面：采用分层结构，完成呼叫控制和连接控制功能，利用信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放；,管理平面：包括层管理和面管理。也管理用户面和控制面间信息交换。,层管理采用分层结构，完成网络资源与协议参数的管理，并处理各层中的操作与维护（OAM）信息流。,面管理不分层，它完成与整个系统相关的管理功能，并对所有平面起协调作用。,111,用户面（User Plane）： 负责用户信息的传送，也具有一定的控制功能，如流量控制、差错控制等；采用分层结构。 控制面（Control Plane）： 提供呼叫和连接的控制功能，利用信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放；也采用分层结构。 管理面（Management Plane）： 提供面管理与层管理两种管理功能。,112,面管理实现与整个系统有关的管理功能，并完成各个面之间的协调功能； 层管理实现网络资源与协议参数的管理，并处理各层中的操作与维护（OAM）信息流。 面管理不分层，层管理是分层的。,113,三个面使用物理层和ATM层工作,114,B-ISDN协议参考模型的分层功能,115,ATM适配层（ATM Adaptation Layer，AAL）是业务特定的，它的使用取决于应用要求。主要功能是将业务信息适配到ATM信息流。 ATM层主要执行交换、路由选择和多路复用功能。 ATM网络实际是在终端用户间提供端到端ATM层连接。,116,二、模型分层介绍 1物理层 物理层主要是提供ATM信元的传输通道，处理相邻ATM层间ATM信元的传输。将ATM层传来的信元加上其传输开销后形成连续的比特流，同时，在接收到物理介质上传来的连续比特流后，取出有效的信元传给ATM层。 ATM层独立于物理层，它能够在各种类型物理链路上工作。,117,物理层要实现的功能有： (1) 提供与传输介质有关的机械、电气接口； (2) 从接收波形中恢复定时； (3) 提供ATM层信元流和物理层传输流之间的映射关系，包括传输结构的生成/恢复及传输结构的适配； (4) 从物理层比特流中找出信元的起始边界(信元定界)；,118,(5) 一般情况下，从ATM层中来的信元流速率低于物理层提供的用来传输信元流的信息域速率，因此，物理层还要插入空闲信元，以使两者适配，同时，接收时还要扣去这些空闲信元。 物理层执行的功能分为： 物理媒质关联子层PMD 传输汇聚子层TC,119,传输汇聚子层生成物理媒质的关联信息，并且为物理层产生协议信息。它的功能包括传输帧的产生和恢复、 HEC的产生和验证、信元速率解耦、信元定界、传输帧自适应。,120,传输帧的产生和恢复：即将信元流封装成适合传输系统要求的帧(例如同步数字系列 SDH所定义的帧)送到PM子层，将PM送来的传输帧恢复成信元流。 HEC的产生和验证：产生信头错误检验码HEC，根据HEC检验接收到的信头的正确性。 信元速率解耦：在物理层插入一些空闲信元，以便将ATM信元流的速率适配成传输媒体的速率。 信元定界：按照信头的前4个字节和HEC之间的关系来完成信元的定界。 传输帧自适应：完成信元流与传输帧转换时的格式适配。,121,物理媒质关联子层类似常规网络的物理层。它在传输方向的基本功能是在链路上透明传输比特流。在接收方向，它检测和恢复传递来的比特流，然后将其再传递到传输汇聚子层，恢复传输帧和ATM信元。,物理媒质关联子层的功能和传输媒体直接相关，它负责线路编码、光电转换和比特定时，以便在物理媒体上正确地发送和接收数据比特。,122,物理媒质关联子层和传输汇聚子层间关系,123,2ATM层 ATM层在物理层之上，利用物理层提供的服务，与对等层之间进行以信元为信息单位的通信。 ATM层主要执行ATM 网的交换功能，在同一ATM层单元间传递信元。 该层负责交换、选择路由和信元复用。,124,ATM层功能完成： 信头差错检查； VPI/VCI有效性检查及翻译； 终接输出端口的确定； 信令信元和接续容许路由选择的排序； 管理信元和系统管理路由选择的排序； 每一VPI/VCI的占用和网络参数控制（UPC和NPC）； 内部标识符的加入。,125,ATM层从用户层接收48字节信元信息，再加4字节信头（HEC字节除外）组成ATM信元，然后将它传送到物理层进行HEC处理和传输。 ATM是面向连接的技术，它要求在业务量开始流通前就建立端到端连接。 ATM信元信头包含28bit的路由选择域，它由两个识别符构成，即虚通路标识符（VPI）和虚信道识别符（VCI）。,126,信元由ATM层向物理层传递时，要进行统计时分多路复用，将信元信息插入时间段中；物理层向ATM层传递时，ATM层要从时间段中取出信元信息。,127,3ATM适配层 ATM适配层AAL(ATM Adaptation Layer)位于ATM层的上层，这一层是和业务类别相关的，即针对不同的业务类别，其处理方法不尽相同，但都要将上层传来的信息流(长度、速率各异)分割成48字节长的业务数据单元ATM_SDU传给ATM层，同时，将ATM层传来的ATM_SDU组装、恢复再传递给上层。,128,AAL一般功能,129,由于上层的信息种类繁多，AAL层处理比较复杂，因此分了两个子层： 汇聚子层CS(Convergence Sublayer)：主要功能是在AAL业务接入点（SAP）对高层提供AAL的服务，其具体功能与业务类型有关。 分段和重组子层SAR(Segmentation and Reassembly)：可简称为拆装子层，其主要功能是将高层信息进行分割，以适合于装入ATM信元的信息段，或者反之。,130,控制面，AAL层将信令消息适配成ATM信元，其高层为Q.2931信令协议，用来在ATM网络中建立虚连接。 用户面，高层是TCP/IP、FTP协议数据或者STM数据信息，AAL层负责将他们适配成ATM信元。 管理面，高层是本地管理接口(LMI)、SNMP、CMIP等网管协议的管理数据，AAL层将它们适配成ATM信元。,131,4高层 相当于各种业务的应用层或信令的高层处理。 A类业务：具有恒定的比特率，面向连接的实时信息传递业务。主要用于电路仿真。 B类业务：具有可变的比特率，面向连接的实时信息传送业务。主要用于可变比特率的话音和视频传输。,132,C类业务：具有可变的比特率，面向连接的非实时信息传送业务。主要用于面向连接的数据传输。 D类业务：具有可变的比特率，面向非连接的非实时信息传送业务。主要用于面向非连接的数据传输。,133,由于ATM网络要以灵活的带宽分配和服务质量来保证对各种各样业务的支持，因而，要求ATM网络信令系统具有更高的可靠性、更快的信令传送速度、更丰富的信令功能及与现有其他信令系统的互通能力。,7.4 ATM网络信令,134,通信网络中的信令是动态地建立、维持和终止连接的一组过程，需要在用户和交换节点之间以及交换节点与交换节点之间进行信息交换。,7.4.1 ATM网络的信令方式,135,用户网络接口（UNI）是ATM端点站和网络之间的分界点。 网络节点接口（NNI）是两个公用网络之间的分界点，也可以是两个专用网络的分界点，还可以是一个交换机到交换机的接口。,136,又称为网络接入信令，用于在网络边缘（即在ATM端点站和公用的或专用的网络之间）动态地建立、维持和终止连接。UNI信令是用户操作的可见部分，实现用户和网络的交互，完成所有与用户通信有关的操作。,7.4.2用户网络接口信令（UNI信令）,137,一、UNI信令结构,138,1信息传送的服务原语 UNI信令层使用Request（请求）、Indication（指示）、Response（响应）和Confirm（证实）四种服务原语请求信令适配层（SAAL）的服务。,139,140,2业务特定面向连接的协议 业务特定面向连接的协议（SSCOP）从UNI信令层接收可变长的SDU（业务数据单元），形成PDU（协议数据单元），并把它们传送给对等的SSCOP。 为了执行SSCOP的有关功能