现代交换原理与技术（第2版）课件第8章 atm交换技术

2018/2/1,1,第8章 ATM交换技术,目 录引言ATM技术的产生、发展；ATM的标准化组织及其研究热点异步转移模式基础异步传送模式ATM信元结构ATM体系结构参考模型ATM信元传送处理原则ATM交换技术ATM交换机的组成、ATM交换的基本原理ATM网接入方式,2018/2/1,2,第8章 ATM交换技术,本章主要内容ISDN的产生与发展ATM技术的产生、特点；异步转移模式；ATM信元结构； ATM的体系结构；ATM信元传递处理原则； ATM交换机的组成以及ATM交换的基本原理；ATM网与现有网络的互连方式及用户接入方式。,本章系统介绍了B-ISDN采用的核心技术ATM技术,2018/2/1,3,第8章 ATM交换技术,本章重点难点本章重点ATM基础知识；ATM的特点、ATM信元结构； ATM的体系结构；ATM交换的基本原理；ATM交换系统与电路交换、组交换的比较；ATM网与现有网络的互连方式及用户接入方式。 本章难点难点是ATM体系结构,2018/2/1,4,8.1 引言,信息的种类话音、文字、图形、图像视频、动画人类信息的多样性与单一业务网络之间的矛盾20世纪80年代以前电信网的现状在ISN产生以前，每一种通信网（现在还在应用）都是专为一种特定的业务而设计的，这些网络往往完全不适应于其它业务。这种业务专门化的一个重要后果是大量世界范围内的独立网并存，而每一种业务都需要自己的设计和维护，并且，还会造成资源浪费，因为每一种网络的规模都按照一种特定的业务类型来设计，即使一个网络中有空闲的资源也不能被其它类型的业务应用。所以，无论是在经济效益方面，还是应用灵活性方面，专一的通讯网都不能满足要求当时电信网按照电信业务的特征组建各种类型的业务网，每个业务网都有其各自的网络拓扑结构、接口标准、信号规范、编号方案，因此，以往电信网实际上是由各种业务网混合组成的叠加网。,2018/2/1,5,8.1 引言,提出用单一网络支持不同类型的业务随着数字技术的发展，在1976年CCITT(现名为ITUT)开始研究用单一网络支持不同类型的业务ISDN网N-ISDN的出现1980年出现了N-ISDN，当时由于技术的限制，提供的业务速率一般不超过2Mb/s。实现话音和数据在同一网络上的传递。科技的发展和信息量爆炸式增长多媒体业务的出现N-ISDN的局限性传输速率低，交换模式限制了具有更高速率和可变速率业务的提供，已不能适应通信网发展的需要。B-ISDN的提出ITU-T提出B-ISDN的概念；能够提供具有更高传输速率的传输信道；更先进的传送模式。,2018/2/1,6,8.1 引言,B-ISDN的目标一个综合的、通用的网络来承载全部现有的和将来可能出现的业务N-ISDN和 B-ISDN的区别尽管N-ISDN和 B-ISDN的名称相似，但各自的信息表示、交换和传输方式根本不同N-ISDN是以数字式电话网为基础，采用电路交换方式B-ISDN则是真正意义上的综合，采用信元中继方式，即ATM技术,2018/2/1,7,8.1 引言,传送模式通信网中使用的传输、复用和交换方式的整体叫做传送模式B-ISDN网对传送模式的要求对信息的损伤要小具有时间透明性(信息传送的时延和时延抖动要小)具有语义透明性(由传送引起的信息丢失和差错要小)能灵活地支持各种业务具有高速传送信息的能力ATM（异步传递方式：Asynchronous Transfer Mode）,2018/2/1,8,8.1 引言,ATM技术的产生 20世纪80年代后，要求LAN的互联越来越多。同时随着多媒体技术的出现，人们对可视图文、视频电话、视频会议、图像传输等通信业务需求迅速增加，对带宽的需求也越来越高。使得B-ISDN (Broadband-ISDN, 宽带综合业务数字网) 标准问世。当时的电路交换（circuit switching）和分组交换（packet switching）技术分别以两个独立的网络实体为人们提供两类性质不同的电信业务，即实时话音和非实时数据业务。但随着信息活动的丰富，人们越来越迫切需求通信网络把话音、数据和图像结合起来并以一种统一的接入方式提供综合的多媒体服务。人们从改进电路交换使其灵活适配不同速率业务以及改进分组交换满足实时性业务要求的角度出发，研究出了一种结合电路交换和分组交换两种技术优点的高速传递技术，即ATM交换技术。,2018/2/1,9,8.1 引言,ATM与B-ISDN的发展1983年，美国贝尔实验室提出了快速分组交换（FPSFast Packet Switching）原理，研制了原型机；同年，法国提出了ATD交换概念，并在法国电信研究中心（CNET）研制了演示模型。FPS和ATD概念提出以后，很多设备制造公司、邮电管理部门和标准化组织表示了强烈的兴趣，进行了深入的研究。80年代中期，CCITT也开始了这种新的传送模式的研究。1988年，CCITT 18研究组决定采用固定长度的信元，定名为ATM，并认定B-ISDN将基于ATM技术。1990年，CCITT 18研究组制定了关于ATM的一系列建议，并在以后的研究中不断地深入和完善。,2018/2/1,10,1994年投入运营的美国北卡罗来纳信息高速公路，是美国第一个在州的范围内的公用ATM宽带网。在欧洲由法国、德国、英国、意大利和西班牙等国发起的泛欧ATM宽带试验网，于1994年11月开始运行，后来扩大到欧洲的十多个国家，是覆盖面较广的ATM试验网在亚洲的日本NTT与邮政省、香港电讯、新加坡电信、韩国电信、泰国的亚洲电信以及中国的广东、北京和上海电信管理局也进行过以ATM为基础的宽带网试验。试验的业务平台有基于TCPIP的宽带数据、VOD、会议电视。试验的应用系统大致有家庭购物、远程医疗、远程教学等,8.1 引言,2018/2/1,11,ATM的标准化组织ATM Forum IETF，因特网工程特别工作组ITU-T，国际电信联盟电信标准化局ATM研究的热点ATM交换结构ATM网的业务流控制话音通过ATM（VOA）IP与ATM的融合 ATM与智能网（IN）的结合光ATM交换,8.1 引言,2018/2/1,12,公用网的ATM交换系统公用网ATM骨干交换系统必须具有高吞吐量和可扩展性，吞吐量通常为40160G。应能支持各种接口、业务和连接类型，并具有保证服务质量（QoS）的业务流控制功能。,8.1 引言,2018/2/1,13,8.2 异步转移模式基础,ATM基础异步时分复用技术ATM信元及其结构面向连接的工作方式ATM标准化协议,2018/2/1,14,8.2 异步转移模式基础,传送模式通信网中使用的传输、复用和交换方式的整体叫做传送方式异步转移模式在ATM中“异步”是指ATM取得它的非通道化带宽分配的方法。当术语同步和异步用于传输方式时，是指多路复用的方案：把来自许多发送源的信息量混合在一起，输出到同一物理网络通路上。在同步传输方式中，每个发送源被分配一个基于位置的固定带宽；在频分复用（FDM）中是频段，在时分复用（TDM）中是时间槽。ATM则根本不是基于在数据流中的位置，而是用一个头来标志它是谁的信息以及它前往何处,异步表明ATM的数据包可能出现的时间是不规则的，这种不规则的时间取决于应用程序的性质，而不是传输系统的成帧结构。,2018/2/1,15,8.2 异步转移模式基础,同步时分复用（Synchronous Time Multiplex)定义帧和时隙等分信道仅凭时间轴上的位置就足以区分出各个信道参考书目：复接技术、SDH,统计时分复用封装报头参考书目：分组交换、Internet、TCP/IP,靠帧内的时隙位置来识别信道,分组长度是可变的，信元长度是固定的，通过标记来区分每一个逻辑信道,时分复用技术（一）,2018/2/1,16,8.2 异步转移模式基础,STD （Synchronous Time Division）通过时间位置来区别每一个逻辑信道ATD （Asynchronous Time Division）通过标记来区别每一个逻辑信道,时分复用技术（二）,2018/2/1,17,8.2 异步转移模式基础,电路交换话音交换数字逻辑电路实现分组交换数字交换存储转发ATM交换宽带综合业务交换存储转发同步时分交换和分组交换的比较时延线路利用率主要用途：话音和数据,2018/2/1,18,8.2 异步转移模式基础,3种时分复用信号比较同步时分复用定义帧和时隙；等分信道；靠帧内的时隙位置来识别用户（仅凭时间轴上的位置就足以区分出各个信道），又称位置化信道。 统计时分复用，又称标志信道分组时分复用封装；不需要等分信道；分组头的逻辑信道号来区分用户 信元时分复用封装；等分信道；信元中信头VPI或VCI来区分用户,2018/2/1,19,8.2 异步转移模式基础,ATM的特点采用统计复用方式，资源利用率高； 取消逐段差错控制和流量控制，减少交换机开销； 采用面向连接的方式 ，传输时延小，传输质量高；功能简化的信头，传输数据流中信息占比高，网络处理简单，能提供高速传送业务； 采用固定长度的短信元，交换方式灵活。可以利用电路交换的优点，采用硬件方式进行交换。,2018/2/1,20,8.2 异步转移模式基础,ATM兼具电路传送方式和分组传送方式的优点ATM可以看做是分组传送方式的改进X.25协议的分组转发也采用标记复用，但其分组长度在上限范围内可变，因而分组插入到通信线路的位置是任意变化的；ATM中使用了固定长度的分组ATM信元，并使用了空闲信元来填充信道，这使信道被划分为等长的时间小段，可使信元像STM的时隙一样定时出现，从而具有电路传送方式的特点，因此ATM可以采用硬件方式高速地对信头进行识别和交换处理。为提供固定比特率和固定时延的电信业务创造了条件（如电话业务）分组传送方式中信道上传送的是分组，而ATM信元可以看做是一种特殊的分组，它们都采用统计复用方式。,2018/2/1,21,8.2 异步转移模式基础,ATM可以看作电路传送方式的改进电路传送方式中，时间被划分为时隙，每个时隙用于传送一个用户的数据，各个用户的数据在线路上等时间间隔地出现。不同用户的数据，按照它们占有的时间位置的不同予以区别如果在上述的每个时隙中动态放入一个ATM信元，则上述电路的传送方式就演变为ATM。依据信头来区分不同的用户，所以，用户数据所占用的时间位置不再受到约束。由此产生的好处是：线路上数据传输率可以在使用它的用户中间自由分配，不再受固定速率的限制对于继续发送数据的用户，在不发送数据时，占用的信道容量可以提供给其它用户使用，从而提高了信道利用率。,同一连接可以和多个TDM信道联系。这形成了多速率电路交换网络,2018/2/1,22,8.2 异步转移模式基础,ATM信元结构信元由5字节信头和48字节信息段（净荷）组成。,图8-1 ATM信元结构,2018/2/1,23,8.2 异步转移模式基础,ATM交换机接口在使用ATM技术的通信网上，用户线路接口称为用户网络接口（UNI）；中继线路接口称为网络节点接口（NNI）,2018/2/1,24,8.2 异步转移模式基础,GFC （Generic Flow Control，通用流控，占4位)有助于ATM完成流控，消除网络中的短期过载现象，具体实现可参见ITU-T I.150标准。它仅用于UNI，不能控制网络中的流量。与其他域不存在关联，没有单独控制VC、VP的功能。对其GFC协议要求主要有以下： 1、能确保各用户按所分配的网络带宽传输信息：对CBR和有明确要求的VBR非常重要。 2、对剩余空闲带宽按照一定原则分配：如平均分配、比例分配。 3、应有相应的优先级机制支持不同延迟的信息传输和延迟请求。 4、对本域的信息差错应有一定的健壮性。,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。,2018/2/1,25,8.2 异步转移模式基础,VPI（ Virtual Path Identifier，虚通路标识符）由于ATM信元头仅有5字节，因此不可能把全部信息放入信元头中，所以用标识符来替代具体地址。 在UNI中，VPI占8位，可标识256条虚路径；在NNI中，VPI占12位，可标识4096条虚路径。 ATM论坛规定：VPI从第2字节的第5位开始连续分配；VPI=0为网络管理功能预留。VCI (Virtual Channel Identifier ，虚信道标识符)用于标识ATM虚信道，占16位，最大可标识65,536条虚通路。 VCI和VPI一起使用，可标识ATM的虚连接。在UNI中，可标识16,777,216(216X28)条连接；在NNI中，可标识65,536X4096 (216X212)条连接。 ATM论坛规定：VCI从第4字节的第5位开始连续分配；VCI=015为ATM管理功能，16作过度本地管理接口（ILMI），1731作其它预留,2018/2/1,26,8.2 异步转移模式基础,VC和VP的关系是嵌套性的，VP中包含VC，多个VC组成一个VP。,图8-2 ATM物理信道划分成虚通路和虚信道关系,2018/2/1,27,8.2 异步转移模式基础,ATM采用两级标识方式，为什么？有什么好处？ 简化网络结构：即是把网络传输功能分为VCC和VPC相关的两类分别处理。 提高了网络性能和可靠性：即网络可以处理更少的、且相对集中的实体。 减少建立连接的处理次数，并缩短了建立时间：在已有的VPC上建立一新的VCC，处理非常简单。 增强了网络服务：基于VPC，用户可以定义闭合的用户组，由一组闭合的虚通道可以构建VPN。,2018/2/1,28,8.2 异步转移模式基础,负载类型（Payload Type，占3位）用于指明信元的负荷是用户信息，还是网络控制信息。若是前者ATM层剥去信元头，上交给AAL层；若为后者，则启动相应的管理功能进行处理该域可指示的类型有： 用户信元或管理信元； 0类信元或1类信元（截止信元）； 网络拥塞指示等。,特殊信元信令信元：用户线路上传送的信息都是ATM信元，所以信令也用ATM信元来传送，传送信令的ATM信元叫做信令信元 OAM信元：OAM信元上承载的是宽带ISDN的运行和维护的信息，如故障、告警等信息,2018/2/1,29,8.2 异步转移模式基础,信元丢弃优先级（CLP，占1位）指示在发生拥塞时，信元被丢弃优先级，CLP=0为高优先级。通常对于CBR和rt-VBR业务应给予高优先级。注意：然而对于信令连接，CLP不起作用，都同等对待。头部差错控制（HEC，占8位） 采用8位CRC编码方式，用于检测信元头部错误，不检测负荷域。HEC由物理层处理，具体参见ITU-T I.432。 注意：信元每经过一次处理（交换或传输），都必须重新计算HEC，因为处理后，信元头都会发生变化，例如：GFC、VPI/VCI、PT等。,BR：比特率；CBR，固定比特率；VBR，可变比特率；RT，要求实时传输；NRT，非实时服务,2018/2/1,30,8.2 异步转移模式基础,采用信元方式的优点固定长度的数据信元使得联网和交换的排队延迟时间更容易预测，交换机厂家可以在网络设备中引进各种措施，以保证所有类型的数据传输服务尤其是对实时要求严格的服务 与可变长度的数据包相比，针对固定长度的信元，更易于设计控制结构和缓冲管理机制，从而使ATM硬件可以更有效地实现简单、可靠的处理。 固定长度的信元使得中继式交换机可以并行地处理各个信元，使其速度远超过采用总线结构的交换机的速度。,2018/2/1,31,8.2 异步转移模式基础,信元丢失问题 信头信息出错：ATM网络中没有差错控制，在信元中只对信息头进行差错校验。由于ATM网是根据各信元头中的VPI/VCI来进行路由控制的，当信头信息出错时，该信元就不能输送到指定的接收端，因而发生信元丢失。ATM节点将抛弃这些无法纠错的出错信元。 缓存溢出：当来自不同终结节点的各信元流量瞬时过载而缓存区产生溢出时，会导致信元丢失。缓存区容量越小，复用连接数越多，信元的突发性越大，信元越有可能丢失。为此，在ATM网设计时，需依据各业务信元流的业务量及其特性，确定缓存区容量和复用程度，以保证信元的丢失在允许的范围之内。,2018/2/1,32,8.3 ATM体系结构,8.3.1 ATM参考模型功能群和参考点在ISDN中，为了实现用户的标准化接口，ITU-T将用户处的设备按照实际的物理情况加以组群。功能群：ITU-T将物理设备或设备组合的某些确定的安排称为功能群，即功能群表示用户接入ISDN所需要的一组功能，这些功能由一个或多个设备来实现。参考点：将用以分开功能群的概念性的点称为参考点。 B-ISDN用户网络接口参考配置 在B-ISDN中，UNI处的参考配置如图7-3所示。,图8-3 B-ISDN用户网络接口参考配置,2018/2/1,33,8.3 ATM体系结构,参考点R、SB、TB、UB参考点R接口的具体特性与终端设备的类型有关，如接入以太网时，R接口为IEEE802.3，接入N-ISDN时，接口为I.430或I.431。参考点SB为专用UNI接口；参考点TB也是公用UNI接口；参考点UB为B-NT1和公用ATM网之间的接口，是公用UNI接口，主要采用基于SDH STM-1的155Mbit/s接口速率和STM-4的622Mbit/s接口速率；功能群B-TE2、B-TE1、B-NT2、B-NT1其中B表示宽带，TE为终端设备，NT为网络终端。,2018/2/1,34,8.3 ATM体系结构,ATM参考模型B-ISDN参考模型借鉴了ISO的OSI参考模型的方法，采用分层体系结构来表述和定义有关功能和接口规范。但同时引入了“平面”的概念。ATM协议参考模型三个平面：用户面、控制面和管理面；三个功能层：物理层、ATM层和ATM适配层（AAL）,控制平面和用户平面只是高层和AAL层不同，而ATM层和物理层并不区分用户和控制平面，对这两个平面的处理是完全相同的。,信令 信息,图8-4 ATM参考模型,2018/2/1,35,8.3 ATM体系结构,放入相关协议的ATM参考模型为了进一步理解ATM协议参考模型，我们可以在各个层面中放入可能的相关协议。,8-5 放入相关协议的ATM参考模型,2018/2/1,36,8.3 ATM体系结构,ATM适配层（AAL ，ATM Adaptation Layer）ATM信息的发送是在信令 ATM 适配层（SAAL）上完成的，这样可以确保发送的可靠性。SAAL被划分为服务特定部分和通用部分，而特定部分又可以进一步划分为特定业务协调功能（SSCF，Service Specific Co-ordination Function）和特定业务面向连接协议（SSCOP，Service Specific Connection Oriented Protocol），前者用于SSCF用户，后者用于确保可靠发送。,2018/2/1,37,8.3 ATM体系结构,8.3.2 ATM协议的平面功能ATM参考模型包括用户平面（User Plane）、控制平面（Control Plane）和管理平面（Management Plane）3个平面。用户平面用户平面（U平面）：采用分层结构，负责提供传送用户数据，同时也具有一定的控制功能，如流量控制、差错控制等。控制平面控制平面采用分层结构。负责网络连接的建立、释放和管理连接。C平面完成呼叫控制和连接控制功能，通过传递信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放。使用永久虚电路（PVC）时不需要控制平面。 管理平面负责网络的维护与操作。管理平面又可细分为2个功能，一个是平面管理，另一个是层管理。平面管理没有分层结构，它负责所有平面的协调。层管理负责各层中的实体，并执行运营、监控和维护（OAM）功能。面管理不分层，层管理是分层的。,2018/2/1,38,8.3.3 ATM的分层结构与功能 ITU-T制定的ATM参考模型借鉴了ISO的OSI参考模型，但同时引入了“平面”的概念。为了便于理解，我们暂时略去“平面”的问题，先给出ATM的分层结构（先理解层次结构），如图。,图8.6 ATM的分层结构,AAL层又划分为两个子层汇聚子层CS (Convergence Sublayer)拆装子层SAR (Segmentation And Reassembly)ATM物理层又分为物理媒体子层 PMD (Physical Medium Dependent)传输汇聚子层TC (Transmission Convergence)。,8.3 ATM体系结构,2018/2/1,39,8.3 ATM体系结构,ATM协议参考模型的分层结构含有4层，从下到上为物理层ATM层ATM适配层高层物理层物理层主要提供ATM信元的传输通道，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。物理层使ATM层能独立于传输介质，让信元能在多种物理链路上运行。该层从上至下又可分为传输会聚子层（TC）和物理媒体子层（PM）。,2018/2/1,40,8.3 ATM体系结构,物理媒体子层（PM）物理媒体子层（PM）的功能接近于在传统网络中的物理层，即类似于OSI参考模型的物理层。它在发送方向上从传输会聚子层取得比特流，并把比特流在链路上透明地传输；在接收方向上检测和恢复到达的比特流，并把比特流传送给传输会聚子层（TC），以便传输会聚子层能够从比特流中恢复传输帧（如果使用成帧传输的话）和ATM信元。物理媒体子层的主要功能是提供比特流传输、定时、线路编码等方面做出了规定，并针对采用的物理介质（如光纤、同轴电缆、双绞线等）定义其相应的特性。和媒体物理接入。物理层向上与ATM层交互的业务数据单元（SDU）是53B的信元，向下必须适配不同的传输系统。,2018/2/1,41,8.3 ATM体系结构,物理媒体子层提供的物理接口ATM物理接口分为3类，即基于SDH、基于PDH、基于信元的接口 ITU-T制定的接口标准 ITU-T制定的接口标准见表7-3。ATM论坛制定的接口标准ATM论坛定义了4个物理层接口速率，其中2个适用于公用网，分别对应于ANSI和ITU-T定义的DS3和STC-3C速率。ANSI制定的接口标准ANSI标准T1.624为ATM用户网络接口定义了3个单模光纤的ATM SONET接口比特定时线路编码,2018/2/1,42,8.3 ATM体系结构,传输会聚子层传输会聚子层（TC）主要是实现比特流和信元流之间的转换。它的主要功能有传输帧适配、信头差错检测（HEC）、信元定界、扰码以及信元速率解耦等。 信头差错控制（HEC）信元的信头中含有控制选路及其他的重要信息，必须对信头信息进行差错控制。为此，对信头前个字节作循环冗余校验（CRC）。在发送端是按CRC算法生成字节的HEC码，在接收端按同样算法进行检验。信元定界信元定界（Cell delineation）是用一定的方法来识别信元的边界,2018/2/1,43,8.3 ATM体系结构,信元定界过程在信元定界过程中定义了3种状态：搜索态、预同步态和同步态。在搜索态中，系统对接收信号进行逐比特的HEC检验。在发现了一个正确的HEC检验结果后，系统进入预同步态。在这种状态，系统认为已经发现了信元的边界，并按照此边界找到下一个信头进行HEC检验。若能连续发现b个信元的HEC检验都正确，则系统进入同步态。若在此过程中发现一个HEC检验的错误，则系统回到搜索态。在同步态，系统逐信元进行HEC检验，在发现连续a个不正确的HEC检验结果后，系统回到搜索态。,2018/2/1,44,8.3 ATM体系结构,信元速率解耦信元速率解耦即速度匹配功能。它的作用是插入一些空闲信元将ATM层信元速率适配成传输线路的速率。物理层传输的信元包括未分配信元、分配信元和物理层的OAM信元。扰码（Scrambling）为了增强HEC信元定界算法的安全性，使信元信息字段假冒信头的概率减至最低，需要通过扰码使信元流负载字段中的数据的随机性，ITU-T建议通过扰码使信元中的数据随机化。,2018/2/1,45,ATM层ATM层主要完成交换和复用功能。在ATM层构成53字节的信元并实现网络传输。 ATM层提供的基本服务是完成ATM网上用户和设备之间的信息传输。其功能主要有：信元头生成和去除、一般流量控制、连接的分配和取消、信元复用和交换、网络阻塞控制、汇集信元到物理接口以及从物理接口分检信元等。,GFC（Generic Flow Control）字段 PTI(Payload Type Indicator)字段 CLP(Cell Loss Priority)字段 HEC(Header Error Control)字段,图8.7 ATM信元,2018/2/1,46,8.3 ATM体系结构,ATM层ATM层的主要功能是负责信元的交换、选路和复用。具体为信元的复用与交换服务质量保证实现净荷类型有关的功能一般流量控制ATM适配层（AAL）AAL的功能 主要功能是将高层业务信息或信令信息适配成ATM信元流。它是ATM层与高层应用（包括用户面、控制面和管理面）之间的适配层，并支持高层与ATM层之间的适配：将高层的协议数据单元（PDU）映射到ATM信元的信息段或反之。AAL实体与对等层的AAL实体之间要交换信息，以实现AAL的功能。,2018/2/1,47,8.3 ATM体系结构,AAL的业务分类AAL的功能和规程与业务有关，不同的业务需要不同的AAL规程。为了减少AAL规程的数量，将业务按照以下个特性进行分类源与终点之间的定时关系：需要或不需要；比特率：固定或可变；连接方式：面向连接或无连接。,2018/2/1,48,业务特性,源与终点之间的定时关系,比特率,类别,A类,B类,C类,D类,连接方式,需要,不需要,固定,可变,面向连接,无连接,ATM适配层,AAL1,AAL2,AAL5AAL3/4,AAL3/4,2018/2/1,49,AAL的基本结构AAL的功能可以分为两个逻辑子层汇聚子层（CS：Convergence Sublayer）汇聚子层的主要功能是在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。段和重组子层（SAR：Segmentation And Reassembly）分段和重组子层可简称为拆装子层，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。不同的CS和SAR的组合，可得到不同的业务适配功能。按照不同业务类型的需要，CS还可以进一步划分为子层。,2018/2/1,50,AAL类型为了适应不同业务类型的需要，ITU-T定义了类AAL：AAL1、AAL2、 AAL3/4、AAL5。AAL1规程用于支持类业务。AAL2规程用于支持类业务，适用于时延敏感的低速、可变长度的短分组的传送。AAL3与AAL4原来是分开的，后来合并为一类：AAL3/4，用来支持C/D两类业务，即包括面向连接与无连接的数据业务。AAL5可以看成是简化的AAL3/4，用来支持面向连接的C类业务（如帧中继），传送大的数据分组时效率较高，ATM网络信令也采用AAL5。高层则相当于各种业务的应用层或信令的高层处理,2018/2/1,51,AAL类型：为了适应不同业务类型的需要，ITU-T定义了类AAL：AAL1、AAL2、 AAL3/4、AAL5。AAL1规程用于支持类业务。AAL2规程用于支持类业务，适用于时延敏感的低速、可变长度的短分组的传送。AAL3与AAL4原来是分开的，后来合并为一类：AAL3/4，用来支持C/D两类业务，即包括面向连接与无连接的数据业务。AAL5可以看成是简化的AAL3/4，用来支持面向连接的C类业务（如帧中继），传送大的数据分组时效率较高，ATM网络信令也采用AAL5。,2018/2/1,52,8.4 ATM信元传送处理原则,信元传送ATM信元是定长的，所以时间是被划分成一个个等长的小片段，每个小片段就是ATM的信元，它有点类似于同步时分复用情况，但不同于分组交换网中的情况。,2018/2/1,53,8.4 ATM信元传送处理原则,误码处理方法在传送ATM信元的系统中，通过对信头部分的HEC（即信头差错控制码）进行检验，可以纠正信头中的一位错码和发现多位错码。对HEC已检验出信头有错而无法纠正时则丢弃该信元。在传送ATM的主要媒体光纤中，ATM信元头中出现误码大多也是只1位错误，因而在ATM信头纠错中采用了只能纠1位错码的校验序列。通过统计HEC检验的结果，可以确定信元的传送质量。对信息域不采取任何纠错和检错措施，例如反馈重发措施等。这使得：接收方收到的ATM信元的信头都是正确的；不是所有的ATM信元都能送到接收方，信头错误的信元被丢弃了；ATM系统不保证传送信息的正确性，也就是说，接收方收到的ATM信元的信息域中可能有误码。,2018/2/1,54,8.4 ATM信元传送处理原则,信道填充对于一条以恒定速率传送ATM信元的信道，若在它的发送端上没有其他信元传送时，则就向信道送出空闲信元。在信道的接收端，应把收到的空闲信元丢掉，对其信息域也不做任何处理。信道上永远处于信元传送状态；信道上时间被等分为系列小段，每个小段传送1个信元。,2018/2/1,55,8.4 ATM信元传送处理原则,面向连接的工作方式在ATM系统中，用户的通信采用面向连接的方式工作。“面向连接”指的是一种类似于电话业务和分组交换网中的虚电路业务的方式。其具体含义是：用户的通信是经过一个由系统分配给自己的虚电路来进行，这个虚电路可能是这个用户长期占用的（专用电路）或者是用户在进行通信前临时申请的（临时电路）虚电路。虚通路与虚信道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，逻辑子信道可按两个等级来划分：虚通路（VP-Virtual Path）：虚通路的概念是为了响应高速连网的趋势而提出来的，在高速连网的情况下，网络控制费用成为占整个网络开销越来越多的一部分。虚通路技术有利于节省控制费用，因为它将共享公共通道的连接捆成一捆通过网络到一个网络用户单元。这样一来，网络管理动作能够被应用到一个少量的连接组而代替大量的单个连接。,2018/2/1,56,8.4 ATM信元传送处理原则,虚通路与虚信道之间的关系虚通路与虚信道之间的关如图7.14。一个物理通道中可以包含一定数量的虚通路（VP），虚通路的数量由信头中的VPI值决定。而在一条虚通路中可以包含一定数量的虚信道（VC），并且虚信道的数量由信头中的虚信道标识符（VCI）值决定。ATM信元的交换既可以在VP级进行，也可以在VC级进行。,图8.8 VPI与VCI的关系,2018/2/1,57,8.4 ATM信元传送处理原则,VP交换与VC交换书中图7.15给出了一个VP和VC交换连接的示意图。VP交换是指VPI的值在经过交换节点时，该交换点根据VP连接的目的地，将输入信元的VPI值改为接收端的新的VPI值赋予信元并输出。VC交换是指VCI的值在经过ATM交换后，VPI和VCI的值都发生了改变。理论上，VC交换点终止VC链路和VP链路，VCI与VPI将同时被改为新值，VC/VP由此达到交换与传送数据的目的。虚信道链路（VCL）和虚信道连接（VCC）虚信道（VC）指ATM信元的单向传送能力，即指在两个或两个以上端点之间的一个运送ATM信元的通信信道。与其相关的有虚信道链路（VCL，Virtual Channel Link）和虚信道连接（VCC， Virtual Channel Connection）。VCL表示两个相邻节点间传递ATM信元的单向通信能力，用虚信道标识符VCI（Virtual Channel Identifier）标识。ATM局间传输线上具有相同VCI的信元在同一VC上传送。,2018/2/1,58,8.4 ATM信元传送处理原则,虚通路链路（VPL）和虚通路连接（VPC）对于规模较大的ATM骨干网，要支持多个终端用户的多种通信业务，因此，网中必定会出现大量速率不同的、特征各异的虚信道（VC），在高速环境下对这些虚信道进行管理，难度很大。为此，ATM引入了分级的方法，即将多个VC组成VP。VCC与VPC之间的关系传输线路VP和VC之间的关系如图7.14所示。在一个物理通道中可以包含一定数量的VP。而在一条VP中又可以包含一定数量的VC。在一个给定接口上，两个分别属于不同VP的VC可以具有同样的VCI值。因此一个接口上必须用VPI和VCI两个值才能完全地标识一个VC。,2018/2/1,59,8.4 ATM信元传送处理原则,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。VPC和VCC的连接过程，如图7.17所示,图8.9 VPV和VCC连接过程,2018/2/1,60,8.5 ATM交换技术,8.5.1 ATM交换机的组成 输入模块（IM）输出模块（IN）信元交换机构（CSF）控制模块（CM）系统管理（SM）,2018/2/1,61,8.5 ATM交换技术,ATM交换结构,接口单元,接口单元,接口单元,接口单元,处理机控制部分,控制子系统,信元传送子系统,图8.10 ATM交换系统基本结构,2018/2/1,62,信元传送子系统接口设备： 一般由接口电路和信元集中级或信元复用器组成。1）输入侧： 接收输入信元，输入侧接口设备的主要功能为：物理层功能： 光电信号的转换与同步（若采用SDH/SONET物理接口） 数字比特流的恢复 信元定界和差错控制 信元速率解耦（丢弃空闲信元） 净荷的解扰,8.5 ATM交换技术,2018/2/1,63,ATM层主要功能： VPI/VCI值的有效性检查及翻译 信头差错检查 输出端口的确定 区分信令信元、用户信元和OAM信元并作相应的处理,8.5 ATM交换技术,2018/2/1,64,2）输出侧： 执行与输入侧相反的功能，输出侧比输入侧较为简单，主要功能是为ATM信元流的物理传输作准备。其主要功能包括： 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,8.5 ATM交换技术,2018/2/1,65,信元传送子系统ATM交换结构： 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的控制信息都可通过交换结构来交换。控制子系统： 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。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。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。,8.5 ATM交换技术,2018/2/1,66,ATM交换结构,时分,空分,共享存储器,共享媒体,单通路,多通路,总线型,环型,基于crossbar,基于banyan,扩展banyan,复份banyan,Benes,Clos,缓冲型,无缓冲型,矩阵型,全互连型,1）ATM交换结构类型,2018/2/1,67,共享存储器： 存储器为所有输入端口和输出端口共用，从各个输入到达的信元通过复用器被复用成单一的输入信元流而写入共享存储器，在存储器内部划分为若干个队列，每个队列对应于一个输出端口，在写入时，应按照各个信元的目的端口写入相应的队列，在写入的同时，按顺序从各个输出队列读出队首的信元而形成输出的信元流，经分路后传送到各个输出端口。,存储器,复用,分路,12N,12N,共享存储器结构,2018/2/1,68,共享媒体： 与共享存储器结构相似，共享媒体结构也是将所有输入线上到达的信元同步地复用到公共的传送媒体上（总线或环）。,FIFO,FIFO,FIFO,AF,AF,AF,1,2,N,1,2,N,TD-BUS,TD-BUS：时分总线AF：地址过滤器FIFO：先进先出存储器,图8.11 共享总线结构,2018/2/1,69,8.5 ATM交换技术,8.5.2 ATM交换的基本原理在ATM网中，每一个ATM信元在网中独立传输。ATM网是面向连接的通信网，端到端连接是在数据通信开始前建立。因此，ATM网是基于存储的路由选择表，利用信头中的路由选择标识号（VPI/VCI）把ATM信元从输入线路传送到指定的输出线路。建立在交换节点上的接续主要执行两个功能对于每一个接续，它指配唯一的用于输入和输出线路的接续识别符，即VPI/VCI交换。在交换节点上建立路由选择表，以对每一接续提供其输入和输出识别符间的联系ATM 交换，就是从一条ATM逻辑信道到一条或多条输出ATM逻辑信道的信息交换（该交换可以在许多逻辑 ATM 信道中选择）。输出信道的确定是根据连接建立信令的要求在众多的输出信道中进行选择来完成的。,2018/2/1,70,ATM交换实质ATM交换实质是ATM信元从输入端的逻辑信道到输出端的逻辑信道的消息传递。输出信道的确定是根据连接建立信令的要求在众多的输出信道中进行选择来完成的。ATM逻辑信道具有两个特征物理端口（线路）编号VP与VC标识符为了提供交换功能，输入物理端口必须与输出物理端口相关联；输入VPI/VCI与输出的VPI/VCI相关。ATM交换系统执行三种基本功能：信头翻译、路由选择和排队,8.5 ATM交换技术,2018/2/1,71,信头变换信头变换主要是指VPI/VCI值的变换，即入VPI/VCI变换为出VPI/VCI。VPI/VCI的变换体现了信元交换的重要概念，意味着入线上某逻辑信道中的信息被传送到出线上的另一逻辑信道中去。为了实现信头变换，应建立翻译表。选路选路表示任一入线的信息可被交换到任一出线，具有空间交换的特征。信头变换加上选路功能，才能实现ATM交换结构的交换功能。这也就是说，在翻译表中从入线的VPI/VCI应能查到出线号码以及新的VPI/VCI值。这些是在连接建立阶段写入的。排队由于是统计复用的异步时分交换，在连接建立后的传送信息阶段，经常会发生在同一时刻有多个信元争抢公用资源的情况，例如争抢出线或交换结构中的内部链路。因此，ATM交换系统需要有排队功能，以免在发生资源争抢时丢失信元。,8.5 ATM交换技术,2018/2/1,72,X,Y,Z,S,X,X,Y,S,K,K,N,G,M,G,I,L,I1I2IN,O1O2Oq,信头/链路翻译表,.,输出信头,.,.,图8.12 ATM交换的基本原理,输入链路,输出链路,时隙,时隙,XYZ,O1Oq O2,I1,KML,NIG,XYS,O1O2 Oq,In,.,8.5 ATM交换技术,输入信头,2018/2/1,73,8.6 ATM网中的用户接入方式,B-ISDN,2018/2/1,74,ATM网络构成 ATM网络是网状拓扑结构，包括两种网络元素，即ATM端点和ATM交换机。ATM端点就是在网络中能够产生或接收信元的源站或目的站。ATM端点与ATM交换机相连。ATM交换机与ATM交换机相连，构成ATM网络，,8.6 ATM网中的用户接入方式,2018/2/1,75,8.6 ATM网中的用户接入方式,ATM网中的用户接入方式铜线接入帧中继延伸接入,图8.13 帧中继网与ATM网互连示意图,对于 ATM网络暂时没有覆盖到的地区，可以通过帧中继网络进行延伸接入，用户端常用接口有 V.24、V.35、G.703等,2018/2/1,76,8.6 ATM网中的用户接入方式,XDSL+专线接入XDSL是ADSL（非对称的数字用户环路）、VDSL（对称的数字用户环路）、HDSL（对称的数字用户环路）等基于铜线的数字用户环路技术总称。XDSL的接入范围可达35公里，用户侧通过XDSL设备，经过双绞铜线，可以采用较高速率接入ATM网络。常用接口有：V.35、G.703和以太网口等。,图8.14 XDSL+专线接入示意图,2018/2/1,77,8.6 ATM网中的用户接入方式,光纤接入对于距离较远（一般 4公里以外）或速率较高（2Mbps以上）或者链路可靠性要求高的用户，可以利用传输设备通过光纤连接，,图8.15 光纤接入示意图,