（信号与信息处理专业论文）帧中继atm互联模块软件系统设计与实现.pdf

、 才 州 亥 沁 黔 ， mq i : 7 夕 。 、 : 论文主要讨论了 f r / a t m 网络1 ,通模块的软件系统的实现，以系统1 7 r 现的协议为 f r / a t m 网络互通协议-f r f . 5 , ， 卜 继协议、a t m 协议、f r / a t m 网络 i f _ 通协 本文简要介绍丁 ，而后介绍了该 广岭头帧 互 通模 块的 硬件系 统的 实 现以 及软 件系统 平台一 p s o s y s t e m实 时 操作系 统。本论文详细介绍了构成软件系统的四个模块:协议软件、s a r驱动 程序、帧中继侧驱动程序及网络系统，以及这些模块间的接日关系，最 后论文重点分别介绍了协议软件部分及 s a r驱动程序这两个软件模块 的设计及实现。 ，气 关 键 词 : 帧 中 姑a t m 丫 网 络 互 通 ， 马 区 动程序 j f rf . 5 ,p s o s y s t e 淤协 议 软 件 丫 s a r ab s t r a c t t h e s o ft w a r e s y s t e m d e s i g n f o r f r / a t m n e t w o r k i n t e r w o r k i n g m o d u l e w a s m a i n l y d i s c u s s e d i n t h i s p a p e r . t h e a g r e e m e n t : f r a m e r e l a y / a t m p v c n e t w o r k i n t e r w o r k i n g i m p l e m e n t a t i o n a g r e e m e n t , w h i c h h a s d o c u m e n t n u m b e r f r f .5 i n t h e f r a m e r e l a y f o r u m , w a s r e a l i z e d in t h i s s o ft w a r e s y s t e m . f i r s t , t h i s p a p e r b r i e fl y i n t r o d u c e d t h e f r a m e r e l a y p r o t o c o l , a t m p r o t o c o l , f r a m e r e l a y / a t m n e t w o r k i n t e r w o r k i n g i m p l e m e n t a t i o n a g r e e m e n t . s e c o n d , t h e h a r d w a r e i m p l e m e n t a t i o n o f t h i s m o d u l e a n d t h e s o f t w a r e d e v e l o p m e n t p l a t f o r m - p s o s y s t e m r e a l t i m e o p e r a t i n g s y s t e m w e r e b r i e fl y d i s c u s s e d . t h e n t h e f o u r s o ft w a r e s u b - s y s t e m: p r o t o c o l s o f t w a r e s u b - s y s t e m , s a r d r i v e r , f r a m e r e l a y s i d e d r i v e r , a n d n e t w o r k m a n a g e m e n t s u b - s y s t e m w a s i n t r o d u c e d i n d e t a i l . a t la s t t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e p r o t o c o l s o ft w a r e s u b - s y s t e m a n d t h e s a r d r i v e r w e r e m a i n l y d i s c u s s e d . k e y w o r d s : f r a m e r e l a y , a t m, n e t w o r k i n t e r w o r k i n g , f r f . 5 , p s o s y s t e m , p r o t o c l s o f t w a r e , s a r d r i v e r 电j 气 科技人 学倾 卜川立 沦丈 绪论 随着世界经济、技术的迅速发展，现代社会将进入一个信息化的新 时代。信9 北 最重要的工作是建立一个现代化的信息网络，该网络的基 础是电信技术和计算机技术的结合。而完成计算机之间、计算机与终端 以及终端之间的信息传递的通信方式和通信业务就是数据通信。随着现 代科技与计算机的飞速发展，计算机技术与通信技术的结合也日 趋紧密， 数据通信作为计算机技术与通信技术相结合的产物，在现代通信领域中 正扮演着越来越重要角色。目 前，全球的数据通信己为金融、财政系统、 科研部门、大专院校、政府机关、企业集团提供了安全、可靠、优质的 网络支持和业务服务。 数据通信网是为提供数据通信业务而组成的电信网。随着数据通信 技术的发展和演变，其网络交换技术有电路方式、分组方式、帧方式、 信元方式等。 电路方式是从一点到另一点传递信息的最简单的方式。这种传输通 路是双向的。采用电路方式进行数据通信，可以采用公用交换网络，即 电话 网( p s t n ) ， 也可以 采用专线方式， 即数字数据网 ( d d n ) o d d n一般 用于向用户提供专用的数字数据传输信道，或提供将用户接入公用交换 网的接入信道。这种专线方式不包括交换功能。电路方式信k, 、 传输时延 小，电路是通明的，信息传送的吞吐量大，但它最大的弱点就是所占用 的带宽是固定的，所以网络资源的利用率较低，不能适应网络发展的需 求。 分组交换技术是六十年代适应计算机通信的要求而发展起来的一种 先进的通信技术，它一问世就很快在计算机通信网络中获得了成功。分 组交换技术能够最充分地利用通信网络资源，降低通信成本，并且能够 适应各种不同类型的用户要求，提供高质量的灵活的数据通信服务。虽 然目前分组交换还只是广泛应用于计算机通信网络，但分组交换技术的 不断进步已经为语音，图像和其它宽带通信业务提供了美好的前景，帧 中继，快速分组交换，异步传输模式，宽带综合业务数据网等新的通信 技术都和分组交换技术有关。 帧中继是八十年代发展成熟的一种先进的广域网技术。它建立在当 今先进的基础网络传输技术和高智能的用户终端设备基础之上，简化了 传统分组交换技术的传输协议，使网络的中继带宽得到充分利用的同时， 极大的提高了网络的吞吐量，降低了传统分组交换网络传输时延。帧中 继技术自 产生起，就受到各界广域网用户的欢迎，发展十分迅猛。 异步转移模式( a t m ) 是一种快速分组交换的 传输方式。 a t m 实 现了 多种业务的综合，如语音，数据，视频以及交互型和分配型业务等都可 l 1 4 n 士 7 1竺i 型 i l 生一一一一一 ， 以综合到同一个网络内，采用端对端的数字连接。a t m 技术的卜 要 特点 是采川了分组交换的原理，以?i1定长度的信元传送信息。它:以适应各 种业务速率，简化网内协议， 从而极大地提.高了网络的通信处理能力。 8 0 年代中后期，人们对这种a t m方式做了大量的实验，建立了很多交换模 型。1 9 8 8 年i t u - t正式将这种技术定名为异步转移模式，并确定为 宽i s d n自 勺 信息传送方 式。 a t m ( 异步传输模式) 技术的 推出似乎 使p iq 中 继 的发展前景蒙上了一层阴影，难道帧中继技术真的会昙花一 现、前途未 卜 吗?答案是否定的。帧中继技术不仅在目前是较好的网络技术，将来 a t m 成为主要网络技术后，它将和 a t m 相辅相承，作为未来 a t m 传 输技术基础的骨干传输网的有效接入层。目前，帧中继论坛和a t m论坛 已经合作制定出了采用 a 丁 m 网传送帧中继业务的技术规范。也就是说 信息时代赋与了帧中继以长远的使命，它必将有更加辉煌的未来。 异步传输模式( a t m ) 是快速分组交换技术发展的又一重要yy向，它 和分组交换技术，帧中继技术一样都是实现对通信网络资源的按需分配， 但x .2 5分组交换的设计主要是着眼于传输质量相对较差的传统通信网络 上的数据传输，适合于中，低速的数据通信，通常用户端口 最高传输速 率为6 4 k b i t / s ，大多数为9 .6 k b it / s 及以下的速率， 帧中继是在光纤通信网 出现之后，在通信线路误码率己经达到很低水平的基础上为了适应高速 突发性数据传输而发展起来的， 它的用户端口 速率通常为2 .0 4 8 m b i t / s , 1 .5 4 4 mb i t / s ，也可以是6 4 k b i t/ s 或其他速率。随着技术的不断进步，人们 对通信提出了更多和更高的要求，既需要通电话，又需要通数据，还要 交换各种文电，图形和图像信息。各种通信业务需要有不同的网络提供， 既不方便用户和网络管理，又造成网络资源浪费。人们对建造一个灵活 的足以支持从低，中速数据到话音，图像和电视等各种应用的公用通信 网的呼声越来越高，大规模和超大规模集成电路，光通信技术的发展， 为实现这一目 标提供了可能性。7 0年代后期，人们开始研究和开发综合 业务 数字网 ( i s d n ) , i s d n是建立在数字通信的 基础上， 较好的解决了 话 音和数据的综合问题，它和原来的多种通信业务需要多种通信网络相比， 是一个很大的进步。在这之后研究和开发的以a t m为信息传送方式的宽 带 i s d n更适应了网络和通信发展的需求。现在宽带 i s d n 已成为通信 发展的趋势，同时也是数据通信发展的一个重要里程碑。 本课题则是在帧中继/ a t m 互联模块设计上作出了一次尝试，系统 主要的硬件平台是 mo t o r o l a公司的通信控制芯片 mp c 8 6 0 s a r ,该芯片 具有 a t m 层所有功能、a a l部分功能，并自 带有 u t o p i a接c a ，对于 帧中继一侧，则选用p mc公司的p m7 3 6 6 芯片，该芯片支持多达1 2 8 个 帧中继通道。 软件平台则是选用 p s o s y s t e m实时 操作系统，该 系统所带 的板级支持包 ( b s p )完成了对 mp c 8 6 0 s a r的大部分硬件的初始化过 程，同时该系统的多任务机制及任务间多种通信机制使它成为一种理想 的软件开发平台。 2 电1 科 技幻李 硕 本人在该系统中所做的工作包括: 井 i ll i仑 文_ 整个软件系统模块的划分、s a r 驱动程序的编制，p m7 3 5 0芯片驱动程序的编制，i-1 , 议软件的设i i- jx d 写。同时参与了网管配置表格的编写，b s p的修改工作，整个论文的划 分也大致分为:协议介绍、协议软件的编写、s a r驱动程序的编制等几 个方而。由于该系统较为复杂，软件工作量较大，加之时间较短，故论 文!一扫 必定存在首不足的地方，欢迎大家批评指正。 电子科技大学顾 : 学泣论义 第一章 协议简介 在f r与a t m互连模块设计中所涉及的协议包括帧中继协议、a t m 协议、帧中继与a t m网络互连协议，帧中继协议与a t m协议各自 都是 很庞大的体系，协议的不同部分则可能针对不同的具体情况，在这里所 介绍的协议是帧中继协议与a t m协议中与本课题紧密相关的部分 ; 1 . 1 帧中继协议(1 1 5 1 1 0 1 1 . 1 . 1帧中继的出现 1p 9 1 中继技术是在分组技术充分发展、数字与光纤传输线路逐渐替代 己有的模拟线路、用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的。帧 中继仅完成 o s i 物理层和链路层核心层的功能，将流量控制、纠错等留 给智能终端去完成，大大简化了节点之间的协议:同时，帧中继采用虚 电路技术，能充分利用网络资源，因而帧中继具有吞吐量高、时延低、 适合突发性业务等特点。帧中继对于基于信元的异步传送方式( a t m) 是 一个重要的接入可选项。帧中继作为一种附加于分组方式的承载业务引 入i s d n，其帧结构与i s d n的l a p d结构一致，可以 进行逻辑复用，作 为一种新的承载业务，帧中继具有很大的潜力，主要应用在广域网中， 支持多种数据型业务，如局域网互连、文件传输等。 帧中继技术特点如下: i ) i侦中继技术主要用于传递数据业务，它使用一组规程将数据信息以帧 的形式简称帧中继协议有效地进行传送。 2 )帧中继传送数据信息所使用的传输链路是逻辑连接，而不是物理连 接，在一个物理连接上可以复用多个连接，使用这种机理，实现带宽 的复用和动态分配。 3 )帧中继协议简化了x .2 5的第三层功能，使网络节点的处理大大简化， 提高了网络对信息处理的效率。采用物理层和链路层的两级结构，在 链路层仅保留核子集部分。 4 )在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但不提供发现错误 后的重传操作。省去了帧编号、流量控制、应答和监视机制，大大节 省了交换机的开销，提高了网络吞吐量、降低了通信时延。 5 )交换单元一帧的信息单元远比分组长 度要长，预约的最大帧长至少要 1 6 0 0 字节/ 帧，适合于封装局域网的数据单元。 a 电 户 科技 人学顺 学位论文 6 ) 提供了一 套合理的带宽管理和防泪沮塞的机制，用户能够有效地利用 预先约定的带宽，即约定信息速率( c r ) ,; 日 还允许用 ” 的突发数 据占用未预定的带宽，以提高整个网络资源利用率。 7 )与分组交换一样，帧中继采用面向连接的交换技术，可以提供 s v c ( 交换虚电路)业务和 p v c( 永久虚电路)业务。但在1- 1 前已应用 的1顾中继网络中，只提供p v c业务。 1 . 1 . 2帧中继帧结构 在帧中继接口中，数据链路层传输的帧结构如图 1 . 1 所示，一帧由4个 字段组成: 标志字段( f ) 、 地址字段( a ) 、 信息字段( 1 ) 、 和帧校验序列字段 ( f c s ) 。不存在控制字段。下面分别介绍这些字段的内容及用途。 f i af c sf 图1 . 1帧中继帧结构 标志字段 f :标志字段是一个特殊的 8比 特组 0 1 1 1 1 1 1 0 ，它的作用是标 志一帧的开始和结束。在地址之前的标志为开始标志，在帧校验序列 ( f c s ) 字段之后的标志为结束标志 地址字段 a :地址字段的主要用途是区分同一通道上多个数据链路连接， 以便实现帧的复用/ 分路。地址字段长度一般为 2字节，必要是最多可以 扩展到 4 字节。地址字段格式如图 1 . 2 所示: 电j 飞 科技大 学(10 1 : 学6 la l 8 7 6 5 4i2 d l c i ( 高阶比 特) c / re 八 ( ) d l c i低 阶比 特) b r . c nb u nd ee .ai d l c i ( 高阶1 e 特) c 厂 r 八 0 d l cib u nb b nd ee 入 i d l c i ( 低阶e l 特) 或d l - c o r e d / ce a z 8 7 65 4 3 2 字节 d l c i ( 高阶比 特) c / re a o d l c ib e c n b e c k d ee ai d l c ie a 2 d l c i ( 低阶比 特) 或d l - c o r ed / ce a 2 图1 . 2地址字段格式 地址字段通常包括地址字段扩展比特 e a 、命令/ 响应指示 c / r 、帧可丢 失指示比特 d e .前向显示拥塞比特 f e c n、后向显示拥塞指示比特 b e c n、数据链路连接标识符d l c i 和d l c i 扩展/ 控制指示比特 d / c等 7 个组成部分。 地址字段扩展比 特e a : 地址字段中每个字节的第1 位都是f a比特。 e a =0表示下一字节仍是地址字节，e a =工 表示本字节是地址段的终字节。 e a的设置是为了适应地址长度可变的协议。 命令 / 响应比 特( c / r ) : 在帧中继结构中该比 特无用。 可丢失指示比 特 ( d e ) : d e置 1 说明当网络发生拥塞时，可考虑丢弃， 以便于网络进行带宽管理。 前向显示拥塞通知比特 ( f e c n) 该比特由一发生拥塞的网络来设置， 用于通知用户启动拥塞避免程序，它说明与载有 f e c n指示的帧同方向 的信息量情况。 后向显示拥塞指示比特 ( b e c n) :该比特由一发生拥塞的网络来设置， 用于通知用户启动拥塞避免程序，它说明与载有 b e c n 指示的帧反方向 电子 科技人 学( 9 ; 卜 学 位论义 d l c i 扩展/ d l - c o r e ; 制指示比特 ( d / c ) :当使) 11 3 或4个i , i 17 9 早p 路式时，地址字段最后一个字节第2比特为d / c比 特，d / c比特置 1 表 示最后一个字节包含d l -c o r e控制信息，d / c比特置 0 表示最后一个 字节包含d l c i 信息。通常情况下，该d / c比 特置为0 数据链路连接标识符 ( d l c i ) : d l c i 用来标识用户一网络接i -1 或网络一 网络接口上承载通路的虚连接。数据链路连接标识符 ( d l c i )的通常长 度为1 0比 特，通过e a位可扩展到 1 6 或3 2比特。 信息字段 i :信息字段包含的是用户数据，可以是任意的比特序列，它的 长度必须是整数个字节，帧中继信息段字节的最大长度至少应为1 6 0 0字 节，用来支持 l a n互连之类的应用，以尽量减少用户设备分段和重装用 户数据的需要。 帧校验序列字段 f c s : f c s字段是一个 1 6比特的序列，它的生成多项式 为: g ( x ) = x 6 + x - + x s + 1 1 .2 .3帧中继对无效帧的处理 如果一个帧出现以下情况之一，则称之为无效帧 i )没有用两个标志分界的帧 2 )在地址分段和结束之间的字节数少于3 个 3 )在比特填充去掉以后，帧不是由整数字节数组成 4 )包含一个帧校验序列 ( f c s )的差错 5 )只包含一个字节的地址字段 6 )包含一个不为接收机所支持的d l c i 帧中继对无效帧的处理较为简单，仅仅是将无效帧丢弃 何的处理。 如果网络收到一个超长帧，网络可以: 1 )舍弃此帧 2 )向目的用户发送此帧部分内容，然后异常终止这个帧 送7 个或7 个以上连续1 而终止当前帧的发送 3 )向目的地用户发送包含有效f c s 字段的整个帧 另外，如果超长帧的数目 或频率超过网络特定的门限， 这个帧中继呼叫。 而不做其它任 。异常终止是发 网络也可以清除 电子 科技人羊 硕 卜 货位沦义 1 . 2 .4帧中继业务的永久虚电路 帧中继的标肚 1 .2 2 2定义了帧中继业务的i x 久虎电路 ( p v c ) ,另一个标 准q .9 3 1 定义了 帧中继业务的交换虚电路 ( s v c ) . p v c是指在帧中继用 户终端之间建立固定的虚电路连接，并在其中提供数据传送服务。s v c 是指在两个帧中继用户终端之间通过n 乎 叫建立交换虚电路，网络在建好 的虚电路上提供数据信息的传送服务，用户终端通过呼叫清除操作来终 土虚电路。目前帧中继网络中只提供永久虚电路业务。 帧中继采用统计复用技术，以虚电路机制为每一帧提供地址信息，每一 条线路和每一个物理端口可容纳许多虚电路，用户之间通过虚电路进行 连接。在每一帧的帧头中都包含虚电 路一数据链路连接标志符 ( d l c i ) , 这是每一帧的地址信息。当 帧中继网络只提供 p v c时，每一个帧中继中 都存在 p v c路由表，当帧进入网络时，帧中继通过d l c i 值识别帧的去 向。d l c i 只具有本地意义，它并非指终点的地址，而只是识别用户与网 络间以及网络与网络间的逻辑连接，如图 1 . 3 所示: 注:f r s 一帧中继交换机 c p e 一用户前端设备 图1 . 3 p v c路由示意图 帧中继的虚电路是由多段 d l c i的逻辑连接链接而构成的端到端的逻辑 连接，图示中的用户a到用户b的帧中继逻辑连接为1 2 -1 1 -5 0 - 6 2 ; 用户a到用户c的帧中继逻辑链路连接为 1 5 -2 0 -2 5 0所以当用户数据 信息被封装在帧中继中进入节点机后，首先识别帧头中的d l c i ,然后在 p v c路由表中找出对应的下段 p v c的号码一 d l c i ，从而将帧准确地送 8 电3 科技大学顾 1 : 护 位论文 让 , 点机。 ; 1 . 2 a t m协议+ u u 9 u + + 1 1 . 2 . 1 a t m 的出现 a t m 技术是实现 b - i s d n的核心技术，它是以分组传送模式为基础并融 合了电路传送模式高速化的优点发展而成的，可以满足各种通信业务的 需求。 现行的电路交换采用同步 转移模式 ( s t m ) ， 从图1 .4 中可以 看出， 在s t m中存在着以1 2 5 u s 为周期的帧，它靠帧内的时隙位来识别信道， 一条信道所占用的时隙位置是固定的。 用户数据 叫隙周期日地出现 以帧内的时隙识别通路 图1 . 4同步转移模式s t m a t m 的传送模式如图 1 . 5所示，它本质上是一种高速分组传送模式。它 将话音、数据及图像等所有的数字信息分解成长度固定 ( 4 8字节)的数 据块， 并在各数据块前装配地址、 丢失 优先级、 流量控制、 差错控制( h e c ) 信息等构成的信元头 ( 5字节) ，形成 5 3字节的完整信元。它采用时分 复用的方法将来自 不同信息源的信元汇集到一起，在一个缓冲器内排队， 然后按先进先出的原则将队列中的信元逐个输出到传输线路，从而在传 输线路上形成首尾相接的信元流。在每个信元的信关中含有虚通路标识 符/ 虚通道标识符( v p i / v c i ) 作为地址标志，网 络根据信头中的地址标志来 选择信元的输出端口转移信元。 . 巨 : 科技大学倾 卜 货 ，l: 论u 用户故据 用 于传该数据的信元 用于传该托己 数据a 洲 , 图1 . 5 异步转移模式a t m 由于信息源产生信息的过程是随机的，所以信元抵达队列也是随机的。 速率高的业务信元到来的频次高;速率低的业务信元来的频次低。这些 信元都按到达的先后次序在队列中排队，队列中的信元按输出次序复用 在传输线路上。这样，具有同样标志信元在传输线上并不对应某个固定 时隙，也不地按周期出现的，也就是说信息传送标志和它在时域的位置 之间没有任何关系，信息识别只是按信头的标志来区分。由于a t m的这 个复用特性，因此a t m模式也被称为标志复用或统计复用。这样的传送 复用方式使得任何业务都能按实际需要来占用资源，对某个业务，传送 速率会随信息到达的速率而变化， 突真 此外， 因此网络资源得到最大限度的利用。 a t m 网络可以适用于任何业务， 发性大小、 不论其特性如何 ( 速率高低、 质量各实时性要求如何) ，网络都能按同样的模式来处理， 正做到了完全的业务综合。 1 . 2 .2 a t m信元结构 a t m信元结构和信元编码是在1 .3 6 1 建议中规定的， 长度数据块组成。其中前5 个字节是信头，后4 8 关的信息段。信元组成结构如图1 .6 所示: 5 字节4 8 字节 由5 3 个字节的固定 个字节是与用户数据相 ， 卜 一 一 一 一 和 卜 闷 卜 一一 巨土止一1- !i,k l 图1 . 6信元结构 电1 科技友 学0 7 ! 卜 、洲立 论文 a t m 技术中定义了两种信元头结构，一种用于川厂 一 卜 习 络接i i 1) j一 种川1 几 ix %j 络- 1a 1 m r 接1- 1 ( n n i ) ，这两种信元头格式丛木i 1 . 7 ) ) 1 , j , : ( u ni ) , 样，如图 日: cv p i v p 1 v c 1 v ci v cip t ic l p h e c v iii v 尸!v c i v ci v cip t iu p h e c u n i 格式 n n i 格式 图1 . 7 信元头格式 第一个域为通用流量控制 ( g f c ) ,该4个比特一般不用，只是简单地清 0即可 vp i :该域在 u n i 由8比特组成，用于路由选择:在 n n i 。它由 1 2个字 节组成，以增强路由选择。 v c i :由1 6 个比特组成，用于a t m虚通路路由选择。 p t i :该域长度为 3 个比特。用户信元的信息包括用户信息 、 和业务配置信 息。在网络信息信元中，信息域携带网络操作和维护信息。所以信息类 型 p t i 标识符用于区分信息域的信息类型，即它是用户数据，还是管理 数据。p t i 域编码如下: p t i 编码比特 432 类型说明 000 用户数据单元，无拥塞， s d u类型二0 001 用户数据单元，无拥塞， s d u类型二1 010 用户数据单元，有拥塞，s d u类型=0 011 用户数据单元，有佣塞，s d u类型二1 100 分段o a m f 5 信元 1 01 端到端 o a m f 5 信元 11 0 保留给今后业务流控制和资源管理 111 保留给未来的功能应用 除了 传送用户数据信息的信元外，还有一些其它的信元。目前 i t u - t已 经定义了下列几种特殊信元: 未分配信元 ( u n s i g n e d c e l l ) : a t m层产生的不包含有用用户数据信息的 信元。当发送侧没有信息要发送时，a t m 层就要向复用线上填入未分配 信元，以使收发两侧参异步工作。 空闲信元 ( i d l e c e l l ) :不包含用户信息的信元。但它不由a t m层产生， 】 l 电子p i 技大学倾 卜 货 石仑 文 而由物理层产生，是物理层为了适配17 于 用的传送媒体载荷能力规定的信 几速率而插入的信元。空闲信) v ii i 物理层插入和提取，ik l 而介a t m层f, 小到空闲信元。未分配信元则不同，在物理层和a t m层都能看到未分配 信元。 元信令信元 ( m e t a s i g n a l l i n g c e l l ) :含有元信令的信元，i n 来供 用户与 网络协商信令的v c i 和信令所需的资源。 通用广播f言 令信元 ( g e n e r a l b r o a d c a s t s i g n a l i n g c e l l ) 这类信元包含了 需 要向用户一网络接口上所有终端广播的信令。 物理层o a m信元:这类信元包含了与物理层的操作维护有关的信息。 1 .2 .1 a t m分层参数模型 a t m参考模型是基于o s i 参考模型和i s d n标准建立的。 下图例出了a t m 的分层结构: i ii 层协议 a t m适配层 ( a a l ) a t m 层 物理层 图1 . 8 a t m 协议模型 a t m协议分层模型说明如下: 1 ) a t m物理层 物理层利用通信线路的比特流传送功能实现传送a t m信元的功能。注意 这种功能是不可靠的。透过物理层传送的a t m信元可能丢失，它的信息 域部分也可能发生错误。但是，在顺序传送多个a t m信元时，传送过程 中不会发生顺序的颠倒。 物理层包含两个子层:物理媒体子层 ( p m) 和传输会聚子层。p m 的功 能依赖于传输媒体的外部特征。t c负责会聚物理层操作，它不依赖于媒 体。 2 ) a t m层 a t m 层利用物理层提供的信元传送功能，向外部提供传送 a t m 业务数 据单元的功能。a t m 业务数据单元 ( a t m-s d u )是任意的 4 8字节长 的数据段，它在a t m层中成为a t m信元的信息部分。a t m层是与物理 层相互独立的，并且从概念上讲它不管信元是在光纤、对绞线对上，还 是在其它模式上运送，当然媒体为光纤时该操作最佳。无论速率如何， a t m层都具有四种功能: 电7 科技人学硕 学r . 沦文 信元is i 用与解复用:在源端点负责对来自各个i,nk 连接的信元进行负接和 在 的揣对接收的信元流进行解复用。 v p i / v c i 处理:负责在每个 a t m 节点对信头进行标i 己 / 识别。a t m 虚连 接是通过 v p i 和 v c i 来识别的。 信头处理:负责在源端点产生信头 ( 除 h e c域外)和在 的端点翻泽信 头。如在目的端点可以把v p i / v c i 翻译成业务接入点 ( s a p ) a t m层的主要工作是对 a t m 信元的信头部分进行产生和处理。a t m 信 头的主要部分是 v p i 和 v c i ，对于不同的用户经 a t m 层实体传送的数 据，a t m 层可以为其指定不同的 v p i 或 v c i ，因此，a t m 层实体司 一 以 提供用户数据的复接能力。这样，物理层上的一条通信线路，在a t m层 实体的用户看来，就成为多个v p c或v c c ，并且每个v p c是多个v c c 的集合。 同时注意到a t m交换设备和交叉连接设备都是依据v p i 或v c i 进行v p 链路或v c链路的连接，而a t m层实体己经完成了v p i 和v c i 的处理， 据此可以认为 a t m 交换设备和交叉连接设备的基本功能也只是局限于 a t m层内。例如，可以想象一个连接了n条通信线路的a t m交换设备 和交叉连接设备包括了n个 a t m层实体。每个 a t m 实体把线路上不同 的v p链路或 v c链路的数据分别输入/ 输出， 那么 a t m 交换设备和交叉 连接设备的任务就是根据外部的命令把这些数据彼此连接起来。 3 ) a a l 层及高层 a a l层负责适配从用户来的信息，以形成 a t m 网可利用的格式。其基 本协议模型如图 1 . 9 所示: a a l i a a l 2 a a l 3 / 4 .a a l s 图1 . 9 a a l 分层结构 为了使 a t m层能与业务类型无关，设置a a l来适应各种业务，将高层 的协议数据单元 ( p d u)作为 a a l - s d u，并将其适配到固定长度 ( 4 8 字节)作为a t m业务数据单元 ( s d u)装入信元的信息字段，并完成其 逆过程。从功能上可将 a a l分为两个子层，即会聚子层 ( c s )与拆装 子层 ( s a r ) 会聚 子层 ( c o n v e r g e n c e s u b l a y e r ) : a a l 的c s 层负责 为 来自 用户平面的 信息单元作分割准备。这种准备的目的是让 c s层能够将这些包再拼成 原始状态。 为执行这一功能，c s 要求有控制信息。控制信息附加在用户信息 、 上。c s 控制信息包括标头和后缀或只是后缀。控制信息的利用由a a l服务的类 电p 科 技人货 倾 卜 华 i ) : 论z )f 9 所决定。c s 控制信息将与用户数据一起放在信元的载体部分。 c s l u j l it 1 分为公1 l, 部分 ( c p c s ) *ih lk 务特定部分 ( s s c s ) . o il r f i9 功能是检出信元的丢失与错插、对误码的保护，后首提供业务特定的功 能 ( 对不同的业务有不同的要求，如 f r -s s c s ，对帧中继业务提供适 配) 分 割及拼装子 层 ( s e g m e n t a t i o n a n d r e a s s e m b l y ) : s a r子层将来自 会聚 子层的数据 ( 会聚子层协议数据单元:c s -p d u)分割成 4 8字节的载 体.a t m层只能处理 5 3 字节的信息单元， 其中包括4 8 字节的载体部分。 这部分是用户实际通信的有用信息。从 a t m 层返回到 a a l层的信息单 元也只能是4 8 个字节长( 一个信元载体) 。 任何其它单元都不能通过a a l 和a t m层的这条分界线。 s a r子层的主要功能是将来自c s的c s -p d u分割为 a t m信元信息字 段并重组为s a r -p d u 。在实施拆装时维持s a r -p d u的传输顺序，提 供误码检出与保护功能。 1 . 2 . 4面向连接的工作方式 在 a t m 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q civcl 图1 . 1 0 v p i 与 v c 1 的概念 虚电路的概念如上图所示，在一个物理通道中可以包含一定数量的虚通 路 ( v p ) ，虚通路由信头中的 v p i 表示。而在一条虚通路中要以包含一 定数据量的 虚信道 ( v c ) ， 虚信道由 信头中的v c i 表示。a t m信元交换 可以在v p 级进行，也可以在v c级中进行。 两种虚电路之间是一种等级关系，一个虚通路可由多个虚信道组成 在一条通信线路上具有相同v p i 的信元所占 有的子通路叫一个 v p链路 ( v p l i n k ) ，多个v p 链路可以通过v p 交叉连接设备或v p 交换设备串 联起来。多个串联的 v p链路构成一个 v p连接 ( v p c ) .就像在电话网 中通过电话交换设备连接多段通信线路，为用户提供话路一样。 电f 科技人学h r, : 卜 学位i 仑 文 一个v p c中传送的具有相同v c i 的信元所占有的 f 信liil i 一个v c链路 ( v c l i n k ) ,多个v c链路. 1丁 以通过 v c交又连按设备或 v c交换设备 串联起来。多个串联的v c链路构成一个v c连接 ( v c c ) o 电子 科技人 学6 4 ! 卜 学位论文 1 .3 帧中继与a t m互连协议11 4 11 1 5 1 1 .3 . 1帧中继网管与a t m 网 络的互通 帧中继 ( f r )是一种极成功的广域网 ( w a n)业务，能够支持数据、传 真甚至话音应用的帧中继接入设备 ( f r a d)和帧中继用户住宅设备 ( c p e )市场蓬勃发展。近年来，a t m 在工业界方兴未艾，并将可能成 为今后更好的公共骨千网络技术，以支持多种网络业务，包括a t m信元 中继业务和帧中继业务。帧中继与a t m 网络及业务将在相当长的时间内 共存，这是因为: a t m发展成为一种成熟、稳定和经济有效的技术还将花费一些时间。 已投资了帧中继设备的帧中继业务用户不可能放弃他们的投资而采用 a t m信元中继业务和设备。 帧中继与 a t m 网络及业务的共存要求帧中继和 a t m 网络进行互通、帧 中继和信元中继业务进行互操作。这两种网络的互通可能采用两种配置: 对等配置或分层配置。也可采用二者结合的配置。 在对等配置中，a t m和帧中继网都是通过a t m n n i 接口相连接，a t m 终端和帧中继终端不仅在同类终端间能进行通信，而且这两种不同种类 的终端间也可相互通信。 在分层配置中，a t m 作用骨干网 ( 不直接接入端用户) ，多个帧中继网 络通过多个 u n i 的接口接入 a t m 网络。u n i 接口可以是基于帧中继的 也可是基于a t m的，这取决于协议转换发生在帧中继网络中，还是发生 在a t m网 络中。 对应于上述两种互通配置，帧中继网络与 a t m 网络的互通分为两种类 型:网络互通和业务互通。 在网络互通中，每个终端使用相同的协议，而在网络之间使用不同的协 议。两个方向的协议转换都发生在网络内，并且在一个网络中另一网络 协议的存在对终端用户来说是透明的。 在业务互通中，两个终端可使用不同的协议。两者之间进行对等通信。 协议转换也在网络内完成。 a t m 论坛和帧中继论坛己通过了 f r / a t m 永久虚电路 p v c网络互通和 业务互通的实现协议。网络互通使帧中继终端间的帧中继信息可以在 a t m 骨干网上传送。帧中继终端可以与 a t m 网相连接也可与 帧中继网 相连接。在与 a t m 网相连接的情况下，f r c p e把帧中继映射到 a t m 上，月需要在 a t m a a l 5的帧中继特定业务会聚子层 ( f r - s s c s )中 实现帧中继特定功能。业务互通则允许帧中继网上的f r c p e 和a t m网 电r 科 技人 学硕 _ 笋 位论义 1 几 的a t m c p e透明地进行互通，而不需要终端进行映射和转换。 1 . 3 . 2帧中继与 a t m 网络互通 为了 通过 a t m 网络传送帧中继永久虚电路( f r p v c ) 业务，网络中必须 有f r / a t m互通功能( i wf ) o 该功能符合帧中继论坛 f r f . 5帧i:户 继/ a t m 网络互通) , i t u - t 1 . 5 5 5 0 11 91 中继承载业务互通) 和i t u - t 1 .3 6 5 . 1 ( f r - s s c s ) 的要求。 这三个关于帧中继与a t m互通的协议是相互一致、 互为补充的。 n e t wo r k a ne t wo r k b 少、atm n.m . 、 味 了 价 ， 夕 b c p e e m u l a t i n g f r a m e r e l a yb - c p 仁e mu l a l i n 9r r a me r e l a y 图1 . 1 1 f r / a t m网络互通参数配置 f r f . 5 及i t u 一 丁1 . 5 5 5 规定了 如图所示的网 络互通参数配置， 在这个图中 有六种互通的可能性和两种情况，这六种互通的可能性为: 1 -a1 到 b 1 2 -a 工 到 b 2 3 -a 1 到b 3 4 -a 2 到b 2 5 -a 2 到 b 3 6 -a 3 到 b 3 网络互通的两种情况为: 情况1 : 利用b -i s d n连接两个帧中继网络/ c p e 。 对f r网络/ c p e 而言 ， 它们并不知道 b - i s d n的存在。i wf提供了所有的映射和封装功能以保 证f r终端用户协议不受到b - i s d n网络存在而受到影响。这种连接配置 的用户平面协议栈如图所示: 电 i 千 i 寺 支 人学b 4 1 羊1 t 论文 ne t wo r k a ne t wo r k b u p p e rl a y e rs u p p e rl ay e rs i - q .9 2 2c o re0 .9 2 2c o re a_ tmp hya tmp h y cpcs_9aratm 0 .9 22c -q .9 2 2c o re phy phy phyph y phy 一鳖器 图1 . 1 2情况 1 的参考配置及协议栈 情况2 :利用 b -i s d n把一个帧中继网络/ c p e与a t m c p e相连接。这 种情况是连接配置中的a l -b 3 和a 2 -b 3 ne t wor k a ne t wor k b 八tm a- i s. le tw o rk 7- - 、j 尸 岁 八tm n 、 ， ，、 子 乡 图1 . 1 3情况2 的参考配置及协议栈 1 8 , l, p i 1 x k , n1生鱼丝生一 一 一一. 一 i t u 一 t 1. 5 5 5 不支 持参 数 配11a a 3 一 b 3 ( a t m c p e f- ij a t m c p e ilh 连接) ， 所以 网 络中 不 存在 这 种 配 i-1,. 的互 通 功 能 。 f r - s s c s 构 成a t m适 配 层 的 _l 层部分， 它位干 c p a a l 5 之上， 其目 的是在与a t m网 相连的a t m c p e 中仿真 帧中 继承载业务， 并 在a t m网和 帧中 继网 间 提供互 通映射 互通功能负责完成帧中 继业务 功能和a t m信元中继功能之间信息、协议 和参数的映射，包括: 可变长度的协议数据单元 ( p