（计算机系统结构专业论文）atm网络自动保护倒换协议的研究与实现.pdf

电子科技大学硕士学位论文a r m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 中文摘要 计算机技术和通信技术的发展，以及用户对数据通信的需求日益增加， 促使通信网迅速向数字化、宽带化、综合化、智能化的方向发展。这就要求 将各种通信业务统一于同一个基础平台之上，并且这个平台能够保证足够的 带宽、适应各种不同的业务并提供不同的服务质量。于是产生了b i s d n ( 宽 带综合业务数字网) 技术。异步转移模式( a t m ) 技术是b - i s d n 的支撑技术， 于1 9 8 8 年被标准化组织i t u 确定。a t m 技术的优点是具有很高的网络资源利 用率，支持高速交换，并且能够保证各种业务的服务质量。它是一种新的复 用和交换体制，能灵活地支持话音、数据、视频和多媒体业务。a t m 网络则是 综合业务接入的良好途径，适于构建多业务通信平台。 随着企业信息化建设的不断深入，对各种高速数据专线的需求越来越多。 传统的d d n f r 网络由于覆盖有限和成本较高，无法满足专线业务的快速增长 趋势。由于专线业务可为运营商带来丰厚的收益，因此如何利用已有的 a t m i p s d h 网络为大客户提供良好o o s ( 服务质量) 保障、安全可靠的高速专 线业务，已经成为运营商关注的焦点。为了满足这种需要，很多公司开发出 了能够为用户提供综合接入服务的平台和设备。 a t m 自动保护倒换协议是一种用于保障用户业务在a t m 网络中可靠传输的 保护机制，它作用在参考模型中的a t m 层，当用户接入a t m 网络的光纤链路 出现单点故障时，利用这种协议可以及时检测出故障，并迅速恢复用户业务 的传输。它可以为a t m 网络提供更强的容错能力，进一步保障用户业务传输 的可靠性。 a t m 自动保护倒换保护的对象是a t m 永久虚电路上承载的帧中继永久虚电 路或a t m 的电路仿真服务。这种保护机制既不依赖于某种特定的物理层网络， 也不依赖于s d h 传输网提供的保护机制。它可以恢复由于以下原因引起的业 务中断：1 、物理层光纤通道失效；2 、传输网络中s d h 节点失效；3 、骨干网 a t m 交换节点失效。一般情况下，当s d h 网络同时也提供保护倒换机制时，那 么s d h 网络保护倒换机制将比a t m 保护倒换先起作用，可以避免a t m 层的重 复倒换。 本文对a t m 网络自动保护倒换机制作了相关研究，并根据i t u ti 6 1 0 、 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 i t u ti 6 3 0 标准，在用户a t m 接入设备上给出了软件实现。 a t m 保护倒换的单位可以是虚通道( v p ) 、虚通道组( v p g ) 、虚通路( v c ) 、 虚通路组( v c g ) 。v c g 由一组具有相同的源端和宿端的v c 组成，a t m 保护倒换 协议把这一组v c 作为一个逻辑实体来执行保护倒换功能。本文主要对基于v c 和v c g 的a t m 自动保护倒换协议作了初步的研究和软件实现。 关键词：异步转移模式多业务接入平台网络操作和维护自动保护倒换 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 a b s 仃a c t d u et ot h e p r o g r e s s e s o ft h e c o m p u t e rt e c h n o l o g y a n dc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , a n dt h es u b s c r i b e r s i n c r e a s i n gd e m a n df o rt h ed a t ac o m m u n i c a t i o n ， c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki s d e v e l o p i n gt o w a r d st h ed i g i t a l ，b r o a d b a n d ，i n t e g r a t e d a n di n t e l l i g e n tw a y t h i sr e q u i r e st h a tv a r i o u sc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e ss h o u l db e u n i f i e do nt h es a m eb a s i cp l a t f o r mw h i c hg u a r a n t e e st h e a d e q u a t eb r o a d b a n d ， a d a p t s d i v e r s es e r v i c e sa n dp r o v i d e sd i f f e r e n t q u a l i t y o fs e r v i c e s ob i s d n ( b r o a d i n t e g r a t e d s e r v i c e d i g i t a ln e t w o r k ) c o m e s i n t o b e i n g a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) w h i c hi st h es u p p o r t i n gt e c h n o l o g yo fb i s d ni s c o n f i r m e db yi t ui n1 9 8 8 a t mi sc h a r a c t e r i z e db yt h eh i g h - u s a g e s u p p o r t i n g h i g h s p e e ds w i t c h i n ga n de n s u r i n gt h eq u a l i t yo fv a r i o u ss e r v i c e s i t i san e w m u l t i p l e x i n g a n ds w i t c h i n g s y s t e mt h a t c a ns u p p o r tv o i c e s ，d a t a ，v i d e o sa n d m u l t i m e d i a a t mi sag o o da c c e s st ot h ei n t e g r a t e ds e r v i c e sa n di ss u i t a b l ef o r c o n s t r u c t i n gv a r i o u ss e r v i c e so f i n f o r m a t i o n p l a t f o r m s a st h ee n t e r p r i s e s i n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o ni n c r e a s i n g l yd e e p e n s ，v a r i o u s h i g h s p e e dd a t ap r i v a t ew i r e sa r ed e m a n d e d m o r ea n dm o r e t h et r a d i t i o n a ld d n f rn e t w o r kf a i l st om e e tt h ef a s ti n c r e a s i n gt e n d e n c yo fp r i v a t ew i r e ss e r v i c e s b e c a u s eo fi t sl i m i t e dc o v e r a g ea n dh i g hc o s t t h ep r i v a t ew i r e ss e r v i c e sc a l lb r i n g g e n e r o u sp r o f i t st ot h eo p e r a t o r s ，s oh o w t op r o v i d et h eb i gc u s t o m e r sw i t hg o o d q o sp r o t e c t i o n ，s e c u r ea n dr e l i a b l eh i g l l - s p e e dp r i v a t ew i r e ss e r v i c e sb ya t m i p s d hn e t w o r kb e c o m e st h eo p e r a t o r s f o c u s i no r d e rt om e e tt h i sd e m a n d m a n y c o m p a n i e s h a v ed e v e l o p e dt h em u l t i s e r v i c ea c c e s sp l a t f o r mf o rt h ec u s t o m e r s a u t o m a t i cp r o t e c t i o n s w i t c h i n g ( a p s ) p r o t o c o l o fa t mi sak i n do f p r o t e c t i v em e c h a n i s mg u a r a n t e e i n gt h a tt h ec u s t o m e r s s e r v i c e sc a l lb et r a n s m i t t e d r e l i a b l y i tw o r k sa tt h ea t ml a y e ri nt h er e f e r e n c em o d e l w h e nt h ef i b e ro f t h e a t mn e t w o r kc o n n e c t e dw i t ht h eu s e ra p p e a r ss i n g l ep o i n to ff a i l u r e ，t h i sk i n do f p r o t o c o lc a nd e t e c tm a l f u n c t i o n i nt i m ea n dr e s t o r et h eu s e r s s e r v i c et r a n s m i s s i o n q u i c k l y i t c a np r o v i d ea t mn e t w o r kw i t hs t r o n g e rf a u l t t o l e r a n t a b i l i t y a n d f u r t h e rg u a r a n t e et ot h er e l i a b i l i t yi nt h eu s e r s s e r v i c et r a n s m i s s i o n 1 1 i 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 t h e p r o t e c t i o no b j e c to f a p s p r o t o c o li st h ef r a m er e l a y p v co ra t m c e s o nt h el o a d i n gf r a m eo fa t mp v c t h i sk i n do fp r o t e c t i o nm e c h a n i s mn e i t h e r d e p e n d s o nc e r t a i n p h y s i c a l l a y e r e dn e t w o r k ，n o r t h e p r o t e c t i o n m e c h a n i s m o f f e r e db yt h es d ht r a n s m i s s i o nn e t w o r k ，i te n a b l e st h es e r v i c ei n t e r r u p t i o n c a u s e db yt h e f o l l o w i n gr e a s o n s ：1 ) t h e i n a c t i v a t i o no fp h y s i c a l l a y e r e df i b e r c h a n n e l ；2 ) t h ei n a c t i v a t i o no fs d h n o d mp o i n t si nt h et r a n s m i s s i o nn e t ；3 ) t h e i n a c t i v a t i o no fa t m s w i t c h i n g n o d a l p o i n t si nt h es k e l e t a ln e t w o r k u s u a l l y , w h e n s d hn e t w o r ko f f e r st h ep r o t e c t i o ns w i t c h i n gm e c h a n i s m ，i tf u n c t i o n se a r l i e rt h a n a t m p r o t e c t i o ns w i t c h i n g i nt h i sw a y , r e p e t i t i v es w i t c h i n gi nt h ea t ml a y e rc a n b ea v o i d e d 。 t h ew r i t e ro ft h i st h e s i sh a sd o n es o m er e s e a r c ho na t m n e t w o r ka u t o m a t i c p r o t e c t i o ns w i t c h i n gm e c h a n i s ma c c o r d i n g t ot h es t a n d a r d so f i t u ti 6 1 0 i t u t 1 6 3 0 a p sp r o t o c o lo f a t mi sr e a l i z e do nt h ec u s t o m e r s a t ma c c e s se q u i p m e n t s t h ea t m p r o t e c t i o ns w i t c h i n gu n i t s a r ev p ，v p gv ca n dv c g v c gi s m a d eu po fas e to fv cw i t ht h es a m es o u r c ea n ds i n k i na t mp r o t e c t i o n s w i t c h i n gm e c h a n i s m ，t h i s s e to fv ci s p e r f o r m e d t h ep r o t e c t i o n s w i t c h i n g f u n c t i o na sal o g i ce n t i t y t h ef o c u so ft h i st h e s i si so nt h ep r e l i m i n a r yr e s e a r c h i n t oa t mp r o t e c t i o n s w i t c h i n g m e c h a n i s mb a s e do nv ca n dv c ga n dt h e i m p l e m e n t a t i o no f t h e r e l a t e ds o f t w a r e k e yw o r d ：a t m ( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e ) m s a p ( m u l t i s e r v i c e a c c e s sp l a t f o r m ) o a m ( o p e r a t i o n a n dm a i n t e n a n c e ) a p s ( a u t o m a t i c p r o t e c t i o ns w i t c h i n g ) i 、l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 签名：五太埠日期：d 卯牛年肛月。日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：j l 叁。 导师签名 日期：0 一午年g 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 第一章绪论 1 1 a t m 自动保护倒换协议研究的意义 随着计算机技术的发展和计算机互连的需要，用户对数据通信的需求日 益增加。许多新的业务都需要高速、低时延的传输手段，因此出现了a t m 宽 带数据通信业务。当前，a t m 网络协议的标准已经非常成熟，各种设备已经得 到广泛运用。但i p 技术的发展非常迅速，逐渐成为主导性通讯协议，a t m 则 撤退到网络边缘层，完成各种业务的汇聚和复用。由于i p 与a t m 都是基于分 组交换的技术，都有各自的优势，因此，i p 技术和a t m 技术仍是宽带网络的 两大主流技术，它们在电信网与互联网融合与演变的过程中都将发挥作用。 为保障用户投资，两种通信方式并存的局面仍会持续较长时间，最终将走向 融合，而m p l s ( 多协议标记交换) 技术的出现，则加速了它们融合的趋势。 目前i p 技术的优势在于提供统一的数据应用平台，而a t m 技术的优势在 于能较细地提供带宽，较能保证各种业务的服务质量，适于构建多业务通信 平台。随着企业信息化建设的不断深入，对于各种高速数据专线的需求越来 越多，如何利用已有的a t m i p s d h 网络为大客户提供良好q o s 保障、安全可 靠的高速专线业务，已经成为电信运营商关注的焦点。但在目前的a t m 接入 设备中，业务的可靠性和故障恢复能力还需进一步提高，a t m 网络自动保护倒 换协议的研究与实现，是根据用户的需求而提出的，正好可以弥补这方面的 不足，它在接入层设备中市场需求还比较大，具有市场价值和应用前景。 1 2 国内外研究动态 本课题是根据i t u ti 6 3 0 标准进行的，此标准在1 9 9 9 年正式分颁布， 是比较成熟化的技术。 目前，在国内外通信设备市场中，已实现的主要有两类自动保护倒换( a p s ) 机制：一种是s d ha p s ，另一种是a t ma p s ( 即a t m 自动保护倒换) 。利用这两 种保护机制可以分别为s d h 层、a t m 层提供网络容错能力。s d ha p s 保护的粒 度较粗，以s t m 一1 ( 1 5 5 m ) 为单位，a t ma p $ 的粒度相对较细，以a t mp v c 为 单位提供保护。而a t ma p s 又分为两大类：一种是基于虚通道组( v p g ) 的保护， 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 另一种是基于虚通路组( v c g ) 的保护。 现在主要通信设备厂商的设备都已经能够提供s d ha p s 保护功能，但只 有很少一部分厂商实现了a t ma p s 保护，在实现a t ma p s 保护的厂商中，也 只是根据标准实现了协议的一部分，而且是基于v p g 的保护。本文探讨的a t m a p s 保护分为a t m1 + 1 单向保护和a t ml ：l 双向保护，而且是基于v c g 的，目 前还没有同类设备的实现。 1 3 论文组织结构 本论文内容分为两大部分，第一部分包括第一章至第四章，主要介绍了 a t m 及其相关技术的概念、原理及其结构等，这些都是理解a t m 网络自动保护 倒换协议的基础；第二部分包括第五章和第六章，主要介绍了自动保护倒换 协议的基本原理和系统软件实现，并给出了测试结果。各章内容如下： 第一章说明本课题研究的意义和国内外的研究动态。 第二章介绍了a t m 技术的特点和发展的现状。 第三章比较详尽地介绍了b - i s d n 的参考模型以及a t m 的层次结构和业务 类型。 第四章对多业务接入平台、s d h 技术、帧中继业务和m p l s 技术作了简要 的介绍。 第五章比较详尽地描述了a t m 网络操作维护管理( o a m ) 的协议原理及软 件实现过程以及测试分析。这是a t m 自动保护倒换协议实现的基础。 第六章详尽地描述了a t m 自动保护倒换协议的分析与软件实现过程，并 对实现进行了分析和测试，提出系统不足和下一步该作的工作。 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 第二章a t m 网络概述 2 1a t m 的出现和发展 1 、电路交换与分组交换的特点 电路交换和分组交换是现代通信网中最基本的两类交换模式。这两类交 换技术有显著的区别： 电路交换是面向连接的，而分组交换是无连接的。 在交换形式上，电路交换采用固定时隙分配，只能支持单一速率( 如 6 4 k b i t s ) 的交换：丽分组交换则利用包交换的形式，将用户信息封 装在分组中进行交换，各个分组的长度和间隔时间都可改变，可以支 持多种速率的交换。 在信令上，面向连接的电路交换有一套严格的信令系统，而分组交换 则由每个分组的分组头完成与信令系统类似的功能。 在路由选择上，电路交换中一个连接的所有信息都经过相同的路由； 分组交换中，同一业务的不同分组在网络中经过的路径可以不同。 在网络资源分配上，电路交换中分配给一个连接的网络资源不能被剐 的连接占；分组交换中，分组只在发送时才占用网络资源，网络资源 可由各个业务共享。 根据以上几点，可以看出电路交换和分组交换的各自特点如下： 在信息的损伤方面，电路交换具有较好的时间透明性，时延和时延抖 动较小。 在语义透明性方面，分组交换具有较好的语义透明性。 在支持多种业务这点上，分组交换有更大的灵活性，它可以实现多速 率交换，并允许多种业务共享网络资源。 在交换速率方面，电路交换可以达到高速率的交换；而在分组交换的 交换速率不能达到很高。 在设备的复杂性方面，分组交换需要一套复杂的队列管理机制，而电 路交换则需要复杂的路由选择算法。 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 2 、对电路交换与分组交换的改进 从以上的分析可知，电路交换的缺点是只支持交换速率种类少，缺乏灵 活性，而且网络资源的利用率低，不适合突发性信源的信息传送。分组交换 的缺点是交换速率低，这种低速率主要是由复杂的协议处理和不确定的帧长 使缓冲队列的管理相当复杂而导致的。 因此电路交换和分组交换都不适合b - i s d n ，人们分别从这两种基本模式 出发，进行了许多改进工作，最后产生了a t m 交换技术。转移模式的发展见 图2 一l 。 电路交换 多速率电路交换 图2 - 1 转移模式的发展 a t m a t m 技术克服了电路交换和分组交换的缺点而结合了两者的优点，它的突 出特点是可以灵活地支持现有的和将来可能出现的各种业务，能达到很高的 网络资源利用率，支持高速交换。1 9 8 7 年1 t u t 将异步转移模式选为b - i s d n 中的转移模式。 2 2a t m 技术的基本概念及特点 a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) 是一种以信元为单位的异步转移模 式。所谓转移模式就是在电信网络中信息传输、复用和交换的方式。异步意 味着来自任一用户的信息信元流不必是周期性的。 a t m 传送信息的基本载体是a t m 信元，a t m 信元和分组交换中的分组类似， 但又有自己的特点。a t m 信元是定长的，而且信元的长度较小，只有5 3 字节， 分为信头和净荷两部分，信头为5 字节，净荷为4 8 字节。 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 、 、 、 、 2 2 1 a i m 信元结构 、 g f cv p i v p iv c i v c i v c ip t ic l f h e c v p i v p i lv c i v c i v c ip t ic l f h e c u n i 信头结构n n i 信头结构 图2 2a n i 信元格式 信头内容在用户一络接口( u n i ) 和网络节点接口( n n i ) 中略有差别( 图 2 2 ) ，主要由以下几部分构成。 g f c ：一般流量控制，4 比特，它的使用是为了控制用户到网络的交通， 而不控制在相反方向上的交通( 即从网络到用户的交通流) 。 v p i ：虚通道标识，n n i 中为1 2 比特，u n i 中为8 比特。 v c i ：虚通路标识，1 6 比特，标识虚通道中的虚通路。在a t m 网络中，传 送字节流前，必须在站点之间建立起端到端的虚通道。交换机需对到来的每 个信元做路由选择，v p i v c i 对即为其依据，它们一起标识一个虚连接。 p t i ：净荷类型指示，描述一个载荷的类型是否运载用户数据或管理数据， 管理数据可以在a t m 网络内部使用，而a t m 层却不关心运载用户数据的a t m 信元的内容。由3 比特的字段构成。比特3 为0 表示为数据信元，为l 表示 为o a m 信元。对o a m 信元，后两比特表明了o a m 信元的类型。对数据信元， 比特2 用于前向拥塞指示( e f c i ) ，当经过某一节点出现拥塞时，就将这一比 特置位；比特l 用于a a l 5 。 c l p ：信元丢失优先级，l 比特，用于拥塞控制。由于连接的统计复用， 在a t m 网络中发生信元丢失是不可避免的。c l p 设置为1 的信元可以在拥挤的 交换机处先于c l p 位为0 的信元被丢弃。 h e c ：信头差错控制，8 比特。h e c 有两个作用：丢弃头部被破坏的信元 及信元定界。当用于头错误检查时，该字段提供1 位纠错能力。同时，该字 段还被用来从收到的位流中确定信元的边界。由于在不同的链路中v p i v c i 的值不同，所以在每一段链路都要重新计算h e c 。 电子科技大学硕士学位论文a r m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 2 2 2a t m 的特点 a t m 信元的信头与分组交换中分组头的功能相比大大简化了，由于链路质 量的提高，端到端的差错控制只在需要时由终端处理，1 4 e c 只负责信头的差错 控制；另外，信头只用v p i 和v c i 标识一个连接，而无需源地址、目的地址 和包序号，信元顺序也由各网元保证。 。时隐”号”蜘 图2 - 3a t m 复用 a t m 的最大特点，就是对任何形式的业务分布都能达到最佳的网络资源利 用率。要达到这一目标就要对网络资源进行统计复用。所谓统计复用就是根 据各种业务的统计特性，在保证业务质量要求的前提下，在各业务间动态地 分配网络资源，以达到最佳的资源利用率。如图2 3 所示，用户d 、c 、a 的 数据按到达的先后顺序排列到输出线路上，而用户b 因为此时没有数据，故 不占用输出线路的带宽资源。 信元形式的a t m 网络和分组形式的传统数据网络的本质区别之一就是 a t m 网络采用面向连接的呼叫接续方式。传统数据网络如以太网、令牌环和 f d d i 采用无连接操作方式，这些网络假设目的端点可用并可接收信息，每个 端点必须检查每一个分组的路由标记以此确定是否接收该分组。a t m 网络的操 作类似于电话呼叫接续过程。在通信前必须在源和目的端之间建立连接，这 个连接是一个“虚连接”，网络根据用户的要求( 如峰值比特率、平均比特率、 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 信元丢失率、信元时延和信元时延变化等指标) ，分配v p i v c i 和相应的带宽， 并在交换机中设置相应的路由。 a t m 技术中最重要的特点就是信元的复用、交换和传输过程，均在虚通路 ( v c ) 上进行。虚通路由v c i 标识，它是a t m 网络链路端点之间的一种逻辑联 系，是在两个或多点端点之间传送a t m 信元的通信通路，可用于用户到用户、 用户到网络、网络到网络的信息转移。虚通道( v p ) 是在给定参考点上具有同 一虚通道标识符的一组虚通路。虚通路在传输过程中，组合在一起构成虚通 道，二者关系如图2 4 所示。因此a t m 网络中不同用户的信元是在不同的v p 、 v c 中传送的，而不同的v p v c 则是利用各自的v p 标识( v p i ) 和v c 标识( v c i ) 进行区分的。 v e v c 物理传媒 图2 - 4v c 、v p 和物理传输通道的关系 v c v c v p 交换设备( 通常是交叉连接器和集中分配器) 仅对信元的v p 进行处理 和变换，功能较为简单，v c 交换设备( a t m 交换机、复接分接器) 则要同时对 v p i 、v c i 进行处理和变换，功能较为复杂。v p i 和v c l 只有局部意义，每个 v p i v c i 在相应的v p v c 交换节点被处理，相同的v p i v c i 值在不同v p v c 链 路段并不代表同一个“虚连接”。 2 2 3a i m 的连接方式 通过v c 建立连接有两种方式：交换虚通路( s v c ) 连接和永久虚通路( p v c ) 连接。s v c 是用户需要通信时，通过终端设备由信令建立的虚通路。s v c 类似 于电话网的用户线路，只有经过呼叫请求，网络为通信双方建立起相应虚通 路后，才能进行通信，通信完成后，由信令释放s v c 。使用s v c 的用户对网络 资源的利用率高，通信费用较低，是a t i a 网络中使用的主要通信方式。p v c 是 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 通过网管预先建立的，不论是否有业务通过或终端设备接入，p v c 一直保持， 直到由网管释放。因此，p v c 类似于电话网中的租用线路，经过p v c 连接的用 户需要通信时，不会因通信网络资源不够而导致通信失败。p v c 通常用于一些 特殊的用户，如信令信元的v c 必为p v c ，某些要求租用固定信道带宽的用户 也可设定为p v c 。使用p v c 的用户每次通信时无需呼q 请求，操作简便，通信 质量好，但其通信费用很高，且不能充分发挥a t m 网络的优势，因此，应用 范围较小。 a t m 中用户间有两种连接方式：点对点和点对多点。当两个用户进行通信 时，a t m 网络采用点对点的连接方式。多个用户之间需要通信时，采用点对多 点连接方式，例如通过a t m 网络进行电视节目的传送、多方电视会议等业务。 显然，多个用户通信时，点对多点方式较点对点方式节约了网络资源。 为了实现点对多点方式，a t m 交换机应具有广播( b r o a d c a s t ) 和组播 ( m u l t i c a s t ) 功能。广播是指一个用户对网络中所有用户进行信息传送的通信 功能，这种方式通常是单向的，适用于电视、广播节目的传送：组播是指一个 用户对网络中部分用户有选择地进行信元传递的通信功能，这种方式适用于 多方交互业务，如多方电视会议等。 2 2 4a t m 的发展趋势 1 9 8 7 年i t u t 将a t m 选为b - i s d n 中的转移模式，在此后5 年时间里，主 要是在学术界开展研究工作。1 9 9 1 年，由美国的4 家公司成立了a t m 论坛( a t m f o r u m ) 。目前参加这一组织的计算机厂家和通信厂家非常多。由于计算机厂 家的涉足，使得a t m 技术发展得非常迅速。有关a t m 标准化工作已经完成， a t m 产品( 包括a t m 专用芯片、a t m 交换设备、a t m 用户接入设备) 不断涌入市 场，a t m 商用网络已经得到大规模运用。 由于i n t e r n e t 及以太网技术近年来得到了快速的发展，一些人对a t m 技 术的发展前景提出质疑，但是a t m 在技术和经济方面仍然拥有优势，a t m 技术 在未来的通信网中仍然具有不可替代的地位。 当前，对接入网的讨论非常热闹，各种技术纷纷登台表演。然而，从长 远发展的角度来看，用户对信息需求量逐步增长的最终结果是，其他接入技 术( 包括所采用的物理传输媒介) 均不能满足带宽的要求。这时，具有巨大带 宽能力的光纤在宽带接入中的作用就显得更加突出。因此，迄今为止，人们 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 还是把光纤接入当作按入技术发展的主要趋势。f t t h ，甚至f t t d ( 光纤到桌 面) 仍然是人们努力的方向。从国际电联和f s a n 组织一直在致力于开发光接 入网方面的标准，特别是基于无源光网络( p o n ) 的宽带接入标准，可以明显 地看出这一趋势。 现有宽带p o n 的标准都是基于a t m 技术的，虽然i p 在核心网中由于其简 单等优势，被认为是发展的主流。但在网络的边缘，a t m 以其对业务的强大综 合、管理能力，以及对q o s 的保证，也被普遍认可。所以在接入网，a t m 的发 展前景尚可拭目以待。 a t m 和i p 之争由来已久，近年来i n t e r n e t 的急剧发展，网络的软硬件投 资也大大增加，并迅速占领了数据通信市场，这给a t m 的发展确实形成了较 大压力，但是a t m 与i n t e r n e t 并不是互斥的技术，i n t e r n e t 上运行的各种 高层协议都可以很容易地在a t m 中实现，随着用户对实时业务需求的增加， 目前i n t e r n e t 所依赖的i p 技术的弱点会逐渐显露，将i n t e r n e t 与a t m 结合 可以较好地解决这个矛盾，因此利用好了i n t e r n e t 可以对a t m 的发展起到促 进作用，这是a t m 发展的一个机会，如果a t m 的发展在今后几年内仍跟不上 i n t e r n e t 及需求发展的节拍，也很有可能被市场所抛弃。当然，从另一方面 我们也可以看到，市场并不是只对a t m 构成压力，近年来a t m 也同样在迅猛 发展，各国政府、公司及用户在a t m 上也投入了大量的资金，出于对这部分 投资保护，各种机构尤其是那些大通信公司一定会极力维护和促进a t m 的发 展。 2 3 本章小结 本章从a t m 技术的发展开始，介绍了a t m 技术的特点和优势。由a i m 是 一种基于信元的交换和复用技术，因此本章对信元头结构和含义作了较为详 细的说明。最后通过对a t m 技术发展前景的分析，说明了a t m 技术短期内不 会被i p 技术所取代，在现阶段还有开发的需求。 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 第三章a t m 的层次结构及业务类型 3 1a t m 的分层结构 3 1 1 b i s d n 参考配置与协议参考模型 为了实现用户设备的标准化接口，i t u t 将用户处的设备按照实际的物理 情况加以组群并将这种物理设备或设备组合的某些确定的安排称为功能群； 将用以分开功能群的概念性的点称为参考点。在b - i s d n 中，u n i 处的参考配 置如图3 1 所示。参考点为r 、s 。、b 、u 。，功能群有b - t e 2 、b - t e l 、b - n t 2 、 b - n t i ，其中b 表示宽带，t e 为终端设备，n t 为网络终端。参考点u 。为b - n t i 和公用a t m 网之间的接口，是公用u n i 接口，主要采用基于s d hs t m l 的 1 5 5 m b i t s 接口速率和s t m 一4 的6 2 2 m b i t s ；t 。也是公用u n i 接口；而s 。为专 用u n i 接口；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i e e e 8 0 2 3 ，接入n - i s d n 时，接口为i 4 3 0 或i 4 3 1 。 匦 r 匝丑寸旺懒 图3 - lb - i s d n 参考配置 _ + 一参考点 口功能群 为了保证各厂家的终端设备能互连通信，在i t u t 的建议i 3 2 l 中，定 义了b - i s d n 的协议参考模型( 图3 2 ) ，只要符合这个参考模型和相应标准的 任何两个系统均可互连进行通信。 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 b - i s d n 协议参考模型分成三个平面：用户面、控制面和管理面；三个功 能层：物理层、a t m 层和a t m 适配层( a a l ) 。 图3 - 2b - i s d n 协议参考模型 用户面传送用户信息，包括与业务相关的协议及数据、话音和视频信息； 控制面用于信令信息，包括连接建立、拆除等功能；管理面用于维护网络和 执行操作功能，其中层管理用于各层内部的管理，面管理用于各层之间管理 信息的交互和管理。 控制面和用户面只是高层和a a l 层不同，而a t m 层和物理层并不区分用 户和控制面，对这两个平面的处理是完全相同的。 各层还可细分为几个子层，各层和子层的功能如表3 - 1 所示。 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 表3 - 1b - i s d n 协议参考模型的分层及其功能 高层高层功能 c s会聚 a a l $ a r分段与组装 一般流量控制 层 信元头产生与提取 管 a t m 层 信元v p i v c i 翻译 理 信元复用和解复用 信元速率解耦 t c h e c 序列的产生检验 信元定界 物理层 传输帧产生恢复 比特定时 p m 物理媒介 3 1 2 物理层 物理层主要是提供a t m 信元的传输通道，将a t m 层传来的信元加上其传 输开销后形成连续的比特流，同时在接收到物理媒介上传来的连续比特流后， 取出有效的信元传给a t m 层。该层从上至下又可分为传输会聚子层t c 和物理 媒介子层p m 。 1 、物理媒介子层 p m 子层中关于物理媒介接口的定义有很多。目前i t u - t 只有基于s d h 和 基于信元的1 5 5 m 、6 2 2 m 和5 1 m 的接口，以及基于p d h 的e 1 接口，其它都是 a t m 论坛等机构的规范。 2 、传输会聚子层 t c 子层主要完成五个功能( 见表3 1 ) ，其中传输帧产生恢复、传输帧适 配是针对s d h s o n e t 、p d h 等具有帧结构的传输系统而言的，在这些系统中传 送a t m 信元时，必须将a t m 信元装入传输帧中。对基于p d h 的接口主要有两 种方法：一是直接映射，如在p d h 中用基于信元的传输方式，将a t m 信元顺 序放入p d h 帧的有效信息位中；二是成帧传送，定义种类似于s d h 虚容器 电子科技大学硕士学位论文a t m 网络自动保护倒换协议的研究与实现 概念的帧结构，将a t m 信元装入帧结构中，然后一起映射入p d h 帧中传送。 t c 子层的信元定界i t u t 建议采用h e c 方式，即将每犯比特进行c r c 计 算，若结果与其后的8 比特相等，则认为找到了一个信头。 信头差错控制也是通过h e c 实现的。发送端将信头的前犯比特组成的多 项式乘8 ，再经过生成多项式为x 8 + x 2 + x + 1 的c r c 运算，结果与0 1 0 1 0 1 0 1 相加，以提高信元定界的性能。h e c 可以纠正单比特错误，检测多比特错误， 并丢弃信头错误的信元。 信元速率去耦的作用是插入一些空闲信元将a t m 层信元速率适配成传输 线路的速率。 3 ，1 3a t m 层 a t m 层在物理层之上，利用物理层提供的服务，与对等层间进行以信元为 信息单位的通信。同时为a a l 层提供服务。a t m 层与物理媒介的类型以及物理 层的具体传送的业务类型也是无关的，a 丁m 层只识别和处理信头。a t m 层功能 可以分为三大类：信元复用解复用，有关信头的操作和一般流量控制功能。 信元复用解复用在a 州层和物理层的，r c 子层接口处完成，发送端a r m 层将具有不同v p i v c i 的信元复用在一起交给物理层；接收端a t m 层识别物理 层送来的信元的v p i v c i ，并将各信元送到不同的模块处理，如识剐出信令信 元就交控制面处理，若为o a m 等管理信元则交管理面处理。 信头操作在用户终端为填写v p i v c i 和p t ，在网络节点中为v p i v c i 翻 译。用户信息的v p i v c i 值在连接建立时可由主叫方设置；并经过信令的s e t u p 消息