第七章ATM交换技术.ppt

第七章ATM交换技术 7 1引言 7 2ATM转移模式基础 7 3ATM交换基本原理 7 4ATM转移模式基础 7 5ATM交换模块结构 7 6ATM信元交换机构 7 7ATM输入输出模块 7 8ATM交换的呼叫和连接控制 电路交换 7 1引言 利用固定速率的信道在用户之间建立连接 连接一经建立 信道独享 实时性强 时延小 无法胜任数据率和数据传输突发的状况 分组交换 数据分割成分组 存储 转发 采用虚电路或者数据报方式传输 信道不独占 数据传输效率高 能适应不同传输速率 交换节点上有排队延迟且不确定 无法满足实时性要求 未来有哪些业务 需要多少带宽呢 宽带网络如何适应各种信道速率且具有低时延特性 宽带网络如何在满足上述要求的情况下做到具体业务的无关性呢 ATM 7 2ATM转移模式基础ATM AsynchronousTransferMode一 ATM传送模式ATM的传送模式本质上是一种高速分组传送模式 它将话音 数据 图象等所有的数字信息分成固定长度 48字节 的数据块 并在各数据块前装配地址 信元丢失优先级 流量控制 差错控制 HEC 信息构成的信元头 5字节 形成53字节的信元 将信息分组 ATM采用统计时分复用技术将来自不同信息源汇集到一起 在一个缓冲器内排队 然后按先进先出的原则将信元逐个输出到传输线路上 每个信头中的虚通路标识 虚信道标识 VPI VCI 作为地址标志 网络根据信头中的地址标志来选择输出端口转移信元 ATMandSTM STM属于时分电路交换 ATM属于面向连接的 固定数据包长度的分组交换 ATM信元 cell 结构 ATM的特征 1可以看作是电路传送方式的演进时隙 固定长度的信元a 传送速率可以再用户之间自由分配b 提高信道利用率2可以看作是分组传送方式的演进ATM信元可以看作是一种特殊的分组 ATM传送与分组传送的主要不同点 1使用固定长度的分组 信元 并且使用了空闲信元填充信道 使信道分成等长的时间段 因此可以硬件实现交换提高了速度 2不使用逐段反馈重发方法 用户可以在必要时使用端到端的差错纠正措施 3可以由用户在申请信道时提出业务质量要求 对话音 数据 图象对应不同的业务质量要求 二ATM信元传送处理原理1误码处理方法 通过对信头部分的HEC headererrorcontrol 的检验可以纠正信头中的一位错码和发现多位错码 若检验出信头有错而无法纠正时则丢弃该信元对信元中的信头可以纠正一位错码和发现多位错码 若错码多于一位而无法纠正则丢弃该信元 对信元中的信息域不采取任何的检错和纠错措施 2信元定界方法 信元定界 在比特流中界定各个信元 ATM信元中无分隔符 是通过HEC定界 HEC位于每个信元信头的尾部 占一个字节 3信道填充当发送端无信元时 发送空闲信元 使信道一直处于信元传送状态 且信道分成相等的时间小段 便于收 发同步和交换的硬件实现 4面向连接的工作方式ATM是面向连接的 连接是虚电路连接 虚电路是一段一段的逻辑信道连接形成 逻辑信道 用虚电路VP VirtualPath 和虚信道VC VirtualChannel 共同表示 一条物理通路中包含有一定数量的虚电路VP 一条虚通路中包含有一定数量的虚信道VC 逻辑信道表示为某个VP中的某个VC 即用VPI VCI VCIdentify 标识 ATM实体 端点或连接点 可具有VP交换或VC交换 也可以兼具VP和VC交换 VP交换 交换时VPI值要改变而其中包含的所有VCI值不变 VC交换 交换时 VPI值和VCI值都要改变 ATM实体可以是ATM交换机或ATM交叉连接器 具有交换虚连接的是交换机 交叉连接器只具有永久虚电路PVC的交换功能 13 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 14 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 15 16 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 17 18 VC VP交换的具体示例 a VP交换过程 b VC交换过程 19 注意 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 1ATM交换 是基于路由选择表 利用信头的路由选择标识符 VPI和VCI 将ATM信号从输入线路传送到指定的输出线路 2ATM交换应完成的功能 空间交换 又叫路由选择 即将信元从一个传输线传送到另一条编号不同的传输线上 排队输出线路都对应有一个FIFO的缓冲器 信元首先交换到对应输出线路的FIFO缓冲器 等待输出 以免多个入线上的信元同时交换到同一出线上而发生信元丢失 7 3ATM交换的基本原理 3信头变换信元交换到出线上后 入VPI和VCI改成出VPI VCI 意味着从入线上的某个逻辑信道交换到出线上的某个逻辑信道上 4ATM参考模型 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 23 三个面使用物理层和ATM层工作 24 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 25 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 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 26 2 ATM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 27 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 28 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 29 3 ATM适配层ATM适配层AAL ATMAdaptationLayer 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 30 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 31 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 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 7 4ATM交换机的模块结构 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 光电信号转换信元定界信头差错检查VPI VCI有效性检查及翻译输出端口确定数字比特流恢复丢弃空闲信元信元交换机CSF 实现信元在模块间传递输出模块OM 为ATM信元流的物理传输做准备 VPI VCI值的插入HEC域的产生并装入信头加入空闲信元光电信号转换 输入模块IM 接收输入信元 为路由选择做准备 接续容许控制CAC 处理和翻译信令信息 容许接续与否 产生后续的信令信息系统管理SM 执行一切管理和通信控制功能 7 5信元交换机构 一共享存储型交换结构 35 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 交换过程 输入时将各个输入端口的信元流复接成一条高速信元流 写入到RAM中 每个输出端口对应一个队列 输入信元写入RAM时 是根据信元中的VPI VCI决定写入到哪个队列中 从RAM中读出 输出时 轮流从各个队列中读取一个信元 输出信元流分接后到达各输出端口第一步完成空间位置到时间位置的转换 第二 三步通过写入RAM 缓存 读出RAM完成时间位置交换 第四步完成时间位置到空间位置转换 统计时分复用信号没有明确的时隙交换 按照先来先到复用到信道上 这种交换结构要求 处理时间短 由VPI VCI决定写入哪个队列 RAM读写时间短 二共享媒体型交换结构 总线型交换结构 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 AF Addressfilter地址过滤器输出端口利用地址过滤器将发往本端口的信元接收下来 信元道过数据总线传送 在发送信元中 端口地址信号会附加在信元中 FIFO 先进先出缓冲器这种结构要求时分总线和FIFO的速度高 FIFO最快速度与时分总线的速度一致 三空分交换结构在统计时分复用中广泛使用的空分交换网络是Banyan网络 榕树网络 Banyan网络是由2 2交换单元按一定规律连接形成的多级交换网络 N N的Banyan网络有 2N M级 有N 2 2N个2 2交换单元 特点 路径唯一 每一条入线与每一条出线之间有唯一路径 自选路由 由于路径唯一 给出出线号 网络就会自选路由 有阻塞将M级的Banyan网络扩展到2M 1级 就得到无内部阻塞的 如将M级的Banyan网络扩展到2M 1级的对称折叠式的网络叫BENES网是无内部阻塞的 7 6输入和输出模块 输入和输出模块是信元流出入ATM交换系统的出入口 输入模块 接收信元 对信元交换作用作辅助性预处理 将信元转换成适合于内部交换的信元流 输出模块 实现内部信元流的接收和进一步传送的处理 一输入模块 SDH Sychronousdigitalhierarchy同步数字体系SM SystemManagement系统管理CAC Connectionadmissioncontrol连接允许控制UPC usageparametercontrol占用参数控制NPC Networkparametercontrol网络参数控制 SDH功能 为了适配ATM信元物理层传送规范的所有实现技术的统称 包括向物理层发送ATM信元 输出模块的完成 和从物理层接收ATM信元 输入模块完成 SDH功能接收包括光电转换 线路解码 比特定时恢复 提取定时时钟 UPC占用参数控制用于用户网络接口 NPC网络参数控制用于网络节点接口 UPC NPC主要用于信头差错计数和业务流量控制 根据VPI VCI进行业务流量统计 信元处理 识别信令信元和管理信元并提取 分别送往CAC和SM 用户数据信元则翻译PI VCI 加上内部标签 包括源用户 目的用户 输出端 信元类型等 二输出模块 信元处理 传输会聚 SDH功能 ATM SDH OM SM 管理信元 信令信元 OM CAC SM CAC HEC产生 信元编码 信元映射和信元速率匹配 传输会聚功能流图 信息域配置 线路编码比特定时光电转换 ATM SDH SM或OM SM SDH功能模块 SDH附加位产生 SDH信息帧创建 信元映射 将ATM信元装入SDH信息域信元速率匹配 加入空闲信元信元处理 管理信元插入 信令信元插入 内部处理 信元 信元 管理 信令 用户 管理信元 信令信元 SM CAC VP VC数据库 7 7ATM交换的呼叫和连接控制 一ATM请求式连接早期ATM主要实现永久虚连接PVC 现在注意交换式虚连接SVCATM请求连接支持14种功能 略二关于ATM寻址交换式虚呼叫 SVC 加入ATM操作后 标准化源和目的地址成为必要 ATM寻址根据OSI网络业务接入点 NSAP 建立的 即由NSAP层给出ATM地址 三地址登记四连接控制消息 信令 五连接建立和清除 通过发呼叫建立请求和释放请求完成 呼叫参考地址业务QOS 呼叫参考VP VCI 用户 呼叫参考 SETUP 呼叫建立 呼叫进行 CONNECT 连接应答 ATM网络 用户 SETUP 呼叫进行 分配资源 通路查找 构筑VC表 连接 完成VC创建 连接应管 呼叫参考 呼叫参考地址业务特性QOSVP VCI 连接建立过程 用户交换信息 呼叫参考 呼叫参考 呼叫参考 呼叫参考原因 用户 ATM网络 用户 呼叫参考原因 呼叫参考原因 RELEASE RELEASE RELEASECOMPLETE 释放完成 连接释放过程 呼叫参考Callreference是由NNI用户网络接口发出呼叫的一侧分配其值 以使消息与特定的呼叫相联系 呼叫参考原因 复习 第一章概论通信网的三个要素 交换设备的概念 或功能 电路交换报文交换分组交换帧交换ATM交换判断 计算机数据可采用电路交换方式实现交换 正确 概念 特点 分别适用于什么通信网 多路复用技术有哪些 同步时分复用