现代交换原理

现代交换原理之 ATM交换技术 序言 简单介绍各种交换技术 然后重点介绍ATM交换技术一 ATM产生的原因二 异步转移模式基础三 ATM交换的基本原理四 ATM交换机的模块结构五 信元交换结构六 连接建立和清除 目录 各种交换方式 电路交换报文交换分组交换帧中继ATM交换IP交换光交换 交换方式又称为传送模式 同步传送模式 分组传送模式 电路交换 多速率电路交换 快速电路交换 ATM交换 快速分组交换 帧交换 分组交换 ATM交换 ATM交换也叫异步转移模式 是一种全新的交换技术 融合了电路交换和分组交换的优点 这里的 转移模式 是对通信网络中传输 复用和交换等过程的综合表述 而 异步 则是针对 同步 而言的 利用ATM交换可以实现高速数据传输 简单的来说其实就是这样 异步分组交换 按需分配带宽 信元就是分组各信元不需要严格按照一定的规律出现传递模式传输复用交换 一 ATM产生的原因 长期以来电路交换和分组交换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 二 异步转移模式基础 1 ATM可以看作是电路传送方式的演进2 ATM可以看作是分组传送方式的演进 a ATM传送模式 b ATM信元 ATM信元结构在ATM中 各种信息的传输 复用与交换都以信元为基本单位 ATM信元实际上就是固定长度的分组 为了与分组交换方式中的 分组 相区别 才将ATM传送信息的最小单元叫作信元 ATM信元有固定的长度与固定的结构 ATM信元长度固定为53个byte 其中前5个byte是信头 header 其余48个byte是信息段 也称为净荷 payload 信元的组成结构 ATM信元的净荷类型 c ATM分层参考模型 从纵向看有三个功能面控制面用户面管理面 ATM层 利用物理层提供的信元传送功能向外部提供传送ATM业务数据单元的功能 四种功能 信元复用和解复用 VPI 虚通路标识符 VCI 虚信道标识符 处理 信头处理 一般流量控制物理层 利用通信线路的比特流传送的功能 实现传送ATM信元的目的 四种功能 线路编码 时钟提取 信元定界 信头差错控制域检验等 三 ATM交换的基本原理 ATM交换指ATM信元通过ATM交换系统从输入的逻辑信道到输出的逻辑信道的信息传递过程 输出逻辑信道的确定是根据连接建立请求在众多的输出逻辑信道中进行选择来完成的 ATM逻辑信道是由物理端口 入线或出线 编号和虚通道标识 VPI 与虚信道标识 VCI 共同识别的 ATM交换的基本原理 ATM交换的三个基本功能 选路 信头翻译与排队 选路就是选择物理端口的过程 即信元可以从某个入线端口交换到某个出线端口的过程 选路具有空间交换的特征 信头翻译是指将信元的输入信头值 入VPI VCI 变换为输出信头值 出VPI VCI 的过程 VPI VCI的变换意味着某条入线上的某个逻辑信道中的信息被交换到另一条出线上的另一个逻辑信道 信头翻译体现了ATM交换异步时分复用的特征 信头翻译与选路功能合作共同完成ATM交换 信头翻译与选路功能的实现是跟据翻译表进行的 而翻译表是ATM交换系统的控制系统依据通信连接建立的请求而建立的 排队是指给ATM交换网络 也叫交换结构 设置一定数量的缓冲器 用来存储在竞争中失败的信元 避免信元的丢失 由于ATM采用异步时分复用方式来传输信元 因而经常会发生同一时刻有多个信元竞争公共资源的情况 例如争抢出线 出线竞争 或交换网络内部链路 内部竞争 因此ATM交换网络需要有排队功能 以免在发生资源争抢时丢失信元 四 ATM交换机的模块结构 ATM交换机由五大功能模块组成 即入线处理模块 出线处理模块 交换单元模块 呼叫处理模块和呼叫接纳控制 CAC 拥塞控制和资源管理模块 入线处理模块 信元定界 信元有效性验证和信元类型分类 将输入比特流分解成长度为53字节的信元 然后再检测信元的有效性 将空闲信元 未分配信元及信元出错的信元丢弃 最后将有效信元提交给交换模块进行交换出现处理模块 与入线处理模块相反 将交换机输出的信元流以及信令信元流复合形成送往出线的特定形式的比特流 并完成信息信元流速率和线路传输速率的适配 呼叫处理和接纳控制 完成虚信道和虚通道的建立和拆除 发送信令信元 交换单元模块 完成交换动作 将某输入线上的信元交换到某输出线上 拥塞控制和资源管理模块 对网络资源和拥塞进行控制和管理 五 信元交换结构 ATM可以划分为三类 共享存储型 共享媒体型 空分型 共享存储型交换结构交换过程 输入时 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 共享媒体型交换结构 总线型交换结构 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 信元通过数据总线传送 在发送信元中 端口地址信号会附加在信元中 空分交换结构空分型交换结构是一种矩阵交换结构 多条入线和出线分别接到空分交换矩阵 在空分交换矩阵入线和出线的交叉点处相当于有一个开关 通常这些开关是触点开关或电子开关 当入线 出线数目增加时 交换矩阵的节点数呈平方级数增长 这会使整个控制结构复杂化 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 六 连接建立和清除 通过发呼叫建立请求和释放请求完成 连接建立和清除 主叫用户在指配的信令虚信道中发送SETUP消息以启动呼叫的建立 其中包括所选定的呼叫参考值 在SETUP消息中 ATM业务流描述 宽带承载能力和QoS参数是必备的信息单元 此外还包括用于呼叫建立所需的全部或部分地址信息 络侧收到SETUP消息后如果可以接受和处理这一呼叫 就发回CALLPROCEEDING消息 作为对SETUP消息的证实 并指示呼叫正被处理 在CALLPROCEEDING消息中包含的连接标识信息单元中 指明了网络侧所分配的VPCI VCI值 这里用VPCI 虚通道连接标识 而非VPI 是由于信令虚信道可控制多个接口 VPCI相当于接口号和VPI 如只控制一个接口 则用户侧的VPCI就等于VPI 当已向被叫地址启动警示 例如电话呼叫的振铃 网络向主叫用户发送RING消息 当被叫接受这一呼叫 网络向主叫用户发送CONNECT消息