现代交换原理-第7章-ATM交换技术复习过程

1、现代交换原理-第7章-ATM交换技术7.1 ATM与与B-ISDN的产生与发展的产生与发展电路传送模式电路传送模式CTM分组传送模式分组传送模式PTM电路交换电路交换实时语音实时语音业务业务公用公用电话网电话网分组交换分组交换突发数据突发数据业务业务公用分组公用分组交换网交换网异步传送模式异步传送模式ATM各种业务各种业务宽带综合业务宽带综合业务数字网数字网B-ISDN传送模式传送模式: 综合了传输、复用和交换有关方面的技术综合了传输、复用和交换有关方面的技术n电路传送模式(CTM)n固定分配带宽n面向物理连接n同步时分复用n适应实时语音业务n时间透明性n分组传送模式(PTM)n动态分配带宽n

2、面向无连接（逻辑链接）n统计时分复用n适应数据业务n语义透明性时间透明性：信息传送的时延和时延抖动要小时间透明性：信息传送的时延和时延抖动要小语义透明性：由传送引起的信息丢失和差错要小语义透明性：由传送引起的信息丢失和差错要小B-ISDN网对传送模式的要求网对传送模式的要求q 对信息的损伤要小对信息的损伤要小o 具有时间透明性具有时间透明性o 具有语义透明性具有语义透明性q 能灵活地支持各种业务能灵活地支持各种业务q 具有高速传送信息的能力具有高速传送信息的能力7.1 ATM与与B-ISDN的产生与发展的产生与发展7.1 ATM与与B-ISDN的产生与发展的产生与发展nATM融合了融合了CTM

3、和和PTM的特点的特点n（1）ATM看作看作CTM的改进的改进n（2）ATM看作看作PTM的改进的改进ATM与与B-ISDN的产生和发展的产生和发展1983年，美国贝尔实验室的年，美国贝尔实验室的Turner J.等人提出了快速分组交换（等人提出了快速分组交换（FPSFast Packet Switching）原理，研制了原型机。）原理，研制了原型机。同年，法国同年，法国Coudreuse J.P.提出了提出了ATD交换概念，并在法国电信交换概念，并在法国电信研究中心（研究中心（CNET）研制了演示模型。）研制了演示模型。 FPS和和ATD概念提出以后，很多设备制造公司、邮电管理部门和概念提出

4、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。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，年代中期，CCITT也开始了这种新的传送模式的研究。也开始了这种新的传送模式的研究。1988年，年，CCITT 18研究组决定采用固定长度的信元，定名为研究组决定采用固定长度的信元，定名为ATM，并认定，并认定B-ISDN将基于将基于ATM技术。技术。1990年，年，CCITT 18研究组制定了关于研究组制定了关于ATM的一系列建议，并在的一系列建议，并在以后的研究中不断地深入和完善以后的研究中不断地深入和完善。7.1 ATM与与B-ISDN的产生与发

5、展的产生与发展 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州的范围内的公用ATM宽带网。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，于宽带试验网，于1994年年11月开始运行，后来扩大到欧洲的十多个月开始运行，后来扩大到欧洲的十多个国家，是覆盖面较广的国家，是覆盖面较广的ATM试验网试验网 在亚洲的日本在亚洲的日本NTT与邮政省、香港电讯、新加坡电信、韩国电信、与邮政省、香港电讯、新加坡电信、韩国电信、泰国的亚洲电

6、信以及中国的广东、北京和上海电信管理局也进行过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以ATM为基础的宽带网试验。试验的业务平台有基于为基础的宽带网试验。试验的业务平台有基于TCPIP的宽的宽带数据、带数据、VOD、会议电视。试验的应用系统大致有家庭购物、远程、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。医疗、远程教学等。 7.1 ATM与与B-ISDN的产生与发展的产生与发展 公用网的公用网的ATM交换系统交换系统 公用网公用网ATM骨干交换系统必须具有高吞吐量和可扩骨干交换系统必须具有高吞吐量和可扩展性，吞吐量通常为展性，吞吐量通常为40160G。应能

7、支持各种接口、业。应能支持各种接口、业务和连接类型，并具有保证服务质量（务和连接类型，并具有保证服务质量（Qos）的业务流控）的业务流控制功能。制功能。 富士通富士通FETEX-150、爱立信的、爱立信的AXD301、西门子的、西门子的Main Street Xpress、 AT&T的的Globe View 2000、阿、阿尔卡特的尔卡特的1000AX、 北电的北电的Magellan Concorde等。等。 7.1 ATM与与B-ISDN的产生与发展的产生与发展 研究热点研究热点 ATM交换结构交换结构 ATM网的业务流控制网的业务流控制 话音通过话音通过ATM（VOA） IP与与A

8、TM的融合的融合 ATM与智能网（与智能网（IN）的结合）的结合 光光ATM交换交换 7.1 ATM与与B-ISDN的产生与发展的产生与发展7.2 ATM基本原理基本原理nATM特点：特点：n采用了固定长度的信元，并简化了信元头功能采用了固定长度的信元，并简化了信元头功能n采用了异步时分复用方式采用了异步时分复用方式n采用了面向连接的工作方式采用了面向连接的工作方式n采用了标准化的采用了标准化的ATM协议协议发送次序发送次序8 7 6 5 4 3 2 1 比特比特15 6.53发送次序发送次序信头（信头（5字节）字节）信息段（信息段（48字节）字节）7.2.1 ATM信元及其结构信元及其结构n

9、1、信元结构、信元结构n 信元（信元（53字节）由信头（字节）由信头（5字节）和信息段字节）和信息段（48字节）组成。字节）组成。字节字节2、信头结构、信头结构7.2.1 ATM信元及其结构信元及其结构UNINNIUNINNI：网络节点接口，无流量控制。网络节点接口，无流量控制。UNI：用户用户-网络接口，接入流量控制。由于网络接口，接入流量控制。由于B-ISDN的的UNI接入的终端数量可以很多，需要控制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流向网络的流量，以避免网络的短期过载B-ISDNGFC比特比特 8 7 6 5 4 3 2 1VPIVPIVCIVCIVCI

10、PTHECCLP1 2 3 4 5字节字节7.2.1 ATM信元及其结构信元及其结构n(1) UNI的信头结构的信头结构nGFC（Generic Flow Control）：一般流量控）：一般流量控制字段，制字段，4bit，用于接入流量控制。，用于接入流量控制。VPI/VCI：选路信息，唯一标识一个：选路信息，唯一标识一个逻辑子信道逻辑子信道。VPI（Virtual Path Identifier）：）：虚通道标志虚通道标志，8bit，可标，可标识识256条虚通道。条虚通道。VCI（Virtual Channel Identifier）：）：虚信道标志虚信道标志，16bit，可标识可标识655

11、36条虚信道。条虚信道。PT（Payload Type）：）：净荷类型净荷类型，3bit，表示信息段传送的，表示信息段传送的信息类型信息类型CLP（Cell Loss Priority）：）：信元丢弃优先权信元丢弃优先权，1bit，CLP=0，表示高优先级；，表示高优先级；CLP=1,表示低优先级，若遇表示低优先级，若遇到拥塞要丢弃信元时，到拥塞要丢弃信元时，CLP=1的信元将首先丢弃。的信元将首先丢弃。HEC（Head Error Control）：）：信头差错控制信头差错控制，8bit，检验，检验信头是否出错，不检测信息段。信头是否出错，不检测信息段。7.2.1 ATM信元及其结构信元及其

12、结构比特比特 8 7 6 5 4 3 2 1VPIVPIVCIVCIVCIPTHECCLP1 2 3 4 5字节字节7.2.1 ATM信元及其结构n（2）NNI的信头结构的信头结构n NNI信头不需要信头不需要GFC字段，从而使字段，从而使VPI扩展为扩展为12bit。总结总结nATM采用固定长度短信元采用固定长度短信元n“固定固定”：有利于硬件实现，速度快：有利于硬件实现，速度快n“短短”：信元传送时延和时延抖动小，满足实：信元传送时延和时延抖动小，满足实时业务要求。时业务要求。n无逐段链路的差错控制和流量控制无逐段链路的差错控制和流量控制n简化信头，减少节点处理负担，提高信头处理简化信头，

13、减少节点处理负担，提高信头处理速度，信元排队时延大大缩短。速度，信元排队时延大大缩短。7.2.2 异步时分复用技术异步时分复用技术n电路交换n同步时分复用n固定资源分配n固定速率n硬件实现n分组交换n统计时分复用n动态资源分配n可变速率n软件实现nATM交换n异步时分复用n动态资源分配n可变速率n硬件实现3 2 13 2 13 2 1分组头（分组头（LCN）信头（信头（VPI,VCI）1、虚通道与虚信道、虚通道与虚信道 ATM传输通道可分割成若干个逻辑子信道传输通道可分割成若干个逻辑子信道 ，为便于应，为便于应用和管理，逻辑子信道可按两个等级来划分：用和管理，逻辑子信道可按两个等级来划分： 虚

14、通道（虚通道（VP-Virtual Path） 虚信道（虚信道（VC-Virtual Channel ）7.2.3 面向连接工作方式面向连接工作方式虚信道虚信道 (VC)虚信道（虚信道（VC）虚通道虚通道 (VP)虚通道虚通道(VP)传输通道传输通道虚通道虚通道(VP)包括多条包括多条VC虚信道虚信道(VC)ATM端节点之间的端节点之间的逻辑通路逻辑通路p 向北京方向（用向北京方向（用VPI = 1标识）的标识）的3个通信，两个是数个通信，两个是数据通信，一个是电话通信（分别用据通信，一个是电话通信（分别用VCI = 4、5、6标识）标识）p 向广州方向（用向广州方向（用VPI = 2标识）的

15、标识）的2个通信，一个是视个通信，一个是视频通信，一个是电话通信（分别用频通信，一个是电话通信（分别用VCI = 5、6标识）标识） 7.2.3 面向连接工作方式面向连接工作方式虚通道（虚通道（VP）:由由ATM信头中信头中VPI标记。标记。虚信道（虚信道（VC）:由由ATM信头中信头中VCI标记。标记。注意注意n1、一个逻辑子信道由（、一个逻辑子信道由（VPI,VCI）唯一标识。）唯一标识。n2、 VPI和和VCI只在每段传输通道上有意义，只在每段传输通道上有意义，不具有端到端的含义。不具有端到端的含义。n3、在每段传输通道上，、在每段传输通道上，VPI唯一；唯一； 在在VP内，内，VCI唯

16、一。唯一。2、 VPC（虚通道连接）和（虚通道连接）和VCC（虚信道连接）（虚信道连接） 虚连接虚连接：由每段传输通道上选定的逻辑子信道串接起来构：由每段传输通道上选定的逻辑子信道串接起来构成的源端到目的端的通信连接。成的源端到目的端的通信连接。 虚信道连接虚信道连接VCC：是：是VCC端点之间的端点之间的VC级端到端的连接，级端到端的连接，由多条由多条VC链路链路串接而成，串接而成，VCI用来识别一条用来识别一条VC链路链路。 虚通道连接虚通道连接VPC：是：是VPC端点之间的端点之间的VP级端到端的连接，级端到端的连接，由多条由多条VP链路链路串接而成，串接而成，VPI用来识别一条用来识别

17、一条VP链路链路。7.2.3 面向连接工作方式面向连接工作方式虚信道连接（虚信道连接（VCC）虚通道连接（虚通道连接（VPC）VC链路链路VC链路链路VC链路链路VCIXVCIyVCIZVP链路链路VP链路链路VP链路链路VPIXVPIyVPIZ7.2.3 面向连接工作方式面向连接工作方式3）VP交换和交换和VC交换交换 VP交换是指仅变换交换是指仅变换VPI值而不改变值而不改变VCI值的交换，即值的交换，即只只进行虚通道的交换，虚通道里面的虚信道并不进行交换进行虚通道的交换，虚通道里面的虚信道并不进行交换。 7.2.3 面向连接工作方式面向连接工作方式 VC交换是指交换是指VPI值与值与VC

18、I值都要进行改变的交换。因为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，即虚通道也要进行交换，即虚通道和虚信道都要进行交换虚通道和虚信道都要进行交换。 7.2.3 面向连接工作方式面向连接工作方式 ATM连接的建立过程就是在源连接的建立过程就是在源ATM端点与目的端点与目的ATM端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，找寻空闲的各段传输通道上，找寻空闲VC链路和链路和VP链路，分配链路，分配VCI与与VP

19、I，建立相应，建立相应VCC与与VPC的过程，的过程， 7.2.3 面向连接工作方式面向连接工作方式ATM虚连接建立的方式有两种方式：虚连接建立的方式有两种方式：q 永久虚连接（永久虚连接（PVC：Permanent Virtual Connection）q 交换虚连接（交换虚连接（SVC：Switching Virtual Connection） PVC是由管理面控制建立的永久和半永久连接，用户在传是由管理面控制建立的永久和半永久连接，用户在传送信息前不需要建立过程。送信息前不需要建立过程。 SVC是由信令控制建立的连接，用户在传送信息前要建立是由信令控制建立的连接，用户在传送信息前要建立连

20、接，信息传送完毕则拆除虚连接。连接，信息传送完毕则拆除虚连接。 VPC 和和 VCC 都可有都可有PVC和和SVC的虚连接。的虚连接。7.2.3 面向连接工作方式面向连接工作方式物理层物理层ATM层层ATM适配层适配层(AAL)高层高层高层高层控制面控制面用户面用户面管理面管理面面管理面管理层管理层管理7.2.4 ATM协议参考模型协议参考模型B-ISDN协议参考模型由协议参考模型由3个平面组成个平面组成 用户面用户面（User Plane）：）： 负责用户信息的传送，采用分层结构。负责用户信息的传送，采用分层结构。控制面控制面（Control Plane）：）： 提供呼叫和连接的控制功能，主

21、要涉及信令功能，也采提供呼叫和连接的控制功能，主要涉及信令功能，也采用分层结构。用分层结构。管理面管理面（Management Plane）：）： 提供面管理与层管理两种管理功能。面管理实现与整个提供面管理与层管理两种管理功能。面管理实现与整个系统有关的管理功能，并完成各个面之间的协调功能；层管系统有关的管理功能，并完成各个面之间的协调功能；层管理实现网络资源与协议参数的管理，并处理各层中的操作与理实现网络资源与协议参数的管理，并处理各层中的操作与维护（维护（OAM）信息流，面管理不分层，层管理是分层的。）信息流，面管理不分层，层管理是分层的。7.2.4 ATM协议参考模型协议参考模型B-IS

22、DN协议参考模型的分层结构含有协议参考模型的分层结构含有4层，从下层，从下到上为：到上为：物理层物理层、ATM层层、ATM适配层适配层（AAL：ATM Adaptation Layer）和）和高层高层。7.2.4 ATM协议参考模型协议参考模型AAL层层ATM层层物理层物理层高层高层ATM端系统之间的信息传递端系统之间的信息传递将不同类型将不同类型业务的信息业务的信息流适配成流适配成ATM信元信元（只信息段）（只信息段）加上信加上信头形成头形成ATM信信元（除元（除HEC）AAL层层ATM层层物理层物理层AAL层层ATM层层物理层物理层ATM层层物理层物理层物理媒介物理媒介物理媒介物理媒介加上

23、加上HEC组成完整信元，组成完整信元，将信元组成传输帧，以将信元组成传输帧，以比特流形式传输比特流形式传输ATM端系统端系统ATM交换机交换机ATM端系统端系统 负责通过物理媒体正确、有效地传送信元。负责通过物理媒体正确、有效地传送信元。物理层物理层传输帧的创建传输帧的创建/恢复恢复 在发送端要将信元流封装成适合传输系统要求的帧在发送端要将信元流封装成适合传输系统要求的帧结构。结构。传输帧适配传输帧适配 在信元流与传输帧转换时完成格式的适配在信元流与传输帧转换时完成格式的适配信元定界信元定界 利用利用HEC字段，在比特流中识别信元的边界。字段，在比特流中识别信元的边界。 信头处理信头处理 在发

24、送端生成字节的在发送端生成字节的HEC字段，在接收端利用字段，在接收端利用HEC字字段，进行信头检验，错误的信元被丢弃，正确的送至段，进行信头检验，错误的信元被丢弃，正确的送至ATM层。层。信元速率去耦信元速率去耦 为了使为了使ATM层传送信元的速率不受传输媒体速率的影响，层传送信元的速率不受传输媒体速率的影响，可以在发送端物理层插入空闲信元（可以在发送端物理层插入空闲信元（idle cell），以将），以将ATM层信元流的速率适配成传输媒体的速率。层信元流的速率适配成传输媒体的速率。 在接收端，识别出空闲信元予以丢弃，不送往在接收端，识别出空闲信元予以丢弃，不送往ATM层。层。物理层物理层

25、ATM层的主要功能是负责信元的交换、选路和复用。层的主要功能是负责信元的交换、选路和复用。信元的复用与解复用信元的复用与解复用 在发送端，利用（在发送端，利用（VPI,VCI）将不同链接的信元复用成物理层）将不同链接的信元复用成物理层单一的信元流；在接收端进行解复用。单一的信元流；在接收端进行解复用。VPI/VCI处理处理 由由ATM交换节点将输入（交换节点将输入（VPI,VCI）值改写为输出的）值改写为输出的（VPI,VCI）值。）值。ATM层层信头处理信头处理在发送端产生信头（除在发送端产生信头（除HEC字段），在接收端翻译信头。字段），在接收端翻译信头。一般流量控制一般流量控制 在发送端

26、产生在发送端产生GFC字段，在接收端利用字段，在接收端利用GFC字段进行接入字段进行接入流量控制。流量控制。服务质量（服务质量（QoS）保证）保证ATM层层1）AAL层的功能层的功能 主要功能是将高层业务信息或信令信息适配成主要功能是将高层业务信息或信令信息适配成ATM信元流。信元流。2）AAL类型类型 为了适应不同业务类型的需要，为了适应不同业务类型的需要，ITU-T定义了类定义了类AAL：AAL1、AAL2、 AAL3/4、AAL5。 AAL1规程用于支持实时的恒定比特率业务，如语音。规程用于支持实时的恒定比特率业务，如语音。 AAL2规程用于支持可变比特率的实时业务，如采用压缩技规程用于

27、支持可变比特率的实时业务，如采用压缩技术的视频传输。术的视频传输。AAL层层 ATM交换交换是指是指ATM信元从输入端的逻辑信道到信元从输入端的逻辑信道到输出端的逻辑信道的信息传递过程。输出端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信令的要输出逻辑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。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：逻辑信道具有两个特征：q 物理端口物理端口(线路线路)编号编号q VP与与VC标识符标识符(VPI/VCI) 为了提供交换功能，输入物理端口必须与输出为了提供交换功能，输入物理端口必须与输出物理

28、端口相关联；输入物理端口相关联；输入VPI/VCI与输出的与输出的VPI/VCI相关。相关。7.3、ATM交换的基本原理交换的基本原理 ATM交换系统执行三种基本功能：交换系统执行三种基本功能： 信头翻译、路由选择和排队信头翻译、路由选择和排队信头翻译：信头翻译： 信头翻译主要是指信头翻译主要是指VPI/VCI值的变换，即入值的变换，即入VPI/VCI变换为出变换为出VPI/VCI。VPI/VCI的变换体现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。为中的信息被传送到出线上的另一逻辑信道中去。为了实现