《通信网理论与技术》课件第7章

第7章宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM7.1概述7.2ATM通信网技术7.3ATM分层模型7.4ATM交换机7.5ATM通信网接口7.6ATM通信网信令7.7ATM与IP结合技术7.8虚拟专用网VPN7.1概

述

7.1.1交换方式的演进

1)电路交换以电路连接为目的的交换方式是电路交换方式。电路交换是指在任意两个终端之间建立一条暂时连接电路的交换方式,这个电路是一条实际的物理通路,用户在通信中自始至终独占该条通路进行信息传输,不许其他终端同时共享该通路,直到连接释放为止。电路交换方式适用于话音等实时性业务。

2)分组交换分组交换方式也称包交换,它不是以电路连接为目的,而是以信息分发为目的。既然是以信息分发为目的,那么要传输的信息就不能直接送到线路上,而是要传给处理机。分组交换机不是先建立通路再接收分组信息,而是先接收分组信息再等候空闲通路,即按信息存储→信息处理→信息转发方式工作。处理机要将来自用户的每个信息裁剪并封装成若干不等长的数据块,以减少存储时间。在每个数据块中加上必需的控制信息(如地址信息等),然后按规定的格式进行排列,组成一个个数据分组送到输出队列上排队等待处理。交换机根据每个分组的地址信息,为分组寻找各自独立的最佳可用输出路径将数据块传输出去。到目的地后由分组交换机拆包,然后根据分组头的附加控制信息(如分组始标志、源地址、目的地址、控制信息、逻辑信道编号、分组编号、最末分组标志等)重新按顺序装配成完整的每个信息。

分组交换方式适用于数据业务。

3)ATM交换

ATM属于快速分组交换技术的一种方式，它较好地解决了电路交换方式和分组交换方式都不能满足综合业务环境下使用要求的问题。ATM采用的是一种统计时分复用技术,在这种模式中,虽保持了时隙的概念,但取消了同步传输模式(STM)中帧的概念,在ATM时隙中,用户的信息被裁剪组织成53字节固定长度的短信元格式,且来自同一用户的信息(信元)的出现并不需要周期性,在一帧中占用的时隙数也不固定,可以有1至多个时隙,各时隙之间并不要求连续,纯粹是“见缝插针”。从这个意义上来看,这种转移模式是异步的,电路资源可被多个用户所共享,信号传输速度快,电路利用率高。

表7.1电路交换、分组交换、ATM交换的比较

表7.1电路交换、分组交换、ATM交换的比较

7.1.2ISDN的基本概念

1.ISDN的特性

ISDN有三个主要特性分别如下:

(1)端到端的数字连接。目前,从电话局到用户仍然是模拟信号,且向用户提供的仍只是电话这一单纯业务。ISDN的实现,使电话局和用户之间即使采用一对铜线,也能够做到数字化。

(2)广泛的业务应用。实现了端到端的数字连接,就可向用户开通话音、数据、文字、图像等多种业务,从而使电话、传真、数据、图像等多种业务综合在一个统一的数字网络中进行传输和处理。

(3)标准且多用途的入网接口。所谓“多用途”是指入网接口对各种各样的业务都可以通用,也就是说不同的业务或不同的终端可通过同一个接口接入综合业务数字网。

2.ISDN的不足

ISDN的初期是窄带综合业务数字网(N-ISDN),其标准经ITU-T建议形成了一整套完整的系列标准。然而N-ISDN的发展却一直不理想,究其原因主要是N-ISDN体制是建立在双绞线模拟传输的基础上的,因而带宽的限制使其无法提供十分吸引人的宽带新业务。未来的通信业务不仅要求通信多样化、高速化、综合化等,而对数据、图像、传真等业务的要求也会越来越高。只具有基本速率(2B+D)接入和基群速率(30B+D)接入两种接口的N-ISDN无法综合传输宽带业务。在宽带业务中,一个传输高分辨率视频要求的速率大约就是150Mb/s量级,若要同时支持多个交互式或分布式服务,一个用户线的总容量需求可达600Mb/s量级,所以说随着用户信息传输量和传输速率需求的不断提高,N-ISDN确实难以应付日益复杂多变的网络环境。7.1.3B-ISDN的概念

1.B-ISDN技术

B-ISDN在提供综合业务服务的基本思想上与N-ISDN完全一致。不同的是N-ISDN支持速率低于2.048Mb／s的业务,传递方式和媒质主要是以准同步传递方式(PlesioshronousDigitalHierarchy,PDH)和双绞线为基础的。而B-ISDN支持速率高于1.5Mb／s的业务,传递方式以异步转移模式(AsynchronousTransferMode,ATM)、同步数字系列(SynchronousDH,SDH)以光缆媒质传输为基础。

ATM技术为什么可以支持B-ISDN呢？在N-ISDN用户线上,SDH通过同步时分复用的方法向用户提供两个64kb／s的信道,用户只能利用已经划分好的这些子信道进行通信,而不能采用其他通信方式,加上带宽不够等原因使业务的种类受到了限制。B-ISDN的目标是向用户提供电话、电视、数据和图像等综合业务服务,这些业务要求的通信速率相差悬殊,即使在同一类业务中也可能有多种不同的通信速率要求。如果B-ISDN也采用N-ISDN的同步时分复用方法,将155Mb／s的信息传输按照一种固定的速率分配方案分割成若干个固定子信道,则不可能满足未来业务所要求的灵活性,也不能有效传输可变比特率信息。由此说明,B-ISDN不能采用同步时间分割方法,只能采用异步时间分割方法,即异步转移模式。

2.B-ISDN业务

B-ISDN业务分交互型业务和分配型业务两种。图7.1为基于ATM的宽带多媒体网络业务分类。

图

7.1基于ATM的宽带多媒体网络业务

1)业务比特率特征

B-ISDN业务速率跨度大,并且保持时间也相当悬殊。从业务的自然特性方面来看,用户希望B-ISDN网络能够从速率最低的报警/监控系统(几b/s)数据到超高清晰度的图像业务(大约500Mb/s)信号,甚至超高速的大容量数据(若干Gb/s)都以统一的方式进行传输和交换,并实现资源共享。

表7.2给出B-ISDN能支持的业务速率范围。

表7.2B-ISDN可支持的业务速率

图

7.2宽带网业务的比特率与保持时间

2)业务突发性特征可变比特率业务在通信过程中其信息率随时间而变化,如图7.3所示。

图

7.3可变比特率随时间的波动

在图7.3中,信号S(t)的突发持续时间为t,峰值速率S＝MaxS(t),平均速率,突发度

表7.3宽带业务的平均速率及其突发度

3)多媒体业务成分特征许多宽带业务由多种媒体成分构成,例如会议电视业务就包括声音、图像及一定的文本数据信息,这类业务称为多媒体业务。多媒体业务要求宽带网络同时为其建立多个连接,并且根据不同的业务要求动态地加入新连接或撤消已有连接。除此之外,网络还应保持各媒体成分之间的交叉同步。

表7.4列出了几种宽带业务及其业务成分。

表7.4几种宽带业务及其业务成分

4)应用要求特征

(1)CBR(ConstantBitRate)业务。这类业务要求B-ISDN网络对每一个所建立的连接都传输恒定的信息流,而不管所传输的信息是不是每时每刻都有意义。CBR业务通常是针对一些实时性的应用,这些应用一般都有非常严格的时延限制,并且分组丢失率低。例如,话音业务和交互式实时图像业务等就属于CBR业务。

(2)VBR(VaribleBitRate)业务。这类业务允许B-ISDN网络以可变带宽来传输和交换其信息分组,当然信源也是以可变比特率的方式向网络发送信息流。一般说来,VBR业务同样需要低信息丢失率,但与CBR业务不同的是该类业务可容忍更大的延迟。不难想到,由于速率在不停地变化,网络为VBR业务所分配的资源(如带宽、缓冲队列等)相应地也随时间变化,这就为系统控制带来了较大的困难。可变比特率VBR又可进一步划分为RT-VBR和NRT-VBR。

RT-VBR是为实时传输而设立的,主要用来描述具有可变数据流并且要求严格实时的服务,比如交互式的压缩视频(例如电视会议)。NRT-VBR是为非实时传输而设立的,主要用于定时发送的通信场合,在这种场合下,一定数量的延迟及其变化是可以被应用程序所忍受的,如电子邮件。

(3)ABR(AvailableBitRate)业务。ABR是惟一一种网络会向发送者提供速度反馈的服务类型。当网络中拥塞发生时会要求发送者减小发送速率。假设发送者遵守这些请求,采用ABR通信的信元丢失就会很低。这类业务要求B-ISDN传输网络和交换设备都用有保证的带宽来传输信息分组,通常是针对一些对信息丢失敏感(即不允许信息发生错误),但可以容忍一定时延的应用。例如,银行的电子资金转账(EFT)业务就要求100%的准确性,因此只有在B-ISDN网络得到有保证带宽的情况下,才对此类业务予以建立连接。

(4)UBR(UnspecifiedBitRate)业务。非特定比特率UBR业务并不要求B-ISDN网络一定为其每个连接分配带宽,而是只要网络有剩余带宽就可传输相应的信息分组。一个UBR连接可以在一段时间被分配较大的带宽,而在另一段时间被分配较小的带宽,或者在网络业务量高峰期间干脆就不占用带宽。因此,这种方式能最佳地利用宽带网络的资源。由此可以说,UBR不做任何承诺,对拥塞也没有反馈,如果发生拥塞,UBR信元也会被丢弃,但是并不给发送者发送反馈,也不给发送者希望放慢速度的期望,这种类型很适合于发送IP数据报。相对于以上三种业务,UBR业务可能就属于那些对时延和信息丢失都要求不高的应用。

7.2ATM通信网技术

7.2.1ATM信元

1.ATM信元结构

ATM的基本单位是信元(Cell),每个信元长度固定为53个字节,前五个字节为信元头(Header),后48个字节为信息域(数据块)。信元的大小与业务类型无关,任何业务的信息都经过切割封装成相同长度、

统一格式的信息分组。

其格式如图7.4所示。

图

7.4ATM信元格式

2.ATM信元复用

信息在通信网上的传递方式可分为同步传递方式(SynchronousTransferMode,STM)和异步传递方式(ATM)两种。如目前数字电话网中的数字信号复用都属于同步传递方式,其特点是在由N路原始信号复合成的时分复用信号中,各路原始信号的出现呈周期性。所以只要根据时间就可以确定现在传输的是哪一路的原始信号,如图7.5(a)所示。

而异步传递方式的各路原始信号不一定按照一定的时间间隔周期性地出现,每个数据单元可以处在任何传输帧的任何位置,因而需要另外附加一个标志来表明某一段信息属于哪一段原始信号。如采用在信元前附加信头的标志来说明。ATM信元的信头就是一个例子。来自不同信息源(不同业务和不同发源地)的信元汇集到一起,在一个缓冲器内排队,队列中的信元逐个输出到传输线路,在传输线路上形成首尾相接的信元流。信元的信头中写有信息的标志,说明该信元去往的地址,网络根据信头中的标志来转移信元,如图7.5(b)所示。

图7.5ATM与STM信息传输结构(a)同步传递方式；

(b)异步传递方式

异步转移模式(ATM)本质上是一种寻址型特殊分组转移模式,它将数字化话音、数据及图像等所有的数字信息分割成固定长度的数据块。数据块前加包含地址等控制信息的信元头,

从而构成一个信元。

图7.6为待发送的用户信息分解成信元并进行多路复用的示意图。

图

7.6用户信息被分解成ATM信元

3.对ATM交换网的要求对ATM交换网有如下要求:(1)要求有组播和广播功能,支持点到多点信元拷贝。(2)要求有流量控制和拥塞控制功能。(3)要求提供QoS保证。

7.2.2ATM网络连接

1.VCI/VPI(虚信道标识符/虚通路标识符)

VPI(VPIdentifier)、VCI(VCIdentifier)是ATM技术中两个最重要的概念,VCI/VPI用于表示信元的逻辑路由地址。对一个给定的接口,在两个方向上都将可能存在不同的虚通路VP(链路),若干虚通路被复用在一条物理层连接上,而在每条虚通路内部又可能含有许多条虚信道VC(链路)。属于同一VC的信元群拥有相同的虚信道识别符VCI,属于同一VP的不同VC拥有相同的虚通路识别符VPI。VCI和VPI都作为信元头的一部分与信元同时传输。

VPI、VCI取值规则:在组成一个连接的各个链路上VPI/VCI的取值是相互独立的,从而达到充分利用VPI/VCI资源的目的。

2.VC/VP(虚信道/虚通路)

VC、VP表示ATM信元传输的两种逻辑子信道,都是用来描述ATM信元单向传输的路由。在ATM中,一个物理传输通道被分成若干个虚通路VP,一个VP又由上千个虚信道VC所复用。每个VP可以用复用方式容纳多达65536个VC。

1)虚信道(VirtualChannel,VC)在一个虚通路连接(VPC)中传输的具有相同的VCI的信元所占有的子信道叫做VC。虚信道是ATM网络链路端点之间的一种逻辑联系,是在两个或多个端点之间传输ATM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。(注:一个虚信道VC也常称为一个VC链路,简称VCL。)

2)虚通路(VirtualPath,VP)在一条通信线路上具有相同的VPI的信元所占有的子信道叫做VP。虚通路VP是一束(组)具有相同端点(Endpoint)的VC链路。即虚通路就是一组虚信道的组合。(注:一个虚通路VP也常称为一个VP链路,简称VPL。)传输通道、虚通路VP、虚信道VC是ATM中的三个重要概念,其关系如图7.7所示。

图

7.7ATM中传输通道、虚通路VP、虚信道VC的关系

3.VPC/VCC(虚通路/虚信道连接)ATM的连接分为虚通路连接和虚信道连接,如图7.8所示。

图

7.8ATM中的虚通路连接和虚信道连接

1)虚信道连接VCC一个或多个级联的VC链路构成一个VC连接,简称VCC。

VCC的作用是为ATM虚信道(VC)建立一条虚电路。该虚电路连接可用在以下三个方面:

(1)用户到用户的应用:在这种类型的应用中,VCC跨越连接的两个端点上的用户设备,即延伸到每个端点上的S或T参考点。信息将以ATM信元的形式直接从一个用户设备传到另一个用户设备。

(2)用户到网络的应用:VCC处在用户设备和一个网络节点之间,实现用户到某一网络单元的接入。

(3)网络到网络的应用:VCC位于两个网络节点之间。

2)虚通路连接VPC一个或多个级联的VP链路构成一个VP连接,简称VPC。VPC的作用则是为ATM虚通路(VP)建立一条虚电路。该虚电路连接同样可以应用于用户到用户、用户到网络和网络到网络的信息传递。当对信元进行交换或复用时,首先必须在虚通路接续(VPC)的基础上进行,然后才是虚信道接续(VCC)。一个端到端的连接由源和目的地之间的一系列串联链路(Link)组成。这就是说虚信道连接(VCC)将划分成若干不同段的虚信道链路(VirtualCircuitLinks),每一段虚信道上都标识以惟一的VCI值,从一段虚信道链路到另一段虚信道链路VCI的值将被翻译改变。同样的道理也适合于虚通路连接(VPC)和虚通路链路(VPL)。7.2.3虚通路交换与虚信道交换

1.ATM的呼叫接续过程

ATM的呼叫接续不是按信元逐个地进行选路控制,而是采用分组交换中虚呼叫的概念,也就是在传输之前预先建立与某呼叫相关的信元接续路由,同一呼叫的所有信元都经过相同的路由,直至呼叫结束。其接续过程是:主叫通过用户网络接口UNI发送一个呼叫请求的控制信号,被叫通过网络收到该控制信号并同意建立连接后,网络中的各个交换节点经过一系列的信令交换后就会在主叫与被叫之间建立一条虚电路。虚电路是用一系列VPI/VCI表示的。在虚电路建立的过程中,虚电路上所有的交换节点都会建立路由表,以完成输入信元VPI/VCI值到输出信元VPI/VCI值的转换。

虚电路建立起来以后,需要发送的信息被分割成信元,经过网络传输到对方。若发送端有一个以上的信息要同时发送给不同的接收端,则可建立到达各自接收端的不同虚电路,并将信元交替送出。在虚电路中,相邻两个交换节点间信元的VCI/VPI值保持不变。此两点间形成一条VC链,一串VC链相连形成VC连接VCC。相应地,VP链和VP连接VPC也以类似的方式形成。

ATM信元的交换既可以在VP级进行,也可以在VC级进行。

当两个终端建立连接时,根据信令信息,在该连接中的每个交换节点上建立转发表。该转发表包含输入端口号、输出端口号。在输入端口或者输出端口中,不同的信元流有不同的VCI/VPI值转换。当某一个信元进入交换模块时,交换模块通过识别信元信头的VCI/VPI查找转发表,找出对应的输出端口以及输出信元的VCI/VPI值,将输入信元的VCI/VPI值改变为相应输出信元的VCI/VPI值,并控制交换网络将信元交换到对应的输出线上。

VCI/VPI值在经过ATM交换节点时,该VP交换点根据VP连接的目的地,将输入信元的VPI值改为新的VPI值赋予信元并输出,该过程称为VP交换。可见VP交换完成将一条VP上所有的VC链路全部送到另一条VP上,而这些VC链路的VCI值保持不变,如图7.9所示。

图

7.9VP交换过程

2.VP/VC交换

VC交换要和VP交换同时进行,因为当一条VC链路终止时,VP连接(即VPC)就终止了,这个VPC上的所有VC链路将各自执行交换过程,加到不同方向的VPC中去。

如图7.10所示。

图

7.10VP/VC交换过程

3.VP交换与VP/VC交换的比较

对于VP交换,其内部包含的所有VC将捆绑在一起选择相同的路由,穿过交换节点后并不拆散。相应地,VP链路内的每个VCI的值将保持不变。而VP/VC交换则不同,一个进入交换节点的VP中的某VC链路将被交换到另一输出VP中去,不但VPI值发生了改变,而且对应的VCI的值也将被更换。从上述交换过程可以看出,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。

7.2.4ATM信头功能信头主要用来标志异步时分复用上属于同一虚通路的信元,并完成适当的选择路由功能。ATM层的全部功能均由信头来实现。在传输信息时,网络只对信头进行操作而不处理信息域的内容。接收端对信元的识别不再靠严格的参考定时,而是靠信元中的信头标记信息来识别该信元究竟属于哪一个连接。图7.11(a)、(b)分别是用户—网络接口(UNI)的信头结构和网络节点接口(NNI)的信头结构。

图7.11ATM信头功能(a)UNI信头结构;(b)NNI信头结构

ATM信头各部分功能分述如下:

(1)GFC(GeneralFloW-Control):一般流量控制,占4bit,只用于UNI接口。在B-ISDN中,为了控制共享传输媒体的多个终端的接入而定义了GFC,由GFC控制产生于用户终端方向的信息流量,减小用户侧出现的短期过载。

(2)VPI(VirtualPathIdentifier):虚通路标识符,对VP进行识别。在UNI信元中,VPI为8bit,表示一条ATM链路可以包括最多256个虚通路。在NNI信元中,VPI为12bit,表示一条ATM链路可以包括最多212=4096个虚通路。

(3)VCI(VirtualChannelIdentifer):虚信道标识码,用于虚信道的路由选择。在UNI和NNI信元中,VCI字段都为16bit,故对每个VP定义了216=65536条虚信道。

VCI和VPI结合,可在UNI信元中标识16777216(256×65536)条连接,在NNI信元中标识268435456(4096×65536)条连接。

(4)PTI(PayloadTypeIdentifer):信息类型指示段,也叫净荷类型指示段,占3bit,用来标识信息字段中的内容是用户信息还是控制信息。

(5)CLP(CellLossPriority):信元丢失优先级,占1bit,用于表示信元的相对优先等级。在ATM网中,接续采用统计多路复用方式,所以当发生超限过载和拥塞而必须扔掉某些信元时,首先丢弃的是低优先级信元。CLP的意义就是确保重要的信元不丢失。具体应用是CLP＝0,信元具有高优先级,应保留;CLP＝1,信元为低优先级,应丢弃。

(6)HEC(HeaderErrorControl):信头差错控制,占8bit,用于错误信头的监测、纠正。HEC还被用于信元定界,这种无需任何帧结构就能对信元进行定界的能力是ATM特有的优点。

7.3ATM分层模型

7.3.1基于ATM的B-ISDN协议模型

图

7.12基于ATM的B-ISDN协议分层模型

1.平面的划分

(1)用户面(User):它采用分层结构,主要提供用户信息流的传输,以及相应的控制(如流量控制、差错控制等)。通常的数据协议、语音和视频等业务应用都包括在这个区域。

(2)控制面(Control):它采用分层结构,主要用于信令信息,完成网络与终端间的呼叫控制、连接控制、建立和撤消有关的功能。

(3)管理面(Management):它是性能管理、故障管理及各个面间综合管理的网管协议。它具有两种功能,即层管理功能和面管理功能。①层管理：它的功能是一个分层的结构,主要用于各层内部的管理,监控各层的操作,完成与协议实体内的资源和参数相关的管理功能,处理与特定的层相关的操作和管理信息流。②

面管理：它没有分层结构,负责对各个面间的信息进行综合管理。

2.层的划分按照ITU-T的建议,ATM协议模型共定义了四个层,分别是物理层、ATM层、ATM适配层(AAL)和高层。各层间的数据传输如图7.13所示。

图

7.13ATM协议模型各层间的数据传输

7.3.2基于ATM的B-ISDN协议各层功能

1.物理层物理层是承运信息流的载体,位于B-ISDN的最底层,可等效为OSI模型的第1层。物理层主要负责信元编码,将ATM层送来的逻辑比特或符号转换成相应的物理传输媒介可传输的信号,并正确地收/发这些物理信号。为了实现信元的无差错传输,物理层又被分为物理媒体子层和传输会聚子层,由它们分别保证信元的正确传输。

(1)物理媒体子层(PhysicalMediaSublayer,PM)。PM子层处理具体的传输介质,它只支持和物理媒体有关的比特功能,因而它取决于所用的传输媒体(光缆、电缆)。其主要功能有:比特传输,比特同步,比特定时,比特定位校准,线路编码和电／光转换等。其中,比特定时功能主要完成产生和接收适于所用媒质的信号波形并插入或抽取比特定时信息以及线路编码和解码。

(2)传输会聚子层(TransmissionConveryenceSublayer,TC)。其主要功能是:帧的适配，信元定界，信头差错控制校验等。其功能与物理媒体无关。

TC子层所做的工作实际上是链路层的工作。它负责将ATM信元嵌入正在使用的传输媒体的传输帧中,或用相反的方法从传输媒体的传输帧中提取有效的ATM层信元,完成ATM信元流与物理媒体上传输的比特流的转换工作,即把从PM子层传来的光电信号恢复成信元,并将它传输给ATM层处理或进行相反的操作。

TC子层中ATM层信元嵌入传输帧的过程为:ATM信元解调(缓存)→信头差错控制(HEC)产生→信元定界→传输帧适配→传输帧生成。从传输帧中提取有效ATM信元的过程为:传输帧接收→传输帧适配→信元定界→信头差错控制(HEC)检验→ATM信元排队。用于UNI、

NNI的物理层协议如表7.5所示。

表7.5UNI、NNI的物理层协议

2.ATM层

ATM层利用信头中各个功能字段可实现下列四种功能:

(1)信元的复用与分解。ATM层相当于网络层,主要做路由工作,它提供了虚通路(VP)和虚信道(VC)两种逻辑信息传输线路。信元发送时由多个VP和VC合成一条信元流。接收时进行相反的操作,由一条信元流分解成多条VP和VC。

(2)利用VPI和VCI寻路。路由功能由虚通路识别码(VPI)和虚信道识别码(VCI)完成。在虚通路处理设备(VPHandler,VPH)和虚信道处理设备(VCHandler,VCH)中读取各个输入信元的VPI和VCI值,根据信令建立的路由在ATM交换区域或ATM交叉节点处完成对任意输入的ATM信元的VPI和VCI的数值变换(每一输入信元的VPI域值在虚通路节点被译为新的输出VPI域值。虚通路识别符和虚信道识别符值在虚信道交换节点处也被译为新域值),更新各输出信元的VCI和VPI值。路由功能设置VPI、VCI两层的原因是为了得到一种高效的路由方法,避免为计算路由花费大量的CPU资源,因此,ATM交换机之间可以只用VP交换,ATM与用户端之间再用VC交换。

(3)信头的产生和提取。信头的产生和提取在ATM层和上层的交互位置完成。在发送端,信头产生功能从ATM适配层接收信元信息域以后,添加一个相应的ATM信头(不包括信头校验编码HEC序列);在接收端,信头提取操作功能抽掉ATM信元头部分,并将信元信息域内容提交给上一层ATM适配层。简单地说,就是在将信元递交给适配层之前去掉信头,而在相反的方向上加上信头。

(4)一般流量控制。在用户-网络接口上实现流量控制,这个功能是由信头中的GFC比特支持的。用户设备中的ATM层与网络节点中的ATM层所完成的功能有所区别。对于用户设备中的ATM层来讲,它所完成的核心功能在于给ATM层适配所形成的信息帧加上信元头,从而形成能够在ATM网中传输的信元。与此同时,通过分配与识别信元头中的VPI与VCI值完成信元的复接与分接功能;对于网络节点中的ATM层所完成的核心功能在于信元头的变换,通过变换信元头实质上完成了VP交换与VC交换的功能。

3.ATM适配层(AAL)

适配层(AAL)介于ATM层和高层之间,执行高层协议的适配,负责将高层的信令或不同类型业务的用户信息分段适配成ATM信元。适配的原因是由于各种业务(话音、数据和图像)所要求的业务质量(如时延、差错率等)不同。ATM网络要满足宽带业务的需求,使业务种类、信息转移方式、通信速率与通信网设备无关,保证网络传输的透明性和灵活性,就要通过AAL完成适配,消除各种业务信号在质量条件上的差异。换个角度说,ATM层只统一了信元格式,为各种业务提供了公共的传输能力,而并没有满足大多数应用层(高层)的要求,故需用一个适配层来做ATM层与应用层的桥梁。

AAL按其功能可以进一步分为两个子层:信元拆装子层和会聚子层。

(1)信元拆装子层(SegmentationandReassemblySublayer,SAR):SAR子层位于AAL层的下面,其主要目的是将高层信息拆开装到一个适当的虚连接上连续的ATM信元中去。在相反方向上,将一个虚连接的全部信元内容组装成数据单元并交给高层。

(2)会聚子层(ConvergenceSublayer,CS):CS子层位于AAL层的上面,其作用是根据业务质量要求的条件控制信元的延时抖动和信元丢失,在接收端恢复发送端的时钟频率并对帧进行流量控制和差错控制。

表7.6三个基本参数、A/B/C/D四种业务、AAL适配类型以及服务质量的对应关系

①AAL1:第一类AAL,恒定比特率实时业务适配协议,用于适配ATM层的A类业务(恒定比特率业务CBR)。常见业务为64kb/s话音业务、固定码率非压缩的视频通信及专用数据网的租用电路。AAL1的功能包括用户信息的分段和重组、丢失和误插信元的处理、信息到达延迟时间的处理以及在接收端恢复源端时钟频率。

②AAL2:第二类AAL,可变比特率实时业务适配协议,用于适配ATM层的B类业务(可变比特率业务VBR)。常见业务为压缩的分组语音通信和压缩的视频传输。该业务具有传递介面延迟特性,其原因是接收器需要重新组装原来的非压缩语音和视频信息。AAL2的功能与AAL1相似。

③AAL3/4:第三/四类AAL,数据业务传输适配协议,由AAL3、AAL4合并,用于适配ATM层的C、D两类业务(可变比特率业务VBR)。支持面向连接和无连接的数据业务和信令,具有可变长度用户数据的分段和重组及误码处理等功能。适用于文件传递和数据网业务,其连接是在数据被传输以前建立的。④AAL5:第五类AAL,高效数据业务传输适配协议。该协议对应于ATM层的D类业务,支持无连接数据业务,常见业务为数据报业务和数据网业务。

4.高层高层根据不同业务(数据、信令或用户信息)的特点,完成端到端的协议功能。如支持计算机网络通信和LAN的数据通信,支持图像和电视业务、电话业务等。上述各层(物理层、ATM层、AAL层)的功能全部或部分地呈现在具体的ATM设备中。比如在ATM终端或终端适配器中,为了适配不同的应用业务,需要有AAL层功能支持不同业务的接入;在ATM交换设备和交叉连接设备中,需要用到信头的选路信息,因而必须有ATM层的支持;在传输系统中,则需要物理层功能的支持。

表7.7ATM协议中的各层功能

7.4ATM交换机7.4.1ATM交换机的任务

1.宽带业务对ATM交换机的要求宽带网络覆盖业务的范围十分广泛,传输速率可以是固定的,也可以是可变的;对业务特性可以是实时的也可以是非实时的;不同的业务对于信元丢失率、误码率、时延抖动等服务参数有着特殊的需求。宽带业务的这些特性要求ATM交换机具有以下几种最基本的能力:

(1)多速率交换。从几kb/s～150Mb/s范围内的许多速率都要在宽带交换机中进行交换。

(2)多点交换。要求提供点到点与点到多点的选播／组播／广播连接功能。

(3)多媒体业务支持。ATM网络中允许接入的业务有不同形式,为了满足每一种业务的质量要求,对交换机的性能有很高的要求。①信元丢失／信元误码率。要求ATM交换机的信元丢失率应在10-11～10-8范围之内,即大约每十亿个信元才丢失一个。

②连接阻塞率。由于ATM交换机内部并不实际建立路由,只是在其路由表中指出该连接的信元VPI／VCI转换,所以一旦在交换机的入线和出线之间没有足够的可用资源来保证已建立连接的质量,系统就会发生连接阻塞。要求在尽量扩大ATM交换机入线和出线规模的同时设计内部无阻塞(Nonblocking)的交换设备,使ATM交换机具有高性能的吞吐量和低指标的阻塞率。③交换时延。它是指通过交换机交换一个ATM信元时所用的时间。要求ATM交换机的交换时延值在100～1000μs之间,时延抖动为几百微秒。

2.ATM交换机的任务

ATM交换机是ATM宽带网络中的核心设备,需要完成物理层和ATM层的功能。对于物理层,它的主要工作是对不同传输介质电器特性的适配。对于ATM层,它的主要工作是完成ATM信元的交换,即VP/VC交换。

7.4.2ATM交换机的结构

图

7.14ATM交换机的功能模块

1.ATM接口模块

ATM接口模块位于ATM交换机的边缘,为ATM信元的物理传输媒质和ATM交换模块提供对外的接口,完成入线处理和出线处理。其中,入线处理是对各入线上的ATM信元进行处理(如缓冲、信元复制、虚信道识别码VCI翻译、多个低速设备的多路信息分流等),使它们成为适合送入ATM交换单元处理的形式。完成的功能类似于B-ISDN协议模型中将信息由物理层向ATM层的提交过程;出线处理则是对ATM交换单元送出的ATM信元进行处理(如缓冲、VCI翻译、合并等),使它们成为适合在线路上传输的形式,类似于B-ISDN协议模型中将信息由ATM层向物理层的提交过程。

1)业务接口模块业务接口模块提供与具体业务相关的接口,完成业务接口处理、AAL层和ATM层的功能。业务接口的处理包括物理层、数据链路层甚至更高层的功能,如业务数据帧结构的识别、分离或组装用户数据和信令。业务信令转换为ATM信令,由交换机的控制模块进行处理。业务数据则根据不同的业务类型,进行不同类型的ATM适配。

2)ATM接口模块

(1)输入模块：它是信息比特流出入ATM交换系统的入口,包含物理层和ATM层功能。物理层信号要由这一模块接收并处理SDH附加位,ATM信元也在这里提取。此外,在交换处理以前,输入模块要向每一信元附加内部标签。内部标签用于信元通过信元交换单元的路由选择,它包括内部处理信息,如源用户、终结用户、信元序号、信元类型、信元信息差错检查和时间标记等。这些信息对于交换内部性能的监测非常有用,例如时间标记记录了信元在交换中的处理时间。所以,输入模块还要处理信元首标,预处理用户数据信元,识别包含信令和管理信息的信元,并将它们从用户数据信元中分拣出来。

图7.15输入模块功能和信元流(a)输入模块功能；

(b)相应的信元流

由图7.15可知,输入模块由六个基本功能块组成,它们是:①同步数字系列SDH功能。②信元定界和信头差错控制HEC。③占用参数控制和网络参数控制UPC／NPC。④信元处理。⑤输入模块系统管理功能IM-SM。⑥

输入模块接续容许控制IM-CAC。

ATM层功能:

UPC／NPC(占用参数控制/网络参数控制)这两个功能块负责ATM层功能处理。ATM层处理适用于三种类型的ATM层信息流,即用户信元、信令信元和管理信元。处理顺序为:先占用UPC和NPC,然后是信元处理。信元处理时,它被送到ATM交换系统的不同部分进行处理。

(2)输出模块:输出模块和输入模块类似,它处理交换系统话务量的输出。它的主要功能是从信元交换单元接收信元,对其预处理,然后送到输出链路进行物理传输。输出模块支持B-ISDN用户-网络接口和网络节点接口,呼出话务由映射到SDH信号的ATM信元组成。输出模块功能如图7.16(a)所示,相应的信元流如图7.16(b)所示。

图7.16输出模块功能和信元流(a)输出模块功能；

(b)相应的信元流

①物理层功能。物理层的传输会聚TC子层产生SDH信息帧,产生信头差错控制HEC,并且把ATM信元映射到SDH信息域。物理媒体PM子层根据物理媒体处理实际信号的传输。传输会聚功能块如图7.17所示,它反映了ATM信元进行SDH传输的处理步骤。

图

7.17传输汇聚功能图

图

7.18SDH功能模块

②ATM层功能。由于输入模块已经对输入信元进行了信元信头的处理,所以输出模块的ATM层功能就简单多了。首先,输出模块必须取掉输入模块向每一信元附加的内部标签。其次,输出模块需要翻译多点传递信元的虚通路识别符或虚信道识别符值。输出模块还要把从接续容许控制和系统管理中接收的信令和信元,插入到输出信元流中。最后,输出模块需要对输出信元计数以支持计费管理。

图

7.19信元处理功能

③输出模块接续容许控制(OM-CAC)。当接续容许控制集中处理时,输出模块作用不大。为了减轻接续容许控制处理负担,需要把它的一些功能分散到输出模块。例如,把高层输出信令信息封装到信令信元。④输出模块系统管理(OM-SM)。为了减轻系统管理集中处理的负担,一些系统管理功能可以分散到输出模块。例如,输出模块系统管理可以处理新操作和维护信元的产生。

2.ATM控制模块

ATM控制模块是交换机的中央枢纽,它通过信令和管理软件完成资源管理、流量控制、交换模块的动作控制以及设备管理和网络管理等功能(设备管理和网络管理通常也在外接的管理维护模块上完成)。控制模块可分为:输入控制器、输出控制器和控制单元。

(1)输入控制器:完成信元定界、信头有效性检验、信元类型分离等功能。

(2)输出控制器:完成信元形成、速率适配、传输帧的形成等功能。

(3)控制单元:完成VPC和VCC的建立和拆除、信令信元的发送、OAM信元的处理和发送等功能。

3.ATM交换模块交换模块(SwitchingElement)由三部分组成,即互连网络、对应于每条输入线的输入控制器(IC)和对应于每条输出线的输出控制器(OC),三者的关系如图7.20所示。

图

7.20交换模块一般模型

1)互连网络互连网络即ATM交换网络,它提供了信元交换的通路,将信元从一个VP/VC交换到另一个VP/VC。交换模块还完成一定的流量控制功能,主要是优先级控制和ABR业务的流量控制。与传统的交换网络一样,ATM交换网络也有两种结构:一种是时分交换结构,另一种是空分交换结构。

(1)空分交换结构如图7.21所示。

图

7.21空分交换结构

空分交换结构又叫路由选择,即信元如何在系统内部从输入端口经过路由选择到输出端口。如从端口1输入的信元a被传输到端口３,而端口３的信元c被传输到端口M。选路方式采用自选路由(SelfRouting)方式或表格控制(TableControlled)选路方式。①自选路由方式。图7.22是采用自选路由交换单元构成的交换网络对信头的处理过程。自选路由方式是通过给信元加一些寻路标识来提供快速的选路功能。利用自选路由模块时,VPI／VCI的翻译任务必须在交换网络的输入端完成。然后在信头前插入内部标识符,使得交换网络内部的信元格式大于53字节。信头扩展要求增加内部网络的速度。每个连接(从输入到输出)都有一个特定的交换网内部标识符,这个内部标识符因交换矩阵而异。在一个点到多点的连接中,给VPI／VCI分配一个多路交换标识,根据它复制信元并选路送往各目的端。

图

7.22自选路由交换模块

②表格控制方式。图7.23是采用表格控制法交换单元构成的交换网络对信头的处理过程。在表格控制方式中需要在交换矩阵内存储大量的路由表,每个表项都包括新的VPI／VCI和对应的输出端或链路号。当信元到达ATM交换机后,如果交换机读到的VPI／VCI与路由表中的一致,就会很快自动找到输出口并更新信头的VPI／VCI值,发往下一个节点(信头必须按输出端口的要求进行转换)。

图

7.23表格控制交换模块

(2)时分交换结构如图7.24所示。在时分交换结构中,所有的输入／输出端口以时分复用的方式共享一条通信媒体,这条通信媒体就是一条高速的信元流通路。时分交换结构根据媒体的不同,可分为共享总线和共享存储器两种。它完成信元从一个时隙到另一个时隙的转移。由于ATM的逻辑信道和时隙并没有固定关系,逻辑信道的身份是靠信头值来标识的,因此时分交换是靠信头翻译来完成的。如时隙i中的信元被切换到时隙j,而时隙k中的信元被传输到时隙i。时分交换结构的交换能力受到共享媒体的限制,但是由于每个信元都沿着共享媒体传输,所以时分交换结构很容易实现点到多点传输(Point-to-Multipoint)。

图

7.24时分交换结构

2)输入控制器输入控制器对信元的输入处理包括包括以下内容。

(1)信元的定界和分离：从信元所在的帧结构中定界各个信元,并将其从帧结构中分离出来,还需要处理帧结构中所携带的线路OAM信息。

(2)信元的有效性检验和类型分离：对分离出的各个信元进行HEC检验,并丢弃无效信元,根据PTI对信元的类型进行识别。把信息信元送到交换单元,对空闲信元一般予以丢弃,对OAM信元处理其中的OAM信息等。

3)输出控制器输出控制器对信元的输出处理包括以下内容:

(1)由总线收到的信元需要和有关的OAM信元流复合。

(2)速率适配需要对输出信元速率进行适配,若收到的信元流速率过低,则需要添加空闲信元;若收到的信元流速率过高,则需要用缓存器予以缓冲。

(3)形成输出线路码流需要产生相应的帧结构,并把信元嵌入,还需要帧结构中所携带的线路OAM信息。

7.5ATM通信网的接口

1.用户-网络接口(UNI)用户-网络接口是ATM终端设备和ATM通信网间的接口,它完成用户-网络接口的信令处理和VP／VC交换操作。用户-网络接口功能包括ATM物理层接口技术规范、ATM层接口技术规范和暂定本地管理接口技术规范。

ATM论坛又把UNI分为公用UNI和专用UNI两种,在ATM网中如果有一个交换机属于公用网交换机,另一个属于专用网交换机,则二者的接口就应采用公用用户-网络UNI接口。若两个交换机都属于专用网时,接口就应采用专用用户-网络接口PUNI(PrivateUNI)。公用UNI与专用UNI的区别如下:

(1)公用UNI是指公用ATM网络与用户终端设备的接口,另外,专用网交换机和公用网间的接口也是公用UNI接口,专用UNI则是指专用ATM网络与用户终端设备的接口。

(2)在专用UNI中,某些链路只能在很短的距离内工作(例如100m以内),显然,这种链路不能用于公用UNI中。

二者的链路类型不同。

(3)公用ATM网使用ITU-T的E.164地址方式,而专用ATM网则可使用E.164或基于开放系统互连(OSI)的DCC和ICD地址方式。二者的地址格式不同。

(4)公用UNI由ITU-T规定,而专用UNI由ATM论坛规定。

B-ISDN用户-网络接口(UNI)物理配置模型如图7.25所示。

图

7.25B-ISDN用户-网络接口物理配置模型

对图7.25的配置和参考点解释如下。

(1)UB、TB:UB、TB都是公用UNI的参考点。①UB是公用网和宽带用户终端B-NT1之间的接口。目前,ITU-T对此接口的速率传媒等特性尚无具体规定,在各厂商(如AT&T、富士通等)的设备中,通常采用SDH的155Mb/sSTM-1和622Mb/sSTM-4作为物理传输系统接口标准。②

TB被ITU-T定义为B-NT1和B-NT2之间的接口标准,目前规定了五种标准接口速率:1.544Mb/s、2.048Mb/s、51.84Mb/s、155Mb/s和622Mb/s,可采用SDH、PDH传输系统或纯信元形式的传输系统。

(2)SB、R:SB、R都是专用UNI的参考点。①SB接口是B-NT2和B-NT1或宽带适配器之间的接口,经常用于局域网及单位内部网的UNI。例如,为方便局域网的连接,ATM论坛规定了多种基于现有局域网物理传输系统的接口标准,如25Mb/s、51Mb/s、100Mb/s以及155Mb/s接口,传输线路可以是非屏蔽双绞线(UTP)、屏蔽双绞线(STP)、同轴电缆或光纤。

②R接口与前三种接口的不同之处在于:UB、TB和SB接口的用户信息是信元形式,而R接口都是非信元形式的终端业务。R接口标准根据接入的终端种类来确定。例如,当接入E1业务时,R接口遵循G.703建议,接入Ethernet时,遵循IEEE802.3建议。

(3)B-NT1(NetworkTerminational)：B-NT1是网络终端1,具有用户传输线路用户侧的终端功能和B-UNI第一层的功能。

(4)B-NT2是网络终端2,具有第一层和高层的功能。

(5)B-TE1(TerminalEquipment)是B-ISDN标准功能的终端。

(6)B-TE2是非B-ISDN标准功能的终端。

(7)B-TA(TerminalAdaptor)是终端适配器,对于非标准B-ISDN终端还应加上B-TA,用以提供非标准终端协议的转换功能,实现B-TE1的功能。用户通过UNI可得到多种电信服务业务。考虑到与以SDH定义的网络节点接口(NNI)的匹配,规定UNI的速率为155.52Mb/s和622.08Mb/s。UNI在两个方向上的接口速率可以是对称的,也可以是不对称的。

终端比特率由网络控制。

2.网络节点接口(NNI)网络节点接口含义较为广泛,它可以是两个公用网的界面,也可是两个专用网的界面。它还可用作交换机间接口,在公用网它是网络节点,在专用网它是交换接口。NNI完成网络节点接口的信令处理和VP／VC交换操作。其NNI是公用网中交换机的接口,PNNI(PrivateNNI)是专用网中交换机之间的接口。网络节点接口标准包括各种物理接口、ATM层接口、管理接口和相关信令的定义。专用网的网络节点接口结构PNNI还包括专用网络节点接口路由选择结构的技术规范。

3.数据交换接口(DataExchangeInterface,DXI)

数据交换接口技术规范包括数据链路协议、物理层接口、本地管理接口和管理信息库的定义。物理层接口处理数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)间数据传递,管理信息库用于ATM数据交换接口。数据交换接口的目标是:不需要费用较大的硬件更新设备(如光接口)就可接入ATM网。它允许利用路由器等数据终端设备和数据通信设备与ATM网互连。

4.宽带互连接口(BroadbandIntercarrrierInterface,B-ICI)宽带互连接口用于两个ATM公用网之间,是传输到传输的接口。其技术标准包括各种物理层接口、ATM层管理接口和高层功能接口。宽带互连接口使各种传输网在传递不同业务时可以互通。

图

7.26ATM网络接口结构

7.6ATM通信网信令

7.6.1ATM通信网信令的特点

ATM的信令有下列特点:

(1)ATM信令是带外信令。

(2)ATM使用独立的信令信道传输信令消息。

(3)信令信元以与用户数据信元相同的方式在ATM层传递。

(4)对于点到点信令,信令信元被分配到信令虚信道。在信令接入配置中,可以只用一条预先建立的信令虚信道。

(5)点到多点信令结构用于UNI中,如一个用户-网络接口被多个用户分享。点到多点信令接入配置中,需使用元信令管理信令虚信道。元信令只管理用户-网络接口信令(UNI),而不涉及网络节点信令(NNI)。

(6)广播式的信令虚信道是从网络到用户的单向信道,可用于点至多点方向的呼叫。

(7)ATM网在用户和网络间支持接入信令,在各交换机间支持局间信令。

7.6.2ATM通信网信令的分类

1.UNI信令

UNI信令在用户线上传输。包括用户向交换机发送的摘机、挂机和被叫地址信令;交换机向用户发送的拨号音和铃流等音信号。UNI信令的处理流程如图7.27所示。

图

7.27UNI信令处理流程

2.NNI信令

NNI信令用以控制网络节点之间的接续和拆线,具有局间线路监视、选择和操作功能。NNI信令及其传输机制采用了类似No.7信令系统的体系结构。ITU-T建议中,称B-ISDN网络信令功能模块为B-ISDN用户部分(BISUP),对其传输机制仍称为消息传输部分(MTP),利用MTP为其提供服务。

NNI信令连接建立流程如图7.28所示。

图

7.28NNI信令连接建立流程

图

7.29NNI信令连接释放流程

7.6.3ATM通信网信令体系ATM网络UNI、

NNI信令的分层体系结构如图7.30所示。

图7.30ATM信令协议体系结构(a)接入信令;(b)ATM网直通局间信令;(c)No.7信令网转接局信令

在图7.30中，各层的主要功能如下:

(1)物理层:提供有效信元的传输,如实现速率耦合、信头差错控制、信元定界、扰码以及比特适配物理媒体功能。

(2)ATM层:提供信令和用户信息VCC的连接和释放。

(3)SAAL:信令ATM适配层。该层支持ATM层以上的可变长度信令信息交换,将高层信令信息适配到ATM信令信元,完成将各种信令信息适配成以48字节为单位的数据单元,并提供流量控制和差错控制,保证信息可以在ATM网络上可靠地传输。

(4)Q.2931:高层信令协议。UNI信令采用了N-ISDN信令协议Q.931的改进版Q.2931。Q.2931在UNI处提供用户呼叫建立和释放以及用户补充业务等过程的操作。

(5)MTP-1、MTP-2、MTP-3:分别为No.7信令信息转移部分1层、2层、3层功能,完成物理层、数据链路层和网络层的功能。

(6)BISUP:提供B-ISDN局间业务呼叫的建立、释放以及用户补充业务的信令程序。有两种选择方式支持BISUP。图7.30(b)表明直接通过ATM链路,经过SAAL和No.7信令网的信息转移部分第三层(MTP-3)支持BISUP。图7.30(c)表明通过现有的No.7信令网,即经过MTP1至MTP3,支持B-ISUP。

(7)MS:点到多点信令接入配置中,需使用元信令(MS)管理UNI处的信令虚连接。MS元信令协议是ATM层的一部分,它位于层管理平面中,并受层管理控制。

7.6.4ATM通用信令信息格式

表7.8ATM协议中的各层功能

1)协议鉴别符协议鉴别符是每个消息的第一个8bit,指明使用的协议标准,用于区别B-UNI用户网络接口信令信息和其他协议信息类型。

2)呼叫参考

(1)呼叫参考值：呼叫参考值域中第一字节的高位用作标记位,其他用作呼叫参考。标记位表示呼叫的方向是呼出(1)或呼入(0)。呼叫参考值是每个消息的第二部分,由呼叫发起方赋值,它在一个特定的信令虚信道中是惟一的,并在呼叫生存期中保持不变,呼叫释放后其值可以重新使用。

(2)呼叫参考长度：呼叫参考长度域表示呼叫参考的长度。在用户-网络接口上识别信令信息适用的呼叫,标识一个本地呼叫,其值由接口的始发边分配给某个呼叫,并在呼叫期间固定不变,保持惟一性。

3)信息类型信息类型是每条消息的第三部分。它指明消息的功能,并可明确指明接收方不能识别此信息时应采取的动作。

4)信息长度信息长度是信息内容的字节数。根据需要,信令信息可以包含一个或者多个信息元素。信息元素格式如表7.9所示。

表7.9信息元素格式

7.7IP与ATM的结合技术

7.7.1IP与ATM技术的融合

IP网是一个无保证的尽力传输的虚拟网络,它依靠IP协议对各种网络实现无缝连接,其关键设备是IP路由器或网关,其寻址是通过路由器来实现的。随着网络数目的增加,路由器寻址的效能将急剧降低,需要存储的有关数据的规模增长使其难以负担,由数据业务增加和网络规模扩大引发的路由器寻址方式的缺陷已成为制约IP发展的“瓶颈”。对此,寻求ATM技术的支援是必然的。

1.IP与ATM的比较

表7.10ATM与IP的比较

ATM以空前的技术体系除了提供高速交换的能力外,其综合业务和可靠的QoS能力使其成为一种颇具潜力的骨干网技术。人们对它的成功应用抱有很大的期望,但是,以下几个方面使ATM的发展不够理想:

(1)在话音通信方面,AAL1电路仿真方式在今天的技术背景下已不再有效,因为不断发展和成熟的语音压缩技术已可以将一路语音信号从64kb/s压缩到8kb/s甚至更低而不损害语音质量。

(2)采用VBR和AAL2传输语音目前标准还不完善。

(3)IP协议所具有的最大优势在于它可以运行在任何介质和网络上,即将其他协议数据包封装在IP包中,保证异种网络的互通,即“Ipovereverything”。

(4)Web、电子贸易甚至IP语音等应用也不断地推动着IP领域的不断扩大。

(5)IP技术顺应了计算机不断普及、功能越来越强这一趋势。随着PC应用的扩展,IP在逐步统一局域网和桌面系统之后又开始向ATM的地位发起挑战。

(6)最近几年,POS(PacketOverSDH)技术发展很快,更使得IP技术如虎添翼。

2.IPoverATM

1)IPOA

IETF标准中,“ClassiclIPoverATM(IPOA)”描述了ATM发展初期如何用ATM在“典型”IP网络中代替局域网以及路由器间的IP链路,实现IP数据在ATM网络上的传输。

IPOA与局域网仿真类似,同样是在网络层以上隐去了ATM本身的复杂性,而给用户提供了一种应用编程接口(API),以使现行的IP能够运行在ATM上。IPOA与局域网仿真不同的是,局域网仿真是建立在MAC层上的,而IPOA则是建立在IP地址与ATM地址的直接映射上的,这样可以简化地址转换协议。完成此过程的基础是IP地址解析协议(ARP)。

(1)IPOA网络结构。IPOA也采用了客户机/服务器的模型,其网络结构如图7.31所示。

图

7.31IPOA网络结构

(2)IPOA的工作过程如下:①当主机初次加入一个新的逻辑IP子网时,先与该LIS的ARP服务器建立ATM虚连接。②服务器检测到新的连接后,源客户向ATMARP服务器发送一个ATMARP请求,询问主机的IP地址和ATM地址。③服务器根据目的客户的地址信息,完成目的客户的IP地址与ATM地址间的映射。④

服务器将映射后的ATM地址返还给源客户。⑤源客户与目的客户建立连接。

⑥当目的客户收到源客户的第一个数据包时,目的客户向ATMARP服务器发送请求,以确定源客户的地址。⑦服务器将源客户的ATM地址返还给目的客户。⑧

目的客户与源客户建立连接。

(3)IPOA的功能：

IPOA传输网络协议主要完成两个功能,即地址解析和数据包封装。①地址解析(ARP)。

IPOA的地址解析实现的是IP地址到相应ATM地址的转换。路由器A和路由器B通过ATM网连接,如果路由器A的LAN接口收到一个数据包,就查看自己的路由表,以确定把这个数据包通过哪个端口转发到哪个路由器。

②数据包封装。它是对IP数据帧进行封装,将其转换成适配的ATM信元,或者实现其反变换。封装的主要目的是实现在同一个ATM虚信道VC上传输多种协议数据包。发送端在IP数据包前增加8字节的LLC头,其中指明协议的类型,接收端