第6章-ATM交换分解.ppt

1、第6章. ATM交换技术,1.通信网中的三对基本概念 2.各种交换方式（电路交换，报文交换、分组交换，ATM交换）,1.三对基本概念,通信网（信息传递）重要概念之 面向连接的工作方式（物理连接，逻辑连接） 无连接的工作方式 通信网（时分复用）重要概念之 同步时分复用 异步时分复用 通信网（带宽分配）重要概念之 固定带宽分配 动态带宽分配,重要概念之一,面向连接工作方式 连接建立、信息传送、连接释放 类比：专用车道/公交车 无连接工作方式 边选路（寻址）、边传递信息 类比：自驾车春游,重要概念之二,位置化信道：依据信号在时间轴上的位置来区别每一路信号（逻辑信道），无信息传送时也占用信道； 子信道

2、信息流速率恒定，每帧一个定长数据。,同步时分复用,重要概念之二,标志化化信道：标识码标识哪路信息，与时间位置无关； 分组长度可变，分组头起定界作用 统计复用提高信道利用率,异步时分复用,重要概念之三,固定带宽分配 动态带宽分配 类比：交通车道,2 .各种交换方式,交换的分类 电路交换 报文交换 分组交换 ATM交换,2.1 交换方式的分类,交换器所接续的信号：模拟交换、数字交换；窄带交换、宽带交换 交换器所承载的业务：电话交换、图像交换、数据交换 交换器的应用场合：电信交换、数据交换、广播网络,2.1 交换方式的分类,信息传送模式：电路传送模式（CTM）、分组传送模式（PTM）、异步传送模式（

3、ATM） 交换信息类型：基于电信号的交换方式、基于光信号的交换方式 交换的控制手段：人工交换、机电交换、程控交换,各种交换方式,终端,传输媒介,终端,电信号,电信号,信息,信息,点对点通信,在电信系统中，只有两个终端的通信称为点对点通信。,1、电路交换,点对点通信举例,话音,数据,无交换的多个终端要实现相互间通信，必须以全互 连的方式两两相连。 若终端数为n，则线对数为C2n= n(n-1)/2 （当终端n=100时，线对数=100X(100-1)/2=4950）,无交换的多个终端的通信,用户间通过交换设备连接,用户环线,交换设备,引入交换的终端间的通信,多个交换节点组成的通信网,引入交换的终

4、端间的通信,中继线,电路交换机的内部结构,交换机,A B C D,E F G H,电路交换工作过程,A和B之间如何通话？ A 和 B 之间建立电路连接 通话在 A 到 B 的连接上进行 通话结束，拆除连接,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,思考：电路交换的特点？ 交换节点即交换机应具备什么样的功能？ 交换节点是如何实现接续的？,电路交换的特点,电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段： 建立连接 通信（始终占据线路资源） 释放连接,电路交换传送计算机数据效率低,计算机数据具有突发性。 这导致通信线路的利用率很低。,交换节点可控

5、制的接续类型： 本局接续、出局接续、入局接续、转接接续,交换节点的基本功能,能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转发信号,能控制连接的建立与拆除,交换节点必须具备的基本功能： 能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号、地址信号,交换节点接续类型图示,人工交换阶段： 磁石式电话机 共电式电话机,早期的人工交换,早期的电路交换是由人工完成的,电子式自动交换阶段：,人工交换之后是自动交换,机电式自动交换阶段：,程控交换机阶段：,模拟程控交换机：1965年5月美国开通了第一个程控交换机。 数字程控交换机：1970年法国开通了第一个数字程控交换机。,总结电路交换中“交换”的含义,在这里，“交换

6、”(switching)的含义是： 转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。 从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。,2、报文交换,在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。 长途报文需要经过报文交换中心转发。在报文交换中心，一份份电报被接受下来，并被穿成纸带，操作员以每份报文为单位，撕下纸带，根据报文的目的地址，拿到相应的发报机转发出去。这是人工报文交换，后来也有自动报文交换。 报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。,报文交换优点,报文交换

7、不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文。 通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。,报文交换优点,由于采用存储转发的传输方式，使之具有下列优点：a.在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换结点还具有路径选择，就可以做到某条传输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据，提高了传输的可靠性；b.在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，甚至收发双方可以不同时处于可用状态。这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信；c.提供多目标服务，即一个报文可以同时发送到多个

8、目的地址，这在电路交换中是很难实现的；d.允许建立数据传输的优先级，使优先级高的报文优先转换。,报文交换的不足之处,由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，从而引起转发时延（包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等），而且网络的通信量愈大，造成的时延就愈大，因此报文交换的实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据。 报文交换只适用于数字信号。,报文交换的不足之处,由于报文长度没有限制，而每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文，当输出线路不空闲时，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网络中每个结点有较大的缓冲区。为了降低成本，减少结点的缓冲存储器的容量，有时要把等待转发的报文存在磁

9、盘上，进一步增加了传送时延。,3 分组交换,是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。 60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。 传统的电路交换(circuit switching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。 如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。,分组交换网络的产生背景,新型网络的基本特点,网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。 网络能够连接不

10、同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。 所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。 计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。 网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。,请注意名词“结点”,“结点”的英文名词是 node。 虽然 node 有时也可译为“节点”，但这是指像天线上的驻波的节点，这种节点很像竹竿上的“节”。 在网络中的 node 的标准译名是“结点”而不是“节点”。,报文,分组交换的原理（一）,在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。,数 据,数 据,数 据,分组交换的原理（二）,每一个数据段前面添加上首部构成分组。,首部,首部,首部,请

11、注意：现在左边是“前面”,分组交换的原理（三）,分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。,分组首部的重要性,每一个分组的首部都含有地址等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。,分组的形成,分组交换的原理（四）,接收端收到分组后剥去首部还原成报文。,数 据,首部,数 据,首部,数 据,首部,收到的数据,数 据,数 据,数 据,分组交换的原理（五）,最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在

12、转发时也没有被丢弃。,分组交换的优点,高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。 迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。 可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。,分组交换带来的问题,分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。,分组交换的分类,数据报：面向无连接的数据传输,工作过程类似于报文交换。采用数据报方式传输时，被传输的分组称为数据报。 虚电路是面向连接的数据传输，工作过程类似于电路交换，不同之处在于此时的电路是虚拟的。

13、,虚电路和数据报服务,两种服务的思路来源不同,虚电路服务的思路来源于传统的电信网。 电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。 数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。 可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。,虚电路和数据报服务,三种交换方式比较,三种交换的比较,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,CTM-Circuit Transfer Mode PTM-Packet Transfer Mode ATM-Asynchronous Transfer Mode,各种

14、交换方式,PTM,CTM,几种错误的观点,1、数据通信一定是分组交换 2、分组交换比电路交换通信质量高 3、数据通信必须是数字信号,2020/7/5,现代交换技术,51,ATM交换的起源,ATM诞生的背景,ATM交换（Asynchronous Transfer Mode),通信网络：,非实时性的数据业务,实时性的语音和视频业务,满足突发性强、瞬时业务量大、业务通信速率可变,2020/7/5,现代交换技术,53,宽带综合业务数字网的发展过程,公共 电话网,综合 数字网,窄带综合 业务数字网,宽带综合 业务数字网,2020/7/5,现代交换技术,54,公众电话网（PSTN),1876-1910：人

15、工交换(Manual Switch) 1910-1970：机电交换(Electromechanical Switching) 1960-现在：电子交换(Electronic Switching),2020/7/5,现代交换技术,55,综合数字网(IDN),数字技术提高了网络的性能，增加了网络容量。,数字传输：PCM 脉冲编码调制的数字传输于60年代用于局间中继。,综合数字网是数字交换和数字传输的总和，它可以减少成本，提高网络性能。,2020/7/5,现代交换技术,56,产生背景： （1）80年代中期，电话普及率达到较高的程度。 （2）网络现状是：电话网与各专业网并存 电话网 数据网 传真网 电

16、缆电视(CATV)网,综合业务数字网（ISDN）,ISDN思想的产生,2020/7/5,现代交换技术,57,综合业务数字网（ISDN）,ISDN是这样一种网络，它由电话综合数字网(IDN)演变而成，提供端到端的数字连接，以支持一系列广泛的业务(包括话音和非话业务)，它为用户进网提供一组有限的标准多用途用户网络接口。,2020/7/5,现代交换技术,58,人们寻求一种集业务表示、网络传输、复用和交换于一体的一元化网络，这个网络不仅能满足现在通信业务的要求，而且能在未来相对较长的时间内满足新的业务通信的要求，这样一个理想的网络称之为宽带综合业务数字网络，即B-ISDN。,宽带综合业务数字网（B-I

17、SDN）,2020/7/5,现代交换技术,59,速率跨度大，突发性强，含多媒体业务成份，应用要求悬殊。,B-ISDN业务的特征,5.6.1 N-ISDN与B-ISDN,问题： 什么交换技术适合B-ISDN?,61,电路交换的特点： 主要用来交换64kb/s的数字化语音信号，采用PCM同步时分复用，以时隙为基础实现面向连接的电路交换。 特点是用户独占通信信道，实时响应好，能保证传送时延要求，但不适应变比特业务应用，慢速业务浪费资源，快速业务带宽不满足B-ISDN要求。,62,分组交换的特点： 其工作模式是将信息分成若干段，装配成有源目的地址、控制码、校验码及包封的分组，并以分组为单元进行交换和统

18、计复用传送。 其特点是占用带宽随意，资源利用率高，但实时响应差，逐段转发模式转送效率低，网络吞吐量较小，不能适应宽带高速业务交换传送的需要。,63,ATM,异步转移模式(ATM)的产生，设想一种新的方案，既具有电路交换那样控制简单、实时性好的特点，又具有分组交换的统计复用那样资源利用率高的特点。 ATM方案： 采用分组统计复用方式，以适应各类信息传送的需要； 采用固定长度分组，使交换能按照类似于电路模式进行，保障业务服务质量； 所有交换节点不检错，以提高网络信息转移速度。,ATM技术基础,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

19、换,异步传递模式ATM被国际电联电信标准部（ITU-T）于1992年6月定义为宽带综合业务数字网的传递模式。,ATM技术特点： （1）ATM是异步时分复用技术 （2）ATM分组（信元）长度固定、短小 （3）ATM支持多业务传输 （4）ATM是面向连接的传输技术。,66,异步时分复用技术,STD（Synchronous Time Division）： 通过时间位置来区别每一个逻辑信道 ATD（Asynchronous Time Division）： 通过标记来区别每一个逻辑信道,虚连接,信头标签的方式 与地址的不同,面向连接的通信方式,ATM技术基础,ATM技术基础,分组交换的信息格式 短小、定

20、长的53字节,传统分组交换,ATM,ATM的分组信元,ATM 信元,ATM采用固定长度信元的快速交换，它集合了电路交换和分组交换的优点。,信元 (Cell) 结构,ATM是固定长度（53Bytes)的信元中继。 信元头占5字节；信息段（净荷）占48字节。,信元头 格式,UNI (用户-网络接口）,NNI (网络-网络接口）,GFC: 基本流量控制,VPI: 虚通道标识，标识数据包下一跳,VCI: 虚信道标识，与VPI共同使用，标识 数据包下一跳,HEC: 信元头校验。,ATM的逻辑连接,ATM采用面向连接的方式（即虚电路形式）,ATM的虚连接分为：,虚通道连接 （VPC) 虚信道连接 (VCC

21、),虚通道VP和虚信道VC,虚通道标志VPI和虚信道标志VCI,VPVCVPIVCI的理解,打比方：,VP-路 VPI-路名 VC-某条路上的车道 VCI-车道号,ATM交换原理,ATM交换是以信元为单位进行交换,ATM交换本质上是分组交换,ATM交换分为VP交换和VC交换,VP交换与VC交换的区别,VP交换：VPI变，VCI不变 VC交换：VPI变，VCI变,VP交换与VC交换,什么是ATM 综合了传输、复用、交叉连接和交换的技术 一种结合了电路交换和分组交换的各自优点的技术 ATM是快速分组交换技术、采用统计复用方式 ATM能传送所有类型的业务量(话音、数据、图像等),总结,传统交换方式存在以下缺陷： ： 电路交换（Circuit Switching） 因同一连接的信息经过相同的路由， 所以时延抖动小 采用固定时隙分配 带宽浪费（资源独占） 分组交换（Packet Switching） 分组交换可以支持多种速率的交换 系统延迟不确定性 (X.25协议）,一、ATM的引入,问题：能否把这些对带宽、实时性、传输质量要求各不相同的网络服务由一个统一的多媒体网络（B-ISDN）来实现？ 答案：,交换技术发展历程：电路交换-分组交换-帧中继-ATM,二、ATM的总体,综合电路和分组交换的优点：定长与异步,A T M 复