现代交换原理07、ATM交换技术与B-ISDN
五、ATM交换技术1主要内容ATM与B-ISDN的产生与发展 ATM基本原理 ATM交换技术 宽带综合业务数字网（B-ISDN）21）B-ISDN的提出通信网的发展N-ISDN的局限性：传输速率和交换模式限制了具有更高速率和可变速率 业务的提供，已不能适应未来通信网发展的需要。 B-ISDN的提出：能够提供具有更高传输速率的传输信道；更先进的传 送模式。 1、ATM与B-ISDN的产生与发展32）B-ISDN网对传送模式的要求q 对信息的损伤要小o 具有时间透明性(信息传送的时延和时延抖动要小)o 具有语义透明性(由传送引起的信息丢失和差错要小)q 能灵活地支持各种业务q 具有高速传送信息的能力1、ATM与B-ISDN的产生与发展43）ATM与B-ISDN的产生和发展Ø1983年，美国贝尔实验室的Turner J.等人提出了快速分组交换（ FPSFast Packet Switching）原理，研制了原型机。Ø同年，法国Coudreuse J.P.提出了ATD交换概念，并在法国电信 研究中心（CNET）研制了演示模型。Ø FPS和ATD概念提出以后，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。Ø80年代中期，CCITT也开始了这种新的传送模式的研究。Ø1988年，CCITT 18研究组决定采用固定长度的信元，定名为 ATM，并认定B-ISDN将基于ATM技术。Ø1990年，CCITT 18研究组制定了关于ATM的一系列建议，并在 以后的研究中不断地深入和完善。1、ATM与B-ISDN的产生与发展5Ø 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 州的范围内的公用ATM宽带网。Ø 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1994年11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ATM试验网Ø 在亚洲的日本NTT与邮政省、香港电讯、新加坡电信、韩国电信、 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ATM为基础的宽带网试验。试验的业务平台有基于TCPIP的宽 带数据、VOD、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。 1、ATM与B-ISDN的产生与发展64）公用网的ATM交换系统公用网ATM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40160G。应能支持各种接口、业 务和连接类型，并具有保证服务质量（Qos）的业务流控 制功能。富士通FETEX-150、爱立信的AXD301、西门子的 Main Street Xpress、 AT&T的Globe View 2000、阿 尔卡特的1000AX、 北电的Magellan Concorde等。 1、ATM与B-ISDN的产生与发展75）研究热点Ø ATM交换结构Ø ATM网的业务流控制Ø 话音通过ATM（VOA）Ø IP与ATM的融合Ø ATM与智能网（IN）的结合Ø 光ATM交换 1、ATM与B-ISDN的产生与发展82、ATM基本原理ATM信元及其结构 异步时分复用技术 面向连接的工作方式 ATM标准化协议92.1 ATM信元及其结构 1）信元结构：信元由5字节信头和48字节信息段（净荷）组成。发送次序8 7 6 5 4 3 2 1 比特 15 6.53发送次序信头（5字节）信息段（48字节）102）UNI的信头结构：GFC（Generic Flow Control）：一般流量控制字段（4个比特）及相应的GFC功能用于接入的 流量控制。由于B-ISDN的UNI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。GFC比特 8 7 6 5 4 3 2 1VPIVPIVCIVCIVCIPTHECCLP1 2 3 4 52.1 ATM信元及其结构 11VPI/VCI（Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier）：选路信息。 PT（Payload Type）：有3个比特，表示净荷类型。 CLP（Cell Loss Priority）：表示信元丢失优先级，只有一个比特，CLP=0，表示高优 先级；CLP=1,表示低优先级，若遇到拥塞要丢弃信元时， CLP=1的信元将首先丢弃。HEC（Head Error Control）：为1个字节，用于信头差错控制。2.1 ATM信元及其结构 123）NNI的信头结构：NNI信头不需要GFC字段，从而使VPI扩展为12比特 。比特 8 7 6 5 4 3 2 1VPIVPIVCIVCIVCIPTHECCLP1 2 3 4 52.1 ATM信元及其结构 132.2 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141）虚通道与虚信道：ATM传输通道可分割成若干个逻辑子信道 ，为便于应用和管理， 逻辑子信道可按两个等级来划分：虚通道（VP-Virtual Path）虚信道（VC-Virtual Channel ）2.3 面向连接的工作方式 152.3 面向连接的工作方式 p 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）p 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） 162） VPC（虚通道连接）和VCC（虚信道连接）VCC（Virtual Channel Connection）是VCC端点之间的VC级 端到端的连接，由多条VC链路串接而成，VCI（虚信道标识）用来 识别一条VC。VPC（Virtual Path Connection）是VPC端点之间的VP级端到 端的连接，由多条VP链路串接而成，VPI（虚通道标识）用来识别 一条VP。VCC端点（VCC Endpoint）是VCC的起点和终点，是ATM层 及其上层交换信元净荷的地方，也就是信息产生的源点和被传送的 目的点。VPC端点（VPC endpoint）是VPC的起点和终点，是VCI 产生，变换或终止的地方。 2.3 面向连接的工作方式 17虚信道连接（VCC）虚通道连接（VPC）VC链路VC链路VC链路VCIXVCIyVCIZVP链路VP链路VP链路VPIXVPIyVPIZ2.3 面向连接的工作方式 183）VP交换和VC交换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。 2.3 面向连接的工作方式 19VC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。 2.3 面向连接的工作方式 202.3 面向连接的工作方式 ATM连接的建立过程。在源ATM端点与目的ATM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的各段传输通道上，找寻空 闲VC链路和VP链路，分配VCI与VPI，建立相应VCC与VPC的过程， 21ATM虚连接建立的方式有两种方式：q 永久虚连接（PVC：Permanent Virtual Connection）q 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连接 ，信息传送完毕则拆除虚连接。VPC 和 VCC 都可有PVC和SVC的虚连接。2.3 面向连接的工作方式 222.4 ATM协议参考模型物理层ATM层ATM适配层高层高层控制面用户面管理面面管理层管理23B-ISDN协议参考模型由3个平面组成：用户面、控制面、管理面用户面（User Plane）：负责用户信息的传送，采用分层结构。控制面（Control Plane）：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。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维护（OAM）信息流 ，面管理不分层，层管理是分层的。B-ISDN协议参考模型的分层结构含有4层，从下到上为：物理层、 ATM层、ATM适配层（AAL：ATM Adaptation Layer）和高层。2.4 ATM协议参考模型24一般流量控制、信头产生/提取信元VPI/VCI翻译、信元复用和分路信元速率解耦、HEC产生/验证信元定界、传输帧适配传输帧产生/恢复AALCSSARATM层TCPMD比特定时、物理媒体汇聚分段与重组物理层2.4 ATM协议参考模型25物理层：负责通过物理媒体正确、有效地传送信元。它可划分为个子层：物理媒体相关子层（PMD ：Physical Medium Dependent Sublayer）传输汇聚子层（TC：Transmission Convergence Sublayer ）物理媒体相关子层（PMD）的功能：提供与传输媒体有关的机械和电气接口，正确地发送和接收数据比 特，负责线路编码、比特定时等功能。传输汇聚子层（TC）的功能：传输帧的产生/恢复与适配在发送端要将信元流封装成适合传输系统要求的帧结构送到PMD子 层，在接收端则将PMD子层送来的比特流（传输帧）恢复成信元流；并 在信元流与传输帧转换时完成格式的适配。2.4 ATM协议参考模型26信头差错控制（HEC:Header Error Control）信元的信头中含有控制选路及其他的重要信息，必须对信头信息 进行差错控制。为此，对信头前个字节作循环冗余校验（CRC）。在 发送端是按CRC算法生成字节的HEC码，在接收端按同样算法进行检 验。信元定界和扰码信元定界（Cell delineation）是用一定的方法来识别信元的边界。 为防止信元的信息段出现伪HEC码而影响正确的定界，可对信息段进行 扰码(scrambling)操作，在接收端再以相反的操作进行解扰（ descrambling）。 信元速率去耦为了使ATM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（idle cell），以将ATM层信元流的速率适 配成传输媒体的速率。在接收端，通过特定的预分配信头值，可以识别出空闲信元予以丢 弃，并不送往ATM层。2.4 ATM协议参考模型27ATM层：ATM层的主要功能是负责信元的交换、选路和复用。具体为：p信元的复用与交换p服务质量保证p实现净荷类型有关的功能p一般流量控制2.4 ATM协议参考模型28AAL：1）AAL的功能： 主要功能是将高层业务信息或信令信息适配成ATM信元流。它是 ATM层与高层应用（包括用户面、控制面和管理面）之间的适配层 ，并支持高层与ATM层之间的适配：将高层的协议数据单元（PDU） 映射到ATM信元的信息段或反之。AAL实体与对等层的AAL实体之间 要交换信息，以实现AAL的功能。2）AAL的业务分类：AAL的功能和规程与业务有关，不同的业务需要不同的AAL规程 。为了减少AAL规程的数量，将业务按照以下个特性进行分类：源与终
