现代交换技术 教学课件 ppt 作者 刘丽 第五章ATM交换
08:33,现代交换技术,第五章 ATM交换,08:33,社会发展需求，随着视频业务应用的发展，用户业务需要大于2mb/s的宽带传输和交换。 技术发展支持，光纤及相关的传输技术发展和广泛运用，为构建能承载数据、高质量视频等业务的宽带综合网络提供了技术支持，交换技术变成瓶颈。,5.1 B-ISDN与ATM的概念,08:33,业务带宽跨度大，从几十到几兆比特/秒； 不同业务的突发特性不同； 各种业务的实时性要求不同； 各种业务对错误的敏感性不同； 不同业务要求不同的连接方式。,B-ISDN与ATM的概念,B-ISDN的目标，为用户提供各种带宽的数据、语音、图像、电视会议、文本文件、数据等信息的交换和传输服务。,08:33,对信息的损伤要小 具有时间透明性(信息传送的时延和时延抖动要小) 具有语义透明性(由传送引起的信息丢失和差错要小) 能灵活地支持各种业务 具有高速传送信息的能力,B-ISDN与ATM的概念,08:33,电路交换特点 同步时分复用；固定分配带宽；时间透明性,分组交换特点 统计时分复用；动态分配带宽；语义透明性,ATM的发展,08:33,ATM概念？,ATM（AsynchronousTransferMode）异步转移（传送）模式 ATM 是一种在网络中以信元为单位进行统计复用、交换和传输的技术。在这种传送模式中，信息被分成信元来传递，而包含同一用户信息的信元不需要在传输链路上周期性地出现。,ATM概念？,B-ISDN与ATM的概念,08:33,采用异步时分复用方式，动态分配带宽 采用面向连接的方式（虚电路） 取消了逐段差错控制和流量控制，在需要时由终端完成。 信元长度固定，简化了对缓冲队列的管理 信头的功能简化,ATM特点？,B-ISDN与ATM的概念,08:33,5.2 ATM 基本原理,08:33,ATM 信元结构,5.2.1ATM信元及其结构,08:33,ATM信元信头结构,08:33,ATM信元类型,ATM信元的净荷类型,用于AAL5是否是上层协议数据单元划分的最后一个信元，0不是，1是,08:33,ATM 特殊信元,空闲信元（VPI=0，VCI=0，CLP=1）：物理层产生的空信元。00000000 00000000 00000000 00000001 未分配信元（VPI=0，VCI=0，CLP=0）：ATM 层产生的空信元。 物理层OAM信元：用于物理层的操作维护。 00000000 00000000 00000000 00001001 元信令信元（ VCI=1 ） ， 通用广播信令信元 （VCI=2），信令信元用于呼叫控制和建立连接等。,08:33,同步时分复用：多个逻辑子信道共享一条物理链路，属于同一逻辑子信道的信号按照一定时间间隔周期性地出现，按照时隙位置识别信道 。 异步时分复用：属于同一逻辑信道的信号在传输线上不对应固定的时隙，也不是按周期出现，信息识别按照信头的标记区分。,5.2.2异步时分复用,08:33,虚通道VP和虚信道VC的关系,5.2.3面向连接工作方式,08:33,ATM虚连接建立的方式,ATM采用双向虚连接，两个方向上的VPI/VCI被赋予相同的值，并且VPI/VCI值只在一段直连信道上有效。 在虚电路中，两相邻交换点之间VPI/VCI值保持不变，构成一条VC链路，源端到目的端的虚电路由多段VC链路串连组成。 ATM网络可建立虚信道连接（VCC）或虚通路连接（VPC）。,08:33,VP交换,08:33,VC交换,08:33,5.2.4 ATM协议参考模型,08:33,一般流量控制、信头产生/提取 信元VPI/VCI翻译、信元复用和分路,传输帧产生/恢复：发送端将信元流封装成 适合传输系统要求的帧结构送到PM子层， 接收端将PM子层送来的比特流（传输帧） 恢复成信元流 信元速率适配、信头差错校验（HEC）信元定界、,AAL,CS,SAR,ATM层,TC,PM,在物理媒体上正确地发送和接收数据比特，线路编码、光电转换,汇聚子层，对高层适配服务，使ATM信元传送能够适应不同业务,分段与重组子层，将不同业务数据单元分割成固定 的长度装入ATM信元的信息段，反向传送过程重组,物理层,ATM协议参考模型,08:33,ATM协议栈中各层间的数据传输,PCI：协议控制信息,08:33,ATM适配层协议,话音业务,08:33,AAL1支持对时延敏感的恒定比特率业务（话音）。分为2个子层：分段与重组（SARSegmentation and Reassembly）子层和会聚子层（CSConvergence Sublayer） 。,(3) ATM适配层AAL1,SAR头：序号+序号校验，接收端按照SAR-PDU序号重新组装提交用户数据,08:33,(3) ATM适配层AAL5,AAL5用来支持面向连接的可变比特率的数据业务，对信令与数据业务进行适配。 分段与重组SAR子层 会聚子层CS 业务无关的公共部分子层CPCS 业务相关的业务特定会聚子层SSCS。根据业务而定，可以为空。,08:33,AAL5数据适配过程,公共部分汇聚子层,08:33,5.3ATM交换技术,ATM交换的基本原理,ATM交换网络,ATM交换系统结构,ATM呼叫控制信令,08:33,5.3.1 ATM交换的基本原理,ATM交换是指ATM信元从输入端的逻辑信道到输出端的逻辑信道的消息传递。即任一入线上的任一逻辑信道的信元能够交换到任一出线上的任一逻辑信道上去。,信头 翻译,路由 选择,排队,08:33,数据传送过程中，任一入线信息可被交换到任一出线，具有空间交换的特征（选路）,数据传输过程中，对从入线来的ATM信元根据路由表被交换到目的出线上，信头VPI/VCI值由输入值被翻译成输出值。（信头翻译）,ATM采用异步转移模式，某一时刻会有多个信元争抢公共资源情况（出线竞争/内部链路竞争），需要设置缓冲器，提供排队功能 。（排队）,ATM交换的基本原理,08:33,ATM 交换的基本原理,Queue,Queue,Queue,数据,信头 翻译表,O1,O2,On,I1,I2,In,输入链路 信头值 输出链路 信头值 I1 x O1 k y On m z O2 l : In x O1 n y O2 j s Oq g,信元头,输入,输出,信元,数据,信元头,选路、信头翻译、排队,通信前呼叫建立信令为每个呼叫分配逻辑信道，建立路由表,信元被交换的同时，输入信头的值被翻译成输出信元头的值。,08:33,5.3.2ATM交换系统基本结构,08:33,输入接口功能,08:33,输出接口功能,08:33,ATM交换结构,时分交换网络,空分交换网络,共享存储器,共享媒体,单通路,多通路,总线型,基于crossbar,基于banyan,扩展banyan,复份banyan,Benes,Clos,缓冲型,无缓冲型,矩阵型,全互连型,1）ATM交换结构类型,5.3.3 ATM交换网络,08:33,共享存储器型结构,08:33,共享媒体型交换结构,08:33,空分交换结构,08:33,多极互联网络,08:33,Banyan网络自由选路特性,08:33,多极互联网络,08:33,2）ATM交换网络的缓冲策略,08:33,输入缓存模型,每条入线设置缓冲器 信元在入线排队，竞争失败的信元暂时留在输入缓冲器中，等待下一轮信元的传送,仲裁逻辑 决定可以得到服务的入线 仲裁策略,08:33,输入缓存的缺点,存在队头阻塞（HOL） 若一条入线上的队列的排头信元因竞争失败而阻塞，该队列中的所有后续信元也被迫阻塞，即使该队列中的后续信元所选择的出线当前是空闲的。,08:33,采用窗口方法的输入缓冲结构,改进的输入缓冲,08:33,输出排队模型,交换 网络,0,1,N-1,0,1,N-1,出线,入线,输出队列,每出线配置一个缓冲队列 信元在出线处排队，信元通过传输媒体时无需仲裁逻辑,08:33,输出排队的优缺点,为保证没有信元丢失，在传输交换媒体中信元的传输交换的速率必须 N 倍于入线的速率 输出缓冲能在一个时隙内可以接收交换到该输出端口的最大信元数目，称为加速因子（，极限情况） 加速因子的值越大，对处理速度和存储器的存储速率要求就越高，一般1KN，这样每个输出端口最多只能接收K个信元，如果有多于K个信元去向同一个端口，就要按照一定准则选取其中的K个信元，其余的丢弃。,08:33,外部缓存输入输出缓冲,综合输入缓冲与输出缓冲的优点。假设其加速因子为L（1LN）(N为输入端口数目)，则其输出缓冲器在一个信元时隙内最多能接收L个信元，若在某一时隙内有超过L个信元要交换到同一个目的端口，这些超过的信元将会被存储在输入缓冲器中，而不像输出缓冲方式中直接丢弃。,08:33,包括环回端口以及环回缓冲器。当发生出线竞争时，在竞争中失败的信元会通过环回端口存储在环回缓冲器中，并且通过环回端口在下一时隙与新到来的信元重新进行竞争。,外部缓存环回缓冲,08:33,内部缓冲的缓冲器是设置在交换网络内部。 主要有： 共享缓冲 交叉点缓冲 缓冲型banyan,存储器,复用,分路,12 N,12 N,共享缓冲结构,内部缓存,08:33,内部缓存,交叉点缓冲：缓冲器设置在交叉点中，用在基于crossbar交换网络中。 特点：不存在HOL阻塞现象，对内部处理速度和存储器存储速率没有加速要求，但需要较多数量的存储器,08:33,内部缓存,缓冲型banyan ：在交换单元（SE）内部设置缓冲。用来存储在内部竞争中失败的信元，减少信元丢失率,08:33,交换网络的选路方法是指有效控制和正确引导从输入端口进入交换网络的信元正确地传送到所需的输出端口的方法。 在有多级互联网络中，选路控制有两种方法：自选路由和表格控制选路。,3）ATM交换网络的选路方法,08:33,自选路由是给每个到来的信元在进入交换网络之前加上选路标签，然后交换网络会自动根据这些选路标签的信息来选择路由，自选路由选路方法的路由信息（翻译表）一般放在交换网络每个输入端口处。,自选路由方式,08:33,自由选路方式的路由选择,08:33,表格控制选路方式,表格控制选路（table-control routing）的路由信息存放在各个交换单元（SE）内部，各个SE按照自己的翻译表中的信息来完成选路。,08:33,路由表控制的路由选择,08:33,ATM是面向连接的网络，在端到端的通信前必须建立连接。 SVC的建立、管理与释放过程就是ATM信令的交互过程。 ATM信令主要分为UNI（用户-网络接口）信令和NNI（网络-网络接口）信令。,5.3.4 ATM 呼叫控制信令,08:33,信令接口,08:33,信令协议栈结构,UNI信令协议栈,呼叫控制层,信令适配层,b) NNI信令协议栈,宽 带 5 号 信 令,08:33,信令适配层,SSCOP业务特定面向连接协议 SSCF业务特定协调功能 CPCS公共部分汇聚子层,ATM信令在信元中传送。 SAAL层：完成适配信令传送功能（将信令适配成48字节的数据单元），采用AAL5。 SSCF：将网络层协议映射到SSCOP SSCOP建立和释放SAAL连接，提供基于选择性重发机制的差错校正、流量控制功能，保证信令消息的可靠传送。,公共部分,链路层控制功能,08:33,ATM中的No.5信令系统结构,TC用户,SCCP,TCAP,MTP3/MTP-3b,SAAL,物理层,B-ISUP,MTP-3b：功能和结构与MTP3相同，将信令消息扩充为4095个8bit。 B-ISUP：No.5信令B-ISD
