现代交换原理 第7章 atm交换技术

1、第七章 ATM交换技术,ATM与B-ISDN的产生与发展 ATM基本原理 ATM交换的基本原理,主要内容,7.1 ATM与B-ISDN的产生与发展,电路传送模式 CTM,分组传送模式 PTM,电路交换,实时语音业务,公用 电话网,分组交换,突发数据业务,公用分组交换网,异步传送模式 ATM,各种业务,宽带综合业务数字网B-ISDN,传送模式: 综合了传输、复用和交换有关方面的技术,电路传送模式(CTM) 固定分配带宽 面向物理连接 同步时分复用 适应实时语音业务 时间透明性,分组传送模式(PTM) 动态分配带宽 面向无连接（逻辑链接） 统计时分复用 适应数据业务 语义透明性,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,B-ISDN网对传送模式的要求 对信息的损伤要小 具有时间透明性 具有语义透明性 能灵活地支持各种业务 具有高速传送信息的能力,7.1 ATM与B-ISDN的产生与发展,7.1 ATM与B-ISDN的产生与发展,ATM融合了CTM和PTM的特点 （1）ATM看作CTM的改进 （2）ATM看作PTM的改进,ATM与B-ISDN的产生

2、和发展 1983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。 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。 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。 80年代中期，CCITT也开始了这种新的传送模式的研究。 1988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。 1990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。,7.1 ATM与B-ISDN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，是美国第一个在州的范围内的公用ATM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 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

3、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。,7.1 ATM与B-ISDN的产生与发展,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。,7.1 ATM与B-ISDN的产生与发展,研究热点 ATM交换结构 ATM网的业务流控制 话音通过ATM（VOA） IP与ATM的融合 ATM与智能网（IN）的结合 光ATM交换,7.1 ATM与B-ISDN的产生与发展,7.2 ATM基本原理,ATM特点： 采用了固定长度的信元，并简化了信元头功能 采用了异步时分复用方式 采用了面向连接的工作方式 采用了标准化的ATM协议

4、,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）,7.2.1 ATM信元及其结构,1、信元结构 信元（53字节）由信头（5字节）和信息段（48字节）组成。,字节,2、信头结构,7.2.1 ATM信元及其结构,UNI,NNI,UNI,NNI：网络节点接口，无流量控制。,UNI：用户-网络接口，接入流量控制。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,B-ISDN,GFC,比特 8 7 6 5 4 3 2 1,VPI,VPI,VCI,VCI,VCI,PT,HEC,CLP,1 2 3 4 5,字节,7.2.1 ATM信元及其结构,(1) UNI的信头结构 GFC（Generic Flow Control）：一般流量控制字段，4bit，用于接入流量控制。,VPI/VCI：选路信息，唯一标识一个逻辑子信道。 VPI（Virtual Path Identifier）：虚通道标志，8bit，可标识256条虚通道。 VCI（Virtual Channel Identifier）：虚信道标志，

5、16bit，可标识65536条虚信道。 PT（Payload Type）：净荷类型，3bit，表示信息段传送的信息类型 CLP（Cell Loss Priority）：信元丢弃优先权，1bit，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）：信头差错控制，8bit，检验信头是否出错，不检测信息段。,7.2.1 ATM信元及其结构,比特 8 7 6 5 4 3 2 1,VPI,VPI,VCI,VCI,VCI,PT,HEC,CLP,1 2 3 4 5,字节,7.2.1 ATM信元及其结构,（2）NNI的信头结构 NNI信头不需要GFC字段，从而使VPI扩展为12bit。,总结,ATM采用固定长度短信元 “固定”：有利于硬件实现，速度快 “短”：信元传送时延和时延抖动小，满足实时业务要求。 无逐段链路的差错控制和流量控制 简化信头，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。,7.2.2 异步时分复用技术,电路交换 同步时分复用 固定资源分配 固定速率 硬件实现,分组交换

6、统计时分复用 动态资源分配 可变速率 软件实现,ATM交换 异步时分复用 动态资源分配 可变速率 硬件实现,3 2 1,3 2 1,分组头（LCN）,信头（VPI,VCI）,1、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 ）,7.2.3 面向连接工作方式,虚信道 (VC),虚信道（VC）,虚通道 (VP),虚通道(VP),传输通道,虚通道 (VP) 包括多条VC,虚信道(VC) ATM端节点之间的 逻辑通路,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） 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）,7.2.3 面向连接工作方式,虚通道（VP）:由ATM信头中VPI标记。 虚信道（VC）:由ATM信头中VCI标记。,注意,1、一个逻辑子信道由（VPI,VCI）唯一标识。 2、 VPI和VCI只在每段传输通道上

7、有意义，不具有端到端的含义。 3、在每段传输通道上，VPI唯一； 在VP内，VCI唯一。,2、 VPC（虚通道连接）和VCC（虚信道连接） 虚连接：由每段传输通道上选定的逻辑子信道串接起来构成的源端到目的端的通信连接。 虚信道连接VCC：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用来识别一条VC链路。 虚通道连接VPC：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用来识别一条VP链路。,7.2.3 面向连接工作方式,虚信道连接（VCC）,虚通道连接（VPC）,VC链路,VC链路,VC链路,VCIX,VCIy,VCIZ,VP链路,VP链路,VP链路,VPIX,VPIy,VPIZ,7.2.3 面向连接工作方式,3）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。,7.2.3 面向连接工作方式,VC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。,7.2.3 面向连

8、接工作方式,ATM连接的建立过程就是在源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，,7.2.3 面向连接工作方式,ATM虚连接建立的方式有两种方式： 永久虚连接（PVC：Permanent Virtual Connection） 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。,7.2.3 面向连接工作方式,物理层,ATM层,ATM适配层(AAL),高层,高层,控制面,用户面,管理面,面管理,层管理,7.2.4 ATM协议参考模型,B-ISDN协议参考模型由3个平面组成 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

9、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。,7.2.4 ATM协议参考模型,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。,7.2.4 ATM协议参考模型,AAL层,ATM层,物理层,高层,ATM端系统之间的信息传递,物理媒介,物理媒介,ATM端系统,ATM端系统,负责通过物理媒体正确、有效地传送信元。,物理层,传输帧的创建/恢复 在发送端要将信元流封装成适合传输系统要求的帧结构。 传输帧适配 在信元流与传输帧转换时完成格式的适配 信元定界 利用HEC字段，在比特流中识别信元的边界。, 信头处理 在发送端生成字节的HEC字段，在接收端利用HEC字段，进行信头检验，错误的信元被丢弃，正确的送至ATM层。 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，识别出空闲信元予以丢弃，不送往ATM层。,物理层,ATM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 在发送端，利用（VPI,VCI）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。 VPI/VCI处理 由ATM交换节点将输入（VPI,VCI）值改写为输出的（VPI,VCI）值。,ATM层,信头处理 在发送端产生信头（除HEC字段），在接收端翻译信头。 一般流量控制 在发送端产生G

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