第七章ATM交换技术.pptx

第七章ATM交换技术常用信息传递方式(1)电路交换技术电路交换在信息传输时必须先在端与端之间建立一条得信道,此信道就是按时隙周期性分配得,时隙得插入、分解比较简单,可以用高速得硬件实现。优点:信息在通路中传输时延与时延抖动很小,可提供实时得、信息连续传送得通信业务。缺点:通路得建立得时间长,存在速率固定、网络利用率低等缺点。数据通信具有一定得突发性(传输速率不恒定),因而电路交换不适合数据业务传送得要求。虽然在技术上可以实现电路交换得多速率、高速度得信息传送,但就是信息得处理与控制复杂,硬件设备成本很高。(2)分组交换技术分组交换技术在分组交换通信网中,信息得传递以存储/转发得方式进行,采用统计复用方法提高带宽得利用率,另一方面为了保证数据传递得可靠性,在数据链路层采用逐段转发、差错校正得控制措施。优点:分组交换能以可变速率传送数据,动态分配网络资源,信道利用率高。缺点:协议复杂,分组交换机得处理速度慢,延时大,同时,由于分组得长度可变,网络需要一个复杂得缓冲器管理,特别就是信息传递速率要求高时,交换机得处理速度跟不上信息传递得速度,成为网络得瓶颈。(3)帧中继帧中继就是分组交换方式得改进,采用数字光纤为传输介质,在端与端之间采用出错重传得形式进行纠错,可以以可变速率进行传递数据,动态分配网络资源,信道利用率高,纠错、重发、流量控制不由网络完成,提高了网络得吞吐量,减小了网络得时延。宽带综合业务数字网(B-ISDN)支持B-ISDN服务得技术ATM在在ISN产产生生以以前前,通通信信网网都都就就是是为为某某一一个个特特定定得得业业务务服服务务得得,网网络络之之间间对对不不同同得得业业务务互互不不适适应应,无无论论从从经经济济效效益益还还就就是是灵灵活活性性,专一网都不能满足电信网发展得要求。专一网都不能满足电信网发展得要求。在在1980年年,推推出出了了N-ISDN(综综合合业业务务数数字字网网),提提供供得得速速率率一一般般情况下均不超过情况下均不超过2Mbit/s。20世世纪纪80年年代代以以后后,通通过过广广域域网网实实现现LAN互互联联越越来来超超多多,多多媒媒体体业业需需求求得得出出现现使使电电信信网网络络遇遇到到问问题题。提提出出宽宽带带业业务务数数字字网网(B-ISDN)。问题二:ATM定义及ATM方式得特点。ATM得概念得概念 ATM得具体定义为:ATM就是一种传送模式,在这一模式中用户信息被组织成固定长度得信元来传递,包含同一用户信息得信元不需要在传输链路上周期出现(即异步方式)。在信息转移技术中,传送方式可以分为两类:同步传送与异步传送。同步就是指“为每个连接提供周期性得、固定长度传输时间得传送方式”,而异步就是指用户信息不一定在信道上周期出现。三、三、3 3种时分复用信号种时分复用信号同步时分复用同步时分复用/同步转移模式示意图同步转移模式示意图特点特点:u定义帧与时隙u等分信道u靠帧内得时隙位置来识别信道。B B、分组时分复用示意图、分组时分复用示意图特点特点:u 封装 不需要等分信道 分组头大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静C C、ATMATM时分复用示意图时分复用示意图特点特点:u 封装 等分信道 信头ATM得特点1、传输时延小网络链路质量高,网络内部没有针对差错得控制措施,只有端到端得差错控制。2、传输质量高ATM以面向连接得方式工作,在信息传递前,先建立一个逻辑虚连接,进行网络带宽资源得预留,若不能提供相应得带宽,则不会建立连接。传递结束后,拆除虚连接。这种方式可以保证信元得丢失率,保障传输质量3、带宽高ATM信头功能有限,网络节点处理十分简单,提高了速度。4、交换方式灵活信元得长度小,可以用硬件与软件实现交换。5、信元在网络中传送速度高各节点只对信元得头部进行处理,信息字段保持不变。ATM兼具电路与分组传送方式得优点(1)ATM可以瞧作就是电路传送方式得改进。电路传送方式中,时间划分为时隙,一个时隙传送一个用户数据,按数据在时间位置进行区分。若在每个时隙上放一个信元,则电路传送方式就变成了ATM。在ATM中,采用固定长度得分组,即信元,并使用空闲信元填充信道,可以使信元像STM时隙一样定时出现,ATM交换通过硬件选路与信元转移,提高了信息转移得容量与速度。(2)ATM可以瞧作就是分组传送方式得改进分组交换中,分组转发采用标记复用,分组长度在上限内可变,分组在通信线路上得位置就是任意变化得。分组传送中传送得就是分组,ATM信元可以瞧作就是一种特殊得分组。用户在申请信道时可以提出业务质量要求由于传输信道质量改善,ATM不使用逐段反馈重发,用户必要时可用端到端得差错纠正措施。问题三:ATM信元及结构？ATM得信元结构一、定义信元信元(CellCell)又称为又称为ATMATM信元信元,就是一种就是一种5353个字节组成得固定长个字节组成得固定长度得数据分组度得数据分组,由由5 5个字节得信头与个字节得信头与4848个字节得用户数据组成个字节得用户数据组成、优点优点:这种小而固定长度得数据单元减少了组装、拆卸信元及这种小而固定长度得数据单元减少了组装、拆卸信元及信元在网络中排除等待得时延信元在网络中排除等待得时延,确保更快、更简单得进行交换确保更快、更简单得进行交换与多路复用与多路复用,从而支持高速得传输速率。从而支持高速得传输速率。信元结构:定长,53个字节得信息段1字节内发送顺序从第8位开始二、二、ATM信元得信头格式信元得信头格式 ATMATM信元在网络中得功能就是由信头来实现得。网络中得各信元在网络中得功能就是由信头来实现得。网络中得各个个节点根据信头来识别信元就是属于哪一个连接。节点根据信头来识别信元就是属于哪一个连接。信头中有地址信息与控制功能信息信头中有地址信息与控制功能信息,用于完成信元得复用用于完成信元得复用及寻路及寻路,具有本地得意义具有本地得意义,它们在交换节点处会被重新组合。它们在交换节点处会被重新组合。GFC:一般流量控制一般流量控制 VPI:虚通道标识虚通道标识VCI:虚信道标识虚信道标识 PTI:净荷类型净荷类型CLP:-信元丢失优先级信元丢失优先级 HEC:信头误码控制信头误码控制GFC一般流量控制域一般流量控制域:一般流量控制字段一般流量控制字段(4个比特个比特),用于共享传输用于共享传输媒体得多个终端接入得流量控制。媒体得多个终端接入得流量控制。GFC能在保证能在保证 通信质量得前题下通信质量得前题下,公平而有效公平而有效得处理各个终端得信元发送请求得处理各个终端得信元发送请求,控制产生于用户控制产生于用户终端方向得信息流量终端方向得信息流量,减少用户侧得短期过载。减少用户侧得短期过载。VPI/VCIVPI/VCI虚通路标识虚通路标识/虚信道标识虚信道标识:VPIVPI与与VCIVCI就是信元结构中得重要部分就是信元结构中得重要部分,用于表示信息得用于表示信息得路由路由,交换机通过识别交换机通过识别VPIVPI与与VCIVCI,确定把信元送到哪一条线路确定把信元送到哪一条线路上。上。异步传递方式中异步传递方式中,使用了虚通路使用了虚通路VPVP与虚信道与虚信道VCVC得概念。得概念。虚通路,就就是将一条物理通道划分成一定数量得组/群,称作虚通路(VP),再把每个VP细分成若干虚信道(VC)。分别用VPI、VCI进行标记。VPI/VCI在用户建立连接时分配在用户建立连接时分配,并并在信息传输途经得在信息传输途经得ATM交换结点上建立输交换结点上建立输入入/输出映射表输出映射表;传输信元时传输信元时,交换机根据交换机根据信元头得信元头得VPI/VCI查映射表查映射表,形成新得形成新得VPI/VCI,填入信元头。填入信元头。PT载荷类型载荷类型:占占3个比特个比特,标识标识ATM信元运载得类型信元运载得类型:当当PT=0XX时为用户数据时为用户数据当当PT=1XX 时为操作管理与维护数据时为操作管理与维护数据PT第二位第二位:当首位当首位=0(即用户信息即用户信息)第二位用于拥塞指示第二位用于拥塞指示(0未拥塞未拥塞,1拥塞拥塞),由交换机根据当由交换机根据当前状况设置前状况设置;当首位当首位=1(即管理信息即管理信息)第二位第二位=0表示操作管理信息表示操作管理信息;第二位第二位=1表示资源管理信息。表示资源管理信息。PT得第三位得第三位:为为0,表示这个信元就是用户数据得结束表示这个信元就是用户数据得结束为为1,表示这个信元就是用户数据得开始或就是中间信元。表示这个信元就是用户数据得开始或就是中间信元。PTPT定义了定义了8 8种载荷类型种载荷类型,如下如下:CLP信元丢弃优先权信元丢弃优先权 在在ATM中中,若网络中发生了拥塞若网络中发生了拥塞,节点节点可以丢弃到来得信元。优先级低得信元先可以丢弃到来得信元。优先级低得信元先于优先级高得信元丢弃。于优先级高得信元丢弃。CLP=0,表示高优先级表示高优先级;CLP=1,表示低优先级。表示低优先级。HEC信头差错控制信头差错控制 为为8个比特个比特,信头差错控制。用于信头差错控制。用于ATM信元头差错得检测与纠正以及信元定界。信元头差错得检测与纠正以及信元定界。HEC采用得就是一种循环冗余码采用得就是一种循环冗余码CRC,用于信元头校验码用于信元头校验码,保证正确传输。保证正确传输。特殊信元(1)信令信元宽带ISDN上传递得信息都就是采用得ATM信元,信令也就是用ATM信元来传递,传送信令得ATM信元叫做信令信元。(2)OAM信元为了匹配线路得传输速率,在线路上没有信息传送时,发送“空闲信元”填充空闲信道。问题四:ATM参考模型及各平面、各层得功能？ATM参考模型3个平面:用户面、控制面、管理面、3个功能层:物理层、ATM层、ATM适配层高层高层ATM适配层适配层 (SAAL)ATM层层物理层物理层ATM适配层适配层 (AAL)高层高层用户业务与信令用户业务与信令上层信息与上层信息与ATM信元间得转换信元间得转换信元交换与复用信元交换与复用解复用解复用帧结构、物理介帧结构、物理介质质处理各层间处理各层间协调协调,无分层无分层结构结构分别管理各层分别管理各层协议实体中得协议实体中得资源与参数资源与参数呼叫连接呼叫连接与控制与控制用户信息传输、流用户信息传输、流量控制与差错恢复量控制与差错恢复面管理面管理层管理层管理控制平面控制平面用户平面用户平面1、各个层得功能各个层得功能:上图比较抽象,为了加深理解,我们在各个层面中放入可能得相关协议。管理平面管理平面(M平面平面)有有两两个个功功能能:平平面面管管理理与与层层管管理理。平平面面管管理理没没有有分分层层结结构构,它它负负责责所所有有平平面面得得协协调调。层层管管理理负负责责各各层层中中得得实实体体,并并执执行行运运营营、监监控控与与维护维护(OAM)功能。功能。用户平面用户平面(U平面平面)负责提供用户信息传送、流量负责提供用户信息传送、流量控制与恢复操作控制与恢复操作控制平面控制平面(C平面平面)负责建立网络连接与管理负责建立网络连接与管理连接连接,以及连接得释放以及连接得释放;使用使用永久虚电路永久虚电路(PVC)时不需要时不需要控制平面。控制平面。ATM参考模型ATM得分层结构与功能得分层结构与功能ATM考模型中,从下到上分别就是:物理层PHY、ATM层、ATM适配层AAL。1、物理层、物理层 物理层主要就是提供ATM信元得传输通道,将ATM层传来得信元加上其传输开销后形成连续得比特流,同时,在接收到物理介质上传来得连续比特流后,取出有效得信元传给ATM层。物理层从上到下又分为传输会聚子层TC与物理介质子层PM(1)物理介质子层PMPM在发送方向上从TC取得比特流,并把比特流在链路上进行透明传输,在接收方向上检测与恢复接收到得比特流,并把比特流送给TC,便于TC能够从比特流中恢复传输帧与ATM信元。其主要功能就是提供比特流传输、对比特定时与线路编码等方面作出了规定,并针对所采用得物理介质(如光纤、同轴电缆、双绞线等)定义其相应得特性;物理层向上与ATM层交互信元,向下必须适配不同得传输系统。1、物理介质子层提供得物理接口、物理介质子层提供得物理接口 ITU-T与“ATM论坛”将物理接口分为三类,即基于SDH、基于信元与基于PDH得接口。下面进行简要介绍。(1)ITU-T制定得接口标准 ITU-T建议书I、432定义了两个基于光纤同步数字系列(SDH)得物理接口,分别为:速率为155、52 Mb/s得STM-1;速率为622、08 Mb/s得STM-4。ITU-T还定义了下列电气与物理接口速率标准,见表7-3。表表7-3 ITU-T制定得接口速率制定得接口速率(2)“ATM论坛”制定得接口标准 “ATM论坛”定义了4个物理层接口速率,其中两个适用于公用网,分别对应于ANSI与ITU-T定义得DS3与STC-3C速率。下面就是用于专用网得3个接口速率与介质:基于FDDI得100 Mb/s速率;基于光纤信道得155、52 Mb/s速率;基于屏蔽双绞线得155、52 Mb/s速率。(3)ANSI制定得接口标准 表表7-4 ANSI制定得接口标准速率制定得接口标准速率2、比特定时物理媒体子层与传输会聚子层这产交换数据流时需要同步,正常模式下,发送端时钟锁定在接口收到得定时基准时钟止,在时钟出错时,可采用独立时钟工作模式。3、线路编码物理介质子层可以一位位得传送,也可以一次操作一个组,也就在线路传送前,把每一个位组转换成另外一个码制传输汇聚子层传输汇聚子层TC 主要实现比特流与信元流之间得转换。传输汇聚子层得功能就是传输帧适配、信元速率耦合、信元定界、HEC控制、扰码等。1、信元差错控制信元差错控制 信元最后一个字节设置为HEC字段,它得功能就是检测多比特错误,纠正单比特错误。HEC就是利用生成多项式(x8+x2+x+1)对信头前4个字节进行除法运算,将其余数与模2加后所得到得值。在接收端,利用这一算法即可检测出多比特误码,纠正单比特误码。2、信元定界、信元定界 信元定界就就是在比特流中确定一个信元得开始。信元定界得方法就是基于信头得前4个字节与HEC字段得关系来设计得。如果在比特流中连续得5个字节满足HEC字段产生得算法,即认为就是某个信元得开始。下图表示了信元定界得过程。信元定界开始时处于捕捉状态,此时进行比特搜索;一旦发现5个字节之间存在HEC关系,就进入预同步状态,然后进行逐信元验证;如果发现有连续b次正确得HEC关系存在,则认为进入同步状态;一旦发现错误得HEC,则返回捕捉状态。在同步状态,如果发现连续a次不正确得HEC关系,则认为失去定界并返回捕捉状态。ITU-T规定:对基于SDH得信元定界,a=7,b=6;对基于信元方式得定界,a=7,b=8。信元定界流程图b 3、信元速率耦合、信元速率耦合 信元速率耦合即速度匹配功能。为了使信元流适应于物理介质上传输得比特率,我们引入空信元(idle cell)得概念。空信元在发送端插入与在接收端删除称为信元速率耦合。空信元由信头得标准模式确定,如图5、4所示。空信元净荷域中得每个字节都用填充。空信元得格式 4、扰码、扰码 为了增强用HEC字节对信元进行定界算法得安全性,同时使信元得信息字段假冒信头得概率减至最低,需要通过扰码增强信元流净荷字段中数据得随机性。ITU-T建议通过扰码使信元中得数据随机化。ATM层层 ATM层在物理层之上,只识别与处理信头。在发送方向上,ATM层从上层接收信元负载信息,并产生一个相应得ATM信头(不包含差错控制);在接收方向上,ATM层从下一层接收信元信息,在ATM层进行信头提取操作,去掉ATM信头,并将信元负荷区得内容提交上一层。ATM适配层适配层AAL ATM适配层AAL将上层传来得信息流(长度、速率各异)分割成48字节长得ATM_SDU传给ATM层,同时,将ATM层传来得业务数据单元ATM_SDU组装、恢复再传递给上层,同时吸收信元抖动与信元丢失,并提供流量控制与差错控制。ATM层上传送得业务有很多种,根据三个基本参数可能划分为四类:信源与信宿之间要求得定时关系;比特率就是均匀得还就是可变得;连接模式就是面向连接得还就是非连接得。ITU-T定义了A、B、C、D四类业务。A类业务:具有恒定得比特率,面向连接得实时信息传递业务。主要用于电路仿真。B类业务:具有可变得比特率,面向连接得实时信息传送业务。主要用于可变比特率得话音与视频传输。C类业务:具有可变得比特率,面向连接得非实时信息传送业务。主要用于面向连接得数据传输。D类业务:具有可变得比特率,面向非连接得非实时信息传送业务。主要用于面向非连接得数据传输。AAL业务属性分类业务属性分类问题五:ATM信元得传送处理原则？1、信元传送。ATM信元定长,时间被划分为等长得小片段,一个小片段传送一个信元。ATM网络采用有效得业务流量监控机制,对网上用户进行实时监控,把网络拥塞发生得概率降低对网络中不同种类得业务赋予不同得优先权。2、误码处理方法对信头进行HEC检测,纠正信头得一位错误码,对于有多位出错得,则将信元丢弃。ATM方式不保证信息得正确性,信宿收到得信息可能有误码。3、信道填充为了保证传输速率匹配,则当无信息要传送时须填入空闲信元。4、面向连接得工作方式,ATM网络就是通过呼叫建立虚电路得方式构成信息传送通路,通信中一直采用该虚电路标记,直到通信结束才释放虚通路。图 VC/VP交换得具体示例(a)VP交换过程;(b)VC交换过程(1)VP与VC得交换(2)ATM得虚连接过程 ATM虚连接虚连接UNI信元信元 VPI=1 VCI=1UNI信元信元 VPI=20 VCI=30NNI信元信元 VPI=26 VCI=44NNI信元信元 VPI=6 VCI=44NNI信元信元 VPI=2 VCI=44123 123132123ATM虚连接虚连接(VC)PortVPIVCI126442244 PortVPIVCI12442644PortVPIVCI164422030PortVPIVCI11122644AB A需要传送数据到B,首先在信元要经过得ATM节点上建立一系列得交换表格,保证信元经逐次转发后最终到达B。这些表格建立后A到B间得信元所经路径就是一致得(至少在一次呼叫内如此),这种路径称为ATM虚连接。问题六:ATM交换机得结构及交换原理？ATM交换机得组成ATM交换机由输入模块输入模块(IMIM)、输出模块、输出模块(ININ)、信元交、信元交换机构换机构(CSFCSF)、控制模块、控制模块(CMCM)与系统管理与系统管理(SMSM)5 5部分构成。部分构成。ATM交换基本原理 完成空间交换即路由交换时间交换即信元从一个时隙到另外一个时隙,时间交换靠信头翻译表来完成ATMATM交换得基本原理交换得基本原理问题七:ATM网接入方式？ATM网络及其接入方式一、ATM网络结构 二、ATM接入 1、帧中继延伸接入 二、ATM接入 XDSL+专线接入