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省电力系统广域数据网络组网技术方案

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XX省电力系统广域数据网络
组网技术方案

XX数码科技集团有限公司
技术部 XXX

1 电力系统业务需求 1
1.1 内部业务 1
1.1.1 话音业务 1
1.1.2 视频业务 2
1.1.3 数据业务 2
1.1.3.1 实时系统 2
1.1.3.2 准实时系统 2
1.1.3.3 管理系统 2
1.1.3.4 其它应用系统 3
1.2 外部业务 3
1.2.1 路由资源出让 3
1.2.2 多余光纤出租 3
1.2.3 富裕容量出租 4
1.2.4 提供增值服务 4
2 网络设计原则 4
2.1 先进性与实用性相结合 4
2.2 开放性与标准性相结合 4
2.3 可靠性与安全性相结合 5
2.4 经济性与可扩充性相结合 5
2.5 网络具有可管理性 5
3 广域网技术介绍 5
3.1 OSI参考模型 5
3.1.1 基本概念 5
3.1.1.1 通信协议 7
3.1.1.2 层服务 7
3.1.1.3 信息交换 8
3.1.2 物理层 8
3.1.3 数据链路层 8
3.1.4 网络层 9
3.1.5 传输层 10
3.1.6 会话层 10
3.1.7 表示层 11
3.1.8 应用层 11
3.2 ATM技术 12
3.2.1 基本概念 12
3.2.1.1 信元结构 12
3.2.1.2 面向连接 12
3.2.1.3 统计复用 12
3.2.2 参考模型 13
3.2.2.1 ATM适配层 14
3.2.2.2 ATM层 15
3.2.2.3 ATM物理层 16
3.2.3 交换结构 16
3.2.3.1 ATM交换结构的基本功能 16
3.2.3.2 ATM交换结构的分类 17
3.2.4 网络信令 18
3.2.4.1 信令标准化 18
3.2.4.2 信令协议栈 19
3.2.4.3 UNI信令 20
3.2.4.4 NNI信令 20
3.2.5 信流管理 22
3.2.5.1 ATM层业务结构 22
3.2.5.2 ATM层服务质量 23
3.2.5.3 流量控制 23
3.2.5.4 拥塞控制 24
3.2.6 IP与ATM融合 24
3.2.6.1 CIPOA 25
3.2.6.2 LANE 26
3.2.6.3 MPOA 27
3.2.6.4 MPLS 28
3.3 IP Over SDH( POS) 技术 32
3.3.1 基本概念 32
3.3.2 PPP协议 32
3.3.3 IP Over SDH的传输效率 33
3.3.4 技术优缺点 33
3.4 动态包传输( DPT) 技术 34
3.4.1 基本概念 34
3.4.1.1 网络结构 34
3.4.1.2 智能保护切换( IPS) 35
3.4.1.3 空间再利用协议( SRP) 36
3.4.1.4 包优化传输 36
3.4.1.5 带宽倍增 37
3.4.1.6 故障恢复模式 38
3.4.1.7 传输的灵活性及演变 39
3.4.1.8 网络管理 39
3.4.2 构建分层体系 40
3.4.3 DPT技术小结 40
3.4.3.1 成本效率 41
3.4.3.2 扩展增值业务 41
3.4.3.3 网络的健壮性 41
3.4.3.4 未来移植性 41
4 IP与ATM的比较 42
4.1 IP与ATM的竞争 42
4.2 思想和目标的差异 43
4.2.1 标准化过程的差异 43
4.2.2 简单实用有效与复杂求全 44
4.2.3 技术驱动与实践( 市场) 驱动 45
4.3 技术思路的差异 46
4.3.1 有连接与无连接 46
4.3.2 信令与路由 47
4.3.3 服务质量( QoS) 与尽力传送( best of effort) 48
4.3.4 网络智能与终端智能 49
4.4 ATM与IP简要比较 50
4.5 ATM与IP比较小结 50
5 XX省电力数据广域网组网方案 51
5.1 技术路线的选择 51
5.1.1 选择依据 51
5.1.1.1 网络带宽资源 51
5.1.1.2 业务类型特点 52
5.1.1.3 未来市场定位 53
5.1.2 技术选择 53
5.2 网络设计方案 54
5.2.1 节点类型划分 54
5.2.2 网络拓扑结构 55
5.2.2.1 ATM网络的组织 56
5.2.2.2 千兆网络的组织 57
5.2.3 业务接入方案 58
5.2.3.1 话音业务 58
5.2.3.2 视频业务 60
5.2.3.3 数据业务 61
5.3 设备配置方案 62
5.3.1 核心节点设备配置要求 62
5.3.1.1 ATM交换机 63
5.3.1.2 三层路由交换机 64
5.3.1.3 IP电话网关 65
5.3.2 骨干节点设备配置要求 65
5.3.3 接入节点设备配置要求 65
5.3.3.1 千兆以太网交换机 66
5.3.3.2 IP电话网关 66
5.3.3.3 IP电话机 66

1 电力系统业务需求
1.1 内部业务
信息通讯网络的建设是为信息传输服务的, 有必要对电力局的业务进行分析。
随着电力行业对信息技术应用的深入, 对网络业务的需求呈现出多层次、 多方位的特点, 电力系统网络业务需求可概括为:
● 语音、 传真业务。
● 视频业务, 如会议电视、 视频监控等。
● 实时系统。主要有SCADA信息处理系统。
● 准实时系统。主要指故障录波、 微机保护、 电能量计量信息等系统。
● 生产管理系统。
● 电力营销管理。
● 办公、 行政、 管理等业务管理系统。
● 综合查询服务, 即基于WEB技术的多媒体信息检索服务。
● 其它, 如远程教学、 视频点播等业务。
1.1.1 话音业务
话音、 传真业务是电力企业生产、 经营中必不可缺的应用, 电力系统的话音应用主要有调度电话、 行政办公电话, 而对调度电话的有很高的要求, 需要保持绝正确畅通。
1.1.2 视频业务
包括变电所监控系统, 视频会议系统。
1.1.3 数据业务
1.1.3.1 实时系统
包括调度自动化系统、 变电所综合自动化系统、 配网自动化系统。
在各级调度之间及变电所与各调度之间有大量的实时, 包括”四遥”信息。
实时系统在信息网上主要是实时信息的传输, 对QoS有很高的要求, 特别是遥信、 遥控信息。
1.1.3.2 准实时系统
微机保护、 故障录波、 电能量计量信息、 通信监测等信息对实时要求也较高。
电能计量信息直接影响到电力企业的收益, 因此对信息安全要求更高。
1.1.3.3 管理系统
生产管理系统包括: 调度管理信息系统、 调度高端应用( 包括负荷预测、 在线潮流、 状态估计等) 、 生技管理系统、 变电运行管理系统、 变电检修管理系统、 送电线路管理、 安监管理系统等。
用电管理系统包括: 电力营销客户信息系统、 配电地理信息与电话报修系统等。
管理决策管理系统包括: 综合查询管理系统、 人事管理系统、 财务管理系统、 物资管理系统、 计划管理系统。
行政办公无纸化包括: 办公自动化系统、 其它行政管理系统等。
管理系统是通讯网络上主要的数据传输, 信息交换量大, 具有随机性和突发性, 这些管理信息除了在全局实现数据共享外, 还要与上、 下级供电部门实现信息共享。
1.1.3.4 其它应用系统
电力市场技术支持系统、 客户服务中心、 负荷管理系统和远方抄表系统等。
1.2 外部业务
随着WTO日益临近, 中国首先对国内(包括港、 澳资本)开放电信市场已成定局。而电力系统向电信市场的渗透也不再是梦想 。凭借自己的电力专用通信网, 电力系统在许多方面具有自身优势。
从市场角度来说, 电力系统利用其资源优势, 将以四种方式渗透国内电信市场。一是路由资源出让, 二是多余光纤出租, 三是富裕容量出租, 四是资本运作以提供增值服务。其中前两种方式是电信经营中最简单、 最原始的经营方式, 与网络采用的技术无关, 而后两种方式由于涉及服务类型和服务质量, 必须在网络建设初期加以考虑, 以采用恰当的、 能够满足未来发展的技术来建设电力通信网络。
1.2.1 路由资源出让
路由资源出让主要是将电力系统丰富的输电线路走廊和城市电缆沟道出让给第三运营商, 使得电力系统的基础构造设施得到广泛的扩展和最大限度的利用。
1.2.2 多余光纤出租
由于OPGW、 ADSS等电力线特种光缆是与超高压电力输电线路结合在一起进行敷设的, 从可靠性上来讲大大优于普通的架空或埋地光缆, 因此电力系统多余光纤出租将凭借这一独特优势成为电力系统向电信市场渗透的一种重要方式。
1.2.3 富裕容量出租
这种方式是将系统中多余的容量出租, 一般是为某些系统或大企业提供城市间联网的2Mb/s数字通道。随着电力传输线路的建设, 给电力通信干线网络光纤化, 创造了极好的条件, 由于光纤具有的高带宽特性, 使得电路一建成, 就在通信容量方面形成了广阔的发展潜力。因此, 经过充分利用正在建设的电力通信光纤网络所具有的丰富资源以及城网、 农网改造所形成的接入能力, 并结合全国范围内各政府部门、 科研院校以及商业运营公司的信息网工程建设, 能够向社会提供基于时分复用或统计复用电路租赁业务, 从而获得可观的经济效益。
1.2.4 提供增值服务
WTO的临近, 使得电信服务市场的开放已成必然。在取得进入电信市场的资格之后, 电力系统除了上述三种对外运营模式外, 还能够提供虚拟专用网( VPN) 以及互联网接入等增值服务。
2 网络设计原则
经过上述分析, 电力系统广域网络的建设应当兼顾内部业务和外部业务两个方面。因此, 在建设综合网络平台时, 必须考虑到以下几点原则:
2.1 先进性与实用性相结合
网络设计选用先进成熟的网络技术及通信设备, 保证系统性能稳定可靠、 风险系数小, 同时一定要注意技术的成熟性和实用性, 充分利用现有的设备和资源, 保护原有的投资。既适应当前业务的情况, 同时又充分考虑未来的发展。
2.2 开放性与标准性相结合
系统采用开放式的体系结构, 支持多种协议和多种接口的开放式网络, 能够与现有的和未来的网络系统互连。所有的网络设备符合国际标准和工业标准, 使网络具有较高的可互操作性, 易于扩充。
2.3 可靠性与安全性相结合
网络系统具有较高的可靠性, 主要的网络设备具有热插拨功能, 不需中止网络运行就能进行内部插拨和模块的更换与扩充。关键设备和线路都有备份, 能够进行在线修复、 更换和扩充。系统安全保密性好, 对人为的攻击及病毒的侵害具有较强的抵抗能力。
2.4 经济性与可扩充性相结合
系统可伸缩性好, 可根据需要扩大或缩小网络性能; 结构模块化, 便于以后随业务发展进行扩充或升级, 使原有设备利用率提高。系统可维护性好, 维护费用低。
2.5 网络具有可管理性
采用先进的网络管理系统, 为整个网络提供全面网络管理。网络管理系统能在全网范围内实现灵活的、 方便的虚拟网划分, 而且虚拟网的划分能基于多种方法, 充分保证网络系统的安全性和数据的可靠性。网络管理系统还具有监测、 诊断、 过滤、 故障隔离等功能。
3 广域网技术介绍
3.1 OSI参考模型
3.1.1 基本概念
开发系统互联( OSI, Open Systerns Interconnection的缩写) 参考模型描述了信息如何从一台计算机的应用层软件经过网络媒体传输到另一台计算机的应用层软件中, 它是由七层协议组成的概念模型, 每一层说明了特定的网络功能。OSI参考模型是在1984年由国际标准化组织( ISO, Interconnection for Standardization 的缩写) 发布的, 现在已被公认为计算机互联通信的基本体系统结构模型。
　　OSI 参考模型把网络中计算机之间的信息传递分成七个小的易于管理的层, OSI的七层协议分别执行一个(或一组)任务, 各层间相对独立, 互不影响。下面是OSI参考模型的七个层次:
　　第七层---------应用层;
　　第六层---------表示层;
　　第五层---------会话层;
　　第四层---------传输层;
　　第三层---------网络层;
　　第二层---------数据链路层;
　　第一层--------物理层
　　OSI参考模型的七层可划分为成高层和低层两类。其中高层论述的是应用问题, 而且一般见软件实现。最高层(应用层)最接近用户, 用户和应用层经过通信应用软件相互作用。
OSI参考模型的低层负责处理数据传输问题, 物理层和数据链路层是由硬件和软件共同实现的, 而其它层一般只是用软件来实现。最底层(物理层)最接近于物理网络介质(如网络电缆), 它的职责就是将信息放置到介质上。
OSI参考模型如下图所示。
图3-1 OSI参考模型
3.1.1.1 通信协议
　　OSI参考模型为计算机之间的通信提供基本框架。但模型本身不是通信方法, 只有经过通信协议才能实现实际的通信。在数据网络中, 协议(protocol)是控制计算机在网络介质上进行信息交换的规则和约定。一个协议实现OSI的一层或多层功能。
　　当前已有众多通信协议, 它们可分为LAN协议, WAN协议, 网络协议和路由选择协议。LAN协议在OSI参考模型的物理层和数据链路层操作, 定义了在多种LAN介质上通信; WAN协议是在OSI 参考模型的最下面三层操作, 定义了在不同的广域网介质上的通信; 路由选择协议是网络层协议, 它负责路径的选择和交换; 网络协议是指一个给 定的协议 件中的各种上层协议。
3.1.1.2 层服务
　　OSI的某一层与另一层进行通信的目的是利用其它层提供的服务, 这种服务有助于一个给定的OSI层与其它计算要机系统的对等层进行通信。层服务包括服务使用者和服务访问点( SAP) 三个基本元素。
　　服务使用者是指需要从相邻层请求服务的OSI层; 服务提供者是指为服务使用者提供服务的OSI层, OSI层能够为多个服务使用者提供服务; SAP是一个概念性场所, 一个OSI层经过它能够向另一个OSI层请求服务。图1-5说明了这三个元素是如何在网络层和数据链路层相互作用。
3.1.1.3 信息交换
　　OSI参考模型的各层使用不同格式的控制信息, 以便与其它计算机系统的对等层进行通信, 这个控制信息由对等OSI层之间交换的特殊请求和指令组成。
　　控制信息一般采用数据头或数据尾。数据头附加在上层传输下来的数据之前; 数据尾附加在上层传输下来的数据之后。一个OSI层并不一定必须附加一个数据头或数据尾到上层的数据中。
　　数据头、 数据尾和数据是相正确概念, 这一切取决于分析信息单元的层。例如在网络层, 一个信息单元包括3个数据头和1个数据; 而在数据链路层, 由网络层传输的所有信息( 3个数据头和1个数据) 都被作为数据处理。
　　另外, 在一个OSI层中, 信息中, 信息单元的数据部分包括从所有上层传送下来的数据头, 数据尾和数据, 这就是众所周知的”封装( encapdulation) ”。
3.1.2 物理层
　　在网络中, 物理层为执行, 维护和终止物理链路定义了电子, 机械, 过程及功能的规则。物理层具体定义了诸如电位级别, 电位变化间隔, 物理数据率, 最大传输距离和物理 互联装置特性, 物理层的协议能够分成LAN和WAN两种。图1-7说明了一些常见的LAN和WAN协议。
3.1.3 数据链路层
　　数据链路层经过物理网络链路提供可靠数据传输。不同的数据链路层定义了不同的网络和协议特性, 其中包括物理编址, 网络拓扑结构, 错误校验, 帧序列以及流控。物理编址( 相对应的是网络编址) 定义了设备在数据链路层的编址方式; 网络拓扑结构包括数据链路层的说明, 该说明常常定义了设备的物理连接方式, 如总线拓扑结构或拓扑结构; 错误校验向发生传输错误的上层协议告警; 数据帧序列重新整理并传输除序列以外的帧; 流控能够延 数据的传输能力, 以使接收设备不会因为在某一时 接收到了超过其处理能力的信息流而崩溃。
　　电气与电子工程师学会( IEEE) 将数据链路层分成逻辑链路控制( LLC, Logical Link Control的缩写) 和介质访问控制( MAC, Media Access Control的缩写) 两个子层。
　　逻辑链路控制子层管理单一网络链路上的设备间的通信, IEEE802。2标准定义了LLC支持无链接服务和面向连接服务。IEEE802．2 在数据链路层的信息帧中定义了许多域, 这些域使得多种高层协议可共享一个物理数据链路。数据链路层的介质访问控制网络介质的协议, IEEE MAC规则定义了MAC地址, 以标识数据链路层中的多个设备。
3.1.4 网络层
　　网络层提供路由选择及其相关的功能, 这些功能使得多个数据链路被合并到互联网络上, 这是经过设备的逻辑编址( 相对应的是物理编址) 完成的。网络层为高层协议提供面向连接服务和无连接服务。网络层协议一般都是路由选择协议, 但其它类型的协议也可在网络层上实现。
　　常见的路 由选择协议包括边缘网关协议, 开放最短径优先和路由选择信息协议, 其中边缘网关协议( BGP , Border GatewayProtocol)的缩写是一种互联网络领域间的路由选择, 开放最短路径优先( OSPF , Open Shortest Path First的缩写) 是一种链路状态, 是为TCP/IP网络开发的内部网关协议; 路由选择信息协议( RIP, Routing Information Protocol的缩写) 是一种使用部站点计数作为计量标准的互联网络路由选择协议。
3.1.5 传输层
　　传输层实现了向高层传输可靠的互联网络数据的服务。传输层的功能一般包括流控, 多路传输, 虚电路管理及差错校验和恢复。流控管理设备之间的数据传输问题, 确保传输设备不发送比接收调和处理能力大的数据; 多路传输使得多个应用程序的数据能够传输到一个物理链路上; 虚电路由传输层建立, 维护和终止; 差错校验包括为检测传输错误而建立的各种不同结构; 而差错恢复包括所采取的行动( 如请求数据重发) , 以便解决发生任何错误。
某些传输层还包括传输控协议, 名字绑定协议和OSI传输协议。传输控制协议( TCP Transmission Control Protocol的缩写) 是提供可靠数据传输的TCP/IP协议簇中的协议; 名字绑定协议( NBP, Name Binding Protocol的缩写) 是将Apple Talk名字与地址联合起来的协议; OSI传输协议是OSI协议簇中的传输协议。
3.1.6 会话层
会话层允许不同计算机上的用户建立会话关系。会话层允许进行类似传输层的普通数据的传输, 并提供了对某些应用有用的增强服务会话, 也能够被用于远程登录到分时系统或在两台机器间传递文件。
会话层提供的服务:
l 管理会话: 会话层允许信息同时双向传输, 或任一时刻只能单向传输。
l 令牌管理( token management) : 有些协议保证双方不能同时进行同样的操作, 这一点很重要。为管理这些活动, 会话层提供令牌。令牌能够在会话的双方之间交换, 只有持有令牌的一方能够执行某种关键操作。
l 同步( synchronization) : 即在数据流中插入检查点, 以避免网络崩溃对长时间文件传输的影响。
3.1.7 表示层
　　表示层提供多种用于应用层数据的编码和转化功能。以确保从一个系统应用层发送的信息能够被另一系统的应用层识别。表示层编码和转换模式包括公用数据表示格式, 性能转换表示格式, 公用数据压缩模式和公用数据加密模式。
　　公用数据表示格式即标准的图象, 声音和视频格式, 经过使用这些标准格式。, 不同类型的计算机系统可相互交换数据; 转换模式经过使用不同的文本和数据表示, 在系统间交换信息, 例如EBCDIC和ASCII; 标准数据压缩模式确保源设备上加密的数据能够在目标设备上正确地解密。
　　表示层协议一般不与特殊的协议 关联, 如一些众所周知的视频标准QuickTime和 Motion(MPEG)。 Quick Time是 Apple计算机视频和 频的标准, 而MPEG是视频压缩和编码的标准。
　　常见的图形图象格式包括GIF, JPEG和TIFF 。JPEG是不同的图形图象压缩和编码的标准, 而TIFF是图形图象的标准编码格式。
3.1.8 应用层
　　应用层是最接近终端用户的OSI层, 这就意味着OSI应用层与用户之间是经过软件直接相互作用的。这类应用程序超出了OSI模 型的范畴。应用层的功能一般包括标识通信伙伴, 定义资源的可用性和同步通信。
　　标识通信伙伴时, 应用层为具有传输数据的应用程序定义通信伙伴的标识性和可用性, 定义资源可用性时, 应用层由于请求通信的存在而必须 定是否有足够的网络资源; 在同步通信中, 所有应用程序之间的通信都需要应用层管理的协同操作。
　　应用层协议包括TCP/IP协议和OSI协议。TCP/IP协议是指Telnet, 文件传输协议( FTP) 和简单邮件传输协议( SMTP) 等等; OSI协议是指文件传输/访问/管理协议( FTAM) , 文件虚终端协议( VTP) 和公用管理信息协议( CMIP) 等, 它们存在于互联网络协议簇中。
3.2 ATM技术
3.2.1 基本概念
ATM是ITU-T确定的用于宽带综合业务数字网( B-ISDN) 的复用、 传输和交换的模式, 因此ATM交换从一开始就被设计为一种能够实现高速、 高吞吐量和高服务质量的信息交换技术, 以适应从低速率到高速率的宽带业务的交换要求。
3.2.1.1 信元结构
ATM交换是固定长度的信元交换。所谓信元, 就是长度为53个字节的固定长度的分组, 其中开头5个字节为信元头, 其余48个字节为信元域。ATM信元头的功能有限, 主要是虚连接的标识, 还有优先级标志、 信元头差错检验等。
采用很短的信元能够减少交换节点内部的缓冲器容量以及排队时延和时延抖动。信元长度的固定则有利于简化交换控制和缓冲器管理, 以采用硬件设备实现高速交换。
3.2.1.2 面向连接
ATM采用面向连接的方式, 即在用户信息传送前, 先要建立连接, 在信息传送结束后, 要拆除连接。ATM建立的连接是虚连接, 能够分为虚通道连接( VPC) 和虚信道连接( VCC) 。根据连接建立的方式, ATM虚连接又能够分为永久虚连接( PVC) 和交换虚连接( SVC) , 其中永久虚连接由网络管理员在事先设定, 交换虚连接则由网络经过信令方式动态设定。
3.2.1.3 统计复用
ATM交换采用统计复用技术。统计复用又称为异步时分复用。所谓时分复用, 即在一条物理链路上经过时间片的划分, 实现多个连接对同一链路的共享, 而异步时分复用是指属于某个连接的多个信元并不占有固定的时间位置, 能够或密或疏地在复用链路上出现。因此, ATM所采用的统计复用技术不是固定分配的同步方式, 而是灵活分配的异步方式, 从而能够适应各种不同带宽业务的要求。
3.2.2 参考模型
在ITU-T的I.321建议中定义了B-ISDN协议参考模型, 如下图。它包括三个面: 用户面、 控制面和管理面, 而在每个面中又是分层的, 分为物理层、 ATM层、 AAL层和高层。
图3-2 ATM参考模型
协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能:
l 用户平面: 采用分层结构, 提供用户信息流的传送, 同时也具有一定的控制功能, 如流量控制、 差错控制等;
l 控制平面: 采用分层结构, 完成呼叫控制和连接控制功能, 利用信令进行呼叫和连接的建立、 监视和释放;
l 管理平面: 包括层管理和面管理。其中层管理采用分层结构, 完成与各协议层实体的资源和参数相关的管理功能, 如元信令。同时层管理还处理与各层相关的OAM信息流; 面管理不分层, 它完成与整个系统相关的管理功能, 并对所有平面起协调作用。
3.2.2.1 ATM适配层
ATM适配层( AAL) 的目标是向应用提供有用的服务, 并将它们与在发送端( 方) 将数据分割为信元、 在接收端( 方) 将信元重新组织为数据的机制隔离开来。它按照3个坐标轴来组织服务空间:
l 定时关系: 需要或不需要
l 比特率: 固定或可变
l 连接方式: 面向连接或无连接
根据上述3个特性, ITU-T将AAL业务分为A、 B、 C、 D四大类, 如下图所示。

A类
B类
C类
D类
定时关系
需要
不需要
比特率
固定
可变
连接方式
面向连接
无连接
图3-3 AAL业务分类
映射到具体的业务, A、 B、 C、 D四种业务类型都具有相应的实例。如: 电路仿真、 固定比特率的视频业务等属于A类业务; 可变比特率的视频与音频业务属于B类业务; 面向连接的数据传送属于C类业务; 无连接的数据传送属于D类业务。
为了适应不同业务类型的需要, ITU-T定义了4类AAL, 即AAL1、 AAL2、 AAL3/4和AAL5。其中AAL1规程用于支持A类业务, AAL2规程用于支持B类业务, 适用于时延敏感的低速、 可变长度的短分组的传送。AAL3与AAL4原来是分开的, 后来合并为一类: AAL3/4, 用来支持C/D两类业务, 即包括面向连接与无连接数据业务。AAL5能够看成是简化的AAL3/4, 用来支持面向连接的C类业务, 传送大的数据分组时效率较高, ATM网络信令也采用AAL5。
3.2.2.2 ATM层
ATM层负责生成信元, 它接受来自AAL的48字节载体并附加上相应5字节信元标头。ATM层支持连接的建立, 并汇集到同一输出端口的不同应用的信元, 同样也分离从输入端口到各种应用 或输出端口的信元。当ATM层看到信元载体时, 它并不知道、 也不关心载体的内容, 载体只不过是要被传输的0或1信息符号。
因为ATM层不论载体的内容, 因此它与服务无关, 它只负责为载体生成信元标头并附给载体 , 以形成信元标准格式。跨越ATM层到物理层的信息单元只能是53个字节的信元。
ATM支持点对点、 一点对多点以及多点对多点连接。ATM层的主要功能和责任如下:
l 一般流量控制;
l 信元标头生成;
l 信元标头去除;
l VPI和VCI值的转换;
l 汇集信元到物理接口;
l 从物理接口分检信元;
l 信元速率调整;
l 网络阻塞控制;
l 信元放弃;
l 流量整形;
l 流量管理;
l 连接分配和取消。
3.2.2.3 ATM物理层
ATM物理层分为物理媒体相关子层( PMD子层) 和传输聚合子层( TC子层) 。
PMD子层的功能是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。
TC子层的功能如下:
l 传输帧的产生/恢复和适配
l 信头差错控制
l 信元定界和扰码
l 信元速率去耦
3.2.3 交换结构
ATM交换结构是实现ATM交换的关键技术之一, 是ATM交换系统中必不可少的重要组成部分。
3.2.3.1 ATM交换结构的基本功能
ATM交换结构应能实现任意出入线之间的信元交换, 即任一入线上的任一逻辑信道的信元要能够被交换到任一出线上的任一逻辑信道中去。为此, ATM交换结构应具有信头变换、 选路和排队这3项基本功能。
l 信头变换
信头变换主要是指VPI/VCI值的变换, 即入VPI/VCI变换为出VPI/VCI。VPI/VCI的变换体现了信元交换的重要概念, 意味着入线上某个逻辑信道中的信息被传送到出线上的另一个逻辑信道中去。需要注意的是, VPI/VCI的变换虽然与建立的虚连接存在固定的映射关系, 然而相应的信元并不一定出现在入线或出线的固定的时隙位置上。
l 选路
选路表示任一入线的信息能够被交换到任一出线, 具有空间交换的特征。信头变换结合选路功能, 才能实现ATM交换结构的交换功能。即在翻译表中根据入线VPI/VCI值应该能够查找到出线号码以及相应的出线VPI/VCI值。
l 排队
由于ATM采用异步时分交换, 在连接建立后的信息传送阶段, 可能会发生在同一时刻存在多个信元竞争公用资源的情况。因此, ATM交换结构还需要具有排队功能, 以免在竞争时发生信元丢失。
另外, 为了适应宽带业务的多样性, ATM交换结构一般还应具备多播功能和优先级控制功能。
3.2.3.2 ATM交换结构的分类
ATM交换结构能够从如下多个方面进行分类:
l 时分与空分
时分结构的基本特征是所有的输入和输出端口共享单一的交换媒介, 能够是共享存储器、 共享总线或共享环;
空分结构的基本特征是能够在多对输入端口和输出端口间同时并行地传送信元。空分结构又能够分为单通路与多通路, 以及单级与多级结构。
l 单通路与多通路
单通路是指任意一对出入线之间只有一条通路, 其典型结构包括基于crossbar的结构和基于banyan的结构。
多通路则在任意一对出入线之间存在多条通路能够选用。
l 单级与多级
ATM交换结构也能够分为单级与多级结构。
单级结构的容量不可能太大, 单一的时分交换模块和空分的crossbar结构是典型的单级交换结构。
多级结构一般称为多级交换网络, 由分为若干级的多个交换单元按照一定的拓扑结构互连而成, 能够比较经济地扩大交换容量。
l 阻塞与无阻塞
阻塞的概念一般出现连接建立的过程中, 然而就面向连接的ATM交换而言, 在连接被接纳后的信元传送阶段也有可能出现阻塞。这时的阻塞往往由多个信元对公用资源进行竞争引起。在ATM交换结构中, 竞争包括两个方面: 内部竞争和出线竞争。内部竞争是多个信元争抢交换结构的同一内部链路或缓冲器, 出线竞争是多个信元争抢同一出线。有无内部竞争取决于交换结构的内部拓扑结构和工作工作速度等因素, 如果不存在内部竞争, 就称为无阻塞结构, 否则就是有阻塞结构。
Crossbar是典型的无阻塞结构, 同时banyan网络则是典型的有阻塞结构。
3.2.4 网络信令
3.2.4.1 信令标准化
ITU-T对B-ISDN信令的标准化分为3个阶段, 对应于3个能力集( CS) :
l CS-1: 基本呼叫/连接控制, 仅支持点到点的单连接呼叫和确定比特率业务, 只能支持峰值信元速率( PCR) 业务量参数。
l CS-2: 增强的呼叫/连接控制, 支持点到点和点到多点单连接呼叫、 点到点多连接呼叫和其它特殊类型的呼叫。能传送各种业务量参数和QOS参数, 支持ITU-T所定义的确定比特率( DBR) 、 维持比特率( SBR) 、 可用比特率( ABR) 以及ATM块传送( ABT) 业务。
l CS-3: 多媒体业务控制信令, 满足多媒体业务的信令要求。
同时, ATM论坛也制定了主要用于专用网的宽带信令, 包括UNI3.0、 UNI3.1、 UNI4.0和PNNI1.0, 以及用于公用网的B-ICI2.0。
3.2.4.2 信令协议栈
ATM信令协议栈位于ATM参考模型的控制面, 经过信令适配层( SAAL) 对信令消息进行ATM适配, 并经过信令虚信道进行传送。ATM UNI和NNI信令协议栈分别如图3-3和3-4所示。
Q.2931
Q.2931,Q.2961等
SAAL
Q.2130,Q.2110,I.362,I.363
ATM
I.361
PHY
I.432
图3-3 UNI信令协议栈
B-ISUP
Q.2761~Q.2764
MTP-3b
Q.704,Q.2210
SAAL
Q.2140,Q.2110,I.362,I.363
ATM
I.361
PHY
I.432
图3-4 NNI信令协议栈
SAAL采用AAL5, 包含公共部分和业务特定部分。公共部分包括公共部分汇聚子层( CPCS) 和分段与重组( SAR) , 业务特定部分包括业务特定面向连接协议( SSCOP) 和业务特定协调功能( SSCF) 。
SSCF的功能是将网络层规定的特定要求映射到SSCOP所提供的服务, UNI的网络层是Q.2931, NNI的网络层是MTP-3b, 因此用于UNI和NNI的SSCF是不同的, 分别由Q.2130和Q.2140所定义。
SSCOP的主要功能是提供连接的建立和释放并在对等层之间完成可靠的信息传送。
3.2.4.3 UNI信令
ATM UNI信令是指在ATM网络中端用户和网络之间进行连接的建立、 释放和维护的协议。
ITU-T Q.2931是ATM UNI信令的网络层协议, 该建议规定了基本的呼叫/连接控制协议, 只支持点到点的呼叫/连接, 属于CS1阶段, 提供了有限的信令能力。在此基础上, ITU-T又制定了Q.2961、  Q.2962、 Q.2963和Q.2971等建议, 以支持CS2的信令功能, 包括业务流参数的扩展, 连接特性的协商和修改以及点到多点的呼叫/连接控制等。
ATM论坛分别于1993和1994年推出了UNI3.0和UNI3.1规范, 为了支持ITU-T CS-2定义的功能, ATM论坛又在1996年推出了UNI4.0规范, 相当于Q.2961、  Q.2962、 Q.2963和Q.2971等建议的功能, 同时UNI4.0还支持叶节点启动加入( Leaf Initiated Join) 和任播( anycast) 等较新的功能。
3.2.4.4 NNI信令
ATM NNI信令协议基于现有64kb/s ISDN用户部分的描述和定义, 是ISDN ISUP的扩充与增强, 因此又称为宽带综合业务数字网用户 ( B-ISUP) 。ITU-T建议Q.2761到Q.2764对B-ISUP进行了描述。B-ISUP使用与UNI信令相同的时间进度表, 分为3个能力集( CS) 。
l CS-1: 支持基本承载业务和用户补充业务以及与N-ISDN的互通。
l CS-2: 支持可变比特率( VBR) 业务, 并将呼叫控制与连接控制分离。
l CS-3: 支持多媒体业务和分配型业务。
ATM论坛于1996年制定的PNNI1.0规范是用于专用网的NNI信令。PNNI可用于专用网络节点接口, 或用于专用网络到网络接口, 同时也可用于公用网。
PNNI协议包括选路协议和信令协议。选路协议是基于链路状态的选路技术, 包括链路状态选路、 源选路和分级选路3个主要概念。信令协议规定了用于建立点到点和点到多点连接的信令消息过程, 是基于ATM论坛UNI信令, 但增加了对源选路、 折回和迂回选路等功能的支持。
PNNI 1.0支持以下功能和特性:
l 支持全部UNI3.1功能和部分UNI4.0功能。
l 支持扩展到大规模的网络。
l 支持分级选路。
l 支持QOS。
l 使用源选路。
l 提供动态选路。
l 对等组内与对等组间的选路协议能够分离。
l 可与不一定使用PNNI的外部选路域互操作。
l 支持物理链路和经过VPC的隧道。
l 支持