第七章ATM交换技术.ppt
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1、第七章 ATM交换技术 7.1 引言引言 7.2 ATM转移模式基础转移模式基础 7.3 ATM交换基本原理交换基本原理 7.4 ATM转移模式基础转移模式基础 7.5 ATM交换模块结构交换模块结构 7.6 ATM信元交换机构信元交换机构 7.7 ATM输入输出模块输入输出模块 7.8 ATM交换的呼叫和连接控制交换的呼叫和连接控制电路交换电路交换:7.1 引言引言u利用固定速率的信道在用户之间建立连接;u连接一经建立,信道独享;u实时性强,时延小;u无法胜任数据率和数据传输突发的状况;分组交换:分组交换:u数据分割成分组;u存储-转发;u采用虚电路或者数据报方式传输;u信道不独占、数据传输
2、效率高、能适应不同传输速率;u交换节点上有排队延迟且不确定,无法满足实时性要求;未来有哪些业务?需要多少带宽呢?未来有哪些业务?需要多少带宽呢?宽带网络如何适应各种信道速率且具有低时延宽带网络如何适应各种信道速率且具有低时延特性?特性?宽带网络如何在满足上述要求的情况下做到具宽带网络如何在满足上述要求的情况下做到具体业务的无关性呢?体业务的无关性呢?ATM 7.2 ATM转移模式基础转移模式基础 ATM:Asynchronous Transfer Mode 一、一、ATM传送模式传送模式 ATM的传送模式本质上是一种高速分组传送模式。它将话音,的传送模式本质上是一种高速分组传送模式。它将话音,
3、数据,图象等所有的数字信息分成固定长度(数据,图象等所有的数字信息分成固定长度(48字节)字节)的数据块,并在各数据块前装配地址、信元丢失优先级、的数据块,并在各数据块前装配地址、信元丢失优先级、流量控制、差错控制(流量控制、差错控制(HEC)信息构成的信元头()信息构成的信元头(5字节)字节),形成,形成53字节的信元(字节的信元(将信息分组将信息分组)。)。ATM采用采用统计时统计时分复用技术分复用技术将来自不同信息源汇集到一起,在一个缓冲将来自不同信息源汇集到一起,在一个缓冲器内排队,然后按先进先出的原则将信元逐个输出到传器内排队,然后按先进先出的原则将信元逐个输出到传输线路上,每个信头
4、中的输线路上,每个信头中的虚通路标识虚通路标识/虚信道标识虚信道标识(VPI/VCI)作为地址标志)作为地址标志,网络根据信头中的,网络根据信头中的地址标地址标志志来选择输出端口转移信元。来选择输出端口转移信元。ATMATM and STMand STM:uSTM属于时分电路交换;uATM属于面向连接的、固定数据包长度的分组交换;ATM信元(信元(cell)结构:)结构:ATMATM的特征的特征:1 可以看作是电路传送方式的演进 时隙-固定长度的信元 a,传送速率可以再用户之间自由分配 b,提高信道利用率2 可以看作是分组传送方式的演进 ATM信元可以看作是一种特殊的分组 ATMATM传送与分
5、组传送的主要不同点:1 使用固定长度的分组(信元),并且使用了空闲信元填充信道,使信道分成等长的 时间段,因此可以硬件实现交换提高了速度。2 不使用逐段反馈重发方法,用户可以在必要时使用端到端的差错纠正措施。3 可以由用户在申请信道时提出业务质量要求(对话音,数据,图象对应不同的业务质量要求)二二 ATM信元传送处理原理信元传送处理原理1 误码处理方法误码处理方法通过对信头部分的通过对信头部分的HEC(header error control)的检验)的检验可以纠正信头中的一位错码和发现多位错码,若检验出可以纠正信头中的一位错码和发现多位错码,若检验出信头有错而无法纠正时则丢弃该信元对信元中的
6、信头可信头有错而无法纠正时则丢弃该信元对信元中的信头可以纠正一位错码和发现多位错码,若错码多于一位而无以纠正一位错码和发现多位错码,若错码多于一位而无法纠正则丢弃该信元。法纠正则丢弃该信元。对信元中的信息域不采取任何的检错和纠错措施。对信元中的信息域不采取任何的检错和纠错措施。2 信元定界方法:信元定界方法:信元定界:信元定界:在比特流中界定各个信元。在比特流中界定各个信元。ATM信元中无分隔符,是通过信元中无分隔符,是通过HEC定界,定界,HEC位于每位于每个信元信头的尾部,占一个字节。个信元信头的尾部,占一个字节。3 信道填充信道填充 当发送端无信元时,发送空闲信元,使信道一直处于当发送端
7、无信元时,发送空闲信元,使信道一直处于信元传送状态,且信道分成相等的时间小段,便于收,信元传送状态,且信道分成相等的时间小段,便于收,发同步和交换的硬件实现。发同步和交换的硬件实现。4 面向连接的工作方式面向连接的工作方式 ATM是面向连接的,连接是虚电路连接。是面向连接的,连接是虚电路连接。虚电路虚电路是一段一段的逻辑信道连接形成。是一段一段的逻辑信道连接形成。逻辑信道:逻辑信道:用虚电路用虚电路VP(Virtual Path)和虚信)和虚信道道VC(Virtual Channel)共同表示。)共同表示。一条物理通路中包含有一定数量的虚电路一条物理通路中包含有一定数量的虚电路VP。一条虚通路
8、中包含有一定数量的虚信道一条虚通路中包含有一定数量的虚信道VC。逻辑信道表示为某个逻辑信道表示为某个VP中的某个中的某个VC,即用,即用VPI/VCI(VC Identify)标识。)标识。VPVP物理通路VPVCVCVP ATM实体(端点或连接点)可具有实体(端点或连接点)可具有VP交交换或换或VC交换,也可以兼具交换,也可以兼具VP和和VC交换。交换。VP交换:交换:交换时交换时VPI值要改变而其中包含的值要改变而其中包含的所有所有VCI值不变。值不变。VC交换:交换:交换时,交换时,VPI值和值和VCI值都要改变。值都要改变。ATM实体可以是实体可以是ATM交换机或交换机或ATM交叉交叉
9、连接器。具有交换虚连接的是交换机,交叉连接器。具有交换虚连接的是交换机,交叉连接器只具有永久虚电路连接器只具有永久虚电路PVC的交换功能。的交换功能。13p向北京方向(用向北京方向(用VPI=1标识)的标识)的3个通信,个通信,两个是数据通信,一个是电话通信(分别两个是数据通信,一个是电话通信(分别用用VCI=4、5、6标识)标识)p向广州方向(用向广州方向(用VPI=2标识)的标识)的2个通信,个通信,一个是视频通信,一个是电话通信(分别一个是视频通信,一个是电话通信(分别用用VCI=5、6标识)标识)在每段传输通道上在每段传输通道上VPIVPI的值是的值是唯一的,以区别不同的虚通唯一的,以
10、区别不同的虚通道;在虚通道道;在虚通道VPVP上,上,VCIVCI的值的值是唯一的,以区别不同的虚是唯一的,以区别不同的虚信道,不同虚通道上的信道,不同虚通道上的VCIVCI的的值可相同。值可相同。VPIVPI和和VCIVCI只在其只在其相应的每段传输通道上有意相应的每段传输通道上有意义,不具有端到端的含义。义,不具有端到端的含义。14VP交换交换是指仅变换是指仅变换VPI值而不改变值而不改变VCI值的交换,即只进行虚通道的交值的交换,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,虚通道里面的虚信道并不进行交换。换。交换机将一条交换机将一条VP上所有的上所有的VC链链路上的路上的ATM
11、信元全部转送到另一条信元全部转送到另一条VP,交换过程中不改变,交换过程中不改变VCI值。值。1516VC交换交换是指是指VPI值与值与VCI值都要进行值都要进行改变的交换。因为虚信道是按照虚通改变的交换。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。和虚信道都要进行交换。交换机在不同的虚通道交换机在不同的虚通道VP和虚信和虚信道道VC之间进行之间进行ATM信元交换,所有信元交换,所有VPI/VCI在交换后都改为新值。在交换后都改为新值。1718VC/VP交换的具体示例交
12、换的具体示例(a)VP交换过程;交换过程;(b)VC交换过程交换过程19 注意:注意:在在VP交换交换过程中,过程中,VPI进行了变换,进行了变换,VP内部的内部的VCI没没有改变有改变;而在;而在VC交换交换过程中,不但过程中,不但VPI进行了变换进行了变换,而,而且且VCI也进行了变换也进行了变换。从上述基本的信元交换过程中可。从上述基本的信元交换过程中可以看出,虽然以看出,虽然ATM交换是异步时分交换,但其原理与同交换是异步时分交换,但其原理与同步时分交换步时分交换(时隙交换时隙交换)有许多相似之处,其基本区别是用有许多相似之处,其基本区别是用VCI/VPI代替了时隙交换中时隙的序号。代
13、替了时隙交换中时隙的序号。VP交换类似于电路交换中的空间交换,而交换类似于电路交换中的空间交换,而VC交换类交换类似于电路交换中的时隙交换。似于电路交换中的时隙交换。1 ATM交换:交换:是基于路由选择表,利用信头是基于路由选择表,利用信头的路由选择标识符(的路由选择标识符(VPI和和VCI)将)将ATM信号从输入线路传送到指定的输出信号从输入线路传送到指定的输出线路。线路。2 ATM交换应完成的功能:交换应完成的功能:1.空间交换空间交换又叫路由选择,即将信元从又叫路由选择,即将信元从一个传输线传送到另一条编号不同的传输一个传输线传送到另一条编号不同的传输线上。线上。2.排队排队 输出线路都
14、对应有一个输出线路都对应有一个FIFO的缓冲器,信的缓冲器,信元首先交换到对应输出线路的元首先交换到对应输出线路的FIFO缓冲器,缓冲器,等待输出,以免多个入线上的信元同时交等待输出,以免多个入线上的信元同时交换到同一出线上而发生信元丢失。换到同一出线上而发生信元丢失。7.3 ATM交换的基本原理3 信头变换信头变换 信元交换到出线上后,入信元交换到出线上后,入VPI和和VCI改成出改成出VPI/VCI,意味着从入线上的某个逻辑信道交换,意味着从入线上的某个逻辑信道交换到出线上的某个逻辑信道上。到出线上的某个逻辑信道上。ZXXX信头,链路翻译表I1I2InO1O2OnX X X X XSSYX
15、kknkkiiimgg输入线路输入线路 信头值信头值 输出线路输出线路 信头值信头值 I1 X Y ZO1 On O2k m l In X Y SO1 O2 Onn j q4 ATM参考模型参考模型ATM分层参考模型分层参考模型ATMATM参考模型分成参考模型分成3 3个个平面,用户面、控制平面,用户面、控制面和管理面,每个面面和管理面,每个面又分成又分成4 4个层次规约个层次规约所完成的功能。所完成的功能。用户平面:采用分用户平面:采用分层结构,提供用户层结构,提供用户信息流的传送,同信息流的传送,同时也具有一定的控时也具有一定的控制功能,如流量控制功能,如流量控制、差错控制等;制、差错控制
16、等;控制平面:采用分控制平面:采用分层结构,完成呼叫层结构,完成呼叫控制和连接控制功控制和连接控制功能,利用信令进行能,利用信令进行呼叫和连接的建立、呼叫和连接的建立、监视和释放;监视和释放;管理平面:包括层管理平面:包括层管理和面管理。也管理和面管理。也管理用户面和控制管理用户面和控制面间信息交换。面间信息交换。层管理采用分层结构,层管理采用分层结构,完成完成网络资源与协议网络资源与协议参数的管理,并处理参数的管理,并处理各层中的操作与维护各层中的操作与维护(OAM)信息流。)信息流。面管理不分层,它完成与面管理不分层,它完成与整个系统相关的管理功能,整个系统相关的管理功能,并对所有平面起协
17、调作用。并对所有平面起协调作用。23三个面使用物理层和三个面使用物理层和ATM层工作层工作24二、模型分层介绍二、模型分层介绍1物理层物理层 物理层主要是提供物理层主要是提供ATM信元的传输通道,处理信元的传输通道,处理相邻相邻ATM层间层间ATM信元的传输。将信元的传输。将ATM层传来的层传来的信元加上其传输开销后形成连续的比特流,同时,信元加上其传输开销后形成连续的比特流,同时,在接收到物理介质上传来的连续比特流后,取出有在接收到物理介质上传来的连续比特流后,取出有效的信元传给效的信元传给ATM层。层。ATM层独立于物理层,它层独立于物理层,它能够在各种类型物理链路上工作。能够在各种类型物
18、理链路上工作。25物理层要实现的功能有:物理层要实现的功能有:(1)提供与传输介质有关的机械、电气接口;提供与传输介质有关的机械、电气接口;(2)从接收波形中恢复定时;从接收波形中恢复定时;(3)提供提供ATM层信元流和物理层传输流之间的映射关系,层信元流和物理层传输流之间的映射关系,包括传输结构的生成包括传输结构的生成/恢复及传输结构的适配;恢复及传输结构的适配;(4)从物理层比特流中找出信元的起始边界从物理层比特流中找出信元的起始边界(信元定界信元定界);(5)一般情况下,从一般情况下,从ATM层中来的信元流速率低于物理层层中来的信元流速率低于物理层提供的用来传输信元流的信息域速率,因此,
19、物理层还提供的用来传输信元流的信息域速率,因此,物理层还要插入空闲信元,以使两者适配,同时,接收时还要扣要插入空闲信元,以使两者适配,同时,接收时还要扣去这些空闲信元。去这些空闲信元。262ATM层层 ATM层在物理层之上,利用物理层提供的服务,与层在物理层之上,利用物理层提供的服务,与对等层之间进行以信元为信息单位的通信。对等层之间进行以信元为信息单位的通信。ATM层主要执行层主要执行ATM 网的交换功能,在同一网的交换功能,在同一ATM层层单元间传递信元。单元间传递信元。该该层负责层负责交换交换、选择路由选择路由和和信元复用信元复用。27ATM层功能完成层功能完成:信头差错检查;信头差错检
20、查;VPI/VCI有效性检查及翻译;有效性检查及翻译;终接输出端口的确定;终接输出端口的确定;信令信元和接续容许路由选择的排序;信令信元和接续容许路由选择的排序;管理信元和系统管理路由选择的排序;管理信元和系统管理路由选择的排序;每一每一VPI/VCI的占用和网络参数控制(的占用和网络参数控制(UPC和和NPC););内部标识符的加入。内部标识符的加入。28ATM层从用户层接收层从用户层接收48字节信元信息,再加字节信元信息,再加4字节信头字节信头(HEC字节除外)字节除外)组成组成ATM信元信元,然后将它传送到物理,然后将它传送到物理层进行层进行HEC处理和传输。处理和传输。ATM是是面面向
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- 关 键 词:
- 第七 ATM 交换 技术
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