ATM交换技术与B-ISDN原理.ppt

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1、第二章 B-ISDN用户网络接口和协议2.1 B-ISDN协议参考模型2.1.1概述通信系统采用分层的方法 协议参考模型(PRM-Protocol Reference Model)(描述与处理各种通信功能)OSI七层(Layer)参考模型(RM)N-ISDN:PRM-立体的分层模型引入了分离平面之概念用户功能、控制功能、管理功能分开来处理这些先进的思想也被扩展到宽带ISDN的PRM中，但是，B-ISDN的协议参考模型，并不沿用OSI所定义的七层协议也没有原封不动的继承N-ISDN的PRM也没有采用象TCP/IP那样的简化协议作了重大的改革作了重大的改革1第二章 B-ISDN用户网络接口和协议

2、为了更好地理解B-ISDN协议参考模型 OSI参考模型 之间的关系 其它参考模型 标准引入、剖析分层结构 标准化 ISOInternational Standard Organization ISO标准化组织制订了OSI参考模型 OPENSYSTEMINTERCONNECTION (开放系统互连)对分层结构的评述2第二章 B-ISDN用户网络接口和协议3第二章 B-ISDN用户网络接口和协议4第二章 B-ISDN用户网络接口和协议5第二章 B-ISDN用户网络接口和协议 实体(Entity)对等层(peer-to-peer)N对等层协议(N peer-to-peer protocol)N协议数

3、据单元N-PDU(N-Protocol Data Unit)服务(的概念)service N业务接入点(N-Service Access Point)原语(Primitive)N-原语 N-SDU:N业务数据单元(N-Service Data Unit)N-PCI(第N层上的协议控制信息)N-Protocol Control Information6第二章 B-ISDN用户网络接口和协议7第二章 B-ISDN用户网络接口和协议82.1.2 B-ISDN协议参考模型对N-ISDN PRM之解说 分立平面带来好处 分层概念是必需的，但严格按照OSI七层分法太复杂 共路信令(D)信道随路虚拟信令信道

4、(Signaling Channel)纯电路交换 交换与路由相结合 分组交换与电路交换相结合 B-ISDN ISDNOSI (PRM)(RM)B-ISDN PRM 92.1.2 B-ISDN协议参考模型 立体模型 三个分立平面 U-plane C-plane 面管理 M-plane 层管理 每一平面按分层原则(但与OSI分层不同)102.1.2 B-ISDN协议参考模型112.1.2 B-ISDN协议参考模型(Cont.)图示：Examples of Protocol Placement in B-ISDN Layer思考题：B-ISDN PRM与OSI七层模型之间的关系？122.1.2 B-

5、ISDN协议参考模型图示：ISO Model与 B-ISDN PRM132.1.3 功能层 在详细介绍B-ISDN PRM的层功能之前，我们先从信元的有效性角度定义一些基本的ATM信元术语：空信元(idle cell)有效信元(valid cell)无效信元(invalid cell)已分配信元(assigned cell)未分配信元(unassigned cell)142.1.3 功能层152.1.3 功能层图示：Insertion and extraction of types of ATM cells162.1.3 功能层(1)物理层功能：物理层PM：物理媒体子层TC：传输汇聚子层172

6、.1.3 功能层为什么要划分成两个子层？PM子层是最低层，它仅包括与物理媒体有关的功能，即比特传输功能，包括比特定位比特定时，包括产生和接收与媒体相关的信号波形，插入和提取定时信息以及线路编码物理传输媒体的规范：包括光纤、同轴或双绞线等电气/光接口转换182.1.3 功能层传输汇聚子层完成5项功能，分别是：在TC最底层完成传输帧的产生和恢复 传输帧适配(Transmission frame adaptation)发送方向上：按照传输系统所使用的如SDH/SONE帧信息结构把信元封装成基于信元流方式的帧合适的帧或基于ITU-T G.703建议的帧接收方向上：从相应的传输帧中提取ATM信元流(以上

7、两项功能对应不同的传输帧有所差异，下面三项功能则是所有传输帧公共的)192.1.3 功能层 信元定界(cell delineation)目的：使接收器找到信元的边界 ITU-T T.432建议规定了信元定界的工作机制 为了防止编码比特的巧合而造成误识别信元，每个信元的 信息域在发送前先进行扰码(scrambling)在接收侧完成解扰 码(resorambling)产生HEC序列 机制：对信头的CRC差错保护 功能：检测信头多bit错，纠正1 bit错 产生：由物理层或ATM层产生(由硬件完成)。信元速率解耦(cell rate decoupling)目的：适配传输系统的发送速率 发送方向：“插

8、入”idle cell 接收方向：“挤出”idle cell202.1.3 功能层(2)ATM层功能ATM层的突出特征是：与传输媒体无关与传送的业务类型无关四项主要功能 信元的复用和分路 VPI/VCI翻译212.1.3 功能层 信头产生/提取 一般流量控制(GFC)功能ATM层与AAL层之间定义了两个原原语ATM-DAT-REQUEST：AAL层向ATM层发请求，传送ATM-SDU信息ATM-DATA-INDICATION：ATM层通知AAL层，ATMSDU已被接受222.2 ATM适配层协议(AAL层协议)2.2.1 ATM业务的分类(AAL Service Classes)分类依据的参数

9、 Timing relation between source and destination(required of not required)Bit rate(constant or variable)Connection mode(connection-oriented or connectionless)232.2 ATM适配层协议(AAL层协议)Class A:Connection-oriented constant bit(CBR)service,such as circuit emulation or CBR video.Class B:Connection-oriented v

10、ariable bit rate(VBR)service with a timing relation between the source and the destination,such as VBR video or audio.Class C:Connection-oriented VBR service without a timing relation between the source and the destination,such as connection-oriented file(i.e.data)transfer Class D:connectionless VBR

11、 such as LAN data.242.2.2 ATM适配层的一般结构(1)AAL分类AALATM Adaptation Layer252.2.2 ATM适配层的一般结构(1)QoS分类QoS Parameters Cell Loss Ratio(CLR):The ratio of lost cells to the total number of transmitted cells.Cell Error Ratio(CER):The ratio of errored cells to the total cells transmitted.Cell Transfer Delay(CTD)

12、:The average time for a cell to be transferred from its source to its destination over a virtual connection.Cell Delay Variation(CDV):The difference between the expected transfer delay of that cell.The CDV is induced by buffering and cell scheduling at the different switches.Cell Misinsertion Rate(C

13、MR):The ratio of the misinserted cells(i.e.those arrive from the wrong source)to the total number of properly received cells per virtual connection.262.2.2 ATM适配层的一般结构QoS Classes:QoS Cell 0:Refers to the best-effort service,no objective is specified for the performance parameters.QoS Cell 1:Specifie

14、s the parameters for circuit emulation and VBR.It is a connection-oriented class that is supported by AAL1 and should yield performance comparable to that of current digital private Line.It supports a QoS that will meet class A performance requirements.QoS Cell 2:Specifies parameters for VBR video a

15、nd audio.It is also a connection-oriented,delay-dependent class that is supported by AAL2.It is interoperation of packetized video and audio teleconferencing and multimedia applications.It supports a QoS that will meet class B performance requirements.272.2.2 ATM适配层的一般结构 QoS Cell13:Specifies the par

16、ameters for connection-oriented,delay-independent data transfer.Its supported by AAL3/4 and AAL5.It is intended for interoperation of connetion-oriented protocols,such as frame relay.It supports a QoS that will meet class C performance requirements.QoS Cell4:Specifies the parameters for connection l

17、ess data transfer.Its supported for connection less data transfer.Its supported by either AAL3/4 or AAL5.It is intended for interoperation of connectionless protocols,such as IP.It supports a QoS that will meet class D performance requirements282.2.2 ATM适配层的一般结构292.2.2 ATM适配层的一般结构302.3 B-ISDN 用户-网络接

18、口(UNI)UNI：User-Network Interface2.3.1 B-ISDN UNI参考配置ITU-TI.431建议定义了UNI的参考配置。31基本概念参考点Reference Point:R,SB,TB,UB功能群Function GroupB-TE2 B-NT2 B-TE1 B-NT1B:表示宽带32B-ISDN功能部件B-NT1：完成OSI参考模型第一层的功能，包括：线路传输设备 传输接口处理 OAMB-NT2：完成OSI参考模型第1层第1层以上的功能，包括：对各种接口媒体和网络拓扑的适配功能 复用/分路和业务集中 ATM信元缓冲功能 资源分配及用法参数控制 信令协议处理 实

19、现内部连接交换B-TE：执行另外的第1层及高层功能，包括：用户到用户对话 人-机对话 接口终止 信令协议管理 OAM332.3.2 B-ISDN UNI 参考配置举例 点-点配置 多点配置Ref.1.电信科学，1996.2，“ATM交换技术与B-ISDN网络原理”讲座，第二讲，B-ISDN用户-网络接口及协议，P51-58。342.3.3 UNI比特率I.432建议定义了两种B-ISDNUNI物理层接入速率，分别是：155.520Mb/s 622.080Mb/s 155.520Mb/sSTM-1接口 两种接口规范光 电 双向对称 622.080Mb/sSTM-4接口 目前，ITU-T仅定义了T

20、B参考点上622.080Mb/s光接口的规范。双向对称 622 622 双向非对称 155.520 622.080注意：实际的终端用户所使用的接入速率标准的接口速率，原因是要 抛掉：物理层、ATM层、AAL层操作所需开销。352.3.3 UIN比特率作业：假定B-ISDN UNI接口是基于SDH的STM-1速率(即155.520Mb/s)，试分别计算AAL1，AAL3/4、AAL5三种适配方式下用户终端(点-点配置)可向网络侧发送的最大信息速率(AAL1为非P格式)？362.3.4 B-ISDN UNI接口结构两种接口结构基于SDH方式基于信元方式(1)SDH方式 周期T125us 就STM-

21、1接口速率来说：帧速率155.520Mb/s 净荷速率260/270155.520149.760Mb/s(2)信元方式 每26个用户信元插入一个PL信元(OAM)372.3.5 传输汇聚子层的工作机制(1)基于SDH的155.520Mb/s的接口(2)基于SDH的622.080Mb/s的接口(3)基于SDH的STM-16(2.5Gb/s)接口(4)基于信元的接口(5)信元速率解耦(6)信头差错控制(7)信元的自同步机制(8)扰码器382.3.5 传输汇聚子层的工作机制(1)SDH-based INF at 155.520 Mb/sByte-structured:92739SDH-based I

22、NF at 155.520 Mb/s(continued)Frame repetition rate=8 kHz(155.520Mb/s)First 9 columns=SOH and AU-4;and another 9-byte column =POH(complies with OAM requirements)Generation of SDH-based INF signal ATM cell stream mapped into C-4=9 rows x 260 columns (1493760Mb/s)C-4 packed into VC-4 along with VC-4 PO

23、H VC-4 mapped into 9 270 byte frame(STM-1);AU-4 pointer used to find first byte of VC-4 POH bytes J1,B3,C2,G1 activated(described later)40SDH-based INF at 622.080 Mb/s41SDH-based INF at 622.080 Mb/s Four STM-1s in figure above=622.080 Mb/s 4 x VC-4(or as a single block=599.040 Mb/s)Permits STM-4 pay

24、load over four STM-1 links in locations where STM-4 transmission facilities are not available(3)SDH-based INF at 2.5Gb/s ATM cell mapping into STM-16(2.5Gb/s)has been defined in a similar way 42(4)基于信元的接口-UNI：SDH and ATM Requires generation of byte-structured SDH frames Both interface types standard

25、ized Same bit rate and payload capacity for both adopted43Cell-based INFs:155.520 and 622.080 Mb/s(Cont.)Continuous stream of cells Maximum spacing between successive physical layer cells is 26 ATM cells Ratio 26:27 gives 149.760 Mb/s to 155.520Mb/s;also 599.040Mb/s to 622.080 Mb/s for INF rate Inse

26、rtion of physical layer cells:can be either idle cells or PL OAM cells44Cell-based INFs:155.520 and 622.080 Mb/s(Cont.)Header patterns for PL OAM cell Cell rate decoupling(idle cells ID)45表1.155.520 Mb/s电接口特性46表2.155.520 Mb/s和622.080Mb/s光电接口特性47(5)信元速率解耦与空信元物理层信元速率适配-空信元ATM层信元速率适配-未分配信元48(6)信头差错控制（H

27、EC：Header Error Control）目的：保护信元头；功能：检测多比特错误，纠正1 bits错误。生成方法：?为什么要加入陪集值为什么要加入陪集值If R(x)=0000.0接收方若不加C（x），则 CRC=0假同步49HEC算法的双工作方式：HEC receiver operation 1.仅对信头值进行差错保护而对信息域不作差错保护2.信息域的差错保护靠端端完成3.目的接收端使用信元顺序号和高层FEC纠错机制4.信元净荷扰码、解扰码(对SDH-based帧结构)x43+1(payload)防止伪同步概率发生50HEC performance 51(7)信元自同步定界机制：Cel

28、l Delineation/identify cell boundaries-Correlation between header bits(first 4 octets)and relevant Control bits(HEC)-State diagram for HEC-based cell delineation-Bit-by-bit check:PRESYNCH-HEC correlation check cell-by-cell-consecutive correct HECs:SYNC,else HUNT;SYNCH HUNT if consecutive incorrect H

29、ECs found52HEC在接收方操作：HEC receiver operation（Cont.）(1)接收方将收到的比特流中的某一个字节与C（x）作模2和 运算（等价于减掉陪集值）;（2）将（1）之运算结果与前四个字节相加，然后除以生成多 项式G（x），求出CRC值;(3)找到CRC=0的5个连续字节，从而找到了一个信元的信头1 C(x)作模2和运算2 +前四个字节/G（x）=CRC3 CRC=0，则找到一个信头53(7)信元自同步定界机制：Cell Delineation/identify cell boundaries ITU-T规定：（）对=，155.520Mb/s的ATM系统,BE

30、R=10-4,SYNCH保持 时间大于一年 (2)BER=10-4 再同步时间,10 cells:28us (3)Failure if header HEC correlation also exits in information field54(8)扰码器(scrambler)：/解扰码器(disscrambler)目的 为了防止信元假同步,应避免比特流中出现连续0.因此,对信头 以外的净荷部分,发送方进行扰码,接收方进行扰码.扰码的思路 使用足够长的信元码流(伪随机序列)作用于原(源)信息,使其 随机化操作55(8)扰码器(scrambler)：/解扰码器(disscrambler扰码、

31、解扰码的原则扰码、解扰码的原则 (1)在信头中不加扰码在信头中不加扰码(只对信元净荷只对信元净荷-payload字段加扰字段加扰);(2)在信元定界的搜索状态下停止解扰在信元定界的搜索状态下停止解扰;(3)在预同步状态下在预同步状态下,只对相当于信息净荷字段长度的比特只对相当于信息净荷字段长度的比特 进行解扰进行解扰,对下一个信元信头中的各字段停止解扰对下一个信元信头中的各字段停止解扰.562.2.6 物理媒体子层(PM)的特性-(1)物理媒体572.2.6 物理媒体子层(PM)的特性-(2)比特定时和接口编码 比特定时:(1)从线路中提取时钟 (2)本地时钟+20 PPM容差-接口编码 -C

32、MI(Coded Mark Inverse)传号反转码 -NRZ(Non-Return Zero)非归零码CMI码的特点 -高电平和底电平不能连续发送 -传输带宽是原信号的两倍58CMI编码的优点CMI编码有以下优点:实现简单(如容易提取时钟)零直流成分与低频成分提供有保证的信号传送,即可做到:编码数据流的发送数与应用数据流无关,并且比特顺序 与接口无关无比特错倍增通过码型检测能查到离散的比特错误可是 Baud Rate=2*bit rate (1)155.520Mb/s电接口使用CMI编码 (2)155.520Mb/s光接口和622.080Mb/s光接口使用NRZ编码规定:发光=1(B)不发光=0(B)59