第6部分-ATM交換技術(shù)

ATM交換技術(shù)ATM基礎(chǔ)ATM技術(shù)的產(chǎn)生電路交換與分組交換的對(duì)比電路交換：帶寬利用率低；不適合可變速率業(yè)務(wù)；但延時(shí)小分組交換：帶寬利用率高；適合可變速率業(yè)務(wù)；但延時(shí)大且對(duì)信息傳送的不確定性需要找出兩全的辦法，既能達(dá)到網(wǎng)絡(luò)資源的充分利用，又能使各種速率的通信業(yè)務(wù)獲得高質(zhì)量的傳送水平（實(shí)現(xiàn)B-ISDN的前提）ATM基礎(chǔ)ATM技術(shù)的產(chǎn)生ATM是ITU-T為實(shí)現(xiàn)B-ISDN而推出的一種交換、傳輸和復(fù)用為一體的交換技術(shù)，是一種快速分組交換技術(shù)，采用固定長(zhǎng)度的分組包，稱為Cell（信元），在預(yù)先建立的各種具有服務(wù)質(zhì)量要求的虛通路上高速、高效地傳遞ATM是對(duì)分組長(zhǎng)度可變的分組交換技術(shù)的一種改進(jìn)，是一種高速分組傳送模式，由于同一通信過程的各信元不需要嚴(yán)格按照一定的規(guī)律出現(xiàn)，因此稱這種模式為異步的。ATM的特點(diǎn)（1）采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用方式按需動(dòng)態(tài)分配虛電路的帶寬能夠適應(yīng)各種不同速率的業(yè)務(wù)（2）取消逐段差錯(cuò)控制和流量控制將其交給終端去完成（3）采用面向連接的方式分組沿著同一虛電路傳送而不必再進(jìn)行路由選擇；不需要重新排序降低時(shí)延ATM的特點(diǎn)（4）功能簡(jiǎn)化的信頭標(biāo)識(shí)虛電路、信頭本身的差錯(cuò)檢驗(yàn)和標(biāo)識(shí)信元優(yōu)先級(jí)等取消了用于流量控制和差錯(cuò)控制而設(shè)的序號(hào)（5）采用固定長(zhǎng)度的信元信元長(zhǎng)度固定簡(jiǎn)化了對(duì)緩沖隊(duì)列的管理ATM傳送模式信息被分解為長(zhǎng)度固定的信元來自不同信源的信元以異步時(shí)分復(fù)用的方式匯集在一起，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)緩沖器內(nèi)排隊(duì)，然后按FIFO方式或其他調(diào)度方式逐個(gè)的傳送到線路上用信頭標(biāo)記來區(qū)分信息：統(tǒng)計(jì)復(fù)用ATM基本原理

ATM由53個(gè)固定長(zhǎng)度字節(jié)組成，其中前5個(gè)字節(jié)是信頭，后48個(gè)字節(jié)是與用戶數(shù)據(jù)相關(guān)的信息段。ATM信元及其結(jié)構(gòu)信頭信息段

5字節(jié)48字節(jié).

發(fā)送次序bit87654321發(fā)送次序156535字節(jié)信頭48字節(jié)凈荷1、ATM信元結(jié)構(gòu)2、ATM信元的信頭格式GFCVPIVPIVCIVCIVCIPTCLPHECVCIVPIVPIVCIVCIPTCLPHEC（a）UNI的ATM信頭結(jié)構(gòu)（b）NNI的ATM信頭結(jié)構(gòu)

87654321

87654321用戶線上的信元中繼線上的信元VPI：虛通路標(biāo)識(shí)符，NNI中為12位，UNI中為8位VCI：虛信道標(biāo)識(shí)符，16位，標(biāo)識(shí)虛通道中的虛通路，VPI/VCI一起標(biāo)識(shí)一個(gè)虛連接(用于尋址)HEC：信頭差錯(cuò)控制，8位，用于檢測(cè)出有錯(cuò)誤的信頭，每段鏈路都要重新計(jì)算HEC；信元定界PT：凈荷類型，3位。用于指示本信元為用戶數(shù)據(jù)信元或OAM信元等(PTI值表示)。CLP：信元丟失優(yōu)先級(jí)，1位。GFC：通用流量控制，4位，只用于UNI接口，目前置“0000”，將來可能用于流量控制或在共享媒體的網(wǎng)絡(luò)中表示不同的接入。ATM信頭各字段含義PTI值凈荷類型000無擁塞的用戶信元,ATM層間指示=0001無擁塞的用戶信元,ATM層間指示=1010有擁塞的用戶信元,ATM層間指示=0011有擁塞的用戶信元,ATM層間指示=1100VC的OAM信元(用于傳輸通道)101VC的OAM信元(用于端到端的傳輸)110資源管理信元(用于改變正在使用的帶寬)111備用虛擬連接/面向連接的通信方式ATM虛擬連接是網(wǎng)絡(luò)中一對(duì)終結(jié)節(jié)點(diǎn)之間在進(jìn)行通信之前所建立的通過交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一條網(wǎng)絡(luò)路徑，它由信頭中的VPI/VCI標(biāo)識(shí)。ATM虛擬連接分為兩類：永久虛擬連接（VPC）和交換虛擬連接（SVC）ITU-T規(guī)定了兩級(jí)ATM連接虛通路連接（VPC）

虛信道連接（VCC）兩個(gè)等級(jí)的虛電路——VP連接、VC連接：在一個(gè)物理通道中可以包含一定數(shù)量的虛通路（VP），虛通路的數(shù)量由信頭中VPI值決定。而在一條虛通路中可以包含一定數(shù)量的虛信道（VC），并且虛信道的數(shù)目由信頭中的VCI值決定。

ATM信元的交換既可以在VP級(jí)進(jìn)行，也可以在VC級(jí)進(jìn)行傳輸通道VCVCVCVPVPVPVPVPVPVC、VP和物理傳輸通道三者之間的關(guān)系面向連接的工作方式

向北京方向（用VPI=1標(biāo)識(shí)）的3個(gè)通信，兩個(gè)是數(shù)據(jù)通信，一個(gè)是電話通信（分別用VCI=4、5、6標(biāo)識(shí)）向廣州方向（用VPI=2標(biāo)識(shí)）的2個(gè)通信，一個(gè)是視頻通信，一個(gè)是電話通信（分別用VCI=5、6標(biāo)識(shí)）

VPC（虛通道連接）和VCC（虛信道連接）

VCC（VirtualChannelConnection）是VCC端點(diǎn)之間的VC級(jí)端到端的連接，由多條VC鏈路串接而成，VCI（虛信道標(biāo)識(shí)）用來識(shí)別一條VC。

VPC（VirtualPathConnection）是VPC端點(diǎn)之間的VP級(jí)端到端的連接，由多條VP鏈路串接而成，VPI（虛通道標(biāo)識(shí)）用來識(shí)別一條VP。

VCC端點(diǎn)（VCCEndpoint）是VCC的起點(diǎn)和終點(diǎn)，是ATM層及其上層交換信元凈荷的地方，也就是信息產(chǎn)生的源點(diǎn)和被傳送的目的點(diǎn)。VPC端點(diǎn)（VPCendpoint）是VPC的起點(diǎn)和終點(diǎn)，是VPI產(chǎn)生，變換或終止的地方。面向連接的工作方式

虛信道連接（VCC）虛通道連接（VPC）VC鏈路VC鏈路VC鏈路VCIXVCIyVCIZVP鏈路VP鏈路VP鏈路VPIXVPIyVPIZ面向連接的工作方式

VCC端點(diǎn)VCC端點(diǎn)VPC端點(diǎn)VPC端點(diǎn)每條VCL和其他同路的VCL一起組成一個(gè)VPCVC交換與VP交換VP交換，交換機(jī)將一條VP上所有的VC鏈路上的ATM信元全部轉(zhuǎn)送到另一條VP，交換過程中不改變VCI值。VC交換，交換機(jī)在不同的虛通路VP和虛信道VC之間進(jìn)行ATM信元交換，所有VPI/VCI在交換后都改為新值。VCI21VCI22VCI21VCI22VCI21VCI22VCI21VCI22VCI21VCI22VCI21VCI22VPI1VPI2VPI3VPI4VPI5VPI6VP交換示意圖VCI21VCI21VCI21VCI22VCI22VCI22VCI23VCI24VCI24VCI23VCI21VCI22VPI1VPI4VPI1VPI3VPI2VPI2VPI3VPI5VC交換示意圖ATM虛連接的建立在源ATM端點(diǎn)與目的ATM端點(diǎn)進(jìn)行通信前的連接建立過程，實(shí)際上就是在這兩個(gè)端點(diǎn)間的各段傳輸通道上，找尋空閑VC鏈路和VP鏈路，分配VCI與VPI，建立相應(yīng)VCC與VPC的過程VC交換機(jī)NNIUNINNIUNI虛信道連接（VCC）虛通道連接（VPC）VPI＝1VCI＝1VPI＝2VCI＝45VP交換機(jī)VC交換機(jī)VPI＝5VCI＝45VPI＝20VCI＝30.虛通路連接VPC由一系列VPL連接而成，它是一個(gè)虛路徑虛信道連接VCC是由一系列相互連接的VCL組成，VCL標(biāo)識(shí)物理或虛擬線路中的數(shù)據(jù)流向，VCC是端到端的連接，并成對(duì)出現(xiàn)各段虛通路/虛信道組成了兩個(gè)用戶之間的一個(gè)虛擬連接ATM協(xié)議參考模型控制面用戶面高層協(xié)議高層協(xié)議ATM適配層ATM適配層ATM層物理層管理面層管理面管理三個(gè)層面用戶面控制面管理面ATM協(xié)議參考模型包括四層功能物理層（PHY）ATM層ATM適配層AAL高層一般流量控制、信頭產(chǎn)生/提取信元VPI/VCI翻譯、信元復(fù)用和分路信元速率解耦、HEC產(chǎn)生/驗(yàn)證信元定界、傳輸幀適配傳輸幀產(chǎn)生/恢復(fù)AALCSSARATM層TCPMD比特定時(shí)、物理媒體匯聚分段與重組物理層ATM協(xié)議參考模型2.物理層

物理層主要提供ATM信元的傳輸通道，完成傳輸信息的功能（傳輸比特流）1、物理媒體子層PM：只支持與媒體有關(guān)的功能2、傳輸匯聚子層TC：將ATM信元流轉(zhuǎn)換成能在物理媒體上傳輸?shù)谋忍亓?.ATM層

ATM信元的信頭在ATM層產(chǎn)生，信息在發(fā)送側(cè)被加上信頭，在接收側(cè)信頭被去掉

1、信元的復(fù)用與交換/選路（VPI/VCI翻譯）

2、服務(wù)質(zhì)量保證（CLP的設(shè)置）

3、凈荷類型區(qū)分（PT字段設(shè)置）

4、一般流量控制（UNI接口：GFC設(shè)置）

AAL是ATM層與高層應(yīng)用（包括用戶面、控制面和管理面）之間的適配層，支持高層與ATM層之間的適配，使ATM信元傳送能夠適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)（如話音、視頻、數(shù)據(jù)等），并支持將高層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）映射到ATM信元的信息段或反之。

1、將上層傳來的信息流分割成48字節(jié)的數(shù)據(jù)單元

2、將ATM層傳來的ATM業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元組裝、恢復(fù)再傳給上層4.ATM適配層AAL由于業(yè)務(wù)種類繁多，AAL層處理復(fù)雜，故將AAL分了兩個(gè)子層：匯聚子層(CS)和分段重裝子層(SAR)SAR：實(shí)現(xiàn)CS協(xié)議數(shù)據(jù)單元與信元負(fù)載格式之間的適配（在高層和ATM層之間完成信息格式的轉(zhuǎn)換）CS：進(jìn)行端到端的差錯(cuò)控制和流量控制4.ATM適配層AALAAL的功能和規(guī)程(即協(xié)議)與業(yè)務(wù)類型有關(guān),不同的業(yè)務(wù)需要不同的AAL規(guī)程，AAL業(yè)務(wù)的分類由以下三個(gè)參數(shù)決定：源點(diǎn)和終點(diǎn)之間的時(shí)間關(guān)系：信息傳送是否要求實(shí)時(shí)性或時(shí)間透明性比特率：信息傳送的速率是否恒定連接方式：是否采用面向連接或無連接3個(gè)參數(shù)8種組合，但根據(jù)現(xiàn)有業(yè)務(wù)，ITU-T只定義了4類AAL業(yè)務(wù)4.ATM適配層AAL無連接面向連接連接方式變比特率恒定比特率源點(diǎn)與終點(diǎn)定時(shí)關(guān)系A(chǔ)AL3/4AAL3/4AAL5AAL2

AAL1AAL類型

D類

C類

B類

A類服務(wù)類型實(shí)時(shí)非實(shí)時(shí)AAL5又稱SEAL(SimpleandEfficientAdaptationLayer),是簡(jiǎn)化的AAL3/4；ATM網(wǎng)絡(luò)信令也采用AAL5（1）A類：ATM網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)?4kbit/s話音業(yè)務(wù)（2）B類：采用可變比特率的話音/視頻業(yè)務(wù)（3）C類：采用面向連接的數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)（4）D類：無連接的數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)，如IP數(shù)據(jù)包在ATM上的傳送典型例子（1）AAL1：針對(duì)固定速率的、面向連接的業(yè)務(wù)，在信源和信宿之間需要定時(shí)信息的傳送（2）AAL2：針對(duì)端到端具有定時(shí)關(guān)系的、面向連接的可變比特率業(yè)務(wù)。（3）AAL3/4：遠(yuǎn)程面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（4）AAL5：支持收、發(fā)端之間沒有時(shí)間同步要求的可變比特率業(yè)務(wù)，它提供與AAL3/4類似的業(yè)務(wù)，主要用來傳輸計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)、UNI信令信息和ATM上的幀中繼。ATM交換技術(shù)ATM交換機(jī)的主要作用是根據(jù)輸入信元的VPI/VCI標(biāo)識(shí)及它本身在建立連接時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)發(fā)表，將信元轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的輸出端口，并對(duì)信元頭中的VPI/VCI值等進(jìn)行修改，最后重新生成新的HEC值并替換原HEC值。ATM交換機(jī)是一種多端口設(shè)備1、ATM交換系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)ATM交換網(wǎng)絡(luò)輸入處理輸入處理輸出處理輸出處理管理控制單元ATM交換系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)......1N1N信元傳送子系統(tǒng)控制子系統(tǒng)

ATM交換的基本原理

zyxxt信元輸入信元流I1I2INkknljO1O2Onmg輸出信元流隊(duì)列輸入信頭輸出信頭信頭、鏈路翻譯表輸入鏈路信頭值輸出鏈路信頭值I1xyzOOOssyx1n2kmlINxysOOOnjg.ATM交換的基本原理g12n通信中，每個(gè)信元頭部完全抵達(dá)后，檢查無誤則依據(jù)鏈路號(hào)和信頭值通過硬件檢索路由表，獲得輸出鏈路及新的信頭值，控制交換機(jī)構(gòu)將信元轉(zhuǎn)交對(duì)應(yīng)鏈路排隊(duì)，插入新信頭值后傳送給下一站。通信前利用呼叫建立信令為每個(gè)呼叫分配邏輯信道，指定信頭值為x、y、z等，以及用戶所在鏈路號(hào)存入路由表，同時(shí)將輸出鏈路和分配的信