《現(xiàn)代通信網(wǎng)及其關鍵技術》第6章atm

6 3ATM交換機及其關鍵技術 6 3 1ATM復用與交換方式ATM傳輸通道可分割成若干個邏輯子信道 為便于應用和管理 邏輯子信道可按兩個等級來劃分 1 虛通道 VP VirtualPath 與虛信道 VC VirtualChannel 1 虛信道 VC 與虛信道標識 VCI 用于描述ATM信元單向傳送的一個概念 信元與一個唯一的虛信道標識符 VCI 相聯(lián)系 虛信道鏈路 VCL 在兩個順序的ATM實體間單向傳送ATM信元的能力 在ATM實體處轉換VCI值 虛信道連接VCC VirtualChannelConnection 是VC鏈路的一個連接 VCC端點之間的VC級端到端的連接 由多條VC鏈路串接而成 VCI 虛信道標識 用來識別一條VC 2 虛通道 VP 與虛通道標識 VPI 虛通道 VP 用于描述虛通道的ATM信元單向傳輸?shù)囊粋€概念 VC和VP都屬于ATM層 VC包含于VP之中 虛通路鏈路 VPL 類似于虛信道鏈路 虛通道連接 VPC VP鏈路的一個連接 VPC VirtualPathConnection 是VPC端點之間的VP級端到端的連接 由多條VP鏈路串接而成 VPI 虛通道標識 用來識別一條VP VCC端點 VCCEndpoint 是VCC的起點和終點 是ATM層及其上層交換信元凈荷的地方 也就是信息產生的源點和被傳送的目的點 VPC端點 VPCendpoint 是VPC的起點和終點 是VCI產生 變換或終止的地方 ATM物理連接傳輸通量 TP 虛通道 VP 包括多條VC 傳輸通路連接 TP 包括多條VP 虛信道 VC ATM端節(jié)點之間的邏輯通路 虛信道 VC 虛信道 VC E3OC 2 虛通道 VP 虛通道 VP 連接標識 VPI VCI 3 虛通道 VP 虛信道 VC 與傳輸通路 TP 關系 向北京方向 用VPI 1標識 的3個通信 兩個是數(shù)據(jù)通信 一個是電話通信 分別用VCI 4 5 6標識 向廣州方向 用VPI 2標識 的2個通信 一個是視頻通信 一個是電話通信 分別用VCI 5 6標識 一個具體的VPI VCI只是表示相鄰網(wǎng)絡節(jié)點 ATM交換機 之間信元的邏輯通路 一個終端設備到另一個終端設備之間信元的虛連接 可能是由多個不同的VPI VCI所表示的邏輯通路通過網(wǎng)絡節(jié)點連接起來的 所以信元在通過網(wǎng)絡節(jié)點時 VPI VCI可能要發(fā)生變化 即網(wǎng)絡節(jié)點要將輸入端口信元信頭中的VPI VCI轉換成相應輸出端口的VPI VCI 2 ATM交換 1 VP交換 又稱交叉連接 cross connect 相應的設備稱為交叉連接設備只提供VP連接的交換 實現(xiàn)輸入VPI值到輸出VPI值的映射被交換的VPC中所包含的所有VCC被作為整體被交換 VP交換是指僅變換VPI值而不改變VCI值的交換 即只進行虛通道的交換 虛通道里面的虛信道并不進行交換 2 VC交換 VC交換功能涵蓋了VP交換提供不同VPC中各VCC之間的信息交換實現(xiàn)輸入VPI VCI值到輸出VPI VCI值的映射 VC交換是指VPI值與VCI值都要進行改變的交換 因為虛信道是按照虛通道來劃分的 當虛信道交換時 其所屬的虛通道也要進行交換 即虛通道和虛信道都要進行交換 這種逐跳轉發(fā)被稱為信元轉發(fā) 虛信道連接 VCC 虛通道連接 VPC VP交換 VC交換 VC交換 NNI NNI VPI 2VCI 44 VPI 1VCI 1 VPI 26VCI 44 VPI 20VCI 30 UNI UNI 屬于同一虛信道的信元群 擁有相同的虛信道標識號 VCI 屬于同一虛通道的不同虛信道的信元群 擁有相同的虛通道標識符 VPC 當發(fā)送端要和接收端通信時 發(fā)送端先發(fā)送要求連接的控制信號 接收端收到該信號并同意建立后 一個虛電路被建立起來 用VPI和VCI表示 虛電路建立后 需要傳送的信息被分割成套53字節(jié)的信元 經(jīng)網(wǎng)絡傳送到對方 在虛電路中 相鄰兩個交換點間信元的VCI VPI值保持不變 此兩點間形成一VC鏈路 一串VC鏈路相連形成VC連接VCC 相應的 VP鏈路和VP連接也可以類似的方式形成 ATM連接的建立過程 在源ATM端點與目的ATM端點進行通信前的連接建立過程 實際上就是在這兩個端點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VCC與VPC的過程 VP交換和VC交換示例 VP交換是將一條VP上所有的VC鏈路全部交換到另一條VP鏈路上去 而這些VC鏈路的VCI值都不改變 在VC交換時 VPI和VCI兩個段都要改變 ATM虛連接建立的方式有兩種方式 永久虛連接 PVC PermanentVirtualConnection 交換虛連接 SVC SwitchingVirtualConnection PVC是由管理面控制建立的永久和半永久連接 用戶在傳送信息前不需要建立過程 SVC是由信令控制建立的連接 用戶在傳送信息前要建立連接 信息傳送完畢則拆除虛連接 VPC和VCC都可有PVC和SVC的虛連接 1 永久虛電路 PVC 永久VCC VPC 半永久VCC VPC 不是通過信令建立連接 所以屬于管理面的連接 VPI VCI表由 操作員人工維護 A B D C 輸入 輸出 Port VPI VCI Port VPI VCI 1 33 3 02 2 15 3 14 1 64 3 29 3 29 1 64 輸入 輸出 Port VPI VCI Port VPI VCI 1 29 3 45 2 52 4 15 1 64 3 29 3 29 1 64 輸入 輸出 Port VPI VCI Port VPI VCI 1 45 2 16 2 52 1 29 1 64 3 29 3 29 1 64 29 52 10 16 15 45 14 43 輸入 輸出 Port VPI VCI Port VPI VCI 1 16 2 43 3 14 4 10 1 64 3 29 3 29 1 64 1 2 4 2 3 3 2 4 1 2 3 3 1 2 交換虛電路 SVC 通過信令建立連接 屬于控制面的連接 通過信令動態(tài)建立連接 B D 1 2 4 1 3 3 2 4 1 2 UNISignaling NNISignaling C A 3 1 3 輸入 輸出 Port VPI VCI Port VPI VCI 1 29 3 45 輸入 輸出 Port VPI VCI Port VPI VCI 1 45 2 16 輸入 輸出 Port VPI VCI Port VPI VCI 1 16 2 43 輸入 輸出 Port VPI VCI Port VPI VCI 1 33 3 02 6 4 1信元交換的過程ATM是一個面向連接型的網(wǎng)絡 當兩個終端連接建立的時候 根據(jù)信令信息以及網(wǎng)絡運行情況 在該連接中的每個交換節(jié)點上建立轉發(fā)表 該轉發(fā)表包含輸入端口號 輸出端口號 在輸入端口或者輸出端口中 不同的信元流有不同的VCI VPI值轉換 當某一個信元進入交換模塊時 交換模塊通過識別信元信頭的VCI VPI 查找轉發(fā)表 找出對應的輸出端口以及輸出信元的VCI VPI值 將輸入信元的VCI VPI值改變?yōu)橄鄳敵鲂旁腣CI VPI值 并控制交換網(wǎng)絡將信元交換到對應的輸出線上 6 4ATM交換機 1ATM交換的基本原理 ATM交換是指ATM信元從輸入端的邏輯信道到輸出端的邏輯信道的消息傳遞 輸出信道的確定是根據(jù)連接建立信令的要求在眾多的輸出信道中進行選擇來完成的 ATM邏輯信道具有兩個特征 物理端口 線路 編號VP與VC標識符為了提供交換功能 輸入物理端口必須與輸出物理端口相關聯(lián) 輸入VPI VCI與輸出的VPI VCI相關 ATM交換系統(tǒng)執(zhí)行三種基本功能 信頭翻譯 路由選擇和排隊 ATM交換機從一個端口處接收帶有頭部VPI VCI標識的信元 并根據(jù)信元中VPI和VCI字段值檢查交換匹配表 確定輸出端口 并對輸出信元的VPI VCI字段重新設置 然后將信元發(fā)送至輸出端口 ATM交換包括虛路徑交換和虛信道交換 信頭變換 信頭變換主要是指VPI VCI值的變換 即入VPI VCI變換為出VPI VCI VPI VCI的變換體現(xiàn)了信元交換的重要概念 意味著入線上某邏輯信道中的信息被傳送到出線上的另一邏輯信道中去 為了實現(xiàn)信頭變換 應建立翻譯表 選路 選路表示任一入線的信息可被交換到任一出線 具有空間交換的特征 信頭變換加上選路功能 才能實現(xiàn)ATM交換結構的交換功能 這也就是說 在翻譯表中從入線的VPI VCI應能查到出線號碼以及新的VPI VCI值 這些是在連接建立階段寫入的 排隊 由于是統(tǒng)計復用的異步時分交換 在連接建立后的傳送信息階段 經(jīng)常會發(fā)生在同一時刻有多個信元爭搶公用資源的情況 例如爭搶出線或交換結構中的內部鏈路 因此 ATM交換系統(tǒng)需要有排隊功能 以免在發(fā)生資源爭搶時丟失信元 ATM交換 ATM交換機翻譯VPI VCI值每個接口的VPI VCI值唯一 45 29 64 29 29 45 64 29 1 2 1 3 45 29 29 64 2 1 3 1 VPI VCI 端口 VPI VCI 端口 輸入 輸出 競爭問題 存在多個邏輯信道競爭物理出線上同一時間片的情況 信元對這些資源的競爭 必須對信元進行排隊 在時間上將各信元分開 必須引入排隊機制來解決競爭問題 排隊功能 ATM交換的一個重要功能 隊列的溢出會引起信元丟失 信元排隊是產生交換時延和時延抖動的主要原因 排隊機制對ATM交換機性能有著決定性的影響 輸入模塊 輸入模塊 交換機構 CSF 輸出模塊 輸出模塊 1 N 1 N 連接允許控制 CAC 系統(tǒng)管理 SM 6 5 1ATM交換機的組成結構 6 5ATM交換機的基本組成結構 ATM交換機由5大功能模塊組成 1 輸入模塊 IM 2 輸出模塊 OM 3 交換機構 CSF 4 接續(xù)容許控制 CAC 5 系統(tǒng)管理 SM 輸入模塊 UPC NPC功能 輸出模塊 1 輸入側 接收輸入信元 輸入側接口設備的主要功能為 物理層功能 光電信號的轉換與同步 若采用SDH SONET物理接口 數(shù)字比特流的恢復信元定界和差錯控制信元速率解耦 丟棄空閑信元 凈荷的解擾 ATM層主要功能 VPI VCI值的有效性檢查及翻譯信頭差錯檢查輸出端口的確定區(qū)分信令信元 用戶信元和OAM信元并作相應的處理 入線模塊對輸入線路上的信息流進行信元定界 信元有效性檢驗和信元類型分類 輸入線路上的信息流實際上是符合物理層接口信息格式的比特流 入線模塊首先要將這些比特流分解成長度為53字節(jié)的信元 然后再檢測信元的有效性 將空閑信元 未分配信元及信頭出錯的信元丟棄 最后根據(jù)有效信元信頭中的PTI標志 將OAM信元交呼叫處理控制模塊處理 其它用戶信息信元送交換模塊進行交換 2 輸出側 執(zhí)行與輸入側相反的功能 輸出側比輸入側較為簡單 主要功能是為ATM信元流的物理傳輸作準備 其主要功能包括 HEC域的產生并裝入信頭信令信元 OAM信元和用戶信元流的混和輸出信元速率匹配 加入空閑信元 傳輸幀的形成光電信號轉換 出線模塊完成與入線處理模塊相反的處理 主要是將交換模塊輸出的信元流 控制模塊輸出的OAM信元流以及相應的信令信元流復合 形成送往出線的特定形式的比特流 并完成信息信元流速率和線路傳輸速率的適配 呼叫接納控制 CAC 過程 當用戶向網(wǎng)絡提出連接申請時 要給網(wǎng)絡提交所申請連接的業(yè)務流量參數(shù) 網(wǎng)絡根據(jù)當前資源和建立該連接所需要的資源進行決策 如果網(wǎng)絡的當前資源能滿足該連接申請的需求 則接受該連接申請 分配所需網(wǎng)絡資源 并在用戶和網(wǎng)絡之間建立流量合約 解釋 否則 拒絕該連接申請 呼叫接納控制 CAC 是ATM特有的 在電路交換中 呼叫的帶寬是固定的 如64kb s 只要從發(fā)端到終端選擇一條通路 該呼叫即允許 但在ATM中 每次呼叫的帶寬不固定 呼叫接納不僅與業(yè)務量參數(shù)有關 而且還決定于服務質量 CAC控制示意圖 服務質量參數(shù)包括信元丟失率 CLR 信元傳遞時延 CTD 信元時延抖動 CDV 信元錯插率 誤碼率等 信元丟失率為丟失信元與發(fā)送信元的比率 信元傳遞時延包括線路傳送時延 編碼和解碼時延 分段和重裝時延 ATM節(jié)點處理時延 包括交換 排隊 路由等時延 信元時延抖動指信元聚結的程度 表示實際信元間隔與標準信元間隔的接近程度 信元錯插率指錯插信元與時間間隔的比率 誤碼率表示傳遞比特的出錯概率 1 服務質量參數(shù) ATM網(wǎng)絡中規(guī)定了幾種基本的業(yè)務流量參數(shù) 網(wǎng)絡根據(jù)這些參數(shù)對各種類型的業(yè)務分配帶寬并進行擁塞控制 包括峰值信元速率 PCR 信元延時變化容限 CDVT 可持續(xù)的信元速率 SCR 突發(fā)容限 BT 等 峰值信元速率表示在ATM連接上能夠發(fā)送的信息速率的上限 用發(fā)送相鄰兩個信元的最小時間間隔的倒數(shù)表示 信元延時變化容限是表示終端生成信元后 在UNI上容許該信元傳遞時間間隔變化的范圍參數(shù) 這種時延變化是由物理層的開銷和用戶網(wǎng)絡接口處的復用設備造成的 2 業(yè)務流量參數(shù) 可持續(xù)的信元速率是可變比特率類業(yè)務應用參數(shù) 它表示在ATM連接上得到保證的平均速率的上限 平均速率指發(fā)送的信元數(shù)與連接時間的比值 在統(tǒng)計復用時 用大于可持續(xù)的信元速率而小于峰值信元速率的速率傳送信元 可使業(yè)務得到保證 突發(fā)容限也是可變比特率業(yè)務的參數(shù) 對應于最大突發(fā)長度 CAC是交換機中的軟件功能 它負責決定是否接受一個呼叫請求 呼叫請求中定義了業(yè)務源流量參數(shù)和所要求的QoS類別 CAC在PVC建立時間或SVC呼叫產生時間決定是否接受呼叫請求 如果網(wǎng)絡在接受某一請求時能確保所有已存在的連接QoS不受影響 則CAC接受該呼叫請求 CAC可以逐節(jié)點受理請求 也可以利用集中系統(tǒng)進行 對于接受的請求 CAC確定UPC NPC參數(shù) 路由和資源分配 分配的資源包括中繼線帶寬 緩沖器空間和交換機內部資源 使用參數(shù)控制使用參數(shù)控制分為兩種 用戶使用參數(shù)控制 UPC 網(wǎng)絡參數(shù)控制 NPC 用戶使用參數(shù)控制是指在用戶接入點 UNI 上對來自用戶的信元流進行監(jiān)測和控制 如果網(wǎng)絡對來自另一網(wǎng)絡的信元流在NNI上進行監(jiān)控 則稱之為網(wǎng)絡參數(shù)控制 UPC NPC的主要目的在于通過監(jiān)測和控制業(yè)務流量確保帶寬和緩沖器等資源根據(jù)其流量合同 用戶和網(wǎng)絡之間的雙重承諾 在用戶中合理分配 如果沒有UPC NPC 網(wǎng)絡資源就會被無意地或惡意地過量占用 以至影響到其它已建立的ATM連接的業(yè)務質量 UPC要控制ATM連接所遞交的業(yè)務量 以保證商定的流量合同得以遵守 其目標是由用戶產生的超過流量合同規(guī)定的業(yè)務量永遠不能接入網(wǎng)絡 UPC首先要對用戶遞交的信元流進行認證測試 以確定信元流是否遵守流量合同 從而激發(fā)信元級別的適當動作 當用戶信元流遵守流量合同時 使信元通過 及允許接入網(wǎng)絡 當UPC與流量成形 trafficshapping 結合時還可以進行信元間隔空間重排 而當用戶信元流違反合同時 可對違約信元進行標記 即對CLP為0的信元進行操作 使其CLP為1 或直接將違約信元丟棄 當用戶信元流違約時 甚至還會導致連接級別的動作 即將連接釋放 是否選用這一功能將由網(wǎng)絡運營者決定 網(wǎng)絡資源一般是指系統(tǒng)的帶寬