第九章 寬帶交換技術(shù)

1、第第9 9章章 寬帶交換技術(shù)寬帶交換技術(shù)9.1 9.1 交換方式的技術(shù)特征交換方式的技術(shù)特征9.2 9.2 交換技術(shù)的演變交換技術(shù)的演變9.3 ATM9.3 ATM交換技術(shù)交換技術(shù)9.4 9.4 基于基于ATMATM的的B-ISDNB-ISDN協(xié)議模型協(xié)議模型9.5 ATM9.5 ATM交換機(jī)交換機(jī) 9.6 ATM9.6 ATM通信網(wǎng)接口通信網(wǎng)接口9.7 ATM9.7 ATM通信網(wǎng)信令通信網(wǎng)信令9.1 9.1 交換方式的技術(shù)特征交換方式的技術(shù)特征l 1. 1. 面向連接和無(wú)連接面向連接和無(wú)連接 面向連接是指兩個(gè)用戶之間的通信信息沿著預(yù)先建立的通路傳輸；面向無(wú)連接是指依靠路由來(lái)完成選路工作。l2

2、. 2. 物理連接和邏輯連物理連接和邏輯連 物理連接是建立專用的物理鏈路；邏輯連接不獨(dú)占線路，是在一條物理鏈路上建立多條虛鏈路。l3. 3. 同步時(shí)分交換和異步時(shí)分交換同步時(shí)分交換和異步時(shí)分交換l 同步時(shí)分是指每個(gè)連接屬于不同的呼叫，它們?cè)谛诺乐懈髯哉加貌煌臅r(shí)間，但屬于同一呼叫的連接位置是固定的，交換時(shí)按照時(shí)間位置來(lái)區(qū)分每個(gè)連接；異步時(shí)分是指每個(gè)連接所占用的時(shí)間、位置都不固定，屬于某個(gè)呼叫的連接是根據(jù)該連接所需的帶寬大小來(lái)靈活分配的。9.2 9.2 交換技術(shù)的演變交換技術(shù)的演變l1. 1. 電路交換電路交換l1) 電路交換的定義l電路交換是以電路連接為目的的交換方式。l2) 電路交換的通信過(guò)

3、程l電路交換的通信過(guò)程分為三個(gè)階段：電路建立消息傳輸電路拆除。l3) 電路交換的特點(diǎn)l(1) 電路交換是面向物理連接的交換。在發(fā)送消息前，必須建立起點(diǎn)到點(diǎn)的物理通路。l(2)業(yè)務(wù)以3003400Hz語(yǔ)音為主，數(shù)字化后為64kb/s，采用PCM同步時(shí)分復(fù)用，以時(shí)隙為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)電路交換連接。l (3) 電路交換采用靜態(tài)復(fù)用、預(yù)分配帶寬并獨(dú)享通信資源的方式，實(shí)時(shí)響應(yīng)好，能保證傳送時(shí)延要求，但不適應(yīng)變比特業(yè)務(wù)應(yīng)用，慢速業(yè)務(wù)浪費(fèi)資源，快速業(yè)務(wù)難以實(shí)現(xiàn)。l4) 電路交換的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)l(1) 消息傳送延遲較短。對(duì)于每個(gè)用戶來(lái)說(shuō)，其信道是按時(shí)隙周期性分配的，故消息的傳輸時(shí)延小(最大時(shí)延為125 ms)，對(duì)一次接

4、續(xù)而言，消息的傳輸時(shí)延固定不變。l(2) 控制簡(jiǎn)單。在用戶消息傳送期間，交換節(jié)點(diǎn)對(duì)消息不存儲(chǔ)、不分析、不處理，不進(jìn)行任何干預(yù)，也沒(méi)有差錯(cuò)控制措施，即所謂的“透明”傳輸。l(3) 建立物理通路的時(shí)間較長(zhǎng)(以秒為單位)。 l (4) 電路資源被通信雙方獨(dú)占，話路接通后，即使無(wú)消息傳送，也需要占用電路，因此電路利用率低。l(5) 不同類型和特性的用戶終端之間不能互通，這是因?yàn)殡娐方粨Q要求通信雙方在消息傳輸、編碼格式、同步方式、通信協(xié)議等方面完全兼容。l(6) 呼損嚴(yán)重，即由于對(duì)方終端忙或交換網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過(guò)重而接續(xù)失敗。l綜上所述，電路交換適用于話音等實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)。 l2. 2. 報(bào)文交換報(bào)文交換l1) 報(bào)

5、文交換的定義l信息以報(bào)文(邏輯上完整的信息段)為單位進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式叫報(bào)文交換。l2) 報(bào)文交換的通信過(guò)程l報(bào)文交換的通信過(guò)程分為四個(gè)階段：接收和存儲(chǔ)報(bào)文處理機(jī)加工處理(給報(bào)文加上報(bào)頭符號(hào)和報(bào)尾符號(hào))將報(bào)文送到輸出隊(duì)列上排隊(duì)輸出線空閑時(shí)發(fā)送報(bào)文。例如，A用戶向B用戶發(fā)送信息，A用戶不需要叫通與B用戶之間的電路，而只需要與交換機(jī)接通，由交換機(jī)暫時(shí)把A用戶要發(fā)送的報(bào)文接收并存儲(chǔ)起來(lái)，交換機(jī)根據(jù)報(bào)文中提供的B用戶的地址在交換網(wǎng)中確定路由，并將報(bào)文送到下一個(gè)交換機(jī)，最后送到終端用戶B。 l3) 報(bào)文交換的特點(diǎn)l在報(bào)文交換中，通信的信息以“報(bào)文”為基本單位在電路中傳輸。一份報(bào)文包括三部分。l報(bào)頭：包含

6、發(fā)信站地址、終點(diǎn)收信站地址等。l正文：用戶所發(fā)出的信息(報(bào)文內(nèi)容)。l報(bào)尾：報(bào)文的結(jié)束標(biāo)志。 l4) 報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)l(1) 在報(bào)文交換方式中，兩個(gè)終端間的線路和交換機(jī)不必同時(shí)空閑。l(2) 允許各種不同類型的終端相互通信。因?yàn)閳?bào)文交換機(jī)有對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、處理的功能，所以交換機(jī)可以對(duì)各種不同速率、不同代碼、不同通信協(xié)議的終端進(jìn)行轉(zhuǎn)換。l(3) 信息傳輸?shù)臅r(shí)延長(zhǎng)(特別是當(dāng)報(bào)文很長(zhǎng)時(shí))，不利于交互式的業(yè)務(wù)通信。l(4) 對(duì)處理機(jī)要求高。要求處理機(jī)具有較大的存儲(chǔ)容量和高速的處理能力。l因此，報(bào)文交換技術(shù)主要用于非交互式通信中，如電報(bào)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)通信中的信箱通信業(yè)務(wù)等。 l 3. 3. 分組交換分

7、組交換l1) 分組交換的定義l信息以分組為單位進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式叫分組交換。 l2) 分組交換的通信過(guò)程l分組交換的通信過(guò)程分為四個(gè)階段：信息打包數(shù)據(jù)分組排隊(duì)處理信息轉(zhuǎn)發(fā)。l分組交換機(jī)也叫數(shù)據(jù)包交換，處理機(jī)將要傳送的數(shù)據(jù)裁剪并封裝成若干較短的、長(zhǎng)度不等的數(shù)據(jù)塊，并在每個(gè)數(shù)據(jù)塊中加上必需的控制信息(如初始分組標(biāo)志、源地址、目的地址、控制信息、邏輯信道編號(hào)、分組編號(hào)、最末分組標(biāo)志等)，然后按規(guī)定的格式進(jìn)行排列組成一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)分組。交換機(jī)根據(jù)每個(gè)分組的地址信息，為分組尋找輸出的通路并將它們發(fā)送(或轉(zhuǎn)發(fā))至目的地。到達(dá)目的地后由分組交換機(jī)拆包，然后根據(jù)分組頭的附加控制信息重新按順序裝配成一個(gè)個(gè)完整的信息

8、。l 3) 分組交換的優(yōu)點(diǎn)l分組交換技術(shù)較好地解決了電路交換和報(bào)文交換技術(shù)存在的問(wèn)題。其優(yōu)點(diǎn)可歸納為以下幾個(gè)方面：l(1) 不預(yù)先分配資源，帶寬可變，可向不同速率的數(shù)據(jù)終端提供相互通信的通信環(huán)境。l(2) 電路資源被多個(gè)用戶所共享，電路利用率高。l(3) 與報(bào)文交換相比，信息被裁剪成較短的分組，信息的傳輸時(shí)延較小。l(4)“分組”格式統(tǒng)一，便于交換機(jī)處理。l電路交換、報(bào)文交換和分組交換的區(qū)別如圖9-1所示。 圖9-1 電路交換、報(bào)文交換和分組交換的區(qū)別l4. ATM4. ATM交換交換l在B-ISDN(Broadband Integrated Services Digital Network)

9、環(huán)境下的交換采用異步傳送模式(ATM，Asynchronous Transfer Mode)，這是一種新型的交換方式，這種方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：l(1) 可以把不同種類(如話音、數(shù)據(jù)、圖像)、不同速率(固定、可變)、不同性質(zhì)(突發(fā)性、連續(xù)性)以及不同性能要求(時(shí)延要求、誤碼率要求)的信息在網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)透明傳輸；l(2) 能對(duì)通信網(wǎng)中各種各樣的信息(包括話音、數(shù)據(jù)、圖像)進(jìn)行綜合交換和傳輸；l(3) 能按需要提供不同的帶寬和不同的業(yè)務(wù)等級(jí)，使網(wǎng)絡(luò)的資源得到充分利用；l(4) 能夠比較容易地增加新業(yè)務(wù)。 lATM采用的是一種統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)，在這種模式中，雖然保持了時(shí)隙的概念，但取消了同步傳輸模式(STM

10、，Synchronous Transfer Mode)中幀的概念，在ATM時(shí)隙中實(shí)際存放的是信元(Cell)。用戶的信息被裁剪組織成53字節(jié)固定長(zhǎng)度的短信元格式，且來(lái)自同一用戶的信息(信元)并不需要周期性，在一幀中占用的時(shí)隙數(shù)也不固定，可以有1至多個(gè)時(shí)隙，從這個(gè)意義上說(shuō)，這種轉(zhuǎn)移模式是異步的。各時(shí)隙之間也不要求連續(xù)，純粹是“見(jiàn)縫插針”，因此信號(hào)傳輸速度快，電路利用率高。l表9.1歸納了電路交換、分組交換和ATM交換的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)。交 換 技 術(shù) 特 點(diǎn) 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 電 路 交 換 (1) 呼 叫 建 立 時(shí) 刻 進(jìn) 行 網(wǎng)絡(luò) 資 源 分 配 ； (2) 通 信 過(guò) 程 中 執(zhí) 行 端

11、到端 協(xié) 議 ， 數(shù) 據(jù) 透 明 傳 輸 ； (3) 采 用 同 步 時(shí) 分 復(fù) 用 技術(shù) ， 帶 寬 固 定 分 配 (1) 信 息 交 換 的 時(shí) 延 小 ； (2) 對(duì) 話 音 信 息 控 制 簡(jiǎn) 單 ，當(dāng) 電 路 接 通 之 后 ，交 換 機(jī) 的 控制 電 路 不 再 干 預(yù) 消 息 的 傳 輸 (1) 通 路 的 建 立 時(shí) 間 長(zhǎng) ； (2) 帶 寬 利 用 率 低 ； (3) 不 同 類 型 和 特 性 的用 戶 終 端 不 能 互 通 分 組 交 換 (1) 呼 叫 建 立 時(shí) 刻 不 進(jìn) 行網(wǎng) 絡(luò) 資 源 分 配 ，電 路 資 源 被多 個(gè) 用 戶 所 共 享 ； (2) 帶

12、 寬 可 變 ， 用 可 變 比特 率 傳 送 信 息 ； (3) 采 用 面 向 無(wú) 連 接 的 傳輸 方 式 ； (4) 網(wǎng) 絡(luò) 交 換 節(jié) 點(diǎn) 之 間 需進(jìn) 行 流 量 、 差 錯(cuò) 控 制 (1) 可 向 不 同 速 率 的 數(shù) 據(jù) 終端 提 供 通 信 環(huán) 境 ； (2) 帶 寬 統(tǒng) 計(jì) 復(fù) 用 ， 信 道 利用 率 高 ； (3) 采 用 逐 段 鏈 路 的 差 錯(cuò) 控制 和 流 量 控 制 ，出 現(xiàn) 差 錯(cuò) 可 以重 發(fā) ， 可 靠 性 高 ； (4) 線 路 動(dòng) 態(tài) 分 配 ， 當(dāng) 網(wǎng) 中線 路 或 設(shè) 備 發(fā) 生 故 障 時(shí) ， “ 分組 ” 可 以 自 動(dòng) 地 避 開(kāi) 故 障

13、 點(diǎn) (1) 對(duì) 實(shí) 時(shí) 性 業(yè) 務(wù) 支 持不 好 ； (2) 附 加 的 控 制 信 息 較多 ， 傳 輸 效 率 較 低 ； (3) 協(xié) 議 和 控 制 復(fù) 雜 ATM 交 換 (1) 采 用 時(shí) 隙 劃 分 的 方 法進(jìn) 行 統(tǒng) 計(jì) 時(shí) 分 復(fù) 用 ； (2) 采 用 面 向 連 接 并 預(yù) 約傳 輸 資 源 的 工 作 方 式 ，在 傳輸 用 戶 數(shù) 據(jù) 之 前 先 建 立 端到 端 的 虛 連 接 (1) 帶 寬 可 變 ， 支 持 綜 合 業(yè)務(wù) 的 接 入 ； (2) 以 固 定 長(zhǎng) 度 的 短 信 元 為傳 輸 單 位 ，響 應(yīng) 時(shí) 間 短 ，網(wǎng) 速快 ； (3) 信 元 中 不

14、 含 數(shù) 據(jù) 校 驗(yàn) ，簡(jiǎn) 化 了 交 換 機(jī) 的 功 能 表表9.1 9.1 電路交換、分組交換和電路交換、分組交換和ATMATM交換比較交換比較9.3 ATM9.3 ATM交換技術(shù)交換技術(shù)l9.3.1 ATM9.3.1 ATM信元與復(fù)用信元與復(fù)用l ATM本質(zhì)上是一種尋址型特殊分組轉(zhuǎn)移模式，它使用異步時(shí)分復(fù)用技術(shù)將不同速率的數(shù)字業(yè)務(wù)(如話音、數(shù)據(jù)、視頻)的混合信息流分割成固定字節(jié)長(zhǎng)度的信元，在B-ISDN中進(jìn)行快速分組傳輸和交換，也就是說(shuō)，進(jìn)入B-ISDN的信息流是一串串的信元流。l B-ISDN與用戶間的接口也規(guī)定為以信元為基礎(chǔ)單位。B-ISDN用的ATM終端其自身具有信元接口。不具有信

15、元接口功能的終端，如目前電信網(wǎng)中所用的各種終端，則在入網(wǎng)前必須經(jīng)信元裝拆設(shè)備進(jìn)行信元化，即規(guī)格化后才能進(jìn)入網(wǎng)中。 l1. ATM1. ATM信元結(jié)構(gòu)信元結(jié)構(gòu)lATM的基本單位是信元，每個(gè)信元長(zhǎng)度固定為53個(gè)字節(jié)，前5個(gè)字節(jié)為信頭(Header)，后48個(gè)字節(jié)為信息域(數(shù)據(jù)塊)。信元的大小與業(yè)務(wù)類型無(wú)關(guān)，任何業(yè)務(wù)的信息都經(jīng)過(guò)切割封裝成相同長(zhǎng)度、統(tǒng)一格式的信息分組。ATM信元結(jié)構(gòu)如圖9-2所示。圖9-2 ATM信元結(jié)構(gòu)l 2 2 ATM ATM信頭的功能信頭的功能lATM信頭用來(lái)標(biāo)志異步時(shí)分復(fù)用信道上屬于同一虛通路的信元，并完成適當(dāng)?shù)穆酚蛇x擇。ATM層的全部功能均由信頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。在傳送信息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)只

16、對(duì)信頭進(jìn)行操作而不處理信息域的內(nèi)容。接收端對(duì)信元的識(shí)別不再靠嚴(yán)格的參考定時(shí)，而是靠信元中的信頭標(biāo)記信息來(lái)識(shí)別該信元究竟屬于哪一個(gè)連接。下圖中(a)、(b)分別是用戶-網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)的信頭結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口(NNI)的信頭結(jié)構(gòu)。 ATM信元由信頭和信息段兩部分構(gòu)成。信元由信頭和信息段兩部分構(gòu)成。信頭信頭(5B)信息段信息段 (48B)GFCVPIVCIPTI CLPVCIVPIVCIHECVPIVCIPTI CLPVCIVPIVCIHEC182345671823456718234567信元信元UNI信頭信頭NNI信頭信頭ATMATM信頭各部分的功能解釋如下所述信頭各部分的功能解釋如下所述：

17、lGFCGFC(General Flow Control)：一般流量控制，占4bit，只用 于UNI接口。在B-ISDN中，為了控制共享傳輸媒體的多個(gè)終端的接入而定義了GFC。由GFC控制可產(chǎn)生用戶終端方向的信息流量，從而減小用戶側(cè)出現(xiàn)的短期過(guò)載。lVPI VPI (Virtual Path Identifier)：虛通路標(biāo)識(shí)符，對(duì)VP進(jìn)行識(shí)別。在UNI信元中，VPI為8bit，表示一條ATM鏈路最多可以包括28=256條虛通路。在NNI信元中，VPI為12bit，表示一條ATM鏈路最多可以包括212=4096條虛通路。lVCIVCI(Virtual Channel Identifier)：虛

18、信道標(biāo)識(shí)符，用于虛信道路由選擇。在UNI和NNI信元中，VCI字段都為16bit，故對(duì)每個(gè)VP定義了216=65536條虛信道。VCI和VPI結(jié)合，可在UNI信元中標(biāo)識(shí)16777216(25665536)條連接，在NNI信元中標(biāo)識(shí)268435456(409665536)條連接。lPTIPTI(Payload Type Identifier)：信息類型指示段，也叫凈荷類型指示段，占3bit，用來(lái)標(biāo)識(shí)信息字段中的內(nèi)容是用戶信息還是控制信息。lCLPCLP(Cell Loss Priority)：信元丟失優(yōu)先級(jí)，占1bit，用于表示信元的相對(duì)優(yōu)先等級(jí)。在ATM網(wǎng)中，接續(xù)采用統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用方式，所以當(dāng)發(fā)

19、生超限過(guò)載和擁塞而必須扔掉某些信元時(shí)，首先丟棄的是低優(yōu)先級(jí)信元。CLP的意義就是確保重要的信元不丟失。當(dāng)CLP=0時(shí)，信元具有高優(yōu)先級(jí)，應(yīng)保留；當(dāng)CLP=1時(shí)，信元為低優(yōu)先級(jí)，應(yīng)丟棄。lHECHEC(Header Error Control)：信元頭差錯(cuò)控制，占8bit，用于錯(cuò)誤信頭的監(jiān)測(cè)、糾正。HEC還被用于信元定界，這種無(wú)需任何幀結(jié)構(gòu)就能對(duì)信元進(jìn)行定界的能力是ATM特有的。 l3. ATM3. ATM信元復(fù)用信元復(fù)用l目前，電話網(wǎng)中的數(shù)字信號(hào)復(fù)用基本屬于同步傳遞方式(STM)，其特點(diǎn)是在由N路原始信號(hào)復(fù)合成的時(shí)分復(fù)用信號(hào)中，各路原始信號(hào)的出現(xiàn)呈周期性。所以只要根據(jù)時(shí)間就可以確定現(xiàn)在傳輸?shù)氖?/p>

20、哪一路原始信號(hào)。l異步傳遞方式(ATM)的各路原始信號(hào)不一定按照一定的時(shí)間間隔周期性地出現(xiàn)，每個(gè)數(shù)據(jù)單元可以處在任何傳輸幀的任何位置，來(lái)自不同信息源(不同業(yè)務(wù)和不同發(fā)源地)的信元匯集到一起，在一個(gè)緩沖器內(nèi)排隊(duì)，隊(duì)列中的信元逐個(gè)輸出到傳輸線路，在傳輸線路上形成首尾相接的信元流。信元的信頭中寫(xiě)有信息的標(biāo)志，說(shuō)明該信元去往的地址，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)信頭中的標(biāo)志來(lái)轉(zhuǎn)移信元。 由于信息源產(chǎn)生信息是隨機(jī)的，信元到達(dá)隊(duì)列也是隨機(jī)的，因此速率高的業(yè)務(wù)信元來(lái)得十分頻繁，十分集中；速率低的業(yè)務(wù)信元?jiǎng)t來(lái)得很稀疏。具有同樣標(biāo)志的信元在傳輸線路上并不對(duì)應(yīng)著某個(gè)固定的時(shí)間(時(shí)隙)，也不是按周期出現(xiàn)的。也就是說(shuō)，信息和它在時(shí)域中的位

21、置之間沒(méi)有任何關(guān)系，這種復(fù)用方式叫做統(tǒng)計(jì)復(fù)用(Statistic Multiplex)?？梢?jiàn)，統(tǒng)計(jì)復(fù)用是按需分配帶寬的，可以滿足不同用戶傳遞不同業(yè)務(wù)的帶寬需要。圖9-3所示為待發(fā)送的用戶信息分解成信元并進(jìn)行多路復(fù)用的示意圖。 圖9-3 用戶信息被分解成ATM信元 l 9.3.2 9.3.2 ATM ATM網(wǎng)絡(luò)連接網(wǎng)絡(luò)連接l1. VCI/VPI1. VCI/VPI虛信道標(biāo)識(shí)符虛信道標(biāo)識(shí)符/ /虛通路標(biāo)識(shí)符虛通路標(biāo)識(shí)符lVPI(VP Identifier)、VCI(VC Identifier)是ATM技術(shù)中兩個(gè)最重要的概念，VCI/VPI用于表示信元的邏輯路由地址。對(duì)于一個(gè)給定的接口，在兩個(gè)方向上

22、都將可能存在不同的虛通路(VP，Virtual Path)，若干虛通路被復(fù)用在一條物理層連接上，而在每條虛通路內(nèi)部又可能含有許多條虛信道(VC，Virtual Channel)。屬于同一VC的信元群擁有相同的虛信道識(shí)別符VCI，屬于同一VP的不同VC擁有相同的虛通路識(shí)別符VPI。VCI和VPI都作為信頭的一部分與信元同時(shí)傳輸。lVPI、VCI的取值規(guī)則：在組成一個(gè)連接的各個(gè)鏈路上，VPI/VCI的取值是相互獨(dú)立的，從而可達(dá)到充分利用VPI/VCI資源的目的。 2. VC/VP2. VC/VP虛信道虛信道/ /虛通路虛通路1) 虛信道(VC)在一個(gè)虛通路連接(VPC)中，傳送具有相同VCI的信元

23、所占有的子信道叫做虛信道(VC)。在ATM中，因?yàn)槊織l鏈路容易被該鏈路上的各種接續(xù)共享，而不是固定分配，所以每個(gè)接續(xù)被稱為虛信道，信元流通過(guò)一條虛信道進(jìn)行傳輸。虛信道是ATM網(wǎng)絡(luò)鏈路端點(diǎn)之間的一種邏輯聯(lián)系，是在兩個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)之間傳送ATM信元的通信通路，可用于用戶到用戶、用戶到網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)的信息轉(zhuǎn)移。 2) 虛通路(VP)在一條通信線路上具有相同VPI的信元所占有的子信道叫做虛通路(VP)。傳輸通道、虛通路(VP)和虛信道(VC)的關(guān)系如圖9-4所示。 圖9-4 ATM中傳輸通道、虛通路(VP)和虛信道(VC)的關(guān)系 3. VPC/VCC虛通路連接/虛信道連接ATM中的虛通路連接和虛信道連

24、接如圖9-5所示。 圖9-5 ATM中的虛通路連接和虛信道連接 1) 虛信道連接(VCC)一個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)的VC鏈路構(gòu)成一個(gè)VCC。VCC的作用是為ATM虛信道(VC)建立一條虛電路。該虛電路連接可用在以下三個(gè)方面：(1) 用戶到用戶應(yīng)用：VCC跨越連接兩個(gè)端點(diǎn)上的用戶設(shè)備，信息將以ATM信元的形式直接從一個(gè)用戶設(shè)備傳到另一個(gè)用戶設(shè)備。(2) 用戶到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：VCC處在用戶設(shè)備和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間，實(shí)現(xiàn)用戶到某一網(wǎng)絡(luò)單元的接入。(3) 網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：VCC位于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間。 2) 虛通路連接(VPC)一個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)的VP鏈路構(gòu)成一個(gè)VPC。VPC的作用是為ATM虛通路(VP)建立一條虛電路。

25、該虛電路連接同樣可以應(yīng)用于用戶到用戶、用戶到網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞。當(dāng)對(duì)信元進(jìn)行交換或復(fù)用時(shí)，首先必須在虛通路連接(VPC)基礎(chǔ)上進(jìn)行，然后才是虛信道連接(VCC)。一個(gè)端到端的連接由源和目的地之間的一系列串聯(lián)鏈路(Link)組成。這就是說(shuō)，虛信道連接(VCC)將劃分成若干不同段的虛信道鏈路(Virtual Circuit Links)，每一段虛信道上都標(biāo)識(shí)以惟一的VCI值，從一段虛信道鏈路到另一段虛信道鏈路VCI的值將被翻譯改變。同樣的道理也適合于虛通路連接(VPC)和虛通路鏈路(Virtual Path Links)。1. VP1. VP交換交換VCI/VPI值在經(jīng)過(guò)ATM交換節(jié)點(diǎn)時(shí)，

26、該VP交換點(diǎn)根據(jù)VP連接的目的地，將輸入信元的VPI值改為新的VPI值賦予信元并輸出，該過(guò)程稱為VP交換。VP交換的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，往往只是傳輸通道的某個(gè)等級(jí)數(shù)字復(fù)用線的交叉連接，如圖9-6所示。 9.3.3 9.3.3 虛通路交換與虛信道交換虛通路交換與虛信道交換 圖9-6 VP交換過(guò)程(a) VP交換；(b) VPI轉(zhuǎn)發(fā)表 2. VP/VC2. VP/VC交換交換VC交換要和VP交換同時(shí)進(jìn)行，因?yàn)楫?dāng)一條VC鏈路終止時(shí)，VP連接(VPC)就終止了，這個(gè)VPC上的所有VC鏈路將各自執(zhí)行交換過(guò)程，加到不同方向的VPC中去，如圖9-7所示。 圖9-7 VP/VC交換過(guò)程(a) VP/VC交換；(b)

27、 VP/VC轉(zhuǎn)發(fā)表 3. VP3. VP交換與交換與VP/VCVP/VC交換比較交換比較對(duì)于VP交換，其內(nèi)部包含的所有VC捆綁在一起選擇相同的路由，穿過(guò)交換節(jié)點(diǎn)后并不拆散。相應(yīng)地，VP鏈路內(nèi)的每個(gè)VCI的值保持不變。而VP/VC交換則不同，一個(gè)進(jìn)入交換節(jié)點(diǎn)的VP中的某VC鏈路被交換到另一輸出VP中去，不但VPI值發(fā)生了改變，而且對(duì)應(yīng)的VCI的值也被更換。從上述交換過(guò)程可以看出，雖然ATM交換是異步時(shí)分交換，但其原理與同步時(shí)分交換(時(shí)隙交換)有相似之處，區(qū)別在于用VCI/VPI代替了時(shí)隙交換中時(shí)隙的序號(hào)。 VP交換是靠B-ISDN協(xié)議分層模型的管理平面控制完成的，VP/VC交換則由B-ISDN協(xié)

28、議分層模型的控制平面負(fù)責(zé)完成(管理平面、控制平面的相關(guān)內(nèi)容將在9.4節(jié)中講述)。VP交換設(shè)備(通常是交叉連接器和集中/分配器)僅對(duì)信元的VPI進(jìn)行處理和變換，功能較為簡(jiǎn)單；VC交換設(shè)備(ATM交換機(jī)、復(fù)接/分接器)則要同時(shí)對(duì)VPI/VCI進(jìn)行處理和變換，功能較為復(fù)雜。VPI和VCI只有局部意義，每個(gè)VPI/VCI在相應(yīng)的VP/VC交換節(jié)點(diǎn)被處理，相同的VPI/VCI值在不同的VP/VC鏈路段并不代表同一個(gè)“虛連接”。由于VP交換具有簡(jiǎn)單性，因而在早期可率先在網(wǎng)上投入使用，其容量也容易做得較大。另一方面，在B-ISDN骨干網(wǎng)高層節(jié)點(diǎn)，業(yè)務(wù)流量可以按局向劃分，這一點(diǎn)正符合VP交換的特性。所以，在B

29、-ISDN網(wǎng)絡(luò)中，VP交換與VP/VC交換都是需要的。 9.4 9.4 基于基于ATMATM的的B-ISDNB-ISDN協(xié)議模型協(xié)議模型 ATM技術(shù)的目的是給出一套對(duì)B-ISDN用戶進(jìn)行服務(wù)的系統(tǒng)，通常這些服務(wù)系統(tǒng)是由基于ATM的B-ISDN協(xié)議模型的定義給出的。該模型描述了ATM網(wǎng)絡(luò)的功能，它包括三個(gè)平面四個(gè)層，如圖9-9所示。 圖9-9 基于ATM的B-ISDN協(xié)議分層模型 控制面控制面用戶面用戶面管理面管理面Q.2931Q.2931TCP/IP,TCP/IP,FTP,等FTP,等LMI，SNMP，LMI，SNMP，CMIPCMIPAALAALAALAALS SA AA AL LSSCFS

30、SCFSSCOPSSCOPAALCPAALCPATMATMSDH,SONET,SDH,SONET,DS1,E1,等等DS1,E1,等等圖7.5 B-ISDN的分層協(xié)議說(shuō)明例1. 1. 平面的劃分平面的劃分平面的劃分主要是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中不同的傳送功能、控制功能和管理功能以及信息流的不同種類來(lái)劃分的。ATM協(xié)議模型的三個(gè)平面分別為用戶面、管理面和控制面?？刂泼?、用戶面都分為四個(gè)層，管理面不分層。(1) 用戶面(User)：主要提供用戶信息流的傳輸，以及相應(yīng)的控制(如流量控制、差錯(cuò)控制等)。通常的數(shù)據(jù)協(xié)議、話音和視頻等業(yè)務(wù)應(yīng)用都包括在這個(gè)區(qū)域。在用戶面，高層為T(mén)CP/IP、FTP協(xié)議數(shù)據(jù)或者STM數(shù)據(jù)信

31、息，AAL層負(fù)責(zé)將他們適配成ATM信元。(2) 控制面(Control)：提供呼叫連接的控制功能，主要用于信令傳輸，完成網(wǎng)絡(luò)與終端間的呼叫建立和撤銷有關(guān)的功能。在控制面，AAL層將信令消息適配成ATM信元，其高層為Q.2931信令協(xié)議，用來(lái)在ATM網(wǎng)絡(luò)中建立虛連接。(3) 管理面(Management)：是性能管理、故障管理以及各個(gè)面間綜合管理的網(wǎng)管協(xié)議。它提供兩種功能，即面管理功能和層管理功能。在管理面，高層為本地管理接口(LMI)、SNMP、CMIP等網(wǎng)管協(xié)議的管理數(shù)據(jù)，AAL層將它們適配成ATM信元。 面管理功能：負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)面間的信息進(jìn)行綜合管理。面管理功能不分層。 層管理功能：層管理功

32、能是一個(gè)分層的結(jié)構(gòu)，主要用于各層內(nèi)部的管理，監(jiān)控各層的操作，完成與協(xié)議實(shí)體內(nèi)的資源和參數(shù)相關(guān)的管理功能，處理與特定的層相關(guān)的操作維護(hù)(OAM)信息流。 2. 2. 各層的功能各層的功能協(xié)議參考模型的分層結(jié)構(gòu)從下到上依次為：物理層、ATM層、ATM適配層(AAL)和高層四個(gè)層次。各層間的數(shù)據(jù)傳輸如圖9-10所示。 圖9-10 ATM協(xié)議模型各層間的數(shù)據(jù)傳輸 1) 物理層物理層是承運(yùn)信息流的載體，位于B-ISDN的最底層，主要負(fù)責(zé)信元編碼，將ATM層送來(lái)的邏輯比特或符號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理傳輸媒介可傳送的信號(hào)，并正確地收/發(fā)這些物理信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)信元的無(wú)差錯(cuò)傳輸，物理層又被分為物理媒體相關(guān)子層和傳輸會(huì)

33、聚子層，由它們來(lái)分別保證信元的正確傳送。 (1) 物理媒體子層(PM，Physical Media)。PM子層處理具體的傳輸介質(zhì)，它只支持與物理媒體有關(guān)的比特功能，因而它取決于所用的傳輸媒質(zhì)(光纜、電纜)。其主要功能有：比特傳送、比特同步、比特定時(shí)、比特定位校準(zhǔn)、線路編碼和電/光轉(zhuǎn)換等。其中，比特定時(shí)功能主要完成產(chǎn)生和接收適于所用媒質(zhì)的信號(hào)波形、插入或抽取比特定時(shí)信息以及線路編碼和解碼。 (2) 傳輸會(huì)聚子層(TC，Transmission Convergence)。傳輸會(huì)聚子層的主要功能是：幀的適配、信元定界、信頭差錯(cuò)控制校驗(yàn)等。其功能與物理媒體無(wú)關(guān)。TC子層所做的工作實(shí)際上是鏈路層的工作。

34、它負(fù)責(zé)將ATM信元嵌入正在使用的傳輸媒體的傳輸幀中，或用相反的方法從傳輸媒體的傳輸幀中提取有效的ATM層信元，完成ATM信元流與物理媒體上傳輸?shù)谋忍亓鞯霓D(zhuǎn)換工作，即把從PM子層傳來(lái)的光電信號(hào)恢復(fù)成信元，并將它傳送給ATM層處理或進(jìn)行相反的操作。 在TC子層，ATM層信元嵌入傳輸幀的過(guò)程為：ATM信元解調(diào)(緩存)信頭差錯(cuò)控制(HEC)產(chǎn)生信元定界傳輸幀適配傳輸幀生成。從傳輸幀中提取有效ATM信元的過(guò)程為：傳輸幀接收傳輸幀適配信元定界信頭差錯(cuò)控制(HEC)檢驗(yàn)ATM信元排隊(duì)。 2) ATM層ATM層為異步傳遞方式層，位于物理層之上，負(fù)責(zé)生成與業(yè)務(wù)類型無(wú)關(guān)的、統(tǒng)一的信元標(biāo)準(zhǔn)格式，提供ATM業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單

35、元的公共傳送功能。它還完成信元的復(fù)用與分解，路由選擇/交換，信頭的產(chǎn)生、提取和一般流量控制等功能。ATM層利用信頭中各個(gè)功能字段可實(shí)現(xiàn)下列四種功能。(1) 信元的復(fù)用與分解。ATM層相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)層，主要做路由工作，它提供了虛通路(VP)和虛信道(VC)兩種邏輯信息傳輸線路。信元發(fā)送時(shí)由多個(gè)VP和VC合成一條信元流。接收時(shí)進(jìn)行相反的操作，由一條信元流分解成多條VP和VC。 (2) 利用VPI和VCI尋路。路由功能由虛通路識(shí)別符(VPI)和虛信道識(shí)別符(VCI)完成。在虛通路處理設(shè)備(VPH，VP Handler)和虛信道處理設(shè)備(VCH，VC Handler)中讀取各個(gè)輸入信元的VPI和VCI值，

36、根據(jù)信令建立的路由在ATM交換區(qū)域或ATM交叉節(jié)點(diǎn)處完成對(duì)任意輸入的ATM信元的VPI和VCI值變換(每一輸入信元的VPI域值在虛通路節(jié)點(diǎn)被譯為新的輸出VPI域值，虛通路識(shí)別符和虛信道識(shí)別符的值在虛信道交換節(jié)點(diǎn)處也被譯為新域值)，更新各輸出信元的VCI和VPI值。路由功能設(shè)置VPI、VCI兩層的原因是為了得到一種高效的路由方法，避免為計(jì)算路由花費(fèi)大量的CPU資源，因此，ATM交換機(jī)之間可以只用VP交換，ATM與用戶端之間再用VC交換。 (3) 信頭的產(chǎn)生和提取。信頭的產(chǎn)生和提取在ATM層和上層的交互位置完成。在發(fā)送端，信頭產(chǎn)生功能從ATM適配層接收信元信息域以后，添加一個(gè)相應(yīng)的ATM信頭(不包

37、括信頭校驗(yàn)編碼HEC序列)；在接收端，信頭提取操作功能抽掉ATM信頭部分，并將信元信息域內(nèi)容提交給上一層ATM適配層。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在將信元遞交給適配層之前去掉信頭，而在相反的方向上加上信頭。 (4) 一般流量控制。在用戶-網(wǎng)絡(luò)接口上實(shí)現(xiàn)流量控制，這個(gè)功能是由信頭中的GFC支持的。用戶設(shè)備中的ATM層與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的ATM層所完成的功能有所區(qū)別。對(duì)于用戶設(shè)備中的ATM層來(lái)講，它所完成的核心功能在于給ATM層適配所形成的信息幀加上信頭，從而形成能夠在ATM網(wǎng)中傳送的信元。與此同時(shí)，通過(guò)分配與識(shí)別信頭中的VPI與VCI值完成信元的復(fù)接與分接功能；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的ATM層所完成的核心功能在于信頭的變換，通

38、過(guò)變換信頭實(shí)質(zhì)上完成了VP交換與VC交換的功能。 3) ATM適配層(AAL)適配層(AAL)介于ATM層和高層之間，執(zhí)行高層協(xié)議的適配，負(fù)責(zé)將高層的信令或不同類型業(yè)務(wù)的用戶消息分段適配成ATM信元。適配的原因是由于各種業(yè)務(wù)(話音、數(shù)據(jù)和圖像等)所要求的業(yè)務(wù)質(zhì)量(如時(shí)延、差錯(cuò)率等)不同。ATM網(wǎng)絡(luò)要滿足寬帶業(yè)務(wù)的需求，使業(yè)務(wù)種類、信息轉(zhuǎn)移方式、通信速率與通信網(wǎng)設(shè)備無(wú)關(guān)，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐该餍院挽`活性，就要通過(guò)AAL完成適配，消除各種業(yè)務(wù)信號(hào)在質(zhì)量條件上的差異。換個(gè)角度說(shuō)，ATM層只統(tǒng)一了信元格式，為各種業(yè)務(wù)提供了公共的傳輸能力，并沒(méi)有滿足大多數(shù)應(yīng)用層(高層)的要求，故需用一個(gè)適配層來(lái)作ATM層與

39、應(yīng)用層的橋梁。 AAL按其功能可以進(jìn)一步分為兩個(gè)子層：信元拆裝子層和會(huì)聚子層。(1) 信元拆裝子層(SAR，Segmentation And Reassembly)：SAR子層位于AAL層下面，其主要目的是將高層信息拆開(kāi)裝到一個(gè)適當(dāng)?shù)奶撨B接上連續(xù)的ATM信元中；在相反方向上，將一個(gè)虛連接的全部信元內(nèi)容組裝成數(shù)據(jù)單元并交給高層。 (2) 會(huì)聚子層(CS，Convergence Sublayer)：CS子層位于AAL層上面，其作用是根據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的條件控制信元的延時(shí)抖動(dòng)和信元丟失，在接收端恢復(fù)發(fā)送端的時(shí)鐘頻率，并對(duì)幀進(jìn)行流量控制和差錯(cuò)控制。ITU-T定義了四類ATM適配功能，即：AAL1、AAL

40、2、AAL3/4、AAL5。這四類功能分別對(duì)應(yīng)ATM層上傳送的A、B、C、D四種業(yè)務(wù)。A、B、C、D四種業(yè)務(wù)是根據(jù)三個(gè)基本參數(shù)來(lái)劃分的，這三個(gè)參數(shù)分別是：源和目的之間的定時(shí)要求、比特率要求和連接方式。 表表9.2 9.2 三個(gè)基本參數(shù)、三個(gè)基本參數(shù)、ABCDABCD四種業(yè)務(wù)、四種業(yè)務(wù)、AALAAL適配類型適配類型以及服務(wù)質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及服務(wù)質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系 四種業(yè)務(wù) 基本參數(shù) A 類 B 類 C 類 D 類 源和目的定時(shí) 需要 不需要 比特率 恒定 可變 連接方式 面向連接 無(wú)連接 AAL3 AAL4 AAL 類型 AAL1 AAL2 AAL5 用戶業(yè)務(wù)舉例 電路仿真 運(yùn)動(dòng)圖像視頻/聲頻 面向

41、連接數(shù)據(jù)傳輸 無(wú)連接數(shù)據(jù)傳輸 服務(wù)質(zhì)量 QoS1 QoS2 QoS3 QoS4 AAL1：第一類AAL，恒定比特率實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)適配協(xié)議，用于適配ATM層的A類業(yè)務(wù)(恒定比特率業(yè)務(wù)CBR)。常見(jiàn)業(yè)務(wù)為64 kb/s話音業(yè)務(wù)、固定碼率非壓縮的視頻通信及專用數(shù)據(jù)網(wǎng)的租用電路。AAL1的功能包括用戶信息的分段和重組、丟失和誤插信元的處理、信息到達(dá)延遲時(shí)間的處理以及在接收端恢復(fù)源端時(shí)鐘頻率。 AAL2：第二類AAL，可變比特率實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)適配協(xié)議，用于適配ATM層的B類業(yè)務(wù)(可變比特率業(yè)務(wù)VBR)。常見(jiàn)業(yè)務(wù)為壓縮的分組話音通信和壓縮的視頻傳輸。該業(yè)務(wù)具有傳遞介面延遲特性，其原因是接收器需要重新組裝原來(lái)的非壓縮話

42、音和視頻信息。AAL2的功能與AAL1相似。 AAL3/4：第三/四類AAL，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送適配協(xié)議，由AAL3、AAL4合并而成，用于適配ATM層的C、D兩類業(yè)務(wù)(可變比特率業(yè)務(wù)VBR)。支持面向連接和無(wú)連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和信令，具有可變長(zhǎng)度用戶數(shù)據(jù)的分段、重組及誤碼處理等功能。該業(yè)務(wù)適用于文件傳遞和數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)。 AAL5：第五類AAL，高效數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送適配協(xié)議。該協(xié)議對(duì)應(yīng)ATM層的D類業(yè)務(wù)，支持無(wú)連接數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，常見(jiàn)業(yè)務(wù)為數(shù)據(jù)報(bào)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)。4) 高層高層是各種業(yè)務(wù)的應(yīng)用層，它根據(jù)不同業(yè)務(wù)(數(shù)據(jù)、信令或用戶消息)的特點(diǎn)，完成端到端的協(xié)議功能，如支持計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信和LAN的數(shù)據(jù)通信，支持圖像和電

43、視業(yè)務(wù)、電話業(yè)務(wù)等。上述物理層、ATM層和AAL層的功能全部或部分地呈現(xiàn)在具體的ATM設(shè)備中。比如在ATM終端或終端適配器中，為了適配不同的應(yīng)用業(yè)務(wù)，需要有AAL層功能來(lái)支持不同業(yè)務(wù)的接入；在ATM交換設(shè)備和交叉連接設(shè)備中，要用到信頭的選路信息，必須有ATM層功能的支持；在傳輸系統(tǒng)中，則需要物理層功能的支持。 高 層 高 層 功 能 會(huì)聚子層 (CS) 會(huì)聚功能，即將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)變換成 CS 數(shù)據(jù)單元； 處理信元丟失、誤傳，向高層用戶提供透明的順序傳輸； 處理信元延遲變化； 流量/差錯(cuò)控制 AAL 層 信元拆裝 子層(SAR) 以信元為單位對(duì) CS 數(shù)據(jù)分段或重組， 產(chǎn)生 48 個(gè)字節(jié)的 ATM

44、信元有效負(fù)載； 把 SAR-PDU(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)交給 ATM 層； 把 SAR-SDU(業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元)交給 CS； 在發(fā)送端發(fā)生擁塞時(shí)監(jiān)測(cè)信元的丟失； 在接收端接收信元的有效負(fù)載 ATM 層 異步傳遞 方式層 一般流量控制； 信頭的產(chǎn)生和提取； 信元 VCI、VPI 翻譯； 信元 VP/VC 交換； 信元復(fù)用與分解 傳輸會(huì)聚 子層(TC) 信頭差錯(cuò)校正； 信元同步； 信元速率適配； 傳輸幀的生成； 信元定界 層 管 理 物理層 物理媒體 子層(PM) 比特定時(shí)(位同步)； 傳輸物理媒體 9.5.1 ATM9.5.1 ATM交換機(jī)的任務(wù)交換機(jī)的任務(wù)1. 1. 寬帶業(yè)務(wù)對(duì)寬帶業(yè)務(wù)對(duì)ATMATM交

45、換機(jī)的要求交換機(jī)的要求寬帶業(yè)務(wù)覆蓋的范圍十分廣泛，傳送速率可以是固定的，也可以是可變的；對(duì)業(yè)務(wù)特性可以是實(shí)時(shí)的也可以是非實(shí)時(shí)的。不同的業(yè)務(wù)對(duì)于信元丟失率、誤碼率、時(shí)延抖動(dòng)等服務(wù)參數(shù)有著特殊的需求。寬帶業(yè)務(wù)的這些特性要求ATM交換機(jī)具有下列最基本的能力。(1) 多速率交換。從幾kb/s150Mb/s范圍內(nèi)的許多速率都要在寬帶交換機(jī)中進(jìn)行交換。9.5 ATM9.5 ATM交換機(jī)交換機(jī)(2) 多點(diǎn)交換。要求提供點(diǎn)到點(diǎn)與點(diǎn)到多點(diǎn)的選播/組播/廣播連接功能。 (3) 多媒體業(yè)務(wù)支持。ATM網(wǎng)絡(luò)中允許接入的業(yè)務(wù)有不同形式，為了滿足每一種業(yè)務(wù)的質(zhì)量要求，對(duì)交換機(jī)性能有很高的要求。 信元丟失/信元誤碼率。要求

46、ATM交換機(jī)的信元丟失率應(yīng)在1011108范圍之內(nèi)，即大約每十億個(gè)信元才丟失一個(gè)。 連接阻塞率。由于ATM交換機(jī)內(nèi)部并不實(shí)際建立路由，只是在其路由表中指出該連接的信元VPI/VCI轉(zhuǎn)換，因此一旦在交換機(jī)的入線和出線之間沒(méi)有足夠的可用資源來(lái)保證已建立連接的質(zhì)量，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生連接阻塞。因此，要求在盡量擴(kuò)大ATM交換機(jī)入線和出線規(guī)模的同時(shí)設(shè)計(jì)內(nèi)部無(wú)阻塞的交換設(shè)備，使ATM交換機(jī)具有高性能的吞吐量和低指標(biāo)的阻塞率。 交換時(shí)延。交換時(shí)延是指通過(guò)交換機(jī)交換一個(gè)ATM信元時(shí)所用的時(shí)間。要求ATM交換機(jī)的交換時(shí)延值在1001000 ms之間，時(shí)延抖動(dòng)為幾百微秒。 2. ATM2. ATM交換機(jī)的主要工作交換機(jī)

47、的主要工作ATM交換機(jī)是ATM寬帶網(wǎng)絡(luò)中的核心設(shè)備，需要完成物理層和ATM層的功能。對(duì)于物理層，它的主要工作是對(duì)不同傳輸媒介電器特性進(jìn)行適配。對(duì)于ATM層，它的主要工作是完成ATM信元的交換，即VP/VC交換。 圖9-11 ATM交換機(jī)的功能模塊 1. ATM1. ATM接口模塊接口模塊ATM接口模塊位于ATM交換機(jī)的邊緣，為ATM信元的物理傳輸媒質(zhì)和ATM交換模塊提供對(duì)外的接口，完成入線處理和出線處理。其中，入線處理是對(duì)各入線上的ATM信元進(jìn)行處理(如緩沖、信元復(fù)制、虛信道識(shí)別碼VCI翻譯、多個(gè)低速設(shè)備的多路信息分流等)，使它們成為適合送入ATM交換單元處理的形式，完成的功能類似于B-ISD

48、N協(xié)議模型中將信息由物理層向ATM層提交的過(guò)程；出線處理則是對(duì)ATM交換單元送出的ATM信元進(jìn)行處理(如緩沖、VCI翻譯、合并等)，使它們成為適合在線路上傳輸?shù)男问剑愃朴贐-ISDN協(xié)議模型中將信息由ATM層向物理層提交的過(guò)程。為了能夠靈活地提供各種業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)配置，適應(yīng)各種現(xiàn)有的和將來(lái)的業(yè)務(wù)，ATM接口模塊分為兩大類：一類是業(yè)務(wù)接口模塊；另一類是ATM接口模塊。1) 業(yè)務(wù)接口模塊業(yè)務(wù)接口模塊用來(lái)提供與具體業(yè)務(wù)相關(guān)的接口，完成業(yè)務(wù)接口處理，以及AAL層和ATM層的功能。業(yè)務(wù)接口的處理包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層甚至更高層的功能，如業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的識(shí)別、用戶數(shù)據(jù)和信令的分離或組裝。業(yè)務(wù)信令轉(zhuǎn)換為ATM

49、信令，由交換機(jī)的控制模塊進(jìn)行處理。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)則根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型，進(jìn)行不同類型的ATM適配。 2) ATM接口模塊(1) 輸入模塊。輸入模塊是信息比特流出/入ATM交換系統(tǒng)的入口，包含物理層和ATM層功能。物理層信號(hào)要由這一模塊接收并處理SDH附加位，ATM信元也在這里提取。此外，在交換處理以前，輸入模塊要向每一信元附加內(nèi)部標(biāo)簽。內(nèi)部標(biāo)簽用于通過(guò)信元交換單元進(jìn)行路由選擇，它包括內(nèi)部處理信息，如源用戶、終接用戶、信元序號(hào)、信元類型、信元信息差錯(cuò)檢查和時(shí)間標(biāo)記等。這些信息對(duì)于交換內(nèi)部性能的監(jiān)測(cè)非常有用，例如時(shí)間標(biāo)記記錄了信元在交換中的處理時(shí)間。所以，輸入模塊還要處理信頭，預(yù)處理用戶數(shù)據(jù)信元，識(shí)別包含

50、信令和管理信息的信元，并將它們從用戶數(shù)據(jù)信元中分揀出來(lái)。 圖9-12 輸入模塊的功能和信元流(a) 輸入模塊的功能；(b) 信元流 由圖9-12可知，輸入模塊由如下6個(gè)基本功能模塊組成： 同步數(shù)字系列(SDH)功能模塊； 信元定界和信頭差錯(cuò)控制(HEC)功能模塊； 占用參數(shù)控制和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)控制(UPC/NPC)功能模塊； 信元處理功能模塊； 輸入模塊系統(tǒng)管理(IM-SM)功能模塊； 輸入模塊接續(xù)容許控制(IM-CAC)功能模塊。 同步數(shù)字系列功能模塊與信元定界和信頭差錯(cuò)控制功能模塊用來(lái)提供物理層功能。ATM層功能模塊由UPC/NPC和信元處理功能模塊提供。IM-CAC和IM-S功能模塊是接續(xù)容許

51、控制和系統(tǒng)管理功能駐留在輸入模塊的部分。 同步數(shù)字系列(SDH)功能模塊。ATM交換系統(tǒng)接口是標(biāo)準(zhǔn)的B-ISDN用戶-網(wǎng)絡(luò)接口和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口。它們基于同步數(shù)字系列(SDH)和信元物理層技術(shù)規(guī)范。SDH物理層功能分為兩個(gè)子層，即傳輸匯聚子層(TC)和物理媒體子層(PM)。物理媒體子層涉及諸如比特定時(shí)和線路編碼等傳輸特性。傳輸匯聚子層處理物理層功能，它們獨(dú)立于傳輸媒體特性。 UPC/NPC功能模塊。這個(gè)功能模塊負(fù)責(zé)ATM層功能處理。ATM層處理適用于3種類型的ATM層信息流，即用戶信元、信令信元和管理信元。處理順序?yàn)椋合冗M(jìn)行UPC和NPC處理，然后是信元處理。信元處理時(shí)，信元被送到ATM交換系統(tǒng)的

52、不同部分進(jìn)行處理。 (2) 輸出模塊。輸出模塊和輸入模塊類似，它處理交換系統(tǒng)話務(wù)量的輸出。該模塊的主要功能是從信元交換單元接收信元，對(duì)其預(yù)處理，然后送到輸出鏈路進(jìn)行物理傳輸。輸出模塊支持B-ISDN用戶-網(wǎng)絡(luò)接口和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口，呼出話務(wù)由映射到SDH信號(hào)的ATM信元組成。輸出模塊的功能如圖9-13(a)所示，相應(yīng)的信元流如圖9-13(b)所示。圖9-13 輸出模塊的功能和信元流(a) 輸出模塊的功能；(b) 信元流 由圖9-13可知，輸出模塊由以下5個(gè)基本功能模塊組成： 輸出模塊系統(tǒng)管理(OM-SM)功能模塊； 輸出模塊接續(xù)容許控制(OM-CAC)模塊； 信元處理模塊； 傳輸匯聚功能模塊； 同

53、步數(shù)字系列(SDH)功能模塊。 傳輸匯聚功能模塊。物理層的傳輸匯聚子層產(chǎn)生SDH信息幀和信頭差錯(cuò)控制(HEC)，并且把ATM信元映射到SDH信息域。傳輸匯聚功能模塊如圖9-14所示，它反映了ATM信元進(jìn)行SDH傳輸?shù)奶幚聿襟E。 圖9-14 傳輸匯聚功能模塊 l ATM層功能模塊。由于輸入模塊已經(jīng)對(duì)輸入信元進(jìn)行了信元首標(biāo)的處理，因此輸出模塊的ATM層功能較為簡(jiǎn)單。l首先，輸出模塊必須取掉輸入模塊向每一信元附加的內(nèi)部標(biāo)簽。其次，輸出模塊需要翻譯多點(diǎn)傳遞信元的虛通路標(biāo)識(shí)符或虛信道標(biāo)識(shí)符。輸出模塊還要把從接續(xù)容許控制和系統(tǒng)管理中接收的信令和信元插入輸出信元流。最后，輸出模塊需要對(duì)輸出信元計(jì)數(shù)，以支持計(jì)

54、費(fèi)管理。 l信元處理功能塊在信元交換單元處理后，接收輸出用戶信元。信令信元可從接續(xù)容許控制模塊直接或通過(guò)信元交換單元間接接收。與此類似，管理信元也可從系統(tǒng)管理功能模塊直接或通過(guò)信元交換單元間接接收。l如圖9-16所示，信元處理模塊由4部分組成，它們是VP/VC數(shù)據(jù)庫(kù)、信令信元插入、管理信元插入以及內(nèi)部信息處理。 圖9-16 信元處理模塊 l 輸出模塊接續(xù)容許控制(OM-CAC)模塊。當(dāng)接續(xù)容許控制集中處理時(shí)，輸出模塊作用不大。為了減輕接續(xù)容許控制處理負(fù)擔(dān)，需要把它的一些功能分散到輸出模塊。例如，把高層輸出信令信息封裝到信令信元。l 輸出模塊系統(tǒng)管理(OM-SM)模塊。為了減輕系統(tǒng)管理集中處理的

55、負(fù)擔(dān)，一些系統(tǒng)管理功能可以分散到輸出模塊。例如，輸出模塊系統(tǒng)管理可以處理操作和維護(hù)信元的產(chǎn)生。 l2. ATM2. ATM控制模塊控制模塊lATM控制模塊是交換機(jī)的中央樞紐，它通過(guò)信令和管理軟件完成資源管理、流量控制、交換模塊的動(dòng)作控制以及設(shè)備管理和網(wǎng)絡(luò)管理等功能(設(shè)備管理和網(wǎng)絡(luò)管理通常也在外接的管理維護(hù)模塊上完成)。l控制模塊可分為輸入控制器、輸出控制器和控制單元。l(1) 輸入控制器：完成信元定界、信頭有效性檢驗(yàn)、信元類型分離等功能。l(2) 輸出控制器：完成信元形成、速率適配、傳輸幀的形成等功能。l(3) 控制單元：完成VPC和VCC的建立和拆除、信令信元的發(fā)送、OAM信元的處理和發(fā)送等

56、功能。 l3. ATM3. ATM交換模塊交換模塊lATM交換模塊由三部分組成，即互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、對(duì)應(yīng)于每條輸入線的輸入控制器(IC)和對(duì)應(yīng)于每條輸出線的輸出控制器(OC)，三者的關(guān)系如圖9-17所示。l1) 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)l互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)即ATM交換網(wǎng)絡(luò)，它提供了信元交換的通路，將信元從一個(gè)VP/VC交換到另一個(gè)VP/VC。交換模塊還完成一定的流量控制功能，主要是優(yōu)先級(jí)控制和ABR業(yè)務(wù)的流量控制。l與傳統(tǒng)的交換網(wǎng)絡(luò)一樣，ATM交換網(wǎng)絡(luò)也有兩種結(jié)構(gòu)：一種是空分交換結(jié)構(gòu)，另一種是時(shí)分交換結(jié)構(gòu)。 圖9-17 交換模塊的一般模型 圖9-18 空分交換結(jié)構(gòu) l 自選路由方式。圖9-19所示為采用自選路由交換模塊構(gòu)成的交

57、換網(wǎng)絡(luò)對(duì)信頭的處理過(guò)程。自選路由方式通過(guò)給信元加一些尋路標(biāo)識(shí)來(lái)提供快速的選路功能。采用自選路由時(shí)，VPI/VCI的翻譯任務(wù)必須在交換網(wǎng)絡(luò)的輸入端完成。然后在信頭前插入內(nèi)部標(biāo)識(shí)符，使得交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的信元格式大于53字節(jié)。信頭擴(kuò)展要求增加內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的速度。每個(gè)連接(從輸入到輸出)都有一個(gè)特定的交換網(wǎng)內(nèi)部標(biāo)識(shí)符，這個(gè)內(nèi)部標(biāo)識(shí)符因交換矩陣而異。在一點(diǎn)到多點(diǎn)的連接中，可給VPI/VCI分配一個(gè)多路交換標(biāo)識(shí)，根據(jù)它復(fù)制信元并選路送往各目的端。 圖9-19 自選路由方式 l 表格控制方式。圖9-20所示為采用表格控制交換模塊構(gòu)成的交換網(wǎng)絡(luò)對(duì)信頭的處理過(guò)程。在表格控制方式中，需要在交換矩陣內(nèi)存儲(chǔ)大量的路由表，每

58、個(gè)表項(xiàng)都包括新的VPI/VCI和對(duì)應(yīng)的輸出端或鏈路號(hào)。當(dāng)信元到達(dá)ATM交換機(jī)后，如果交換機(jī)讀到的VPI/VCI與路由表中的一致，就會(huì)很快自動(dòng)找到輸出端口并更新信頭的VPI/VCI值，發(fā)往下一個(gè)節(jié)點(diǎn)(信頭必須按輸出端口的要求進(jìn)行轉(zhuǎn)換)。 圖9-20 表格控制方式 l(2) 時(shí)分交換結(jié)構(gòu)。時(shí)分交換結(jié)構(gòu)如圖9-21所示。在時(shí)分交換結(jié)構(gòu)中，所有的輸入/輸出端口以時(shí)分復(fù)用的方式共享一條通信信道，這條通信信道就是一條高速的信元流通路。時(shí)分交換結(jié)構(gòu)根據(jù)信道結(jié)構(gòu)的不同分為共享總線和共享存儲(chǔ)器兩種，它們完成信元從一個(gè)時(shí)隙到另一時(shí)隙的轉(zhuǎn)移。ATM的邏輯信道和時(shí)隙并沒(méi)有固定關(guān)系，邏輯信道的身份是靠信頭值來(lái)標(biāo)識(shí)的，因

59、此時(shí)分交換是靠信頭翻譯來(lái)完成的，如時(shí)隙i中的信元a被交換到時(shí)隙j，而時(shí)隙k中的信元c被交換到時(shí)隙i。 圖9-21 時(shí)分交換結(jié)構(gòu) l2) 輸入控制器l輸入控制器對(duì)信元的輸入處理包括信元的定界和分離、信元的有效性檢驗(yàn)和類型分離。l(1) 信元的定界和分離：從信元所在的幀結(jié)構(gòu)中定界各個(gè)信元，并將其從幀結(jié)構(gòu)中分離出來(lái)，還需要處理幀結(jié)構(gòu)中所攜帶的OAM信息。l(2) 信元的有效性檢驗(yàn)和類型分離：對(duì)分離出的各個(gè)信元進(jìn)行HEC檢驗(yàn)，并丟棄無(wú)效信元，根據(jù)PTI對(duì)信元的類型進(jìn)行識(shí)別；把信息信元送到交換單元，對(duì)空閑信元一般予以丟棄，對(duì)OAM信元，則處理其中的OAM信息等。 l3) 輸出控制器l輸出控制器對(duì)信元的輸

60、出處理包括以下內(nèi)容：l(1) 由總線收到的信元需和有關(guān)的OAM信元流復(fù)合。l(2) 速率適配需要對(duì)輸出信元速率進(jìn)行適配。若收到的信元流速率過(guò)低，則需要添加空閑信元；若收到的信元流速率過(guò)高，則需要用緩存器予以緩沖。l(3) 輸出線路碼流需要產(chǎn)生相應(yīng)的幀結(jié)構(gòu)，并把信元嵌入，還需要安全幀結(jié)構(gòu)中所攜帶的線路OAM信息。 l1. 1. 用戶用戶- -網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口l用戶-網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)是ATM終端設(shè)備和ATM通信網(wǎng)間的接口，主要完成用戶-網(wǎng)絡(luò)接口的信令處理和VP/VC交換操作。用戶-網(wǎng)絡(luò)接口功能包括ATM物理層接口技術(shù)規(guī)范、ATM層接口技術(shù)規(guī)范和暫定本地管理接口技術(shù)規(guī)范。lATM論壇又把UNI分為公用UN