現(xiàn)代交換原理與通信網(wǎng)技術(shù)：7 ip交換技術(shù)

第七章ATM與IP交換技術(shù)17.1ATM異步傳送方式異步轉(zhuǎn)移模式ATM,AsynchronousTransferMode一種能夠提供QoS保證的分組交換技術(shù)——面向連接的快速分組交換.異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)術(shù)語中的“轉(zhuǎn)移”，是從“Transfer”翻譯過來的，包含傳輸(Transmission)和交換(Switching)兩個(gè)方面，所以信息轉(zhuǎn)移模式意指信息在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸和交換的方式。所謂“異步”是相對(duì)“同步”而言，指鏈路的傳輸及結(jié)點(diǎn)的交換都是基于異步時(shí)分復(fù)用技術(shù)2傳統(tǒng)分組交換是20世紀(jì)60年代末至70年代初設(shè)計(jì)的。當(dāng)時(shí)所用的傳輸媒質(zhì)主要是銅線，傳輸速率低，傳輸誤碼率高，網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸是傳輸鏈路?；谲浖?shí)現(xiàn)的分組交換機(jī)是當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。經(jīng)過多年的發(fā)展，主要傳輸媒質(zhì)已變成光纖。網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸不再是傳輸鏈路，而是結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。這就驅(qū)使人們?nèi)パ芯靠焖俜纸M交換技術(shù)。具體的實(shí)現(xiàn)快速分組交換的技術(shù)措施有：（1）簡化協(xié)議，取消鏈路層差錯(cuò)和流量控制。（2）采用基于硬件實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)和并行處理。（3）采用固定長度的小分組（Mini-packet）。（4）采用面向連接的分組交換方式。3在無連接分組交換過程中，每個(gè)分組都要有完整的目的地址，分組到達(dá)交換結(jié)點(diǎn)時(shí)，交換機(jī)要根據(jù)分組的目的地址計(jì)算或查找路由表，獲得下一結(jié)點(diǎn)的地址，然后將分組轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的輸出端口。采用面向連接方式，在用戶信息傳送之前，先建立端到端的虛通路連接，在連接建立階段實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的路由計(jì)算功能，路由在連接建立階段已經(jīng)確定。在連接建立階段，實(shí)現(xiàn)帶寬等資源的分配，通過連接接納控制可限制進(jìn)網(wǎng)的業(yè)務(wù)量，因而可提供QoS保證。對(duì)于話音、視頻和批數(shù)據(jù)的傳送，面向連接的交換方式是很適合的。4ATM與B-ISDN的產(chǎn)生和發(fā)展1983年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的TurnerJ.等人提出了快速分組交換（FPS－FastPacketSwitching）原理，研制了原型機(jī)。同年，法國CoudreuseJ.P.提出了ATD交換概念，并在法國電信研究中心（CNET）研制了演示模型。

FPS和ATD概念提出以后，很多設(shè)備制造公司、郵電管理部門和標(biāo)準(zhǔn)化組織表示了強(qiáng)烈的興趣，進(jìn)行了深入的研究。80年代中期，CCITT也開始了這種新的傳送模式的研究。1988年，CCITT18研究組決定采用固定長度的信元，定名為ATM，并認(rèn)定B-ISDN將基于ATM技術(shù)。1990年，CCITT18研究組制定了關(guān)于ATM的一系列建議，并在以后的研究中不斷地深入和完善。51994年投入運(yùn)營的美國北卡羅來納信息高速公路，是美國第一個(gè)在州的范圍內(nèi)的公用ATM寬帶網(wǎng)。在歐洲由法國、德國、英國、意大利和西班牙等國發(fā)起的泛歐ATM寬帶試驗(yàn)網(wǎng)，于1994年11月開始運(yùn)行，后來擴(kuò)大到歐洲的十多個(gè)國家，是覆蓋面較廣的ATM試驗(yàn)網(wǎng)在亞洲的日本NTT與郵政省、香港電訊、新加坡電信、韓國電信、泰國的亞洲電信以及中國的廣東、北京和上海電信管理局也進(jìn)行過以ATM為基礎(chǔ)的寬帶網(wǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)的業(yè)務(wù)平臺(tái)有基于TCP／IP的寬帶數(shù)據(jù)、VOD、會(huì)議電視。試驗(yàn)的應(yīng)用系統(tǒng)大致有家庭購物、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教學(xué)等。

6

4）公用網(wǎng)的ATM交換系統(tǒng)公用網(wǎng)ATM骨干交換系統(tǒng)必須具有高吞吐量和可擴(kuò)展性，吞吐量通常為40~160G。應(yīng)能支持各種接口、業(yè)務(wù)和連接類型，并具有保證服務(wù)質(zhì)量（Qos）的業(yè)務(wù)流控制功能。

富士通FETEX-150、愛立信的AXD301、西門子的MainStreetXpress、AT&T的GlobeView2000、阿爾卡特的1000AX、北電的MagellanConcorde等。

7

5）研究熱點(diǎn)

ATM交換結(jié)構(gòu)ATM網(wǎng)的業(yè)務(wù)流控制話音通過ATM（VOA）IP與ATM的融合ATM與智能網(wǎng)（IN）的結(jié)合光ATM交換

87.2ATM基本原理ATM主要由四個(gè)特點(diǎn)：

（1）固定長度的信元并簡化了信頭結(jié)構(gòu)（2）采用異步時(shí)分復(fù)用方式（3）面向連接的工作方式（4）標(biāo)準(zhǔn)化的ATM協(xié)議97.2.1ATM信元及其結(jié)構(gòu)

1）信元結(jié)構(gòu)

信元由5字節(jié)信頭和48字節(jié)信息段（凈荷）組成。發(fā)送次序87654321比特1…56……………….53發(fā)送次序信頭（5字節(jié)）信息段（48字節(jié)）10GFC（GenericFlowControl）：

一般流量控制字段（4個(gè)比特）及相應(yīng)的GFC功能用于接入的流量控制。由于B-ISDN的UNI接入的終端數(shù)量可以很多，需要控制流向網(wǎng)絡(luò)的流量，以避免網(wǎng)絡(luò)的短期過載。GFC比特87654321VPIVPIVCIVCIVCIPTHECCLP123452）UNI的信頭結(jié)構(gòu)：11VPI/VCI（VirtualPathIdentifier/VirtualChannelIdentifier）：

選路信息。PT（PayloadType）：

有3個(gè)比特，表示凈荷類型。CLP（CellLossPriority）：

表示信元丟失優(yōu)先級(jí)，只有一個(gè)比特，CLP=0，表示高優(yōu)先級(jí)；CLP=1,表示低優(yōu)先級(jí)，若遇到擁塞要丟棄信元時(shí)，CLP=1的信元將首先丟棄。HEC（HeadErrorControl）：

為1個(gè)字節(jié)，用于信頭差錯(cuò)控制。127.2.2異步時(shí)分復(fù)用技術(shù)

STD（SynchronousTimeDivision）：

通過時(shí)間位置來區(qū)別每一個(gè)邏輯信道ATD（AsynchronousTimeDivision）：通過標(biāo)記來區(qū)別每一個(gè)邏輯信道131）虛通道與虛信道：

ATM傳輸通道可分割成若干個(gè)邏輯子信道，為便于應(yīng)用和管理，邏輯子信道可按兩個(gè)等級(jí)來劃分：虛通道（VP--VirtualPath）虛信道（VC--VirtualChannel）7.2.3面向連接的工作方式

14

一條物理鏈路包含多條VP（鏈路），每一VP(鏈路)又包含許多VC(鏈路)。VPI相同，VCI不同，標(biāo)識(shí)不同的VC；VPI不同，VCI相同，也代表不同的VC。所以用VPI+VCI作為VC（鏈路）的標(biāo)識(shí)符。

VC鏈路、VP鏈路與物理鏈路的關(guān)系

1515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)）16最簡單的方法就是使所有的VCI只在每一段物理鏈路上具有唯一的值。信元在一條虛通路上傳送時(shí)，每經(jīng)過一段鏈路，VCI值都可以改變。下圖給出了一個(gè)簡單的例子，設(shè)從端點(diǎn)A到端點(diǎn)B經(jīng)過ATM交換機(jī)X、Y和Z

。

信元VCI分配方法AB431212341234417出VCI235交換機(jī)X交換機(jī)Y交換機(jī)Z3517352655ATM網(wǎng)絡(luò)入端口入VCI出端口435出VCI326入端口入VCI出端口426出VCI255入端口入VCI出端口

1717通過上例可以看出：在每一個(gè)交換機(jī)中有一個(gè)VCI轉(zhuǎn)換表，其中至少要有4個(gè)參數(shù)，即入端口號(hào)、入VCI值，出端口號(hào)以及出VCI值。VCI轉(zhuǎn)換表中存放的是已經(jīng)建立的虛通路的路由選擇信息。

VCI轉(zhuǎn)換表上述VCI值的分配和轉(zhuǎn)換方法有兩個(gè)好處。第一使網(wǎng)絡(luò)具有良好的可擴(kuò)展性(Scalability)，因?yàn)榻o某一條虛鏈路分配一個(gè)VCI值并不需要網(wǎng)絡(luò)的全局信息。第二使VCI值只具有局部意義，可大大增加全網(wǎng)可供分配的VCI值的數(shù)目。

1818

每一條虛通路都要占據(jù)VCI轉(zhuǎn)換表的一行，當(dāng)建立的虛連接較多，并且不斷地建立和釋放時(shí)，對(duì)交換機(jī)的內(nèi)存和處理機(jī)來說都是相當(dāng)大的負(fù)擔(dān)。這是需要解決的又一個(gè)問題。解決上述問題可借用公共電話網(wǎng)中采用的方法。電話網(wǎng)采用匯接交換機(jī)對(duì)群路進(jìn)行交換。當(dāng)交換機(jī)以群路為單位進(jìn)行交換時(shí)，就比以單個(gè)話路為單位的交換減少很多的處理開銷。

ATM采用虛通道VP，一個(gè)虛通道VP包括許多個(gè)虛通路VC，而每一個(gè)虛通道具有一個(gè)唯一的虛通道標(biāo)識(shí)符VPI(這里VP相當(dāng)于群路,而VC相當(dāng)于話路)。虛通道標(biāo)識(shí)符VPI

1919

20ATM交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及基本原理ATM交換機(jī)由內(nèi)部交換網(wǎng)絡(luò)、輸入輸出接口和交換控制器三大部分組成。下圖示出這三大部分及它們之間的相互關(guān)系。交換網(wǎng)絡(luò)是交換機(jī)的核心，其主要功能是中繼轉(zhuǎn)發(fā)。輸入輸出接口包括UNI、NNI兩種接口。交換控制器主要完成信令適配層和信令高層的功能，包括信令的收發(fā)和處理，實(shí)現(xiàn)連接控制。20ATM交換機(jī)的基本工作過程ATM交換機(jī)的工作過程：（1）從輸入端口接收、提取有效信元、識(shí)別信元標(biāo)頭；（2）根據(jù)信元的VPI/VCI值查找路由表(見右表)，得到信元的輸出端口號(hào)、新的VPI/VCI值及表中的其它內(nèi)容，形成交換機(jī)內(nèi)部信元(格式如右圖)；（3）根據(jù)內(nèi)部信元路由標(biāo)簽Tag，將信元轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的輸出端口；（4）在輸出端口刪除Tag，更換信元標(biāo)頭，然后發(fā)送到輸出鏈路上。212）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VCI產(chǎn)生，變換或終止的地方。22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VPIXVPIyVPIZ233）VP交換和VC交換

VP交換是指僅變換VPI值而不改變VCI值的交換，即只進(jìn)行虛通道的交換，虛通道里面的虛信道并不進(jìn)行交換。24VC交換是指VPI值與VCI值都要進(jìn)行改變的交換。因?yàn)樘撔诺朗前凑仗撏ǖ纴韯澐值?，?dāng)虛信道交換時(shí)，其所屬的虛通道也要進(jìn)行交換，即虛通道和虛信道都要進(jìn)行交換。25ATM連接的建立過程。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V