（计算机系统结构专业论文）路由器ISDN线卡的开发与研究.pdf

上海交通大学硕士学位论文 摘要 随着i n t e m e t 网络中多媒体、分布数据库和计算等应用需求的发展，网络交 互流量迅速增长，人们对i n t e m e t 接八方式的要求越来越高。对于提供接入服务 的路由器来说，这就要求能够开发出满足这一需求，同时又具有良好性能价格比 的接入线卡。 r l 目前路由器的璧左蕊膏许多，如x d s l 等。其中i s d n 是十分重要的一种。 i s d n 是一个数字网络，它由电话综合数字网( i d l ) 演变而成，提供端到端的 数字连接，以支持一系列广泛的业务( 包括话音和非话音业务) ，它为用户进网 提供了一组标准多用途用户网络接口。虽然与其它新出现的接入方式相比， i s d n 在速度等方面有不足之处，但随着技术的不断改进这些缺陷在很大程度上 已经得到了弥补。同时，考虑到当前对路由器接入方式的实际需求，i s d n 在一 段时期内仍将是一种有效的接入技术。卜丫 ， 基于这一需要，本文着重讨论了一款路由器i s d n 线卡的开发与研究工作。 根据o s i 七层模型，本文首先讨论了物理层硬件的开发。在这一部分中，作者 根据路由器的整体结构以及所采用的中央处理器先确定了线卡的大致框架，随后 对目前比较常见的各种s f r 接口芯片进行了比较，并通过比较确定了性能、兼容 性等各方面都十分出色的m c l 4 5 5 7 4 作为主要的接口芯片。在此基础上，结合其 它的辅助器件及相关资料，作者确定了线卡的硬件结构。 ，- f 在驱动程序方面，本文首先分析了驱动程序在整个系统中的作用，提出了驱 动程序为上下层协议提供的七个接口，并着重对其中的初始化、激活与去激活和 数据收发过程进行了讨论。同时，鉴于消息缓存区管理在整个系统中的重要地位， 文章也对其进行了详细的阐述。 随后，本文讨论了数据链路层软件的设计，主要包括了帧交换和管理功能。 这里所涉及的帧交换过程就是用户终端t e 和网络在d 信道上传送和交换信息的 过程。管理功能则是指对终端端点标志( t e d 的管理。 在网络层程序方面，本文主要讨论了电路交换呼叫控制过程的设计以及用户 侧定时器的使用等内容。 基于这一系列的研发工作，本文又将i s d n 技术与其它接入技术进行了比较。 通过这些比较指出了现有i s d n 技术的缺点及它们对开发高性能接入线卡的限 制。随后，文章提出了改进i s d n 接入技术的方案，这主要涉及了接入速度的提 高，永远在线方式的实现，资源的合理利用及整体结构的改进。、 一一、 x 关键词：i s d n ，线卡，路由器，m c l 4 5 5 7 4 乙 第2 页 上海交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t so fm u l t i m e d i a ，d i s t r i b u t e d d a t a b a s e sa n d c o m p u t i n g i nt h ei n t e m e t t r 嫡cb e t w e e nn e t w o r ki n c r e a s e s i g n i f i c a n t l ya n dt h er e q u i r e m e n t sf o rt h ea c c e s st o i n t e m e ta l s ob e c o m eh i g h e ls oi t a p p e a r st o b em o r ei m p o r t a n tt od e v e l o ph i g hq u a l i t ya c c e s sc a r d st om e e tt h e s e r e q u i r e m e n t s f o rt h er o u t e r t h e s ec a r d sm u s ta l s o p r o v i d e e x c e l l e n t p e r f o r m a n c e p r i c e r a t i o n o w , t h e r ea r em a n yw a y st oa c c e s st ot h ei n t e m e t ，f o re x a m p l e x d s l o f t h e s e ， i s d ni sa ni m p o r t a n to n e i s d ni sa d i g i t a ln e t w o r kt e c h n o l o g yd e v e l o p i n gf r o m i d l i t p r o v i d e sp o i n t t o - p o i n td i g i t a ll i n kt os u p p o r tas e r i e so fs e r v i c e s ( i n c l u d i n gt o n e a n dn o n t o n es e r v i c e ) i ta l s op r o v i d e sas e to fs t a n d a r dm u l t i p u r p o s e su s e r n e t w o r k i n t e r f a c e s a l t h o u 吐i s d nh a ss o m ed i s a d v a n t a g e si nt h e a s p e c t o fb a n d w i d t h c o m p a r e dt o t h eo t h e rn e ww a y s ，t h er e c e n t l yd e v e l o p e dt e c h n o l o g i e sh a v eg r e a t l y m a d e u pt h e m o nt h ec o n t r a r y , w h e nc o n s i d e r i n gt h er e a lr e q u i r e m e n t so f t h e s ed a y s ， w eb e l i e v et h a ti s d nw i l lb ea ne f f e c t i v ea c c e s sw a yi na p e r i o do f t i m e i nr e s p o n s et ot h i ss i t u a t i o n ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c ho f a ni s d na c c e s sc a r df o rar o u t e r a c c o r d h a gt ot h eo s im o d e l 。t h ea u t h o rf i r s t d i s c u s s e st h ed e v e l o p m e n to fh a r d w a r e i nt h i sp a r t ，a p p r o x i m a t es t r u c t u r eo ft h e a c c e s sc a r di se s t a b l i s h e da c c o r d i n gt ot h er o u t e r ss t r u c t u r ea n dc p u t h e na f t e r c o m p a r i n gv a r i o u s s ti n t e r f a c ec h i p sw i d e l yu s e dt h e s ed a y s ，t h ep a p e rs e l e c t s m c l 4 5 5 7 4a sc a r d sm a i n c h i pb e c a u s eo f i t se x c e l l e n tp e r f o r m a n c e s o m ep e f i p h e r a i d e v i c e sa r ca l s os e l e c t e dt oh e l pt h em a i nc h i p b a s e do na 1 1o f t h e s ew o r k s t h ea u t h o r f r a m e st h ep h y s i c a ls t r u c t u r eo ft h ea c c e s sc a r d i nt 1 1 ea s p e c to f d r i v e r , t h i sp a p e rf i r s ta n a l y z e st h ed r i v e r sf u n c t i o ni nt h ew h o l e s y s t e m ，t h e np r o p o s es e v e ni n t e r f a c e sp r o v i d e db yt h ed r i v e ra n dd e s c r i b es o m eo f t h e mi nd e t a i l s t h e s ei n t e r f a c e sa r ei n i t i a l i z a t i o n ，a c t i v a t i o n ，d e a c t i v a t i o n ，a n dd a t a s e n d i n ga n dr e c e i v i n g a st h em e m o r ym a n a g e m e n t i ss oi m p o r t a n ti nt h ep r o j e c t ，t h e p a p e r a l s op a y sm u c ha t t e n t i o nt oi t n l ed e s i g no fd a t al i n kl a y e rs o f t - w a r ei sa l s od i s c u s s e di nt h et h e s i s i n c l u d i n g f r a m ee x c h a n g i n ga n dm a n a g i n gf u n c t i o n t h ee x c h a n g i n gp r o c e d u r eh e r em e a n st h e i n f o r m a t i o nt r a n s f e r r i n ga n di n t e r a c t i o nb e t w e e nt ea n dn e t w o r ko nt h edc h a n n e l t h em a n a g i n g p r o c e d u r em e a n st h em a n a g e m e n to f t e i i nt h ea s p e c to fn e t w o r k l a y e rs o f t w a r e ，t h i sp a p e rm a l n l yd i s c u s s e st h ed e s i g no f c i r c u i ts w i t c h i n g c a l l i n gc o n t r o lp r o c e d u r ea n d t i l et i m e ro f t h eu s e rs i d e b a s e do nt h e s er e s e a r c ha n dd e s i g nw o r k s t h i sp a p e rc o m p a r e si s d nw i 也s o m e o t h e ra c c e s sm e t h o d s b yt h i sw a y , f f ed i s a d v a n t a g e so fc u r r e n ti s d n t e e h n o l o g ya n d m e i rl i m i t a t i o nt ot h ed e v e l o p m e n to f h i g l lp e r f o r m a n c ea c c e s sc a r da r ep o i n t e do u t a s u g g e s t i o ni sa l s op r o p o s e dt oi m p r o v et h ei s d na c c e s st e c h n o l o g y i ti n c l u d e st h e a c c e l e r a t i o no ft h ea c c e s sr a t e ：t h er e a l i z a t i o no fa l w a y s o n l i n e ，t h ep r o p e ru s eo f t h er e s o u r c ea n dt h ei m p r o v e m e n to f t h et o t a ls t r u c t u r e k e y w o r d s ：i s d n ，a c c e s sc a r d ，r o u t e r , m c l 4 5 5 7 4 第s 页 ， 上海交通大学硕士学位论文 第一章背景介绍 1 1 路由器的研究现状与趋势 路由器是网络互连中的关键设备，它在o s i 七层模型的第三层即网络层对分 组信息进行存储转发。其主要功能是路由选择与数据转发，即通过一定途径获知 网络的部分或全部的拓扑信息和物理线路的网络特性。在此基础上创建路由表， 并根据分组的目的地址按某种路由策略选择最佳的路径，将数据正确地传送到目 的地。 上世纪8 0 年代中后期，由于网络规模的扩展和网桥对广播流量的控制能力 有限，一些公司开发了路由器，但随着i n t e m e t 的发展，路由器同样面临了新的 需求。首先是网络用户的数量急剧增长，带宽密集型的应用，如多媒体业务和多 地址通信等的增长迅速。用户的应用从本单位局域网扩展到了广域网。传统的 8 0 2 0 规则即8 0 的本地流量，2 0 的网间流量不再适用，代之以5 0 5 0 ，甚 至是2 0 8 0 规则。为了提高传输速率又引入了第二，三层的交换技术，子网之间 的连接方式发展成了“路由器+ 交换机”的模式。同时，用户也不在仅仅满足于 可以到达，特别是多媒体技术的广泛应用要求网络能保证某一数据流的服务质量 随着i n t e m e t 网络中网络间交互流量的迅速增加，作为一个企业的局域网对 接入i n t e r n e t 方式的性能要求迅速提高，这给传统的路由器带来了极大的压力。 今后的路由器产品必然会采用更快，更能保证传输质量，更高效的方式。 1 2 路由器的功能 如上所述，路由器的主要功能是路由选择与数据转发。路由的选择有静态动 态之分，静态路由表通过路由命令增加或由i c m p 修改，一旦路由表配置完成不 再发生变化。静态路由在发现链路中断时不重新配置路由表，只发出一条警报。 因此静态路由适用于小网络，且与其他网络只有单个连接点又没有多余路由时。 如果上述三个条件不同时成立，通常适用动态路由。动态路由选择可以自动重新 计算最短路径而配置路由表。为此，路由器之间必须通过选路协议进行通讯，这 由每个路由器上的守护程序实现。它根据从其他路由器接收到的信息动态地更新 内核中的路由表。当然，守护程序并不是盲目地工作，它引入了选路策略。如果 守护程序发现前往同一信宿存在多条路由，它将按某种算法选择最佳路径加入路 由表，如果发现一条链路断开则删除相应的表项或增加另一条路由绕过此链路。 除了上述功能外，为适应网络应用的发展路由器还应具有如下功能： 协议转换：对网络层及以下各层的协议进行转换。 支持多协议：路由器与网络协议有关，不同的路由器支持不同的网络层协议。 如果互联的局域网采用了两种不同网络层协议，则主机只能与同协议的其它 主机通信而不能与同一或其它局域网中采用相异协议的主机通讯。这显然不 适合目前的形式，因此今后的路由器产品应能支持多协议。 流量控制：路由器应能根据不同的q o s 策略对流量进行控制。 分段和组装：当多个网络经过路由器进行互联时，各自的数据包的大小可能 不同，这就要求路由器能对数据进行必要的分段和组装。 第1 页 上海交通大学硕士学位论文 网络管理：用于提高网络的运行效率、可靠性和可维护性。 1 3 路由器的体系结构 1 单总线单c p u 路由器体系结构 最初的路由器采用传统的计算机体系结构，包括了共享中央总线，通用处理 器及总线上的网络物理接口。通用处理器完成路由协议处理、创建路由表及路由 查找等功能。数据包从物理接口经共享总线到通用处理器，经过处理后再通过总 线到输出接口。可见，这种结构下c p u 的处理速度及总线成为瓶颈。如图1 1 所示。 图1 1 早期的路由器体系结构 f i 9 1 - 1t h e a r c h i t e c t u r eo f o r i g i n a lr o u t e r s 2 单总线主从c p u 结构路由器体系结构 这种结构采用了两个c p u 代替了原来的单c p u 结构，其中一颗c p u 负责链 路层协议的处理。另一个则作为主c p u 负责网络层以上协议的处理，包括数据 转发，路由和配置控制等。与这种方法相类似的是采用多处理器处理结构，数据 包到达时，系统根据一定的调度原则决定由哪个c p u 来处理。如图1 2 所示。 并行处理的方法缓解了c p u 的瓶颈问题，但每个数据包仍需通过总线两次， 因此总线拥塞的问题仍然存在。 第2 页 上海交通大学硕士学位论文 图1 2 多处理器的路由器体系结构 f i 9 1 - 2 t h ea r c h i t e c t u r eo fr o u t e r sb a s e do nm u l t i p r o c e s s o r s 3 基于并行结构的路由器体系结构 在这种体系结构中，除了原先的通用处理器外，每个接口都有一块c p u 。该 c p u 专门用于路由查找，数据包直接被转发到输出端口。通用处理器只负责路 由协议和维护端1 3c p u 上的路由表。这样，每个数据包只占用一次总线，减少 了总线的使用时间。如图1 3 所示。 图1 3 基于并行处理的路由器体系结构 f i 9 1 3t h e a r c h i t e c t u r eo fr o u t e r sb a s e do np a r a l l e l i s m 4 基于交换的路由器体系结构 基于交换结构的路由器具有良好的可扩展性。由于用交换结构取代了总线， 多个数据包可以同时通过不同的线路进行传送。数据直接从输入端通过交换结构 流向输出端。这样系统的吞吐量大大提高。如图1 4 所示。 基于交换结构的路由器没有了共享总线带来的瓶颈，但并不完美。为进一步 改善性能要考虑以下方面：由于路由查找通过软件实现，而通用处理器长于计算 第3 页 上海交通大学硕士学位论文 而非输入输出，因此可以采用专用的a s i c 芯片完成路由查找、队列管理等功能。 a s i c 能提供与网络流量相称的处理速度，其缺点是不能提供设计所需的灵活性， 这意味着较早地被淘汰。为弥补这一缺陷一些厂商开发了网络处理器，这是一种 专门用于满足网络交换设备的新型c p u 。它即具有高速处理能力，又具有容易 编程的能力。 由此可见，路由器的发展趋势是功能的硬件化、更多地采用并行技术、采用 交换结构和可编程化。 图1 - 4 基于交换结构的路由器体系结构 f i 9 1 4t h e a r c h i t e c t u r eo fr o u t e r sb a s e do ns w i t c h e df a b r i c 1 4 本文章节安排 综合上述分析，随着网络应用中8 0 2 0 规则的逐步改变，人们对路由器的要 求越来越高。为提高路由器的性能，一方面要改变路由器的传统体系结构，抛弃 原先基于总线通用c p u 的体系结构，积极采用交换技术，专用硬件技术及专用 网络处理器技术。另一方面，要对端口接入技术进行优化，也就是采用各种新协 议、新算法提高线卡的接入速度。本文就是希望通过对路由器的体系结构及i s d n 线卡的改进是目前路由器的i s d n 接入技术能更上一层楼。 本文的第一章论述路由器的体系结构，这是实现目标的一个重要方面。第二 章阐述了目前的路由器采用的多种接口卡协议，目的是将它们与i s d n 技术做比 较，以明确优化的方向。第三章详细论述了i s d n 技术的原理，这是进行优化的 基础知识。第四至七章在以前各章的基础上，结合我们的实际开发工作提出了一 个具体实现方案，第八章提出了我们的改进设计方案，这其中比较了多种方案选 择。当然由于各种原因最后的实现与我们最初的设计方案还有一定距离，这也正 是我们今后的研究方向。 第4 页 上海交通大学硕士学位论文 第二章接口卡技术 如上所述，提高路由器的性能的一个重要方面使路由器能提供各种高速网络 接口，同时这些高速网络技术对我们设计并改进i s d n 接口颇有益处。本章将讨 论目前常见的高速网络技术。 2 1a d s l 技术 a d s l 是d s l 的一种非对称版本，它利用数字编码技术从现有铜纸电话线上 获取最大数据传输容量，同时又不干扰在同一条线上进行的常规话音服务。其原 因是它用电话话音传输以外的频率传输数据。 a d s l 能够向终端用户提供8 m b p s 的下行传输速率和! m b p s 的上行传输速 率且提够针对单一电话线路用户的专线服务。 a d s l 的标准有c a p ，d m t 和g l i t e 。c a p 由a t & t 设计，d m t 由a m a t i 通信公司发明，两者区别在于发送数据的方式。d m t 和g l i t e 两种标准各有所 长，适用于不同领域。d m t 是全速率的a d s l 标准，支持8 m b p s 1 5 m b p s 的高 速下t ? 上行速率，但d m t 要求用户端安装p o t s 分离器，比较复杂。g l i t e 速 率较低，下行上行速率为1 5 m b p s 5 1 2 k b p s ，但安装简单。 a d s l 采用三个信道，即一个高速下传信道，一个中速双工信道和一个p o t s 信道( 4 k h z ) ，p o t s 信道用以保证即使a d s l 连接失败了，语音通信仍能正常 工作。高速和中速信道均可以复用以穿间多个低速通道。 a d s l 用频分复用f d m 或回馈抑制在电话线中创建多个信道。f d m 使用一 条下传数据信道和一条上传数据信道，并使用时分复用t d m 将下传信道分割， 上传信道也被分成多个低速信道。回馈抑制将上传和下传信道重叠，并用本地回 馈抑制将两者区分。回馈抑制虽然更加有效，但增加了复杂性和成本。 2 2i s d n 技术 i s d n 是以提供了端到端的数字连接的综合数字电话网( i d n ) 为基础发展 而成的通信网，用以支持一系列包括话音及非话音在内的多种业务。用户通过一 组有限的标准多用途的用户网络接口接入网内。它的基本特性包括以下几个方 面： 7 首先，i s d n 是一个数字网络。在这个网络中，一切信号都以数字形式进行 传输和交换。即原始信号先在终端设备中转换成数字信号，然后通过数字信道将 信号送到i s d n 网络，由网络负责将这些数字信号传递到通信另一方的终端设备。 其次，由于i s d n 提供了端到端的数字连接，使它能够支持包括话音、数据、 文字、图象在内的各种综合业务。任何形式的原始信号，只要能够转变成数字信 号，都可以用i s d n 来进行传送和交换，实现用户之间的通信。i s d n 向用户提 供的业务已远远超过了传统通信网的业务范围。它不仅在传统的通信业务上增加 了新的服务功能，提高了服务质量，而且通过计算机技术与通信技术的结合以及 许多新处理管理中心、新软件的应用，开创了许多带有信息处理功能的新业务。 最后，i s d n 想用户提供了一组标准的多用途入网接口。也就是说不同的业 务和不同的终端可以经过同一个接口接入网络。由于采用了这一多功能接口， 第5 页 上海交通大学硕士学位论文 i s d n 中的所有业务采用同一个编号计划，即将一个号码分配给一个用户一网络接 口，而不是一个终端。这样，用户用一个i s d n 号码就可以代替所有单独的电话 号码、电传号码、传真号码等。 i s d n 技术有宽带i s d n 和窄带i s d n 之分。宽带i s d n 基于a t m 技术，这 将在本章第五节中进行简单介绍。窄带i s d n 有两种不同速率的标准接口：一种 是基本入口，速率为1 4 4 k b s ，支持2 条6 4 k b s 的用户信道和1 6 k b s 的信令信道； 另一种是一次群速率入口，其速率为2 0 4 8 k b s 或1 5 4 4 k b s ，支持3 0 或2 4 条6 4 k b s 的用户信道和1 条6 4 k b s 的信令信道。 i s d n 的协议模型由三个平面组成，分别为控制平面c ，用户平面u 和管理 平面m 。c 平面和u 平面通过原语和管理平面m 进行通信，由m 平面中的管理 实体协调c 和u 之间的动作。c 和u 之间不直接通信。 窄带i s d n 是本文论述的重点，因此我将独辟一章即第三章对窄带i s d n 的 各个方面进行详细的论述。 2 3x 2 5 x 2 5 作为一种公用网技术，由c c i t t 在7 0 年代开发，能在公用分组交换网 络和它们的客户之间提供接口。 它在物理层的协议被称为x 2 1 ，用于定义主机和网络之间物理的、电子的和 程序上的接口。实际上极少的公用网络支持此标准，因为它要求电话线上使用数 字信号而不是模拟信号。于是定义了与r s - 2 3 2 标准相似的模拟接口以作为中间 过渡。 数据链路层标准有不少( 有些不兼容) 的变种。它们都设计来处理用户设备 ( 主机或终端) 和公用网( 路由器) 之间的电话线上的传输错误。 网络层协议处理寻址、流量控制、递交确认、中断和相关的问题。基本上， 它允许用户建立虚拟电路，然后在上面发送不超过1 2 8 字节的分组。这些分组被 可靠地和有序地递交。大多数x 2 5 网络工作在6 4 k b p s ，这使得它们对许多应用 都显得过时了。但是，它们仍然广泛存在。 x 2 5 是面向连接的，支持交换式虚电路和永久式虚电路。 交换式虚电路( s w i t c h e dv i r t u a lc i r c u i t ) 在一台计算机向网络发送分组要求 与远程计算机通话时建立。一旦建立好连接，分组就可以在上面发送，通常按次 序到达。x 2 5 提供流量控制，以避免快速发送方淹没低速或繁忙的接收方。 永久式虚电路( p e r m a n e n t v i r t u r a lc i r c u i t ) 在用法上和前者相同，但是它根据 提前在客户和运载方达成的协议建立连接，它一直存在，不需要在使用时设置， 它与租用线路相似。 由于现在有大量的终端不使用x 2 5 协议，因此又定义了另外一套标准以描 述普通的( 非智能) 终端如何与x 2 5 公用网络通信。实际上，用户或网络经营 者安装了一个“黑匣子”来连接这些终端。这种黑匣子就是分组装配器和拆卸器 p a d ( p a c k e ta s s e m b l e rd i s a s s e m b l e r ) ，它的功能在一个叫x 3 的文档中描述。终 端和p a d 之间定义了一个标准协议：x 2 8 ：另一个标准协议在p a d 和网络之间， 即x 2 9 。合起来，这三个协议通常被成为3 x ( t r i p l e x ) 2 9 , 3 0 1 。 第6 页 上海变通大学硕士学位论文 2 4 帧中继 2 4 1帧中继特点 可以将帧中继技术归纳为以下几点【6 j j ： ( 1 ) 帧中继技术主要用于传递数据业务，它使用一组规程将数据信息以帧的形 式f 简称帧中继协议) 有效地进行传送。它是广域网通信的一种方式。 ( 2 ) 帧中继所使用的是逻辑连接，而不是物理连接，在一个物理连接上可复用 多个逻辑连接( 即可建立多条逻辑信道) ，可实现带宽的复用和动态分配。 ( 3 ) 帧中继协议是对x 2 5 协议的简化，因此处理效率很高，网络吞吐量高，通 信时延低，帧中继用户的接入速率在6 4 k b p s 至2 m b p s ，甚至可达到3 4 m b p s 。 ( 4 ) 帧中继的帧信息长度远比x 2 5 分组长度要长，最大帧长度可达1 6 0 0 字节 帧，适合于封装局域网的数据单元；适合传送突发业务( 如压缩视频业务、w w w 业务等) 。 2 4 2帧中继业务 帧中继业务是在用户网络接i z l ( v n i ) 之间提供用户信息流的双向传送，并保 持原顺序不变的一种承载业务。用户信息流以帧为单位在网络内传送，用户网 络接口之间以虚电路进行连接，对用户信息流进行统计复用。 帧中继网络提供的业务有两种：永久虚电路( 图2 1 ) 和交换虚电路。目前 己建成的帧中继网络大多只提供永久虚电路业务，对交换虚电路及有关用户可选 业务的研究正在进行之中。 f r 网络 2 5a t m 图2 1 永久虚电路业务模型 f i 9 2 - 1t h e m o d e lo fp e r m a n e n c ev c 异步传输模式a t m ( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e r m o d e ) 的基本思想是以小的、固 定长度的分组信元( c e l l ) 来传输所有的信息。信元长5 3 字节，其中5 字节为 第7 页 上海交通大学硕士学位论文 信元头，4 8 字节为有效负荷口1 , 3 2 , 3 3 1 。 a t m 网络是面向连接的。要进行对话，首先必须发出报文以建立连接。随 后，信元可以沿相同的路径传向目标。信元不保证一定被递交到目标，但保持顺 序递交。如果按c e l l l 和c e l l 2 的顺序发送，如果两个信元都到达目标，决不会 是c e l l 2 先于c e l l l 到达。 a t m 运行速度是1 5 5 m b p s 和6 2 2 m b p s ，以后可能达到千兆位以上。选择 6 2 2 m b p s 的原因是用了4 条1 5 5 m b p s 通道。 在i t u t 的1 3 2 1 建议中定义了b i s d na t m 参考模型如图2 2 【3 1 , 3 2 , 3 3 。它 包括三个面：用户面、控制面和管理面，而在每个面中又是分层的，分为物理层、 a t m 层、a a l 层和高层。协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能： ( 1 ) 用户平面：采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时也具有一定的控制 功能，如流量控制、差错控制等； f 2 1 控制平面：采用分层结构，完成呼叫控制和连接控制功能，利用信令进行呼 叫和连接的建立、监视和释放； f 3 ) 管理平面：包括层管理和面管理。其中层管理采用分层结构，完成与各协议 层实体的资源和参数相关的管理功能，如元信令。同时层管理还处理与各层相关 的o a m 信息流；面管理不分层，它完成与整个系统相关的管理功能，并对所有 平面起协调作用。 图2 - 2b i s d n a t m 参考模型 f i 9 2 - 2t h e b - i s d na t mr e f e r e n c em o d e l 2 61 0 0 1 0 0 0 m 以太网 2 6 11 0 0 m 以太网技术 1 0 0 m 以太网又被称为快速以太网，它是从1 0 m 以太网发展而来的。它的基 本特点如下： 采用载波侦听多路访问和冲突检测( c s m a c d ) 技术 网络拓扑采用总线方式 第8 页 上海交通大学硕士学位论文 传输介质为双绞线或光纤 遵循5 4 3 规则，即最大5 个网段、用4 个r e p e a t e r 相连、其中3 个网段上 可以连接计算机 i 0 0 m 快速以太网可分为以下几类： ( 1 11 0 0 b a s e t x 1 0 0 b a s e t x 是一种使用5 类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太 网技术。它使用两对双绞线，一对用于发送，一对用于接收数据。在传输中使用 4 b 5 b 编码方式，信号频率为1 2 5 m h z 。符合e i a 5 8 6 的5 类布线标准和i b m 的 s p t1 类布线标准。使用同i o b a s e t 相同的r j 4 5 连接器。它的最大网段长度 为1 0 0 米。它支持全双工的数据传输。 ( 2 ) 1 0 0 b a s e f x 1 0 0 b a s e f x 是一种使用光缆的快速以太网技术，可使用单模和多模光纤 ( 6 2 5 和1 2 5 u m ) 。在传输中使用4 b 5 b 编码方式，信号频率为1 2 5 m h z 。它使用 m i c f d d i 连接器、s t 连接器或s c 连接器。它的最大网段长度为1 5 0 m 、4 1 2 m 、 2 0 0 0 m 或更长至l o 公里，这与所使用的光纤类型和工作模式有关。它支持全双 工的数据传输。l o o b a s e f x 特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接、或 高保密环境等情况下的适用。 ( 3 ) 10 0 b a s e t 4 1 0 0 b a s e t 4 一种可使用3 、4 、5 类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太 网技术。它使用4 对双绞线，3 对用于传送数据，1 对用于检测冲突信号。在传 输中使用8 b 6 t 编码方式，信号频率为2 5 m h z 。符合e i a 5 8 6 结构化布线标准。 使用同1 0 b a s e t 相同的i u 4 5 连接器。它的最大网段长度为1 0 0 米。 2 6 2千兆位以太网技术 千兆位以太网具有以太网的易移植、易管理特性，在处理新应用和新数据类 型方面具有灵活性，它是在赢得了巨大成功的1 0 m 和1 0 0 m 以太网标准的基础 上的延伸，提供了】0 0 0 m b p s 的数据带宽。这使得千兆位以太网成为高速、宽带 网络应用的战略性选择。 千兆位以太网支持一种新的全双工模式，用于交换机( s w i t c h ) 和交换机、 交换机和工作站的连接。半双工操作模式用于使用中继器( r e p e r t e 0 和载波侦听 多路访问和冲突检测( c s m a c d ) 访问技术的共享连接 3 4 ”】。 千兆位以太网的基本特征有： 1 0 0 0 m b p s 通信速率的情况下的全双工和半双工操作。 8 0 2 3 以太网帧格式。 载波侦听多路访问和冲突检钡f j ( c s m a c d ) 技术。 1 0 b a s e t 和1 0 0 b a s e t 向下兼容技术。 根据基于传输介质的不同，1 0 0 0 m 以太网标准可分为以下几类： 1 0 0 0 b a s e c x 一种基于铜缆的标准，使用8 b 1 0 b 编码解码方式，最大传输 距离为2 5 米。 1 0 0 0 b a s e l x 基于1 3 0 0 r i m 的单模光缆标准时，使用8 b 1 0 b 编码解码方式， 最大传输距离为3 0 0 0 米。基于5 0 微米或6 2 5 微米多模光缆标准，使用8 b 1 0 b 编码解码方式，传输距离为3 0 0 到5 5 0 米。 1 0 0 0 b a s e s x 基于7 8 0 r i m 的f i b r e c h a n n e l o p t i c s ，使用8 b 1 0 b 编码解码方 式，使用5 0 微米或6 2 5 微米多模光缆，最大传输距离为3 0 0 米到5 0 0 米。 第9 页 、 上海交通大学硕士学位论文 1 0 0 0 b a s e t 基于无屏蔽双绞线传输介质，使用1 0 0 0 b a s e t c o p p e r p h y 编 码解码方式，传输距离为1 0 0 米。 第1 0 页 上海交通大学硕士学位论文 第三章i s d n 技术 3 1i s d n 的基本概念 3 1 1i s d n 的定义 i s d n ，根据c c i t t 的定义，是以综合数字电话网( i d n ) 为基础发展演变 而成的通信网，能够提供端到端的数字连接，用来支持包括话音和非电话在内的 多种电信业务，用户能够通过有限的一组标准化的多用途用户一网络接口接入网 络 1 3 。 近年来，为了满足社会经济文化发展对通信服务提出的要求，各国的电信、 电子部门在对原有网络进行改造的同时，不断地建设新的网络。于是，传真网、 用户电报网、各种速率的电路交换网、分组数据网以及各种专用网等一系列新的 业务网相继诞生。然而，由于网络多、设备多、接口种类多、规范多等问题使经 营管理和使用都很不方便。于是人们开始用建立一个提供多种综合业务的网的方 法来取代为每种业务建立新网络的做法，这种网络就是i s d n 。 3 1 2i s d n 的原则 根据c c i t t 建议i 1 2 0 ”】，i s d n 的原则有口】： 1 i s d n 概念的主要特征，是在同一网中支持范围广泛的话音和非话音业务的 应用。i s d n 业务综合的一个关键要素，是用一组有限的连接类型和多用途 用户网络接口安排( 见i 系列建议的第三、四部分) ，来提供各种业务( 见 i 系列建议的第二部分) 。 2 i s d n 支持包括交换连接和非交换连接的各种应用。i s d n 中的交换连接包 括电路交换连接和分组交换连接，以及这两种连接的链接。 3 i s d n 将含有以提供业务特性、维护功能和网络管理功能为目的的智能。这 种智能对某些新业务可能是不够的，可能需要由网内附加的智能或者可能由 用户终端里兼容的智能来补充。 4 接入i s d n 的规范应该采用分层协议结构。根据所要求的业务和各国实现 i s d n 的不同情况，用户接入i s d n 资源的入口可以有所不同。 5 i s d n 可以依据各国的具体情况，以各种不同的配置来实现。 3 1 2i s d n 的基本特性 i 端到端的数字连接1 i s d n 是一个数字网络。在这个网络中，一切信号都以数字形式进行传输和 交换。即原始信号先在终端设备中转换成数字信号，然后通过数字信道将信号送 到i s d n 网络，由网络负责将这些数字信号传递到通信另一方的终端设备。 根据c c i t t 的建议，i s d n 可以由电话综合数字网( i d n ) 演变而成。这是 出于两方面的考虑：首先，电话网发展迅速，最为普遍，可以成为新型的全球通 信网的基础；其次，电话综合数字网采用了数字传输和数字交换技术，可以方便 第l l 页 上海交通大学硕士学位论文 地扩展为完全的数字网络，进而提供综合业务。目前世界各国的i s d n 都是在电 话综合数字网的基础上发展起来的。电话综合数字网实现了网络内部的数字化， 但在用户入网接口上仍然采用模拟传输，为了提供综合业务i s d n 实现了用户线 的数字化。 2 综合业务 由于i s d n 提供了端到端的数字连接，它能够支持包括话音、数据、文字、 图象在内的各种综合业务。任何形式的原始信号，只要能够转变成数字信号，都 可以用i s d n 来进行传送和交换，实现用户之间的通信。i s d n 向用户提供的业 务已远远超过了传统通信网的业务范围。它不仅在传统的通信业务上增加了新的 服务功能，提高了服务质量，而且通过计算机技术与通信技术的结合以及许多新 处理管理中心、新软件的应用，开创了许多带有信息处理功能的新业务。 3 标准的入网接口 i s d n 想用户提供了一组标准的多用途入网接口。也就是说不同的业务和不 同的终端可以经过同一个接口接入网络。由于采用了这一多功能接口，i s d n 中 的所有业务采用同一个编号计划，即将一个号码分配给一个用户网络接口，而 不是一个终端。这样，用户用一个i s d n 号码就可以代替所有单独的电话号码、 电传号码、传真号码等。 在用户网络接口上，存在多个时间分割的信道，每个信到都可独立地传送信 息，即所有的信息都以数字复用的形式出现在接口上。这就开辟了多媒体通信的 方式。 为了保证i s d n 用户网络接口的通用性，c c i t t 已经建议了几种接口的标 准。1 9 8 4 年，c c i t t 出版的红皮书中公布了关于i s d n 的i 系列建议。1 9 8 8 年 出版的蓝皮书中，i 系列建议已在1 9 8 4 年版本的基础上做了大量的补充和修改。 3 2i s d n 的结构 c c i t t ( 1 3 2 4 ) 1 6 1 定义了i s d n 的基本结构，如图3 1 所示。由图可见，i s d n 由用户一网络接口，i s d n 网络功能和i s d n 的信令系统组成。 第1 2 页 上海交通大学硕士学泣论文 te ：终端i 殳蔷 l c r f ：本地连接有关功能 图3 - 1i s d n 的基本结构 f i 9 3 1t h eb a s i ca r c h i t e c t u r eo fi s d n i s d n 终端设备