第九章异步转移模式

1、9.1 9.1 背景背景 窄带窄带ISDNISDN的发展主要存在以下局限：的发展主要存在以下局限： （1 1）窄带）窄带ISDNISDN的信息传输速率有限的信息传输速率有限 。 （2 2）窄带）窄带ISDNISDN中，网络结点对电路交换中，网络结点对电路交换和分组交换业务的处理是彼此分离的，没有和分组交换业务的处理是彼此分离的，没有实现综合处理。实现综合处理。 窄带窄带 ISDNISDN 中两种主要的交换技术：电中两种主要的交换技术：电路交换和分组交换都不能完全适应宽带业务路交换和分组交换都不能完全适应宽带业务高速、有效、充分利用网络资源的基本要求。高速、有效、充分利用网络资源的基本要求。 异

2、步转移模式，简称异步转移模式，简称 ATMATM，是一种信息，是一种信息传送、交换、复用的综合技术，是宽带网络传送、交换、复用的综合技术，是宽带网络的核心技术。的核心技术。 异步转移模式（异步转移模式（Asynchronous TransferAsynchronous Transfer Mode Mode， ATMATM）是一种采用异步时分复用方式）是一种采用异步时分复用方式、以固定信元长度为单位、面向连接的信息、以固定信元长度为单位、面向连接的信息转转移（包括复用、传输与交换）模式。移（包括复用、传输与交换）模式。9.2 ATM9.2 ATM的基本原理的基本原理9.2.1 ATM9.2.1

3、ATM网络的基本概念网络的基本概念 ATM ATM 网络主要由结点交换机、端点用户网络主要由结点交换机、端点用户设备、传输设备和光纤传输链路组成。设备、传输设备和光纤传输链路组成。 ATMATM网络可划分为公用网（骨干网）和专用网两网络可划分为公用网（骨干网）和专用网两种基本结构。种基本结构。 公用网由若干公用交换机互连组成，主公用网由若干公用交换机互连组成，主要用于连接各专用网，也可以连接端点用户要用于连接各专用网，也可以连接端点用户设备。设备。 专用网由用户交换机及其所连接的用户专用网由用户交换机及其所连接的用户设备组成，主要用来为某个部门访问。设备组成，主要用来为某个部门访问。 ATM

4、ATM 端点用户设备，可以分为端点用户设备，可以分为ATM ATM 终端终端和非和非ATMATM终端。终端。 ATM ATM 终端可以直接发送和接收终端可以直接发送和接收 ATMATM信元，信元，并可以直接和并可以直接和ATMATM交换机相连。交换机相连。 非非ATM ATM 终端则相反，要通过终端则相反，要通过ATMATM适配器进适配器进行信息格式转换，并通过适配器和行信息格式转换，并通过适配器和ATMATM交换机交换机相连接。相连接。 根据根据 ATMATM网络和网络和 ATMATM交换机的不同类型，交换机的不同类型，在在ATMATM网络中定义了两种不同的网络接口：网络中定义了两种不同的网

5、络接口： NNINNI：网络与网络之间的接口。：网络与网络之间的接口。 UNIUNI：用户与网络之间的接口。：用户与网络之间的接口。 公用网的用户可以是公用网的用户可以是 ATMATM用户交换机和用户交换机和ATMATM用户终端设备，专用网的用户只能是用户终端设备，专用网的用户只能是ATMATM用户终端设备。用户终端设备。9.2.2 ATM9.2.2 ATM信元结构信元结构 信元是承载信息的基本单元，它由固定信元是承载信息的基本单元，它由固定长度的长度的 5353个字节组成。其中，前个字节组成。其中，前5 5个字节称个字节称为信头，后为信头，后4848个字节称为信息段。信头中含个字节称为信息段

6、。信头中含有各种控制信息，消息段则用来承载各种不有各种控制信息，消息段则用来承载各种不同业务的用户信息及某些必要的附加信息。同业务的用户信息及某些必要的附加信息。 ATM ATM信元结构分为两类：一类用于网络信元结构分为两类：一类用于网络结点之间的接口结点之间的接口NNINNI；另一类用于用户和网；另一类用于用户和网络间的接口络间的接口UNIUNI。 ATMATM信元结构如图信元结构如图9.19.1所示。所示。 图图9.1 ATM9.1 ATM信元结构信元结构 1.GFC 1.GFC：一般流量控制。用来限制用户：一般流量控制。用来限制用户终端设备的流量，以避免网络的短期过载。终端设备的流量，以

7、避免网络的短期过载。 2.VPI2.VPI、VCIVCI：虚通道标记、虚信道标记。：虚通道标记、虚信道标记。用来表示信元的路由信息，而且还可以标记用来表示信元的路由信息，而且还可以标记不同用户的信元，是信头中最重要的两个字不同用户的信元，是信头中最重要的两个字段。段。 3. PT 3. PT：净荷类型，用来表示信息的类：净荷类型，用来表示信息的类型。型。PTPT由由3bit3bit组成，可以定义组成，可以定义8 8种净荷类型。种净荷类型。 4. CLP4. CLP：信元丢弃优先率：当网络出现：信元丢弃优先率：当网络出现拥塞时，发生拥塞的结点可以丢弃到来的信拥塞时，发生拥塞的结点可以丢弃到来的信

8、元。元。CLPCLP用来表示信元丢弃的优先率。用来表示信元丢弃的优先率。 5. HEC5. HEC：信头差错控制：用来对信头进：信头差错控制：用来对信头进行差错控制。行差错控制。9.3 ATM9.3 ATM交换的原理交换的原理 ATMATM交换采用虚电路连接，称为虚连接，交换采用虚电路连接，称为虚连接，这种虚连接是由若干虚信道（这种虚连接是由若干虚信道（VCVC）和虚通道）和虚通道（VPVP）相互链接而成。）相互链接而成。9.3.1 9.3.1 虚信道和虚通道虚信道和虚通道 虚信道虚信道 VCVC是描述信元单向传送路径的是描述信元单向传送路径的术语，用来在两个用户之间建立一个单向的术语，用来在

9、两个用户之间建立一个单向的逻辑连接。逻辑连接。 为了区分、识别不同的虚信道，可以通为了区分、识别不同的虚信道，可以通过过 VCIVCI来识别信元属于哪一个虚信道。不同来识别信元属于哪一个虚信道。不同数值的数值的VCIVCI表示不同的虚信道。表示不同的虚信道。 在建立连接的过程中，主被叫之间所需在建立连接的过程中，主被叫之间所需通过的各个通过的各个 ATMATM交换机将分别为主被叫的信交换机将分别为主被叫的信元分配一个特点的元分配一个特点的 VCIVCI值。在各个交换机之值。在各个交换机之间的不同链路上，同一个用户所分配的间的不同链路上，同一个用户所分配的 VCIVCI值可以不同，但在同一段链路

10、上，同一个用值可以不同，但在同一段链路上，同一个用户的信元所占用的虚信道将具有相同数值的户的信元所占用的虚信道将具有相同数值的VCIVCI。 为了描述交换机和交换机之间的半固定为了描述交换机和交换机之间的半固定连接，定义了一个虚通道连接，定义了一个虚通道VPVP，用来描述一组，用来描述一组虚信道通过网络的单向路由。它由若干个虚虚信道通过网络的单向路由。它由若干个虚信道组成，是一种单向通道，通过一个标记信道组成，是一种单向通道，通过一个标记VPI VPI 来表示。不同的虚通道可以有相同数值来表示。不同的虚通道可以有相同数值的的VCIVCI，但在同一条虚通道中，各个，但在同一条虚通道中，各个VCI

11、VCI的数的数值是唯一的。值是唯一的。9.3.2 9.3.2 复用的基本概念复用的基本概念 在在 ATMATM网络中，虚信道和虚通道都是以网络中，虚信道和虚通道都是以异步时分的方式复用到一条实际的物理链路异步时分的方式复用到一条实际的物理链路上。如图上。如图9.29.2所示。所示。 不同的虚信道可以具有不同的传输速率，不同的虚信道可以具有不同的传输速率，并且可以根据用户的需求进行动态分配。并且可以根据用户的需求进行动态分配。 图图9.2 ATM9.2 ATM多路复用多路复用图图9.3 9.3 链路和虚通道、虚信道间的关系链路和虚通道、虚信道间的关系9.3. 9.3. 交换的基本原理交换的基本原

12、理 ATMATM交换称为逻辑标记交换或标记交换，交换称为逻辑标记交换或标记交换，交换过程如下：交换过程如下： （1 1）路由选择：在输入链路上接收信元，）路由选择：在输入链路上接收信元，并提取信元中的信头，以确定这些信元从哪并提取信元中的信头，以确定这些信元从哪条输出链路上发送出去。条输出链路上发送出去。 （2 2）标记转换：根据路由表把输入信元）标记转换：根据路由表把输入信元信头中的信头中的VPIVPI和和VCIVCI值转换成相应输出链路上值转换成相应输出链路上的新值。的新值。 （3 3）信元排队：把具有新）信元排队：把具有新VPIVPI和和VCIVCI值的值的信元存储到相应的队列之中。信元

13、存储到相应的队列之中。 （4 4）发送：按信元的到达次序从队列中）发送：按信元的到达次序从队列中取出信元并把它发送到相应的输出端口。取出信元并把它发送到相应的输出端口。 图图9.4 ATM9.4 ATM交换原理交换原理 在在ATM ATM 中，交换在三个层次上进行：链中，交换在三个层次上进行：链路层、虚通道层、虚信道层，它们的地址分路层、虚通道层、虚信道层，它们的地址分别由交换机的端口地址、别由交换机的端口地址、VPIVPI和和VCIVCI来标识。来标识。 链路交换的基本任务是进行路由选择，链路交换的基本任务是进行路由选择，将某条输入链路连接到某条输出链路上去，将某条输入链路连接到某条输出链路

14、上去，是一种实际的物理连接。是一种实际的物理连接。 虚通道和虚信道交换都是一种逻辑连接，虚通道和虚信道交换都是一种逻辑连接，其基本任务是根据路由表改变相应的标记值。其基本任务是根据路由表改变相应的标记值。 在交换机中，每一条输入链路都有相应在交换机中，每一条输入链路都有相应的路由表。路由表的建立方式有以下两种方的路由表。路由表的建立方式有以下两种方式。式。 （1 1）根据用户的每次呼叫来建立，是一）根据用户的每次呼叫来建立，是一种动态建立方式。种动态建立方式。 （2 2）由操作人员根据需要预先设定路由）由操作人员根据需要预先设定路由表中的各项数据。是一种半固定连接方式。表中的各项数据。是一种半

15、固定连接方式。 ATMATM交换是异步时分交换，在交换网络交换是异步时分交换，在交换网络的入线和出线之间没有固定的时隙对应关系，的入线和出线之间没有固定的时隙对应关系，因此，可能出现多条入线上的信元要同时送因此，可能出现多条入线上的信元要同时送往同一条出线的情况，而同一条出现在任何往同一条出线的情况，而同一条出现在任何时刻只能发送一个信元，这就会在出现一侧时刻只能发送一个信元，这就会在出现一侧出现竞争，将导致信元的丢失。出现竞争，将导致信元的丢失。 在在 ATMATM网络中，利用缓存器存储同时到网络中，利用缓存器存储同时到达的信元，使同时到达的信元排队等候处理。达的信元，使同时到达的信元排队等

16、候处理。 缓存器的配置有输入缓存、输出缓存和缓存器的配置有输入缓存、输出缓存和中央缓存等形式。中央缓存等形式。 输入缓存：为交换网络的每一条输入链输入缓存：为交换网络的每一条输入链路配置一个缓存器，每条入线上到达的信元路配置一个缓存器，每条入线上到达的信元先进入缓存器存储。先进入缓存器存储。 输出缓存：为交换网络的每一条输出输出缓存：为交换网络的每一条输出链路配置一个缓存器，所有去往同一出线链路配置一个缓存器，所有去往同一出线的信元都先进入该出线的缓存器存储，然的信元都先进入该出线的缓存器存储，然后按先进先出的原则一个一个地发送出去。后按先进先出的原则一个一个地发送出去。 中央缓存：交换网络的

17、所有输入链路中央缓存：交换网络的所有输入链路和输出链路共享一个中央存储器，所有入和输出链路共享一个中央存储器，所有入线的信元都直接进入中央缓存器，而每条线的信元都直接进入中央缓存器，而每条出线则在中央缓存器中选择以自己为目的出线则在中央缓存器中选择以自己为目的地的信元，并按先进现出的原则读出这些地的信元，并按先进现出的原则读出这些信元。信元。9.4 ATM9.4 ATM交换网络的结构交换网络的结构 ATM ATM 交换网络可以分为三种类型：空分交换网络可以分为三种类型：空分交换网络、总线式交换网络和共享存储器式交换网络、总线式交换网络和共享存储器式时分交换网络。时分交换网络。9.4.1 9.4.1 空分交换网络空分交换网络 空分交换网络：将每一条入线和每一条空分交换网络：将每一条入线和每一条出线相连接，在每条连接线上装上相应的开出线相连接，在每条连接线上装上相应的开关，根据信头关，根据信头VPI/VCI VPI/VCI 决定相应的开关是否决定相应的开关是否闭合来实现特定输入和输出线路的接通，也闭合来实现特定输入和输出线路的接通，也就是将某入线上信元交换到出线上就是将某入线上信元交换到出线上。9.4.2 9.4.2 共享