现代交换技术ATM交换技术基础新学习教案

1、会计学1现代交换技术现代交换技术(jsh)ATM交换技术交换技术(jsh)基础新基础新第一页，共89页。的可靠性，在数据链路层采用逐段转发(zhun f)、差错校正的控制措施。这种控制措施保证了数据的正确传递，但同时也致使传输数据产生附加的随机时延。第2页/共89页第二页，共89页。在这样的条件下，一种新的传送模式“异步传送模式”（ATM）出现了。异步传送模式是相对传统电路交换采用的同步传送模式STM(Synchronous Transfer Mode)而言的。同步传送是采用了时分复用技术，异步采用统计时分复用各路信号不是按照一定时间间隔周期性出现的，要根据标志（信元头里面包含的路由信息）来识

2、别每路信号。采用该传送模式后，大大提高了网络资源的利用率。第3页/共89页第三页，共89页。标准化组织表示了强烈的兴趣(xngq)，进行了深入的研究。n80年代中期，CCITT也开始了这种新的传送模式的研究。n1988年，CCITT 18研究组决定采用固定长度的信元，定名为ATM，并认定B-ISDN将基于ATM技术。n1990年，CCITT 18研究组制定了关于ATM的一系列建议，并在以后的研究中不断地深入和完善。第4页/共89页第四页，共89页。泰国的亚洲电信以及中国的广东、北京和上海电信管理局也进行过以ATM为基础的宽带网试验。试验的业务平台有基于TCPIP的宽带数据、VOD、会议电视。试

3、验的应用系统大致有家庭购物、远程医疗、远程教学等。第5页/共89页第五页，共89页。u ATM，是采用对定长信息单元(ATM的基本信息单元cell，称为(chn wi)信元)进行异步时分复用的方式可靠传输各种类型业务信息，并能对业务信息进行高速交换处理。uATM，引入了虚通道VP与虚信道VC等概念，有电路交换的影子；但它使用ATM定长信元作为信息传输与交换的基本单元，又是分组交换的模式； u在整个ATM交换技术框架下，诸多技术环节都与基本电路交换和分组交换有着本质的区别。例如，分组交换使用LCGN/LCN在分组层（亦即OSI七层数据通信分层中的网络层）实现交换，而为了提高处理速度，ATM使用虚

4、通道标示符VPI/虚信道标示符VCI在ATM层（即OSI七层数据通信分层中的数据链路层）实现交换；等等。u 总体来说，ATM交换机制是面向可以提高链路带宽利用率的异步时分复用方式，能够支持具有不同业务QOS需求的各种业务类型。u电路交换的同步时分复用，要用到帧参考（时隙与业务，固定对应），ATM（异步时分复用），去掉了帧参考，为业务随机分配时隙，信元头里带有路由信息；ATM的分组，也针对传统的分组进行了改进；ATM结合了基本(jbn)电路交换和分组交换两者的优点第6页/共89页第六页，共89页。ATM交换(jiohun)方式也属于快速分组交换(jiohun)，但它不仅仅是简化了控制，提高了速率

5、的分组交换(jiohun)，同时为了满足实时业务的要求，还使用了一些电路交换(jiohun)中的方法。ATM改进了电路交换(jiohun)的功能，使其能灵活地适配不同速率的业务；ATM改进了分组交换(jiohun)功能，满足实时性业务的要求。所以ATM交换(jiohun)方式又可以看作是电路交换(jiohun)方式和分组交换(jiohun)方式的结合。第7页/共89页第七页，共89页。 1.传输的东西不同，帧中继主要是做数据传输的，对一些实时传送的东西比如语音，视频，电视这些就不能传输。传输的东西不同，帧中继主要是做数据传输的，对一些实时传送的东西比如语音，视频，电视这些就不能传输。ATM传送

6、的东西就多啦，实时和非实时的都能传送，比如数据，声音，视频，邮件之类。传送的东西就多啦，实时和非实时的都能传送，比如数据，声音，视频，邮件之类。2.使用技术不同。使用技术不同。帧中继是在分组交换技术上发展起来帧中继是在分组交换技术上发展起来(q li)的。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，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的。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，处理效率很高，网络吞吐量高，通

7、信时延低，帧中继用户的接入速率在64kbit/s至至2Mbit/s，甚至可达到，甚至可达到34Mbit/s。ATM本质上也是分组交换技术，不过融合了电路交换的技术，吸取电路交换实时性好，分组交换灵活性强的优点，目前最高的速度为本质上也是分组交换技术，不过融合了电路交换的技术，吸取电路交换实时性好，分组交换灵活性强的优点，目前最高的速度为10GB/S,即将达到即将达到40GB/S。 帧中继与帧中继与ATM的区别的区别(qbi)第8页/共89页第八页，共89页。帧中继技术是一种运行在物理层和数据链路层的高性能WAN协议，是一种包交换技术，使用户终端设备动态分享网络媒体和可用带宽。可变长数据帧用于更

8、有效、更灵活的传送用户数据，这些帧在不同的网段间传送，直到到达目的地。帧中继采用统计多路复用技术，可以更灵活、更有效的利用带宽。帧中继技术由X.25分组交换技术演化而来，帧中继只运行在第二层，网络中间节点不进行过多差错校验，帧中继运行在更可靠的WAN线路上，提供了较高的性能和更高的传输效率，使帧中继更适合当前WAN应用，如LAN互联。帧中继为用户提供PVC/SVC，可以基于VC提供CBR/VBR等功能。帧中继采用FECN/BECN等方法来避免拥塞。 帧中继网为用户提供N*64K-45M专线接入。帧中继网络发展在1990年代以来得到较大发展，在国内近年来亦得到蓬勃发展，不论是电信(dinxn)运

9、营商作为公众服务网，还是金融等行业专用网，都得到广泛应用。第9页/共89页第九页，共89页。 ATM是一种信元中继技术，适用于各种数据传送，如：语音、视频和数据，ATM终端设备将各种数据类型封装在固定长度的信元内，信元在ATM交换机之间传送，可以更方便灵活的利用带宽资源。ATM是一种信元交换和多路复用技术，集中了电路交换和包交换优点，提供了可伸缩的带宽（Mbps-Gbps），ATM的异步特性，ATM比同步复用技术更有效。ATM是面向连接的技术，这意味着在终端设备在通讯前，VC必须在ATM传输网先建立起来。ATM服务网为用户提供M-155M接入方式，主要为宽带业务用户服务。ATM公共传输网近年来

10、也得到较大发展，主要适合于宽带、多媒体业务用户，ATM传输网对于组建数据、专线业务等综合服务平台具有(jyu)灵活适用性，其QoS功能亦有优势。 第10页/共89页第十页，共89页。第11页/共89页第十一页，共89页。Cell HeaderPayload信头净荷5字节48字节图图7.1 ATM信元的结构信元的结构(jigu)第12页/共89页第十二页，共89页。第13页/共89页第十三页，共89页。GFC 比特比特 8 7 6 5 4 3 2 1VPIVPIVCIVCIVCIPTHECCLP1 2 3 4 5第14页/共89页第十四页，共89页。一、一、ATMATM信元结构信元结构(jigu

11、)(jigu) （1）GFC（generic flow control），通用流量控制。占用4比特，只在UNI信元中含有该字段，NNI信元中不包含该字段。其功能是用于控制ATM接续的业务(yw)流量，减轻用户边出现的短期过载现象。该功能实现单向控制业务(yw)，即只控制用户终端流向网络方向的信息流量，而不控制网络流向用户终端方向的信息流量。第15页/共89页第十五页，共89页。 （2）VPI/VCI（virtual path identifier/virtual channel identifier），虚通道标识符/虚信道表示符。VCI字段在信元头部占有16比特。VPI在UNI信元结构(jig

12、u)中占有8比特，在NNI信元结构(jigu)中占用12比特。VPI/VCI用于路由选择和交换节点接续。第16页/共89页第十六页，共89页。第17页/共89页第十七页，共89页。nVPI，在UNI（用户-网络接口）信元结构占8比特，在NNI（网络-网络接口）信元结构中占12比特；n虚信道(xn do)、虚通道与传输线路的关系如上图所示：VC相当于支流，对VC的管理粒度比较细，一般用于网络的接入；VP相当于干流，将多个VC汇聚起来形成一个VP，对VP的管理粒度比较粗，一般用于骨干网。与VC相比较，对VP进行交换、管理容易得多。第18页/共89页第十八页，共89页。例如：例如： 向北京方向（用向

13、北京方向（用VPI = 1标识）的标识）的3个通信，两个是数据通信，一个个通信，两个是数据通信，一个(y )是电话通信（分别用是电话通信（分别用VCI = 4、5、6标识）标识） 向广州方向（用向广州方向（用VPI = 2标识）的标识）的2个通信，一个个通信，一个(y )是视频通信，一是视频通信，一个个(y )是电话通信（分别用是电话通信（分别用VCI = 5、6标识）标识） 第19页/共89页第十九页，共89页。识别一条VP。nVCC端点（VCC Endpoint）是VCC的起点和终点，是ATM层及其上层交换信元净荷的地方，也就是信息产生的源点和被传送的目的点。VPC端点（VPC endpo

14、int）是VPC的起点和终点，是VCI产生，变换或终止的地方。第20页/共89页第二十页，共89页。第21页/共89页第二十一页，共89页。第22页/共89页第二十二页，共89页。一、一、ATMATM信元结构信元结构(jigu)(jigu) （3）PT（payload type），净荷类型。占用3比特，用于区分信元信息体中是用户数据信息、操作/管理(gunl)/维护（OAM）信息，还是网络资源管理(gunl)（RM）信息。PTPT字段编码字段编码（从高位到低位）（从高位到低位）说明说明000000用户数据信息信元，不经历拥塞，用户数据信息信元，不经历拥塞，SDU=0SDU=0001001用户数

15、据信息信元，不经历拥塞，用户数据信息信元，不经历拥塞，SDU=1SDU=1010010用户数据信息信元，经历拥塞，用户数据信息信元，经历拥塞，SDU=0SDU=0011011用户数据信息信元，经历拥塞，用户数据信息信元，经历拥塞，SDU=1SDU=1100100分段分段OAMOAM相关信息流信元相关信息流信元101101端到端端到端OAMOAM相关信息流信元相关信息流信元110110RMRM信元信元111111目前尚未定义，保留位目前尚未定义，保留位第23页/共89页第二十三页，共89页。一、一、ATMATM信元结构信元结构(jigu)(jigu) （4）CLP（cell loss prior

16、ity），信元丢失优先级表示符。占用1比特。在ATM信元头中，定义了CLP字段。CLP=0，表示该信元具有高优先级，反之，CLP=1，表示该信元具有低优先级。当发生拥塞需要丢弃信元时，低优先级别的信元将首先被丢弃。该字段的数值可由用户或者业务提供者加以设置。 （5）HEC（header error control），信头差错控制。占用8比特，用于检测信元头部的差错并进行改正，并用于进行信元定界(dn ji)。HEC字段由后续将介绍的ATM协议分层结构中的物理层的（TC汇聚子层）产生，用于信头的差错控制。第24页/共89页第二十四页，共89页。小结：ATM对帧中继的继承(jchng)与改进 AT

17、M对帧中继的继承：（1）二者都是在数据链路层实现交换，这样(zhyng)可以充分提高数据交换的效率；（2）二者都有信元丢失优先级置位字段。ATM，利用信元丢失优先级置位字段（CLP），控制网络拥塞；帧中继的信元丢失优先级置位字段，为DE字段；（3）二者都能对于入网的用户端数据流量进行控制。【ATM，通过GFC字段的不同编码，对入网的用户端数据流量进行控制； ATM， 也采用通知拥塞（EFCI、OAM）的控制方式；帧中继，主要采用通知的方式，向用户端发送FECN、BECN等网络拥塞通知字段，通知用户端的高层协议启动流量控制，这样(zhyng)来实现入网的用户端数据流量的控制；】第25页/共89页

18、第二十五页，共89页。小结：ATM对帧中继的继承(jchng)与改进（3）在协议分层结构上，在交换层与高层之间，ATM比帧中继多了一个“适配层”（协议AAL15），这使得(sh de)ATM比帧中继在支持高层业务方面带有更多的灵活性。如：ATM可以支持数据业务、音频视频业务，而帧中继只适合传输数据业务； ATM对帧中继的改进：（1）ATM，对于逻辑子信道，实行(shxng)VPI+VCI的二级组织方式，提高了逻辑子信道的寻址效率，提高了虚电路的路由选择和交换节点接续的效率；（2）ATM，采用定长帧，帧中继使用变长帧， ATM，采用硬件电路处理信元，而不是调用程序，所以， ATM具有更高的信元处

19、理速度；第26页/共89页第二十六页，共89页。第27页/共89页第二十七页，共89页。图图7.3.1 B-ISDN协议协议(xiy)参考模型参考模型物理层物理层ATM层层ATM适配层适配层高层高层(o cn)高层高层(o cn)控制面控制面用户面用户面管理面管理面面管理面管理层管理层管理第28页/共89页第二十八页，共89页。n管理平面：包括层管理和面管理。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OAM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。第29页/共89页第二十九页，共89页。表表6.1

20、 B-ISDN协议协议(xiy)参考模型的分层功能参考模型的分层功能 层功能 层 号 会聚 CS 拆装 SAR AAL 一般流量控制 信头处理 VPI/VCI 处理 信元复用和解复用 ATM 信元速率耦合 HEC 序列产生和信头检查 信元定界 传输帧适配 传输帧的创建和恢复 TC 层 管 理 比特定时 物理介质 PM PHY （数据(shj)链路层）第30页/共89页第三十页，共89页。第31页/共89页第三十一页，共89页。业务业务(yw)特性特性源与终点之间的源与终点之间的定时定时(dn sh)关系关系比特率比特率类别类别(libi)A类类B类类C类类D类类连接方式连接方式需要需要(实时实

21、时)不需要不需要(非实时非实时)固定固定可变可变面向连接面向连接无连接无连接ATM适配层适配层AAL1AAL2AAL5AAL3/4AAL3/4第32页/共89页第三十二页，共89页。n分段(fn dun)和重组子层（SAR：Segmentation And Reassembly）n分段(fn dun)和重组子层可简称为拆装子层，其主要功能是将高层信息进行分割，以适合于装入ATM信元的信息段，或者反之。n不同的CS和SAR的组合，可得到不同的业务适配功能。按照不同业务类型的需要，CS还可以进一步划分为子层。第33页/共89页第三十三页，共89页。n AAL5可以看成是简化的AAL3/4，用来支持

22、面向连接的C类业务（如帧中继），传送大的数据分组时效率较高，ATM网络信令也采用AAL5。n高层：n则相当于各种业务的应用层或信令的高层处理。第34页/共89页第三十四页，共89页。第35页/共89页第三十五页，共89页。第36页/共89页第三十六页，共89页。第37页/共89页第三十七页，共89页。6.2 ATM6.2 ATM信元结构信元结构(jigu)(jigu)和协议分层结构和协议分层结构(jigu)(jigu)二、二、ATMATM分层结构分层结构(jigu)(jigu) 3 3、ATMATM层层 ATM层独立于用于传输信元的物理媒体，是ATM适配层和物理层的接口(ji ku)。通过层的

23、操作，各种业务信息都会以统一的信元形式进行复用解复用以及交换。ATM层主要具有4大功能，即一般流量控制、信元头的产生和提取、信元VPI/VCI翻译以及信元多路复用/解复用。 1）流量控制。通过信元头中的GFC字段控制用户终端流向网络方向的信息流量。 2）信元头的产生和提取。AAL层汇聚拆装的对象是属于信息本体，尚不是信元。在ATM网络发送终点，ATM层为AAL层送来信息本体内容添加信元头部，形成信元。在接收终点，ATM层去除信元头部，将信元信息体部分的内容送给AAL层。 第38页/共89页第三十八页，共89页。6.2 ATM6.2 ATM信元结构信元结构(jigu)(jigu)和协议分层结构和

24、协议分层结构(jigu)(jigu)二、二、ATMATM分层结构分层结构(jigu)(jigu) 3 3、ATMATM层层 3）信元VPI/VCI翻译。ATM网络中的转接节点在ATM层具有该功能，用于完成路由选择和交换。ATM网络以面向连接的方式工作，但是由于其采用异步时分复用机制传输信息，因此其连接是虚连接。ATM网络定义了虚通道（VP）和虚信道（VC）两个概念，相应的分别(fnbi)用虚通道标识符（VPI）和虚信道标识符（VCI）来表示。在一个物理通道中可以包含多个VP，而每一个VP中又可以包含若干个VC，如图 。第39页/共89页第三十九页，共89页。6.2 ATM6.2 ATM信元结构

25、信元结构(jigu)(jigu)和协议分层结和协议分层结构构(jigu)(jigu)二、二、ATMATM分层结构分层结构(jigu)(jigu) 3 3、ATMATM层层 ITU-T定义了两个虚连接概念：虚通道连接（VPC）和虚信道连接（VCC）。一个VCC由若干条VC链路组成，其起止于执行ATM层与上层交换信元中信息体内容的节点-VC端节点。一个VPC由若干条VP链路组成，其起止于VCI值发生(fshng)变换的节点-VP端节点。两者的关系如图所示。第40页/共89页第四十页，共89页。6.2 ATM6.2 ATM信元结构信元结构(jigu)(jigu)和协议分层和协议分层结构结构(jigu

26、)(jigu)二、二、ATMATM分层结构分层结构(jigu)(jigu) 3 3、ATMATM层层 ITU-T定义了两种交换类型：VP交换和VC交换。在VC交换方式下，交换节点对信元头中的VPI和VCI值都要进行(jnxng)翻译，在交换节点输出端，该二值都发生了改变。在VP交换方式下，交换节点只对信元头中的VPI进行(jnxng)翻译，在交换节点输出端，VPI值发生改变，而VCI值却不变。 4）信元多路复用/解复用。在发送方向，该功能将各个VP/VC上的ATM信元异步时分复用到一个信元流中。在接收方向，其从一个信元流中根据不同的VPI/VCI值，将各信元送到不同的VP/VC上。 。第41页

27、/共89页第四十一页，共89页。低层高层(o cn)第42页/共89页第四十二页，共89页。第43页/共89页第四十三页，共89页。6.2 ATM6.2 ATM信元结构信元结构(jigu)(jigu)和协议分层结构和协议分层结构(jigu)(jigu)二、二、ATMATM分层结构分层结构(jigu)(jigu) 4 4、物理层、物理层 物理层可划分为物理媒体子层（PM）和传输汇聚子层（TC）。 （1）PM子层 直接面向物理媒体线路，其与具体的物理媒体有关，主要负责提供与传输线路媒体有关的机械(jxi)和电气接口、面向比特定时的定时信息的插入和提取、线路编码和解码、光/电和电/光转换等功能。经常

28、使用的是具有155.52Mb/s和622.08Mb/s高速率的SDH和纯信元两类接口。第44页/共89页第四十四页，共89页。6.2 ATM6.2 ATM信元结构信元结构(jigu)(jigu)和协议分层和协议分层结构结构(jigu)(jigu)二、二、ATMATM分层结构分层结构(jigu)(jigu) 4 4、物理层、物理层 典型的ATM物理(wl)接口。接口接口传输速率（传输速率（Mb/sMb/s）传输系统传输系统传输线路媒体传输线路媒体T1T11.5441.544PDHPDH同轴电缆同轴电缆T3T344.73644.736PDHPDH同轴电缆同轴电缆E-1E-12.0482.048PD

29、HPDH同轴电缆同轴电缆E-3E-334.36834.368PDHPDH同轴电缆同轴电缆E-4E-4139.264139.264PDHPDH同轴电缆同轴电缆SDH STM-1,SONET STS-3cSDH STM-1,SONET STS-3c155.52155.52SDHSDH单模光纤单模光纤SDH STM-4c,SONET STS-12cSDH STM-4c,SONET STS-12c622.08622.08SDHSDH单模光纤单模光纤光纤通道光纤通道155.52155.52信息块编码信息块编码多模光纤多模光纤信元信元155.52155.52信息块编码信息块编码单模光纤单模光纤信元信元62

30、2.8622.8信息块编码信息块编码单模光纤单模光纤信元信元51.8451.84SONETSONETUTP-3UTP-3STS 3CSTS 3C155.52155.52SONETSONETUTP-3 UTP-3 第45页/共89页第四十五页，共89页。6.2 ATM6.2 ATM信元结构信元结构(jigu)(jigu)和协议分层结构和协议分层结构(jigu)(jigu)二、二、ATMATM分层结构分层结构(jigu)(jigu) 4 4、物理层、物理层（2）TC子层 位于ATM层和PM子层之间，主要负责信元速率耦合/解耦、信元定界、传输帧产生与提取、传输帧适配、HEC的产生与校验等功能。 1）

31、信元速率耦合/解耦。使ATM层生成的信元流速率和物理媒体线路传输系统的速率能够达到匹配。 2）信元定界。用于在连续(linx)比特流中定位出信元的边界，从而确认各个信元。第46页/共89页第四十六页，共89页。6.2 ATM6.2 ATM信元结构信元结构(jigu)(jigu)和协议分层和协议分层结构结构(jigu)(jigu)二、二、ATMATM分层结构分层结构(jigu)(jigu) 4 4、物理层、物理层 3）传输帧产生与提取及适配。对于信元的传输问题，ATM使用了两种方式(fngsh)，即：帧结构方式(fngsh)和纯信元流方式(fngsh)。 4）HEC的产生与校验。在发送方向，AT

32、M信元头中的HEC字段值由TC层产生。在接收方向，该值由TC层提取并加以校验，以检验所收到的信元头部的完整性。第47页/共89页第四十七页，共89页。6.2 ATM6.2 ATM信元结构信元结构(jigu)(jigu)和协议分层和协议分层结构结构(jigu)(jigu)二、二、ATMATM分层结构分层结构(jigu)(jigu) 4 4、物理层、物理层 ITU-T建议I.432中给出了基本的信元定界(dn ji)方法，其通过检查HEC字段是否正确以及定义搜索状态、预同步状态、同步状态三个状态及其间的状态转移来完成，具体处理过程如图。第48页/共89页第四十八页，共89页。6.3 ATM6.3

33、ATM交换交换(jiohun)(jiohun)原理原理一、一、ATMATM交换交换(jiohun)(jiohun)原理原理 ATM交换系统具有多条入线和多条出线，且每一个线路上采取统计时分复用方式通过信元传输多路通信信息，每路信息占用一个逻辑信道，逻辑信道利用ATM信元头中的VPI/VCI来标识。 ATM交换原理就是利用交换系统中所有的路由翻译表，将任一入线上任一逻辑信道上的信元映射交换到任一出线上的任一逻辑信道中去，完成信元在入线和出线间的时间和空间(kngjin)交换。其中，空间(kngjin)交换是明显的，用于实现将任一入线上的信元交换到任一出线上去，也就是进行路由选择；而时间（时隙）交

34、换是通过信元头中的VPI/VCI值的翻译来完成。第49页/共89页第四十九页，共89页。6.3 ATM6.3 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)原理原理ATM基本交换原理示意图。在该图中，以入线IM上带有VPI/VCI=c的信元的交换为例，其通过(tnggu)查找路由翻译表，被交换到出线O1上，且VPI/VCI值被翻译变换为VPI/VCI=k。一、一、ATMATM交换交换(jiohun)(jiohun)原理原理 第50页/共89页第五十页，共89页。6.3 ATM6.3 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)原理原理ATM交换网络还具有组播（multicast）、优先级控制

35、等功能。 优先级控制功能是保障发生竞争时，高优先级的信元首先被通过交换网络接续出去，而低优先级的信元需要在缓冲器中暂时缓存，当竞争现象解除后再通过交换网络接续出去。 组播功能是指点到多点通信，交换网络利用此功能，可以将一个信元复制为所需的多个信元，并令其从不同的逻辑信道(xn do)上发送给不同的目的端。 一、一、ATMATM交换交换(jiohun)(jiohun)原理原理 第51页/共89页第五十一页，共89页。6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统一、一、ATMATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统硬件组成系统硬件组成 从硬件组成角度(ji

36、od)来看，ATM交换系统硬件组成如下图6-10所示，由ATM交换网络、接口及处理机控制部件组成。 第52页/共89页第五十二页，共89页。6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统一、一、ATMATM交换系统硬件交换系统硬件(yn(yn jin) jin)组成组成 1 1、ATMATM交换网络交换网络 它是交换系统入线和出线间信息传输的接续部分。其根据具体需求，可以(ky)支持点到点连接接续，也可以(ky)支持点到多点连接接续（即支持组播），并还可望支持多点到点以及多点到多点连接接续。 一些典型的ATM交换网络有共享存储器、共享总线等基于时分结构的交换网络和

37、Crossbar网络、Banyan网、缓冲Banyan网等单通路的基于空分结构的交换网络以及排序-banyan网、多链路Banyan网、多平面Banyan网、Benes网、Clos网等多通路的基于空分结构的交换网络。第53页/共89页第五十三页，共89页。6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统一、一、ATMATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统硬件组成系统硬件组成 2 2、接口、接口 从面向的对象来看，这些接口可以划分为两大类。一类是用户线和交换系统从面向的对象来看，这些接口可以划分为两大类。一类是用户线和交换系统之间用户线的接口，称为之间用户

38、线的接口，称为UNIUNI接口；一类是面向相邻接口；一类是面向相邻(xin(xin ln) ln)交换机之间中交换机之间中继线的接口，称为继线的接口，称为NNINNI接口。接口。ATMATM交换系统的一些典型的接口如前述表交换系统的一些典型的接口如前述表6-36-3所述。所述。第54页/共89页第五十四页，共89页。6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统一、一、ATMATM交换系统硬件交换系统硬件(yn(yn jin) jin)组成组成 3 3、处理机控制部件、处理机控制部件 用于控制整个(zhngg)ATM交换系统的运行，包括呼叫接续控制、业务流管理等等

39、。ATM交换系统的控制部件中一般也采取多处理机架构，各处理机之间既可以采用功能分担方式，也可以采用负荷分担方式。通常，在一个实际的ATM交换系统中，上述两种分工方式被结合使用。这一点与数字程控交换系统很类似。第55页/共89页第五十五页，共89页。6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统二、二、ATMATM交换系统功能交换系统功能(gngnng)(gngnng)结构组成结构组成 ATM交换系统的功能结构包括：输入(shr)模块（IM）、输出模块（OM）、信元交换结构（CSF）模块、接入允许控制(CAC)模块、系统管理（SM）模块等功能模块。其组成关系如图。

40、第56页/共89页第五十六页，共89页。二、二、ATMATM交换系统功能结构组成交换系统功能结构组成(z chn(z chn) ) 1 1、IMIM模块模块 IM模块主要负责接收输入信号，抽取信元流，并在此基础上为信元流准备通过CSF的路由选择。对于前者，IM模块需要处理光电信号转换、数字比特流恢复、信元描述、丢弃发送方插入的空闲信元等诸多功能，对于后者，IM模块需要处理信元头部差错检查、VPI/VCI值的有效性确定及翻译、交换系统输出端口确定、信令信元与接入允许路由选择的排序、管理信元和系统管理路由选择的排序、内部标识符的加入、一般流量控制、各VPC/VCC的UPC/NPC控制、话务量配置(

41、pizh)等诸多功能。这些功能可以通过图6-12所示的功能结构得以实现。 6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统第57页/共89页第五十七页，共89页。二、二、ATMATM交换系统交换系统(xtng)(xtng)功能结构组成功能结构组成 1 1、IMIM模块模块 IM模块功能(gngnng)结构。 6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统第58页/共89页第五十八页，共89页。二、二、ATMATM交换系统交换系统(xtng)(xtng)功能结构组成功能结构组成 2 2、OMOM模块模块 OM模块主要负责执行许多与IM模块

42、相反的功能，为信元在物理链路上的输出做好准备。OM模块所涉及的功能包括内部(nib)标识符的提取与处理、VPI/VCI翻译、HEC字段的产生及将其封装进信元头部、信令信元/管理信元/用户数据信元的混合、填充空闲信元、光电信号转换等功能。这些功能可以通过图6-13所示的功能结构得以实现。6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统第59页/共89页第五十九页，共89页。二、二、ATMATM交换系统功能结构交换系统功能结构(jigu)(jigu)组成组成 2 2、OMOM模块模块 OM模块的功能(gngnng)结构6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)

43、(jiohun)系统系统第60页/共89页第六十页，共89页。二、二、ATMATM交换系统功能交换系统功能(gngnng)(gngnng)结构组成结构组成 3 3、CSFCSF模块模块 CSF模块的功能是在交换系统各功能模块之间传递信元，并主要负责在IM和OM之间传递信元，即进行入线和出线间的信元交换接续。从硬件角度来看，即是交换网络。 ATM的交换网络功能要比一般交换网络功能要更复杂，除了一般交换网络所通常具有的路由选择功能外，还具有话务集中(jzhng)/多路复用、话务扩展/话务组合、用于多点接续的信元复制、故障容错冗余、信元缓冲与存取、包括信元延迟和丢失选择/信元调度处理/拥塞监测和指示

44、等在内的缓冲器管理功能等。6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统第61页/共89页第六十一页，共89页。二、二、ATMATM交换系统功能结构交换系统功能结构(jigu)(jigu)组成组成 3 3、CSFCSF模块模块 CSF模块(m kui)功能结构。6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统第62页/共89页第六十二页，共89页。二、二、ATMATM交换系统功能结构组成交换系统功能结构组成(z chn(z chn) ) 4 4、CACCAC模块模块 CAC模块除了(ch le)执行最主要的VPC/VCC接续请求的允许或

45、拒绝功能外，还执行高层信令协议、信令信元的产生及翻译、信令网络接口、VPC/VCC交换资源的分配、UPC/NPC相关参数的产生等诸多相关辅助功能。 从前述各模块图可见，涉及CAC环节之处，都存在多条实或者虚连接线，并还存在IM-CAC、CAC、OM-CAC等模块。其原因在于，CAC模块在实际系统设计中可以采取两种部署处理方式，即集中式部署处理方式和分散式部署处理方式，如下图，其中，集中式部署处理方式还可以采取两种形式，一是不通过CSF的处理，如下图a中的虚线所示，一是通过CSF的处理，如下图a中的实线所示。6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统（重点了解）

46、第63页/共89页第六十三页，共89页。二、二、ATMATM交换系统功能交换系统功能(gngnng)(gngnng)结构组成结构组成 4 4、CACCAC模块模块 对于集中式部署处理方式(fngsh)，所有的CAC功能都由一个CAC模块实体加以统一处理。而对于分散式部署处理方式(fngsh)，CAC功能被分散在IM模块、OM模块等模块中。CAC功能模块的两种部署处理方式(fngsh)图。6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统第64页/共89页第六十四页，共89页。二、二、ATMATM交换系统交换系统(xtng)(xtng)功能结构组成功能结构组成 5 5、

47、SMSM模块模块 SM模块具有物理层操作和管理、ATM层操作和管理、交换网络管理、交换数据库安全控制、交换资源的利用测量、通信管理、管理信息库管理、用户网管理、操作系统(co zu x tn)接口、网络管理支持等诸多功能。 在实际设计时，类似于CAC模块，SM模块也可以两种方式： 1）集中式部署处理，所有的SM功能都由一个SM模块实体加以统一处理，其还可以进一步采取两种形式，一是不通过CSF的处理，如下图a中的虚线所示，一是通过CSF的处理，如下图a中的实线所示。 2）分散式部署处理方式，SM功能被分散到IM模块、OM模块等交换系统各部分中，6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)

48、(jiohun)系统系统第65页/共89页第六十五页，共89页。二、二、ATMATM交换系统功能结构交换系统功能结构(jigu)(jigu)组成组成 5 5、SMSM模块模块 SM模块一般功能结构(jigu)示意。 6.4 ATM6.4 ATM交换交换(jiohun)(jiohun)系统系统第66页/共89页第六十六页，共89页。n信元丢失/信元误插入率n交换(jiohun)时延第67页/共89页第六十七页，共89页。下图给出了共享存储器的结构。这种结构中，存储器为所有的输入端口和输出端口共用，每一条输入线配置有一个输入控制器，每一条输出线配置有一个输出控制器。第68页/共89页第六十八页，共

49、89页。控制器控制器1N控制器控制器1N存储器RAM第69页/共89页第六十九页，共89页。处理时间、存储器读写时间和存储器容量的限制。n共享存储器结构(jigu)要有足够高的处理速度，使得处理时间很短，从而能与信元流的输入速率相适配。因此，它对存储器访问速度的要求比较高。由于受到存储器访问速度的限制，交换结构(jigu)的容量(端口数及链路速率)不可能太大。第70页/共89页第七十页，共89页。率之和，否则会造成信元的较大延时。第71页/共89页第七十一页，共89页。输入控制器输入控制器输入控制器TDM总线输出控制器输出控制器输出控制器1N21N2第72页/共89页第七十二页，共89页。第7

50、3页/共89页第七十三页，共89页。复杂化。所以当交换容量增大时，一般采用多个交换矩阵级连的方式。第74页/共89页第七十四页，共89页。输入控制器输入控制器输入控制器输出控制器12N1输出控制器2输出控制器N第75页/共89页第七十五页，共89页。6.6 6.6 流量控制流量控制(kngzh)(kngzh)与拥塞控制与拥塞控制(kngzh)(kngzh)一、业务类别一、业务类别(libi)(libi)、流量参数及协议规范、流量参数及协议规范 1 1、业务类别、业务类别(libi)(libi) ATM论坛在业务流管理(gunl)规范TM 4.0中，为ATM层定义了5种业务类别： 1）CBR业务

51、。其是恒定比特率业务。 2）Rt-VBR业务。其是变比特率业务，并且是实时的业务。 3）Nrt-VBR业务。其也是变比特率业务，但是非实时的业务。 4）ABR业务。其是可用比特率业务。 5）UBR业务。其是未定比特率业务。（自学）第76页/共89页第七十六页，共89页。6.6 6.6 流量控制流量控制(kngzh)(kngzh)与拥塞控制与拥塞控制(kngzh)(kngzh)一、业务类别、流量参数及协议一、业务类别、流量参数及协议(xiy)规范规范 2、流量参数、流量参数 ATM论坛及ITU-T给出了流量参数规范。该规范提出了标准化的流量参数，如：峰值信元速率(sl)、平均信元速率(sl)、可

52、持续信元速率(sl)、最小信元速率(sl)、平均突发时间、最大突发尺寸、连接平均保持时间等，用于定量描述业务流的特性，以保证CAC及UPC/NPC控制机制的有效执行。 CBR业务使用了峰值信元速率(sl)来进行定量表征，Rt-VBR和Nrt-VBR业务使用了峰值信元速率(sl)、可持续信元速率(sl)、最大突发尺寸等流量参数来加以定量表征，ABR业务使用了峰值信元速率(sl)、最小信元速率(sl)等流量参数加以定量表征，而UBR业务不用规定速率(sl)要求，使用ATM网络剩余带宽来传输这类业务。第77页/共89页第七十七页，共89页。6.6 6.6 流量控制流量控制(kngzh)(kngzh)

53、与拥塞控制与拥塞控制(kngzh)(kngzh)一、业务类别、流量一、业务类别、流量(liling)参数及协议规范参数及协议规范 2、流量、流量(liling)参数参数 在ATM网络通信中，一个ATM连接的各预定流量参数可以通过查找一张流量参数总表来得到，该总表称为ATM流量描述器。 在流量参数规范中，也给出了两种典型的业务一致性定义和测试方法： 1）统计流量测试法。基于平均信元速率、平均突发时间等随机流量参数，是业务量分析理论中的传统方法。利用这种方法，可以对基于这些统计参数描述的各种排队系统的性能进行分析。 2）计算流量测试法。CCITT I.371中定义了两个(lin )通用信元速率算法

54、：虚调度算法（VS）和连续状态漏桶算法（LB）。这两个(lin )算法是等价的，对于任何信元实际到达的时间序列 ，它们都能决定同样的信元是否是一致的。cellt第78页/共89页第七十八页，共89页。6.6 6.6 流量流量(liling)(liling)控制与拥塞控制控制与拥塞控制一、业务类别、流量参数及协议一、业务类别、流量参数及协议(xiy)规范规范 3、流量协议、流量协议(xiy)说明说明 ATM论坛及ITU-T也给出了流量参数规范。在该规范中，指明连接建立期间(qjin)所需要协商的流量协议包括：连接流量描述器、QOS要求以及一致性连接定义。 （1）连接流量描述器 连接流量描述器是在

55、呼叫请求连接建立阶段，由用户通过信令等方式进行传送的。对于一个ATM连接请求，连接流量描述器使用源流量描述器以及其应用于UNI/NNI的容限加以定义，包括峰值信元速率（必选参数）、维持信元速率及突发容限（任选参数）等参数。第79页/共89页第七十九页，共89页。6.6 6.6 流量控制流量控制(kngzh)(kngzh)与拥塞控制与拥塞控制(kngzh)(kngzh)一、业务类别、流量参数一、业务类别、流量参数(cnsh)及协议规范及协议规范 3、流量协议说明、流量协议说明 （2）QOS要求 1）信元丢失率（CLR）。丢失的信元数与发送的总信元数的比值。 2）信元传输时延（CTD）。是信元传输

56、的最大时延容限。 3）信元时延变化（CDV）。是由于(yuy)ATM交换系统的一些操作。 4）信元差错率（CER）。是发生差错的信元数与发送的总信元数的比值。 5）信元误插率（CMR）。是一定时间内发生误插的信元数与发送的总信元数的比值。 6）严重差错信元块比率（SECBR）。严重差错是指针信元块中出现差错、丢失、误插的信元数超过了一定门限值。SECBR是指发生严重差错的信元块数与发送的总信元块数的比值。第80页/共89页第八十页，共89页。6.6 6.6 流量控制流量控制(kngzh)(kngzh)与拥塞控制与拥塞控制(kngzh)(kngzh)一、业务类别、流量一、业务类别、流量(lili

57、ng)参数及协议规范参数及协议规范 3、流量、流量(liling)协议说明协议说明 （3）一致性连接定义 ATM网络中所采取的CAC和UPC/NPC机制应当同时考虑连接流量描述器和业务QOS要求等两方面因素。当CAC判决接受一个新的连接请求时，只要其与预定的流量协议一致，那么网络就应该为该请求提供所需的QOS质量。这就涉及到连接一致性的问题。对于一个连接，如果在其上所检测到的不一致信元数与该连接发送的信元总数的比例低于某一预先给定的门限值，则认为连接是一致性的连接，反之，是非一致性的连接。对于前者，网络要遵循并支持(zhch)协商好的QOS要求，而对于后者，网络可以不遵循所协商的QOS要求，并在发生拥塞时，网络有权释放非一致性的连接。 。第81页/共89页第八十一页，共89页。6.6 6.6 流量流量(liling)(liling)控制与拥塞控制控制与拥塞控制二、流量二、流量(liling)(liling)控制控制 1 1、CACCAC CAC是呼叫请求建立阶段ATM网络所采取的一系列操作，用于确定一个呼叫请求是被接受还是被拒绝，并在接受情况下，为其分配相应的网络资源，且