《现代通信网及其关键技术》ppt课件

1、现代通信网1B-ISDN的提出的提出通讯网的开展通讯网的开展N-ISDN的局限性：的局限性： 传输速率和交换方式限制了具有更高速率和传输速率和交换方式限制了具有更高速率和可变速率业务的提供，已不能顺应未来通讯网开可变速率业务的提供，已不能顺应未来通讯网开展的需求。展的需求。 B-ISDN的提出：的提出： 可以提供具有更高传输速率的传输信道；更可以提供具有更高传输速率的传输信道；更先进的传送方式。先进的传送方式。 1、ATM与与B-ISDN的产生与开展的产生与开展第6章 ATM交换技术6.1 ATM的根本概念现代通信网n2.信息交换方式与信息交换方式与ATM概念概念 n 1电路交换方式电路交换方

2、式 n在数字通讯中在数字通讯中,电路交换传输主要是运用同步转电路交换传输主要是运用同步转移方式移方式(STM-SynchronousTransferMode)来实现的。来实现的。现代通信网现代通信网2分组交换方式分组交换方式 分组交换是将用户的信息划分成一些可变长度分组交换是将用户的信息划分成一些可变长度的分组的分组,在每个分组的前面加一个分组头在每个分组的前面加一个分组头(标题标题),用以指明该用以指明该分组传送的地址分组传送的地址,然后由交换机将这些分组存储起来然后由交换机将这些分组存储起来,在有空闲通路时在有空闲通路时,根据各个分组的地址标志将它们转根据各个分组的地址标志将它们转发至目的

3、地。发至目的地。现代通信网 随着通讯技术和通讯业务需求的开展，电信网络必需向宽带综合业务数字网(B-ISDN)方向开展，这就要求通讯网络和交换设备既要包容非实时性的数据业务，又要包容实时性的和电视信号业务，还要思索到满足突发性强、瞬时业务量大以及业务通讯速率可变的要求。在这样的通讯业务条件下，传统的电路交换和分组交换都不能胜任，一种新的传送方式“异步传送方式出现了。异步传送方式是相对传统电路交换采用的同步传送方式STM(Synchronous Transfer Mode)而言的，同步传送方式的主要特征是采用了时分复用技术，各路信号都是按一定时间间隔周期性出现的，可根据时间识别每路信号。异步传送

4、方式那么采用统计时分复用，各路信号不是按照一定时间间隔周期性出现的，要根据标志来识别每路信号。采用该传送方式后，大大提高了网络资源的利用率。现代通信网n3ATM方式概念方式概念 n ATM技术是以分组交换传送方式为根底技术是以分组交换传送方式为根底,并交融了电路并交融了电路交换传送方式高速化的优点开展而成的。交换传送方式高速化的优点开展而成的。n ATM方式抑制了电路交换方式不能顺应恣意速率业务方式抑制了电路交换方式不能顺应恣意速率业务,难以导入未来新业务的缺陷难以导入未来新业务的缺陷;n 简化了分组交换方式中的协议简化了分组交换方式中的协议,并用硬件对简化的协议并用硬件对简化的协议进展处置和

5、实现进展处置和实现;n 交换节点不再对信息进展过失控制交换节点不再对信息进展过失控制,从而极大地提高了从而极大地提高了网络的通讯信息的处置才干。网络的通讯信息的处置才干。 现代通信网现代通信网4) ATM4) ATM兼具电路传送方式和分组传送兼具电路传送方式和分组传送方式的优点方式的优点n1ATM可以看作电路传送方式的改良可以看作电路传送方式的改良n2ATM可以看作是分组传送方式的改可以看作是分组传送方式的改良良现代通信网2.ATM的特点的特点n运用固定长度的小信元运用固定长度的小信元.传输时延小传输时延小,实时性好实时性好,支持高速支持高速传输传输,满足多媒体数据传输要求。满足多媒体数据传输

6、要求。n采用统计复用采用统计复用.动态分配传输带宽动态分配传输带宽,有效地利用了网络资源。有效地利用了网络资源。n 取消逐段链路的过失控制和流量控制取消逐段链路的过失控制和流量控制,大大简化了网络控大大简化了网络控制制. n 信元信元话音话音数据数据视频视频现代通信网n采用面向衔接并约定传输资源的方式任务采用面向衔接并约定传输资源的方式任务n支持多业务支持多业务.为不同业务提供了可靠的效力质量保为不同业务提供了可靠的效力质量保证。证。n可顺应于局域网和广域网可顺应于局域网和广域网现代通信网ATM 信元信元53 字节字节6.2 ATM 体系构造体系构造6.2.1 ATM信元信元现代通信网现代通信

7、网ATM UNI 信元信元ATM NNI 信元信元现代通信网GFC比特 8 7 6 5 4 3 2 1VPIVPIVCIVCIVCIPTHECCLP1 2 3 4 5n1UNI的信头构造：nGFCGeneric Flow Control：n 普通流量控制字段4个比特及相应的GFC功能用于接入的流量控制。由于B-ISDN的UNI接入的终端数量可以很多，需求控制流向网络的流量，以防止网络的短期过载。现代通信网nVPI/VCIVirtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier：选路信息。 现代通信网nPTPayload Type：n 有有3个比特，表

8、示净荷类型。个比特，表示净荷类型。现代通信网nCLPCell Loss Priority：n 表示信元丧失优先级，只需一个比特，表示信元丧失优先级，只需一个比特，CLP=0，表示高优先级；，表示高优先级；CLP=1,表示低优先级，表示低优先级，假设遇到拥塞要丢弃信元时，假设遇到拥塞要丢弃信元时，CLP=1的信元将首的信元将首先丢弃。先丢弃。现代通信网nHECHead Error Control：n 为为1个字节，用于信头过失控制。个字节，用于信头过失控制。现代通信网比特 8 7 6 5 4 3 2 1VPIVPIVCIVCIVCIPTHECCLP1 2 3 4 5n2NNI的信头构造：的信头构

9、造：n NNI信头不需求信头不需求GFC字段，从而使字段，从而使VPI扩展扩展为为12比特。比特。现代通信网n3 ATM信元类型信元类型n音讯信元音讯信元n信令信元信令信元n空闲信元空闲信元n未指定信元未指定信元n操作维护信元操作维护信元n元信令信元元信令信元n通用广播信令信元通用广播信令信元n资源管理信元资源管理信元现代通信网n假设在某个时辰线路排空了队列中一切信元假设在某个时辰线路排空了队列中一切信元,n那么此时线路上就出现未分配信元那么此时线路上就出现未分配信元(空信元空信元)。n反过来反过来,假设在某时辰线路上找不到可传送信元的时机假设在某时辰线路上找不到可传送信元的时机(线线路上信元

10、已分配完路上信元已分配完),而队列已充溢缓冲区而队列已充溢缓冲区,这时后面来的信这时后面来的信元就能够丧失元就能够丧失,信元丧失会导致业务质量降低。信元丧失会导致业务质量降低。n为了尽量减少信元丧失对业务质量的影响为了尽量减少信元丧失对业务质量的影响,在信元的信头在信元的信头中写有优先度标志中写有优先度标志,首先被丢弃的总是那些优先度低、不首先被丢弃的总是那些优先度低、不太重要的信元。太重要的信元。 现代通信网现代通信网6.2.2 ATM分层参考模型分层参考模型1. 从纵向看由三个功能面:用户面(userplane)、控制面(controlplane)、管理面(managementplane)

11、组成。现代通信网1).用户平面用户平面(U平面平面)n用户平面用户平面User Plane ：采用分层构造，提供用户：采用分层构造，提供用户信息流的传送，同时也具有一定的控制功能，如流量信息流的传送，同时也具有一定的控制功能，如流量控制、过失控制等；控制、过失控制等； 现代通信网2).控制平面控制平面(C平面平面)n控制平面控制平面Control Plane ：采用分层构造，完成呼叫：采用分层构造，完成呼叫控制和衔接控制功能，利用信令进展呼叫和衔接的建立、控制和衔接控制功能，利用信令进展呼叫和衔接的建立、监视和释放；监视和释放； n (运用运用PVC)是不用控制平面是不用控制平面)现代通信网3

12、).管理平面管理平面M平面平面)n管理平面管理平面Management Plane ：包括层管：包括层管理和面管理。理和面管理。n层管理层管理(layermanagement):采用分层构造，实采用分层构造，实现网络资源和相关协议参数的管理功能现网络资源和相关协议参数的管理功能, 如元信如元信令。同时层管理还处置与各层相关的令。同时层管理还处置与各层相关的OAM信息流；信息流；n面管理面管理(planemanagement):主要是协调各面主要是协调各面之间的运转之间的运转,实现与整个系统有关的管理功能实现与整个系统有关的管理功能,面面管理不分层。管理不分层。现代通信网2. ATM层次构造层次

13、构造从横向看从横向看,ATM协议模型按功能又可分成四层协议模型按功能又可分成四层: 物理层物理层(PL-PhysicalLayer):完成传输信息的功能。完成传输信息的功能。 ATM层层(ATMlayer):它是它是ATM协议中最重要的一层协议中最重要的一层,主要完主要完成信元交换、信元复用成信元交换、信元复用/分解和选路分解和选路,这些任务是经过对信这些任务是经过对信元头进展处置而实现的。元头进展处置而实现的。 ATM自顺应层自顺应层(AAL-ATMAdaptationLayer):AAL介于介于ATM层和高层之间层和高层之间,主要是为它们做适配任务主要是为它们做适配任务,以顺应高层的需以顺

14、应高层的需求。求。高层高层(HighLayer):根据不同的业务特点完成高层功能根据不同的业务特点完成高层功能,如完如完成对信息编码等效力性功能。成对信息编码等效力性功能。现代通信网普通流量控制、信头产生普通流量控制、信头产生/提取提取信元信元VPI/VCI翻译、信元复用和分路翻译、信元复用和分路信元速率解耦、信元速率解耦、HEC产生产生/验证验证信元定界、传输帧适配信元定界、传输帧适配传输帧产生传输帧产生/恢复恢复AALCSSARATM层层TCPMD比特定时、物理媒体比特定时、物理媒体会聚会聚分段与重组分段与重组物理层物理层现代通信网 担任经过物理媒体正确、有效地传送信元。它可划分为个子层：

15、担任经过物理媒体正确、有效地传送信元。它可划分为个子层：物理媒体相关子层物理媒体相关子层PM ：Physical Medium Dependent Sublayer传输会聚子层传输会聚子层TC：Transmission Convergence Sublayer 物理媒体相关子层物理媒体相关子层PM的功能：的功能： 提供与传输媒体有关的机械和电气接口，正确地发送和接纳数据比提供与传输媒体有关的机械和电气接口，正确地发送和接纳数据比特，担任线路编码、比特定时等功能。特，担任线路编码、比特定时等功能。传输会聚子层传输会聚子层TC的功能：的功能：传输帧的产生传输帧的产生/恢复与适配恢复与适配 在发送端

16、要将信元流封装成适宜传输系统要求的帧构造送到在发送端要将信元流封装成适宜传输系统要求的帧构造送到PMD子层，子层，在接纳端那么将在接纳端那么将PMD子层送来的比特流传输帧恢复成信元流；并在子层送来的比特流传输帧恢复成信元流；并在信元流与传输帧转换时完成格式的适配。信元流与传输帧转换时完成格式的适配。1).物理层物理层现代通信网现代通信网信头过失控制信头过失控制HEC:Header Error Control 信元的信头中含有控制选路及其他的重要信息，必需对信头信息信元的信头中含有控制选路及其他的重要信息，必需对信头信息进展过失控制。为此，对信头前个字节作循环冗余校验进展过失控制。为此，对信头前

17、个字节作循环冗余校验CRC。在发送端是按在发送端是按CRC算法生成字节的算法生成字节的HEC码，在接纳端按同样算法进码，在接纳端按同样算法进展检验。展检验。信元定界和扰码信元定界和扰码 信元定界信元定界Cell delineation是用一定的方法来识别信元的边境。是用一定的方法来识别信元的边境。为防止信元的信息段出现伪为防止信元的信息段出现伪HEC码而影响正确的定界，可对信息段进码而影响正确的定界，可对信息段进展扰码展扰码(scrambling)操作，在接纳端再以相反的操作进展解扰操作，在接纳端再以相反的操作进展解扰descrambling。信元速率去耦信元速率去耦 为了使为了使ATM层传送

18、信元的速率不受传输媒体速率的影响，可以在层传送信元的速率不受传输媒体速率的影响，可以在发送端物理层插入空闲信元发送端物理层插入空闲信元idle cell，以将，以将ATM层信元流的速率层信元流的速率适配成传输媒体的速率。适配成传输媒体的速率。 在接纳端，经过特定的预分配信头值，可以识别出空闲信元予以丢在接纳端，经过特定的预分配信头值，可以识别出空闲信元予以丢弃，并不送往弃，并不送往ATM层。层。现代通信网 ATM层的主要功能是担任信元的交换、选路和复用。层的主要功能是担任信元的交换、选路和复用。详细为：详细为：信元的复用与交换信元的复用与交换效力质量保证效力质量保证实现净荷类型有关的功能实现净

19、荷类型有关的功能普通流量控制普通流量控制2). ATM层层现代通信网nATM层层:建立衔接并经过建立衔接并经过ATM网络传送信元网络传送信元;nATM层和传输媒介无关层和传输媒介无关,它给它给ATM信元流建立起信元流建立起一条传送通路一条传送通路,这个通路是建立在虚信道和虚途径这个通路是建立在虚信道和虚途径概念上的。概念上的。 n1虚信道和虚途径。虚信道和虚途径。 n2信头格式。信头格式。 n3VP交换和交换和VC交换。交换。 n4ATM层主要功能。层主要功能。n Cell 头的插入头的插入/挪动挪动n Cell中继中继n复用复用/去复用不同衔接的信元去复用不同衔接的信元现代通信网现代通信网3

20、) ATM 适配层适配层nAAL介于ATM层和高层之间,它是为了使ATM层能顺应不同类型业务的需求而设置的。nAAL不仅支持用户面的高层功能,也支持控制面和管理面的高层功能。 现代通信网1AAL的功能：的功能： 主要功能是将高层业务信息或信令信息适配成主要功能是将高层业务信息或信令信息适配成ATM信元流。它信元流。它是是ATM层与高层运用包括用户面、控制面和管理面之间的适配层与高层运用包括用户面、控制面和管理面之间的适配层，并支持高层与层，并支持高层与ATM层之间的适配：将高层的协议数据单元层之间的适配：将高层的协议数据单元PDU映射到映射到ATM信元的信息段或反之。信元的信息段或反之。AAL

21、实体与对等层的实体与对等层的AAL实体之间要交换信息，以实现实体之间要交换信息，以实现AAL的功能。的功能。2AAL的业务分类：的业务分类： AAL的功能和规程与业务有关，不同的业务需求不同的的功能和规程与业务有关，不同的业务需求不同的AAL规程。规程。为了减少为了减少AAL规程的数量，将业务按照以下个特性进展分类：规程的数量，将业务按照以下个特性进展分类：源与终点之间的定时关系：需求或不需求；源与终点之间的定时关系：需求或不需求；比特率：固定或可变；比特率：固定或可变；衔接方式：面向衔接或无衔接。衔接方式：面向衔接或无衔接。现代通信网nAAL的目的是向运用提供有用的效力，并将它们的目的是向运

22、用提供有用的效力，并将它们与在发送端方将数据分割为信元、在接纳端与在发送端方将数据分割为信元、在接纳端方将信元重新组织为数据的机制隔分开来。方将信元重新组织为数据的机制隔分开来。它按照它按照3个坐标轴来组织效力空间：个坐标轴来组织效力空间： n1、实时效力和非实时效力。、实时效力和非实时效力。2、恒定比特率效力和变化的比特率效力。、恒定比特率效力和变化的比特率效力。3、面向衔接的效力和非衔接的效力。、面向衔接的效力和非衔接的效力。现代通信网现代通信网AAL类型：类型： 为了顺应不同业务类型的需求，为了顺应不同业务类型的需求，ITU-T定义了类定义了类AAL：AAL1、AAL2、 AAL3/4、

23、AAL5。 AAL1规程用于支持类业务。规程用于支持类业务。 AAL2规程用于支持类业务，适用于时延敏感的低速、可变长规程用于支持类业务，适用于时延敏感的低速、可变长度的短分组的传送。度的短分组的传送。 AAL3与与AAL4原来是分开的，后来合并为一类：原来是分开的，后来合并为一类：AAL3/4，用来，用来支持支持C/D两类业务，即包括面向衔接与无衔接的数据业务。两类业务，即包括面向衔接与无衔接的数据业务。 AAL5可以看成是简化的可以看成是简化的AAL3/4，用来支持面向衔接的，用来支持面向衔接的C类业务类业务如帧中继，传送大的数据分组时效率较高，如帧中继，传送大的数据分组时效率较高，ATM

24、网络信令也采网络信令也采用用AAL5。高层：高层： 那么相当于各种业务的运用层或信令的高层处置。那么相当于各种业务的运用层或信令的高层处置。现代通信网SARCSAALPBXAAL = QoS + SARCS：分配不同的效力质量的业务以不同的流量类型：分配不同的效力质量的业务以不同的流量类型SAR：信元：信元 包包现代通信网会聚子层会聚子层nATM适配层的上面部分称为会聚子层适配层的上面部分称为会聚子层(cenvergence sublayer)。n其作用是向运用程序提供一个接口。它又是由两个子部分其作用是向运用程序提供一个接口。它又是由两个子部分组成：组成：n一个是对一切运用程序都通用的公共部

25、分相对于给定的一个是对一切运用程序都通用的公共部分相对于给定的AAL协议，协议，n另一个是与运用程序相关的子部分。另一个是与运用程序相关的子部分。n其中每个部分的作用都是与协议相关的，但是可以包括报其中每个部分的作用都是与协议相关的，但是可以包括报文分帧和错误检测。文分帧和错误检测。现代通信网n在发送端，会聚子层担任接纳来自于运用程序的在发送端，会聚子层担任接纳来自于运用程序的比特流数据或随机长度的报文，并将它们分比特流数据或随机长度的报文，并将它们分为为4448字节的单元以便传输。字节的单元以便传输。n 确切的大小有赖于所用的协议，由于一些协议确切的大小有赖于所用的协议，由于一些协议要占用要占用48字节字节ATM载荷中的一部分作为本人的头。载荷中的一部分作为本人的头。