现代通信网第4章-4ATM交换技术1003

第4章宽带交换技术《交换技术》第4章宽带交换技术ATM交换技术4.1MPLS交换技术4.2软交换技术4.3光交换技术4.44.1ATM交换技术4.1.1ATM的基本概念4.1.2ATM协议参考模型4.1.3ATM交换原理4.1.1ATM基本概念根据ITU-T在I.l13建议的定义：ATM是一种传递模式，在这种模式中，信息被分装成信元（cell）。由于一个通信过程的各信元不需要严格按照一定的规律出现，因此这种传递模式是异步的。AtransferModeinwhichtheinformationisorganizedintocells;itisasynchronousinthesensethattherecurrenceofcellscontaininginformationfromanindividualuserisnotnecessarilyperiodic.ATM的定义ATM的技术特点ATM是一种统计复用技术信元长度固定，便于硬件转发支持多种业务，提供服务质量保证ATM是一种面向连接的传递技术4.1.1ATM基本概念信元：53字节信头：5字节控制信息。如逻辑地址，优先级，信头的纠错检错等。净荷：48字节用户信息，透明地穿过网络。HeaderPayload5Byte48Byte4.1.1ATM基本概念ATM信元格式GeneralFlowControl

一般流量控制VirtualPathIdentifier虚通路标识符VirtualChannelIdentifier虚通路标识符PayloadTypeIdentifier净荷类型标识符CelllossPriority信元丢失等级HeaderErrorControl信头差错控制4.1.1ATM基本概念ATM信元格式VC（VirtualChannel）：虚信道是描述ATM信元传送能力的概念由VCI（VCIdentifier）标识VCC（VCConnection）：由多段VC级联而成VP（VirtualPath）：虚通路一束具有相同端点的VC链路由VPI（VPIdentifier）标识VPC（VPConnection）：由多段VP级联而成。VPC端点是VCI产生、变换和终止的地方。4.1.1ATM基本概念虚信道（VC)与虚通路(VP)在给定的接口上，两个分别属于不同VP的VC可以具有相同的VCI。因此，在接口上必须同时用VPI和VCI才能完全地标识一个VC。4.1.1ATM基本概念虚信道（VC)与虚通路(VP)传输链路虚通路VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虚信道VPC与VCC的关系VCLVCLVCLVCIxVCIyVCIz虚信道连接VCC虚信道级VCC端点VCC端点VPLVPLVPLVPIiVPIjVPIk虚通路连接VPC虚通路级VPC端点VPC端点4.1.1ATM基本概念用户平面提供用户信息的传送；控制平面提供呼叫和连接控制功能，用于信令消息的传送。管理平面具有：（1）面管理—不分层，实现与整个系统有关的管理功能，并完成所有平面之间的协调。（2）层管理—分层结构，实现网络资源和协议参数的管理，处理操作、管理和维护业务流。4.1.2ATM协议参考模型面管理层管理控制面用户面高层高层ATM适配层ATM层物理层物理层：完成信息（比特/信元）传输功能ATM层：完成交换、路由和信元复用/解复用功能ATM适配层（AAL）：将不同类型业务的信息适配成ATM信元，完成适配功能ATM高层：根据不同业务的特点完成高层业务功能4.1.2ATM协议参考模型面管理层管理控制面用户面高层高层ATM适配层ATM层物理层

ATM参考模型和OSI-RM的对应关系：（1）ATM物理层等效于OSI模型的第一层，主要完成比特级的功能。（2）ATM层和OSI模型第二层下边界的功能相适应，完成成幀功能。（3）ATM适配层AAL执行高层的适配，将信令和用户信息转换成固定长度的ATM信元。4.1.2ATM协议参考模型面管理层管理控制面用户面高层高层ATM适配层ATM层物理层用户平面协议栈结构AALATM层物理层ATM层物理层AALATM层物理层ATM层物理层4.1.2ATM协议参考模型控制面协议栈结构UNI信令SAALATM层物理层UNI、NNI信令SAALATM层物理层UNI信令SAALATM层物理层UNI、NNI信令SAALATM层物理层4.1.2ATM协议参考模型4.1.3ATM交换原理VPI/VCI作为逻辑信道标识，只具有本地意义。交换机根据本地转发表更新逻辑地址（VPI/VCI）实现信元交换。4.1.3ATM交换原理输入输出端口VPI/VCI端口VPI/VCI43/1729/35AB1212323434143/1742/556/359/35输入输出端口VPI/VCI端口VPI/VCI19/3546/35输入输出端口VPI/VCI端口VPI/VCI46/35242/55VC交换VP交换VP可单独交换，VP交换时将一条VP上所有的VC链路都转送到另一条VP上去，而这些VC链路的VCI值都保持不变。VP交换较简单，往往只是传输通道中某个等级数字复用线的交叉连接。4.1.3ATM交换原理为什么要进行VP交换？4.1.3ATM交换原理输入输出端口VPI/VCI端口VPI/VCI43/1729/17端点A通过ATM交换机X,Y和Z与端点B建立了一条逻辑连接AB1212323434143/1742/176/179/17输入输出端口VPI/VCI端口VPI/VCI19/1746/17输入输出端口VPI/VCI端口VPI/VCI46/17242/17VP交换4.1.4ATM网络的一般通信过程CONNECTACKCONNECTACKRELEASECOMPLETE

RELEASECOMPLETE连接建立连接释放SETUPSETUPSETUP

CALLPROCEEDINGCALLPROCEEDING

CALLPROCEEDINGCONNECTCONNECTCONNECTCONNECTACKRELEASERELEASERELEASE

RELEASECOMPLETE数据传送阶段第4章宽带交换技术ATM交换技术4.1MPLS交换技术4.2软交换技术4.3光交换技术4.44.2MPLS交换技术4.2.1IP与ATM的互连4.3.2IP交换4.4.3MPLS交换因特网（Internet）采用TCP/IP协议实现网络互连。由于路由器独立的寻址使得网络流量规划和基于QoS的寻址十分困难，几乎不可能。路由表的搜索困难。ATM具有极高的传输速率，支持多种服务质量保障（QoS），适应新的网络发展需求。现网中即有大量的路由器，也有很多的ATM交换机。有必要进行IP与ATM的互连。4.2.1IP与ATM的互连TCP/IP与ATM的区别ATM：面向连接；TCP/IP：面向无连接ATM：支持多种业务服务品质（QoS）TCP/IP：目前只支持最大努力投递.ATM：使用固定长度的VPI/VCI识别信元，选择路径到达目的地.复杂度O（1）TCP/IP：使用变长的IP地址识别分组（最大匹配），选择路由。复杂度O（log2n）4.2.1IP与ATM的互连路由器选路：最大匹配假设：一个目的地址为198.33.45.2的分组到达路由器。路由器中有两表项：目的网络出端口号198.33.0.0/162198.33.45.0/241最大匹配项是第二项，分组将沿1号端口输出因此，路由查表必须查找所有表项，否则不知道是否是最大匹配项。4.2.1IP与ATM的互连选择1:保留ATM完整体系，TCP/IP协议与ATM协议相互转换——叠加模式选择2:丢弃ATM复杂的信令体系，TCP/IP以ATM网络作为传输通道——集成模式网络互通的实现4.2.1IP与ATM的互连叠加模式（OVERLAYMODE）IPOA（IPOVERATM）LANE（LANEmulation)MPOA（Multi-protocoloverATM)集成模式(PEERMODE)IPSwitchingCSR(CellSwitchRouter)TAGSwitchARIS(AggregateRoute-basedIPSwitch)MPLS(Multi-ProtocolLabelSwitching)4.2.1IP与ATM的互连基本思想：IP与ATM各自保持原有的网络结构、协议结构不变，通过在两个不同层次的网络之间进行数据映射、地址映射和控制协议映射来实现IPoverATM。基本思想：ATM交换机直接运行IP路由协议，将ATM层看作IP层的对等层，而不是为其提供服务的下一层，用户终端只需要IP地址标识，网络无需再进行IP地址到ATM地址的解析处理，也不再使用ATM信令进行端到端VC的建立。流驱动模型IPSWITCHINGMPOACSR控制驱动模型TAGSWITCHMPLS

根据交换路径建立方式划分4.2.1IP与ATM的互连4.2MPLS交换技术4.2.1IP与ATM的互连4.2.2IP交换4.2.3MPLS交换IP交换是Ipsilon公司提出的专用于在ATM网络上传送IP分组的技术。它引入了流的概念，IP交换机可以根据流的不同特点，选择使用传统的路由方法转发分组，或建立ATM连接转发分组。IP交换大大地提高了ATM网上IP分组转发的效率，是典型的基于集成方式的多层交换技术。4.2.2IP交换IP交换机基本结构4.2.2IP交换GSMPIFMP流分类与控制路由与转发IP交换控制器GSMPATM交换模块默认VC某个流的专用VCIP交换的工作过程IP交换机同时支持逐跳分组转发和基于流的ATM交换方式，工作过程分为三个阶段：逐跳转发IP分组使用IFMP将业务流从默认VC重定向到一个专用的VC上在新的VC上对流进行第二层交换4.2.2IP交换控制单元ATM交换网络上游节点下游节点缺省数据传输方式VCI=10为数据转发通道信元分组VCI=10VCI=104.2.2IP交换控制单元ATM交换网络上游节点下游节点检测到长流分配专用出口标签（88）“到172.28.33.5的分组不要再沿缺省端口VCI=10走了，我为它开了一个独立通道VCI=88，请将所有到该目的地的分组以VCI=88发给我。”标签重定向请求4.2.2IP交换控制单元ATM交换网络上游节点下游节点报告流标识（入口VCI=77）“到172.28.33.5的分组不要再沿缺省端口VCI=10走了，我为它开了一个独立通道VCI=77，请将所有到该目的地的分组以VCI=77发给我。”4.2.2IP交换标签重定向报告控制单元ATM交换网络上游节点下游节点到172.28.33.5的分组分组被拆成VCI=77的信元信元标签为VCI=88不再处理到172.28.33.5的分组！信元标签交换4.2.2IP交换建立ATM直达路径只支持IP协议，不能桥接或路由其他协议。分组转发效率依赖于具体用户的业务特性，对业务量大、持续期长的用户数据流，效率较高，对大多数持续期短、业务量小、呈突发分布的用户数据流效率不高。4.2.2IP交换IP交换的缺点4.2MPLS交换技术4.2.1IP与ATM的互连4.2.2IP交换4.2.3MPLS交换MPLS是IETF提出的用于解决下一代宽带骨干网带宽管理和业务需求的技术标准。标记交换是指业务分组在网络入口处打上一个短小、长度固定的标记，当分组沿某一路径传输时，路径上的交换节点将根据标记值实现快速高效的第二层交换。4.2.3MPLS交换它提供一种标记的封装方法，使得MPLS节点可交换任何类型网络层分组，同时保持与现有网络的兼容性。标记封装方式取决于具体的数据链路层技术，因此MPLS既可以在现有的ATM、帧中继、Ethernet等上实现，也可以在未来新的网络结构上实现。4.2.3MPLS交换MPLS的多协议体现在？4.2.3MPLS交换从本质上看，MPLS是将第二层交换的高效率与第三层路由的灵活性综合在一起的多层交换技术。4.2.3MPLS交换LERLSRLSRLSRLERLSRLSRLSPIPL5IPL3IPL2IPL1IPIP

MPLS的总体结构IPL4MPLS的基本概念标记是一个短小、定长，且具有局部意义的连接标识符转发等价类，是指具有相同服务需求的分组的集合MPLS标记(Label)FEC(ForwardingEquivalenceClass)LSP(Label-SwitchedPath)LSR(LabelSwitchedRouter)LER(LabelEdgeRouter)LDP(LabelDistributionProtocol)4.2.3MPLS交换标记交换路径，在功能上它等效于一个虚电路标记交换路由器，是一个通用IP交换机，位于MPLS核心网，具有第三层转发和第二层交换功能标记边缘路由器，位于MPLS网的边界，负责基于FEC对IP分组进行分类，并为IP分组加上相应标记，执行第三层功能，决定相应的服务级别和发起LSP的建立请求，并在建立LSP后将业务流转发到MPLS网标记分配协议，是MPLS中LSP的连接建立协议4.2.3MPLS交换LERLSRLSRLSRLERLSRLSRLSPxLSPy、LSPzIP1L4IP2L4IP1L3IP2L3IP1L2IP2L2IP1L1IP2L1IP3L2IP3L3IP3L4IP3L5IP4L3IP4L4IP4L2IP1IP2IP3IP4IP1IP2IP3IP4

FEC-Label与LSP的关系MPLS标记格式4.2.3MPLS交换第二层头部···IP分组LabelExp.BSTTL20bit3bit1bit8bitLabel：20bit。Exp(Experimental)：3bit，用于实验。BS(bottomofstack)：1bit，标记栈指示。TTL(TimeToLive)：8bit，生存时间。ATMFREthernetPPPVPIVCIDLCIShimShimIPPAYLOAD4.2.3MPLS交换MPLS标记格式(1)LSR利用现有IP路由协议获取到目的网络的可达性信息，建立并维护路由表FIB。根据路由表，使用LDP协议建立LIB。

(2)入口LER接收分组，执行第三层的增值服务，并为分组打上标记。

(3)核心LSR基于标记进行标记交换。

(4)出口LER删除标记，转发分组到目的网络。4.2.3MPLS交换MPLS工作过程128.89171.691010（1）根据路由协议建立路由表4.2.3MPLS交换AddressPrefixOUTInterfaceNexthop128.890C171.691DAddressPrefixOUTInterfaceNexthop128.890AddressPrefixOUTInterfaceNexthop128.890B171.691BABCDAddressPrefixOUTInterfaceNexthop171.690128.89171.691010（2）通过标记分配建立转发表4.2.3MPLS交换FECOutLabelOutInterface128.8941171.6951ABCDInLabelInInterfaceOutLabelOutInterface429052712FECInLabelOutInterface128.8990FECInLabelOutInterface171.69700128.89171.691010（3）标记交换过程4.2.3MPLS交换FECOutLabelOutInterface128.8941171.6951ABCDInLabelInInterfaceOutLabelOutInterface429052712FECInLabelOutInterface128.89900128.89.25.4Data4128.89.25.4Data128.89.25.4Data9128.89.25.4Data171.69.25.6Data171.69.25.6Data5171.69.25.6Data7171.69.25.6DataMPLS的信令机制(1)路由信息的交换：使LSR获取目的网络的可达性信息，建立并维护路由表，主要由现有的IP路由协议完成。

(2)标记分配控制：包括标记的分配，LSP的创建，LIB的维护，主要由标记分配协议完成。4.2.3MPLS交换

MPLS的信令机制包含两部分功能：(1)现有路由协议：OSPF、RIP、IS-IS、BGP等，BGP主要用于在MPLS域间确定目的网络的可达性，而IGP主要用于MPLS域内，通过它确定下一跳BGP路由器(该域相应的出口LER)。

(2)扩展路由协议：OSPF-TE、IS-IS-TE可传递约束信息，如连接的容量、利用率、资源类型、优先级、抢占权等属性，路由器可基于约束信息确定下一跳节点地址，支持QoS和流量工程。4.2.3MPLS交换

MPLS的IP路由协议标记分配控制方式：（1）独立方式：各LSR独立决定与相邻LSR交换标记信息，构造自己LIB，LSP创建相对独立。（2）有序方式(Ordered)：标记分配从LSP的一端向另一端顺序进行。如下游标记分配，LSP建立是从出口到入口逆向完成的，每个LSR的入口标记由本地分配，而出口标记由下游分配。4.2.3MPLS交换

MPLS的标记分配控制标记分配的触发：（1）自发下游分配方式DOU(Down-streamUnsolicited)（2）按需下游分配方式DOD(Down-streamonDemand)。4.2.3MPLS交换

MPLS的标记分配控制4.2.3MPLS交换入口LERLSRABLSRCD标记映射(标记值＝5)标记请求(FEC＝171.8/16)出口LER标记请求(FEC＝171.8/16)标记请求(FEC＝171.8/16)标记映射(标记值＝9)标记映射(标记值＝11)下游按需分配标记(DOD)4.2.3MPLS交换

MPLS的LSP建立用户业务流流分类FECLSP第一步标记分配第二步MPLS网络中，创建一条LSP需要经过两步：基于随机事件划分FEC：（1）基于拓扑的方法(Topology-Based)（2）基于流量的方式(Traffic-Based)4.2.3MPLS交换

MPLS的LSP建立FEC的划分：FEC可以根据随机网络事件和确定的网络管理策略划分。基于网管策略划分FEC：（1）流量工程（2）多播业务(3)VPN(4)QoS/CoS4.2.3MPLS交换

MPLS的LSP的建立LSP的建立方式：（1）逐跳路由方式（2）显式/基于约束的路由方式4.2.3MPLS交换

MPLS的LSP的建立入口LER指定LSP经过的节点列表，或基于QoS约束条件建立LSP，这种LSP称为ER-LSP,沿LSP预留的资源可确保业务的QoS。不同业务可基于策略或网管方式建立ER-LSP，因此，可以很好地支持流量工程、CoS等，并且当LSP连接中断时，支持快速重路由路。LSR根据路由表独立地为给定的FEC选择下一跳，在相邻LSR间传递FEC/Label绑定信息，LSP与IP分组转发经过的路径相同。没有流量工程能力，由于MPLS采用下游标记分配，因此LSP的建立是从出口LER到入口LER逆向完成的。（1）QoS/CoS（2）流量工程(3)VPN（4）GMPLS4.2.3MPLS交换

MPLS的应用网络可选择满足特定QoS的路径组网，满足3G、NGN的承载需要。

是根据业务需要分配网络资源的控制过程，MPLS可将通信流量分配到特殊路径和专用资源上以实现负载均衡，提高网络性能和用户服务质量。

用于跨国企业和行业用户在国内外的分支机构间组网。为地理位置分散的客户建立一个安全可靠、性能高效的通信环境。是对MPLS的扩展，具备为通信网各层提供一个基于IP的公共控制平面的能力。在GMPLS中，时隙、虚通道、波长等均可作为标签。如ASON的控制平面。第4章宽带交换技术ATM交换技术4.1MPLS交换技术4.2软交换技术4.3光交换技术4.4下一代交换网：软交换体系下一代移动网：3G/后3G下一代传输网：智能光网络概念：广义NGN软交换IP广义的下一代网络下一代数据网：NGI/IPV6广义NGN指下一代融合网，泛指不同于目前一代，大量采用新技术，以IP为中心，同时支持语音、数据和多媒体业务的融合网络4.3NGN与软交换什么是NGN？所谓下一代网络泛指一个不同于目前一代的，以数据为中心的融合网络。NGN的出现与发展不是革命，而是演进。从业务上看，应支持话音和视频业务及多媒体业务；从网络上看，在垂直方向应包括业务和传送层，在水平方向应覆盖核心网和接入网。4.3NGN与软交换中继媒体网关TDMTDM中继媒体网关软交换分组核心网综合接入设备接入媒体网关应用服务器SS7信令网信令网关概念：狭义NGN狭义NGN指以软交换为控制层，兼容语音网、数据网、视频网三网的开放体系架构4.3NGN与软交换传统程控交换机的局限性体系结构封闭。不支持第三方的业务开发，业务提供受制于设备提供商，新业务提供周期长，无法解决网络融合问题；语音与数据业务兼顾。但数据业务实现能力不强，各自功能的运行、升级等互相牵制；建设成本和维护成本高。扩展性差，网络升级不方便。4.3NGN与软交换从PSTN交换机到软交换设备的演变思路以软交换设备为核心的软交换网络将传统交换机的功能模块分离成独立的网络部件，各部件在地理位置上分离，独立发展，实现业务与呼叫控制分离，呼叫与承载的分离，构成了一个开放的网络架构体系。4.3NGN与软交换计费系统IPATMMGTDMH.248/MGCPH.248/MGCP软交换的开放体系结构电路交换模型呼叫控制SS7

LineCardTrunkCard时分交换TDMTDM计费系统管理系统软交换SS7软交换模型分组网扩展业务MGIPATMTDM管理系统4.3NGN与软交换SSPPSTN交换机的模型系统处理机模块中继模块用户接口模块信令终端交换网络智能网SCP核心是实现业务与交换的分离，其目的是迅速地向用户提供各种新的业务4.3NGN与软交换用户接口模块信令处理模块演变为信令网关，不仅实现七号信令TDM与IP承载方式的转换，而且处理能力更高，容量更大系统处理机模块独立出来，演变为软交换网络中的软交换设备，实现网络的呼叫控制、资源管理、业务提供、SSP等功能应用服务器软交换设备SS7信令网关媒体网关媒体网关媒体网关用户接入网关智能网SCP演变为软交换网络中的应用服务器，为网中用户提供各种语音、数据及多媒体业务媒体网关在软交换网络接入层的位置，负责不同媒体格式之间的转换，与控制层设备配合工作接入网关是软交换业务接入的门户，提供了丰富的接口，配合核心网其它设备控制互通、接入、安全、服务质量等系统处理机模块中继模块信令终端交换网络智能网SCP核心分组传送网在开放的软交换体系架构中，利用各种分组网络构成核心网，取代传统交换机的交换矩阵及交换机之间的传输网络，形成一个无阻塞的高效网络PSTN交换机到软交换设备的演变软交换网络的特点和优势业务与呼叫控制分离，呼叫与承载分离业务真正独立于网络，灵活有效的实现业务的提供业务升级与基础设备无关，不需要升级基础设备,建设成本和维护成本低。提供可扩展的业务平台,支持语音、数据、视频等多种业务，业务投放周期短。提供开放的业务接口给第三方应用做二次开发。地域概念消失，同一软交换系统下的用户可以位于任何一个网络可以到达的地方。4.3NGN与软交换业务与呼叫控制分离、呼叫与承载分离核心传送层业务应用层网络控制层边缘接入层呼叫控制交换TDMPOTS4.3NGN与软交换边缘接入层将各种不同的网络和终端设备接入软交换体系结构。信令网关(SG)：提供七号信令网和分组网之间信令的转换。媒体网关(MG)：将各种终端和接入网络接入核心分组网络，主要用于将一种网络中的媒体格式转换成另一种网络所要求的媒体格式。例如：将话音信号分割成ATM信元或IP包。核心传送边缘接入3GAccessAMGIADBroadbandAccessPSTNTMGSGPLMN分组核心网UMGUMGAMG:接入媒体网关IAD:综合接入设备核心传送层对各种不同的业务和媒体流提供一个高可靠性的、提供QoS保证和大容量的统一的综合传送平台采用分组传送方式，目前比较公认的核心传送网为IP骨干网其他各层如业务层、控制层、接入层都是直接挂接在IP骨干网