现代交换原理与通信网技术：7 ip交换技术

第七章ATM与IP交换技术17.1ATM异步传送方式异步转移模式ATM,AsynchronousTransferMode一种能够提供QoS保证的分组交换技术——面向连接的快速分组交换.异步转移模式(ATM)术语中的“转移”，是从“Transfer”翻译过来的，包含传输(Transmission)和交换(Switching)两个方面，所以信息转移模式意指信息在网络中的传输和交换的方式。所谓“异步”是相对“同步”而言，指链路的传输及结点的交换都是基于异步时分复用技术2传统分组交换是20世纪60年代末至70年代初设计的。当时所用的传输媒质主要是铜线，传输速率低，传输误码率高，网络性能的瓶颈是传输链路。基于软件实现的分组交换机是当时的设计趋势。经过多年的发展，主要传输媒质已变成光纤。网络性能的瓶颈不再是传输链路，而是结点交换机。这就驱使人们去研究快速分组交换技术。具体的实现快速分组交换的技术措施有：（1）简化协议，取消链路层差错和流量控制。（2）采用基于硬件实现的设计和并行处理。（3）采用固定长度的小分组（Mini-packet）。（4）采用面向连接的分组交换方式。3在无连接分组交换过程中，每个分组都要有完整的目的地址，分组到达交换结点时，交换机要根据分组的目的地址计算或查找路由表，获得下一结点的地址，然后将分组转发到相应的输出端口。采用面向连接方式，在用户信息传送之前，先建立端到端的虚通路连接，在连接建立阶段实现复杂的路由计算功能，路由在连接建立阶段已经确定。在连接建立阶段，实现带宽等资源的分配，通过连接接纳控制可限制进网的业务量，因而可提供QoS保证。对于话音、视频和批数据的传送，面向连接的交换方式是很适合的。4ATM与B-ISDN的产生和发展1983年，美国贝尔实验室的TurnerJ.等人提出了快速分组交换（FPS－FastPacketSwitching）原理，研制了原型机。同年，法国CoudreuseJ.P.提出了ATD交换概念，并在法国电信研究中心（CNET）研制了演示模型。

FPS和ATD概念提出以后，很多设备制造公司、邮电管理部门和标准化组织表示了强烈的兴趣，进行了深入的研究。80年代中期，CCITT也开始了这种新的传送模式的研究。1988年，CCITT18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。1990年，CCITT18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。51994年投入运营的美国北卡罗来纳信息高速公路，是美国第一个在州的范围内的公用ATM宽带网。在欧洲由法国、德国、英国、意大利和西班牙等国发起的泛欧ATM宽带试验网，于1994年11月开始运行，后来扩大到欧洲的十多个国家，是覆盖面较广的ATM试验网在亚洲的日本NTT与邮政省、香港电讯、新加坡电信、韩国电信、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TCP／IP的宽带数据、VOD、会议电视。试验的应用系统大致有家庭购物、远程医疗、远程教学等。

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4）公用网的ATM交换系统公用网ATM骨干交换系统必须具有高吞吐量和可扩展性，吞吐量通常为40~160G。应能支持各种接口、业务和连接类型，并具有保证服务质量（Qos）的业务流控制功能。

富士通FETEX-150、爱立信的AXD301、西门子的MainStreetXpress、AT&T的GlobeView2000、阿尔卡特的1000AX、北电的MagellanConcorde等。

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5）研究热点

ATM交换结构ATM网的业务流控制话音通过ATM（VOA）IP与ATM的融合ATM与智能网（IN）的结合光ATM交换

87.2ATM基本原理ATM主要由四个特点：

（1）固定长度的信元并简化了信头结构（2）采用异步时分复用方式（3）面向连接的工作方式（4）标准化的ATM协议97.2.1ATM信元及其结构

1）信元结构

信元由5字节信头和48字节信息段（净荷）组成。发送次序87654321比特1…56……………….53发送次序信头（5字节）信息段（48字节）10GFC（GenericFlowControl）：

一般流量控制字段（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，需要控制流向网络的流量，以避免网络的短期过载。GFC比特87654321VPIVPIVCIVCIVCIPTHECCLP123452）UNI的信头结构：11VPI/VCI（VirtualPathIdentifier/VirtualChannelIdentifier）：

选路信息。PT（PayloadType）：

有3个比特，表示净荷类型。CLP（CellLossPriority）：

表示信元丢失优先级，只有一个比特，CLP=0，表示高优先级；CLP=1,表示低优先级，若遇到拥塞要丢弃信元时，CLP=1的信元将首先丢弃。HEC（HeadErrorControl）：

为1个字节，用于信头差错控制。127.2.2异步时分复用技术

STD（SynchronousTimeDivision）：

通过时间位置来区别每一个逻辑信道ATD（AsynchronousTimeDivision）：通过标记来区别每一个逻辑信道131）虚通道与虚信道：

ATM传输通道可分割成若干个逻辑子信道，为便于应用和管理，逻辑子信道可按两个等级来划分：虚通道（VP--VirtualPath）虚信道（VC--VirtualChannel）7.2.3面向连接的工作方式

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一条物理链路包含多条VP（链路），每一VP(链路)又包含许多VC(链路)。VPI相同，VCI不同，标识不同的VC；VPI不同，VCI相同，也代表不同的VC。所以用VPI+VCI作为VC（链路）的标识符。

VC链路、VP链路与物理链路的关系

1515向北京方向（用VPI=1标识）的3个通信，两个是数据通信，一个是电话通信（分别用VCI=4、5、6标识）向广州方向（用VPI=2标识）的2个通信，一个是视频通信，一个是电话通信（分别用VCI=5、6标识）16最简单的方法就是使所有的VCI只在每一段物理链路上具有唯一的值。信元在一条虚通路上传送时，每经过一段链路，VCI值都可以改变。下图给出了一个简单的例子，设从端点A到端点B经过ATM交换机X、Y和Z

。

信元VCI分配方法AB431212341234417出VCI235交换机X交换机Y交换机Z3517352655ATM网络入端口入VCI出端口435出VCI326入端口入VCI出端口426出VCI255入端口入VCI出端口

1717通过上例可以看出：在每一个交换机中有一个VCI转换表，其中至少要有4个参数，即入端口号、入VCI值，出端口号以及出VCI值。VCI转换表中存放的是已经建立的虚通路的路由选择信息。

VCI转换表上述VCI值的分配和转换方法有两个好处。第一使网络具有良好的可扩展性(Scalability)，因为给某一条虚链路分配一个VCI值并不需要网络的全局信息。第二使VCI值只具有局部意义，可大大增加全网可供分配的VCI值的数目。

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每一条虚通路都要占据VCI转换表的一行，当建立的虚连接较多，并且不断地建立和释放时，对交换机的内存和处理机来说都是相当大的负担。这是需要解决的又一个问题。解决上述问题可借用公共电话网中采用的方法。电话网采用汇接交换机对群路进行交换。当交换机以群路为单位进行交换时，就比以单个话路为单位的交换减少很多的处理开销。

ATM采用虚通道VP，一个虚通道VP包括许多个虚通路VC，而每一个虚通道具有一个唯一的虚通道标识符VPI(这里VP相当于群路,而VC相当于话路)。虚通道标识符VPI

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20ATM交换网络的结构及基本原理ATM交换机由内部交换网络、输入输出接口和交换控制器三大部分组成。下图示出这三大部分及它们之间的相互关系。交换网络是交换机的核心，其主要功能是中继转发。输入输出接口包括UNI、NNI两种接口。交换控制器主要完成信令适配层和信令高层的功能，包括信令的收发和处理，实现连接控制。20ATM交换机的基本工作过程ATM交换机的工作过程：（1）从输入端口接收、提取有效信元、识别信元标头；（2）根据信元的VPI/VCI值查找路由表(见右表)，得到信元的输出端口号、新的VPI/VCI值及表中的其它内容，形成交换机内部信元(格式如右图)；（3）根据内部信元路由标签Tag，将信元转移到相应的输出端口；（4）在输出端口删除Tag，更换信元标头，然后发送到输出链路上。212）VPC（虚通道连接）和VCC（虚信道连接）

VCC（VirtualChannelConnection）是VCC端点之间的VC级端到端的连接，由多条VC链路串接而成，VCI（虚信道标识）用来识别一条VC。VPC（VirtualPathConnection）是VPC端点之间的VP级端到端的连接，由多条VP链路串接而成，VPI（虚通道标识）用来识别一条VP。VCC端点（VCCEndpoint）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（VPCendpoint）是VPC的起点和终点，是VCI产生，变换或终止的地方。22虚信道连接（VCC）虚通道连接（VPC）VC链路VC链路VC链路VCIXVCIyVCIZVP链路VP链路VP链路VPIXVPIyVPIZ233）VP交换和VC交换

VP交换是指仅变换VPI值而不改变VCI值的交换，即只进行虚通道的交换，虚通道里面的虚信道并不进行交换。24VC交换是指VPI值与VCI值都要进行改变的交换。因为虚信道是按照虚通道来划分的，当虚信道交换时，其所属的虚通道也要进行交换，即虚通道和虚信道都要进行交换。25ATM连接的建立过程。在源ATM端点与目的ATM端点进行通信前的连接建立过程，实际上就是在这两个端点间的各段传输通道上，找寻空闲VC链路和VP链路，分配VCI与VPI，建立相应VCC与V