第七章 ATM交换技术n一、概述n二、 ATM交换的基本原理n三、ATM交换机的模块结构n四、ATM信元交换机构n五、输入和输出模块n六、ATM交换的呼叫和连接控制1现代交换WXY一、概述n1. 产生原因：n需要找出两全的办法，既能达到网络资源的充分利用，又能使各种通信业务获得高质量的传送水平。2现代交换WXY一、概述n2. ATM传送模式：n如P164图71所示，它本质上是一种高速分组传送模式。它将话音、数据及图像等所有的数字信息分解成长度固定(48字节)的数据块，并在各数据块前装配地址、丢失优先级、流量控制、差错控制(HEC)信息等构成的信元头(5字节)，形成53字节的完整信元。采用异步时分复用的方式将来自不同信息源的信元汇集到一起，并根据信头中的地址标志来选择信元的输出端口转移信元。3现代交换WXY4现代交换WXY一、概述n3. ATM信元结构（P166图7.3）nATM由53个固定长度据块组成。其中前5个字节是信头，后48个字节是与用户数据相关的信息段。 5现代交换WXY6现代交换WXY一、概述nGFC：一般流量控制。nVPI、VCI：路由信息。nPTI：净负荷类型。nCLP：信元丢弃优先权。nHEC：信头差错控制码。7现代交换WXY一、概述n4. BISDN模型（基于ATM的网络） nBISDN模型是参考OSI参考模型和ISDN标准建立的。nBISDN模型包括三个平面： 用户平面(U平面)：负责提供用户信息传送、流量控制和恢复(Recovery)操作。 控制平面(C平面)：负责建立网络连接和管理连接,以及连接的释放;使用永久虚电路(PVC)时不需要控制平面。 管理平面(M平面)有两个功能:平面管理和层管理。平面管理没有分层结构,它负责所有平面的协调。层管理负责各层中的实体,并执行运营、监控和维护(OAM)功能 。8现代交换WXY9现代交换WXY10现代交换WXY11现代交换WXY一、概述n4.1ATM物理层n物理层利用通信线路的比特流传送功能实现传送ATM信元的功能。n物理层(PL)包含两个子层：物理媒体子层(PM)和传输会聚子层(TC)。 PM的功能依赖于传输媒体的外部特性(单模光纤、微波，等等)。TC负责会聚物理层操作，它不依赖于媒体。12现代交换WXY一、概述n4.2ATM层nATM层利用物理层提供的信元传送功能，向外部提供传送ATM业务数据单元的功能。ATM层是与物理层相互独立的，具有四种主要功能：n信元复用和解复用nVPIVCI处理 n信头处理n一般流量控制13现代交换WXY一、概述n4.3ATM适配层 AALn增强ATM所提供的服务，并向高层提供各种不同的服务。n将用户的应用数据单元ADU/信元进行划分和重装。n对比特差错进行监控和处理。n处理丢失和错误交付的信元。n流量控制和定时控制。14现代交换WXY一、概述nC平面是ATM适配层的信令层(SAAL)。SAAL支持在任意两个运行ATM交换式虚呼叫(ATM SVC)的机器之间传送Q.2931信令消息。SAAL包括三个子层：AAL公共部分(AAL CP)负责利用C平面过程检测经任意接口传输所受到污损的业务。业务指定的面向连接的部分(SSCOP)提供变长业务通过该接口进行传送的能力，并且从出错的或丢失了若干数据单元的业务中恢复信息。业务指定的协调功能(SSCF)提供到下一更高层即Q.2931的接口。15现代交换WXY一、概述n电信业务分类:n根据恒定比特率或变比特率业务；连接型或非连接型；通信双方时钟同步或不同步；划分为四类业务：nA类业务: 语音和普通图像。nB类业务: 经压缩的分组化图像。nC类业务: 分组交换网中的虚电路业务。nD类业务: 分组交换网中的数据报业务。16现代交换WXY17现代交换WXY一、概述n目前已经定义了5种不同的AAL层规程，分别提供不同的通信能力：nAAL1提供业务类型A使用的通信能力；nAAL2提供业务类型B使用的通信能力 ；nAAL3/4它提供业务类型C使用的通信能力；nAAL5另一种提供业务类型C使用的通信能力的AAL协议。它比AAL3/4更简单并更适合用于传送大的数据分组。nAAL0对于不使用任何一种AAL协议，直接利用ATM层能力的情况。18现代交换WXY一、概述n5. ATM信元传送处理原则n误码处理：在传送ATM信元的系统中,通过对信头部分信头部分的HEC进行检验可以纠正信头中的一位错码和发现多位错码。对于HEC已检验出信头有错而无法纠正时则丢弃该信元 。19现代交换WXY一、概述n信元定界方法：由于在ATM信元间没有使用特别的分割符,信元的定界借助于HEC字节实现. 20现代交换WXY一、概述n信道填充：n对于一条以恒定速率传送ATM信元的信道，若在它的发送端上没有其他信元传送时，则应向信道送出空闲信元.在信道的接收端，应把收到的空闲信元丢掉，对其信息域也不做任何处理.n上述方法使得（1）信道上永远处于信元传送状态.（2）信道上时间被等分为一系列小段，每个小段传送一个信元. 21现代交换WXY一、概述n采用面向连接的方式工作.n“面向连接”指的是用户的通信是经过一个由系统分配给自己的虚电路来进行，这个虚电路可能是这个用户长期占用的(专用电路)或者是用户在进行通信前临时申请的(临时电路)虚电路.22现代交换WXY一、概述n两个等级的虚电路VP连接、VC连接：n在一个物理通道中可以包含一定数量的虚通路（VP），虚通路的数量由信头中的VPI值决定.而在一条虚通路中可以包含一定数量的虚信道(VC）并且虚信道的数目由信头中的VCI值决定.nATM信元的交换既可以在VP级进行，也可以在VC级进行.23现代交换WXY24现代交换WXY一、概述n在一条通信线路上具有相同相同VPIVPI的信元的信元所占有的子通路叫做一个一个VPVP链路链路.多个VP链路可以通过VP交叉连接设备或VP交换设备串联起来.多多个串联的个串联的VPVP链路构成一个链路构成一个VPVP连接连接(VPC)(VPC).nVPC中传送的具有相同相同VCIVCI的信元的信元所占有的子信道叫做一个一个VCVC链路链路.多个VC链路可以通过VC交叉连接设备或VC交换设备串联起来.多个串联多个串联的的VCVC链路构成一个链路构成一个VCVC连接连接(VCC)(VCC).25现代交换WXY二、ATM交换的基本原理n1. ATM交换的基本原理：nATM网从概念上讲是分组交换网。每一个ATM信元在网中独立传输。ATM网又是面向连接的通信网，端到端接续是在网络通信开始以前建立。26现代交换WXY二、ATM交换的基本原理n交换节点的接续功能:n对于每一个接续，它指配唯一用于输入和输出线路的接续识别符，即VPI/VCI交换:n它在交换节点上建立路由选择表，提供每一接续的输入和输出接续识别符间的关联。nATM交换：指ATM信元从输入的逻辑信道到输出端的逻辑信道的消息传递。27现代交换WXY二、ATM交换的基本原理n2. 举例：（P176图7.12）28现代交换WXY29现代交换WXY二、 ATM交换的基本原理n3. ATM交换机需要实现的基本功能：n路由选择路由选择n信头翻译信头翻译。n排队排队。30现代交换WXY三、 ATM交换机模块结构（P177图7.13）31现代交换WXY三、ATM交换机的模块结构n输入模块IM:终接输入的信号，提取ATM信元。n输出模块OM:为ATM信元流的物理传输作准备。n交换机构CSF:把用户业务信元通过自律选路从输入模块转送到输出模块。n接续许可控制CAC:处理和翻译信令信息，并决定是否容许接续。n系统管理SM:执行一切管理和通信控制功能，以确保交换系统的正确和有效操作32现代交换WXY四、ATM信元交换机构n1. 共享存储型交换结构n1.1原理：（ P179图7.14 ）33现代交换WXY四、ATM信元交换机构n共享存储器ATM交换结构的核心是一个RAM。各个输入端口的信元流复接成一条高速信元流，然后写入RAM之中。对应每个输出端口，在RAM中都有一个队列。因此，输入信元写入RAM时，是根据信元中的VPIVCI来写入其队列的。34现代交换WXY四、ATM信元交换机构n1.2 注意点：n这种交换结构的性能，受下列因素的限制：n(1)处理时间：一个控制中心-在一个信元传输的时间内(在155520Mbs时约为282s)要对N个入口中的信元进行判断。n(2)RAM读写时间：一个信元传输的时间内内对RAM进行N次写操作和N次读操作。如对于3232、端口速率为155520Mbs的共享存储器交换结构，存储器的访问周期必须为1ns。n( 3 )存储器容量：存储器容量设计应使信元的丢失率不超过用户能容忍的丢失率的上限。35现代交换WXY四、ATM信元交换机构n2. 共享媒体型交换结构：n2.1原理：（ P181图7.18 ）36现代交换WXY四、ATM信元交换机构n在共享媒体ATM交换结构中，各个输入端口的信元被同步地分时复接到一组高速媒体上如时分复用总线等。每个输出端口也与这组高速媒体相连，输出端口利用地址过滤器(AF)将发往本端口的信元接收下来。n2.2 注意点：n这种交换结构的吞吐量受时分总线和FIFO容量的限制。n总线的速度为各端口速度的N倍。n各输出端口设置缓冲区。对缓存器容量的要求较高n各缓冲区的写入速度为各端口速度的N倍。37现代交换WXY四、ATM信元交换机构n3. 空分交换结构：n实现不同的入/出线之间的交换。n3.1选路方式:n利用选路标识自选路由（BANYAN网络）n使用路由选择表n3.2具体实现方式：n简单空分接线器n多级互联网络38现代交换WXY五、输入和输出模块n1. 输入模块：n1.1功能结构： （ P185图7.24 ）39现代交换WXY五、输入和输出模块n1.2 SDH功能 (适配物理层传送规范的统称)n光电转换、线路解码、比特定时恢复。n1.3 信元定界和HEC功能n信元定界、信头校验、丢弃坏/空信元n1.4 UPC/NPC 占用参数控制/网络参数控制-从集中式或分散式的接续容许控制中接收关于VPC和VCC以及业务流量的信息， n它由UPCNPC数据库、信头内容检查、 UPCNPC机制、业务流量配置模块、信头差错计数和非一致性信元计数等六部分组成。40现代交换WXY五、输入和输出模块n1.5 信元处理功能nVPVC(虚通路虚信道)数据库、信令信元筛选、管理信元筛选和信头标识翻译。n1.6 输入模块接续允许控制IM-CAC功能n处理和翻译信令信息，决定是否允许接入。n虚电路的接续建立、更改和终止。n1.7 输入模块系统管理 IM-SMn性能管理、故障管理、配置管理、安全管理、计费管理、业务流量管理等。41现代交换WXY五、输入和输出模块n2. 输出模块n2.1功能结构： （ P185图7.24 ）42现代交换WXY五、输入和输出模块n2.2传输汇聚子层: n信头差错控制域 HEC 产生n信元编码n将ATM信元装入SDH信息帧: 信元映射和信元速率匹配 (插入空闲信元VPI=0,VCI=0)n2.3SDH功能模块n负责SDH信息帧在光纤链路上的传输。43现代交换WXY五、输入和输出模块n2.4ATM层信元处理功能nVPI/VCI值的插入: 利用VP/VC数据库。n信令信元和管理信元的插入: 三种信元混合输出。n内部标识符的提取和处理:n路由信息:输出端口、信元延迟、信元丢失等。n信头标识翻译功能: 信元信息差错检查及时间戳等。n2.5输出模块接续允许控制OM-CAC: n2.6输出模块系统管理OM-SM:44现代交换WXY六、ATM交换的呼叫和连接控制n1. 接续许可控制CAC模块功能：n处理和翻译信令信息，并决定是否容许接续。n高层信令协议。n信令信元的产生或翻译。n信令网络接口。nVPCVCC交换资源的分配。nVPCVCC容许或拒绝。nUPCNPC参数的产生。45现代交换WXY六、ATM交换的呼叫和连接控制n2. 实现方式：n集中控制方式和分布控制方式n3. 采用面向连接的工作方式：nPVC和SVCn4.完整的呼叫过程举例： n（ P196图7.36 ，P197图7.37 ）46现代交换WXY47现代交换WXY48现代交换WXY作业：nP201：n1，2，7，9，11，12，13；49现代交换WXY