第6章 ATM交换技术

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篡汤
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1 第 6 章 ATM 交换技术

2 本章提纲 6.1 ATM 技术介绍 6.2 ATM 基础知识和基本概念 6.3 ATM 协议 6.4 ATM 技术在实际中的应用

3 6.1 ATM 技术介绍 ATM 即异步转移模式 : 综合了传输复用交叉连接和交换的技术 ATM 是快速分组交换技术采用统计复用方式一种结合了电路交换和分组交换的各自优点的技术 ATM 能传送所有类型的业务量 ( 话音数据图像等 )

4 1. ATM 技术简介 5-Bytes Header 48-Bytes Payload 采用 53byte 固定长度的信元 = 5Bytes 信元头 +48Bytes 净荷信元使用连接标识 VPI/VCI 通过 ATM 交换机进行交换, 在通信前必须先建立端到端的虚连接 Contract 建立连接时就定义业务 ( 或连接 ) 的 QoS 属性

5 2. ATM 技术的特点 ATM 交换方式的特点 : 以信元为单位的异步转移模式, 异步意味着来自任意用户的信息信元流不必是周期性的, 便于实现线路带宽的共享和统计复用 ATM 网络能同时传送多种类型的信息, 承载多种通信业务, 并且能够提供 QoS(Quality of Service) 服务信元长度固定, 容易实现硬件交换, 实现高速交换

6 3. ATM 技术的优点 ATM 技术的优点 : 目前唯一实现 QoS 的技术同时支持话音数据图象业务等宽带业务技术成熟, 标准化程度高业界广泛的支持良好的网络互联和互通能力不断演进, 适应不断出现的新业务

7 6.2 ATM 基础知识和基本概念传统交换方式有电路交换和分组交换两种方式 ATM 综合了电路交换和分组交换的优点, 能够给不同用户提供多种速率的服务, 能保证 QoS

8 1. ATM 信元格式 ATM 信元格式可分为 UNI( 用户网络接口 ) 和 NNI( 网络节点接口 ) 两种, 如图所示 ATM 信元由 5 字节信头和 48 字节信息段 ( 净荷 ) 组成发送次序比特发1 送次信头 (5 字节 ) 序5 6 信息段 (48 字节 ) 53.

9 (1)UNI 信元信头格式 UNI 的信头结构 : GFC(Generic Flow Control): 一般流量控制一般流量控制字段 (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比特 GFC VPI 1 VPI VCI 2 VCI 3 VCI PT CLP 4 HEC 5

10 UNI 信头格式 VPI/VCI(Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier): 选路信息 PT(Payload Type): 有 3 个比特, 表示净荷类型 CLP(Cell Loss Priority): 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(Head Error Control): 为 1 个字节, 用于信头差错控制

11 (2)NNI 信头结构 NNI 信头不需要 GFC 字段, 从而使 VPI 扩展为 12 比特其他字段含义与 UNI 信头相同比特 VPI 1 VPI VCI 2 VCI 3 VCI PT CLP 4 HEC 5

12 2. ATM 工作方式 1) 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--Virtual Path) 虚信道 (VC--Virtual Channel )

13 面向连接的工作方式向北京方向 ( 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 = 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 )

14 面向连接的工作方式 2) VPC( 虚通道连接 ) 和 VCC( 虚信道连接 ) VCC(Virtual Channel Connection) 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(Virtual Path Connection) 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 (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 endpoint) 是 VPC 的起点和终点, 是 VCI 产生, 变换或终止的地方

15 VCC 和 VPC 示意图虚信道连接 (VCC) VC 链路 VC 链路 VC 链路 VCI X VCI y VCI Z 虚通道连接 (VPC) VP 链路 VP 链路 VP 链路 VPI X VPI y VPI Z

16 VP 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

17 VC 交换 VC 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

18 ATM 交换示意图用户 A 信元转发采用逐跳转发的方法用户 B ATM 终端设备 ATM 终端设备 UNI 信元 VPI =1 VCI =1 ATM 网络设备 NNI 信元 VPI =26 VCI =44 ATM 网络设备 NNI 信元 VPI =2 VCI =44 UNI 信元 VPI =20 VCI =30 ATM 网络设备 VC 交换 VP 交换 VC 交换一般情况下 : VP 交换只改变 VPI 的值不改变 VCI 的值 VC 交换既改变 VPI 的值又改变 VCI 的值

19 ATM 虚连接类型 ATM 虚连接建立的方式有两种方式 : 永久虚连接 (PVC:Permanent Virtual Connection) 交换虚连接 (SVC:Switching Virtual Connection) PVC 是由管理面控制建立的永久和半永久连接, 用户在传送信息前不需要建立过程 SVC 是由信令控制建立的连接, 用户在传送信息前要建立连接, 信息传送完毕则拆除虚连接 VPC 和 VCC 都可有 PVC 和 SVC 的虚连接

20 3.ATM 信元的交换过程 ATM 网络设备用户 B ATM 终端设备信元和用户数据的互相转化 UNI VPI=2 VCI=37 Port 1 Port 2 ATM 交换 Port VPI VCI NNI VPI=1 VCI=51 ATM 网络设备 Port 1 ATM 交换用户 A ATM 终端设备信元和用户数据的互相转化 UNI VPI=3 VCI=39 Port 2 Port VPI VCI

21 6.3 ATM 协议 ATM 协议栈为 4 层结构, 如图所示呼叫连接与控制用户信息传输流量控制和差错恢复用户业务和信令控制平面高层面管理层管理用户平面高层分别管理各层协议实体中的资源和参数上层信息与 ATM 信元间的转换 ATM 适配层 (SAAL) ATM 适配层 (AAL) 信元交换和复用解复用帧结构物理介质 ATM 层物理层处理各层间协调, 无分层结构

22 1. ATM 层次模型与 OSI 模型对应图 ATM 参考模型 OSI 七层协议高层 7 应用层执行高层所需服务高层协议数据包和信元净荷间的相互转化 CS SAR AAL 6 表示层层管流量控制信头产生和提取 VPI/VCI 转换信元复用和分路 ATM 5 会话层 4 传输层理信元率解耦 HEC 产生 / 验证信元定界传输帧适配传输帧传输 / 恢复 TC PHY 3 网络层 2 数据链路层比特定时网络介质 PMD 1 物理层

23 (1)ATM 物理层 2 个子层 : ATM 适配层 ATM 层物理层传输汇聚子层 (TC) 传输帧的产生恢复与适配信头差错控制信元定界和扰码信元速率去耦物理媒体相关子层 (PMD) 线路编码比特定时物理媒介

24 (2)ATM 层 ATM 适配层 ATM 层物理层信元交换服务质量保证信元头的插入 / 移动净荷类型的有关功能复用 / 去复用不同连接的信元

25 (3)ATM 适配层 ATM 适配层 ATM 层执行高层所需的服务高层协议数据单元和 ATM 信元净荷的相互转化物理层

26 ATM 适配层 (AAL) 功能示意图 ATM 适配层功能示意图 : Constant Bit Rate Data Bursts Variable Bit Rate AAL SDU ATM Payload ATM Cell Multiplexing 利用 ATM 网络的数据传送和交换能力, 为各类电信业务提供服务

27 2. ATM 适配层功能 ATM 层的业务可分为以下几种类型 : CBR(Constant bit rate) 不变比特率 VBR-RT(Variable bit rate-real time) 实时可变比特率 VBR-NRT(VBR-nonreal time) 非实时可变比特率 UBR(Unspecified bit rate) 未指定比特率 ABR(Available bit rate) 可用比特率

28 AAL 层的功能 AAL 的功能和规程与业务有关, 不同的业务需要不同的 AAL 规程为了减少 AAL 规程的数量, 将业务按照以下 3 个特性进行分类 : 1 源与终点之间的定时关系 : 需要或不需要 ; 2 比特率 : 固定或可变 ; 3 连接方式 : 面向连接或无连接将不同业务分成 A B C D 四类, 通过 AAL 层提供不同的适配, 如表所示业务 A 类 B 类 C 类 D 类比特率固定可变可变可变信源信宿定时关系需要需要不需要不需要连接方式面向连接面向连接面向连接无连接适配 AAL1 AAL2 AAL3/4 AAL5

29 6.4 ATM 技术在实际中的应用 ATM 技术在通信系统中得到广泛应用例如,AAL 层有 5 种适配方式, 用于承载不同类型的数据业务在 CDMA 1X 的 BSC 系统中, 语音业务使用 AAL2 承载, 其他业务和信令使用 AAL5 承载 CDMA1X 中业务如下 : Variable bit rate-real time VBR-RT 实时可变比特率 AAL2 适配 CDMA 1X 系统中话音业务数据为此类业务 VBR-nonreal time VBR-NRT 非实时可变比特率 AAL5 适配 CDMA 1X 系统中其他业务为此类业务, 包括信令和数据业务

30 ATM 技术在 CDMA1X 中的应用 BTS 基带框业务 / 带内信令 :AAL2 维护 / 带外信令 :AAL5 Abis 接口带内信令 / 业务 :AAL2 带外信令 / 维护 :AAL5 IPOA 如果使用多条 E1, 可采用 IMA 组方式传送 ATM 信元 BTS 光纤或多条 E1 线基本处理模块 BM 光纤 GPS/Glonass 双模接收机 BSC 内部语音业务 :AAL2 信令 / 数据业务 :AAL5 维护 :AAL5 IPOA 资源管理模块 RM 后台维护管模块 BAM 光纤网线交换模块光纤数据业务模块 PM 光纤语音业务处理模块 TC BSC 连接 MSC 连接 PDSN

Chapter #

Chapter # 第三章 TCP/IP 协议栈本章目标通过本章的学习, 您应该掌握以下内容 : 掌握 TCP/IP 分层模型掌握 IP 协议原理理解 OSI 和 TCP/IP 模型的区别和联系 TCP/IP 介绍主机主机 Internet TCP/IP 早期的协议族全球范围 TCP/IP 协议栈 7 6 5 4 3 应用层表示层会话层传输层网络层应用层主机到主机层 Internet 层 2 1 数据链路层