第6章 ATM交换技术

第 6 章 ATM 交换技术

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

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 )

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

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

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

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

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 8 7 6 5 4 3 2 1 比特发1 送次信头 (5 字节 ) 序5 6 信息段 (48 字节 ) 53.

(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 8 7 6 5 4 3 2 1 GFC VPI 1 VPI VCI 2 VCI 3 VCI PT CLP 4 HEC 5

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

(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 8 7 6 5 4 3 2 1 VPI 1 VPI VCI 2 VCI 3 VCI PT CLP 4 HEC 5

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 )

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 = 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 )

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

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

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

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

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

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

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 1 2 37 2 1 51 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 1 1 51 2 3 39

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

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

(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

(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

(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

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

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

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

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

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