工学]程控交换北邮08年第10章 ATM交换ppt

  * （1）信元丢失/信元误插入率 在ATM交换机中，有极大几率会出现短暂时间内许多信元争用同一链路的情况（该链路可以是交换机内部的，也可以是外部的），结果导致交换机队列存储区出现信元同时争夺该队列的情况，所以可能会产生信元丢失。 在发生信元丢失的同时，有极大几率会出现交换机内部路由选择出错，这些信元将被送到其它逻辑连接上。 信元误插入率一般比信元丢失低10-3左右 服务的品质 * （2）交换时延 交换机完成ATM信元交换的时延，在信息端到端传输时延中占有极大比重（由于光的传播速度，信元在信道中传输时延是有限的，网络内部延时主要发生在交换机内部的交换延时），这就要求交换单元在路由选择、信元缓冲上采取优良的算法和实施技术。 服务的品质 * （3）连接阻塞 在ATM网络中，通信双方采用面向连接方式，也就是通信开始前需进行连接通道的建立，找到逻辑连接。 当ATM交换机的入线和出线之间只有少数的资源保证现有和新的连接服务的品质时，系统就会发生连接阻塞。 服务的品质 * ATM交换网络的实现技术 ATM交换的基础原理 根据信元头部中的信息VCI/VPI，把信元分配给相应的出线上。 经过交换后的信元的VCI/VPI变换成下一次交换的新值。 * ATM交换的控制 路由控制 连接允许控制 使用参数控制 整形 信元丢失和优先级控制 拥塞控制 ATM交换网络的实现技术 * ATM交换结构 时分 空分 共享存储器 共享媒体 单通路 多通路 总线型 环型 基于crossbar 基于banyan 扩展banyan 复份banyan Benes Clos 缓冲型 无缓冲型 矩阵型 全互连型 ATM交换结构类型 ATM交换结构 * 共享媒体： 将所有输入线上到达的信元同步地复用到公共的传送媒体上（总线或环）。 FIFO FIFO FIFO AF AF AF 1 2 N 1 2 N … … TD-BUS TD-BUS：时分总线 AF：地址过滤器 FIFO：先进先出存储器 共享总线结构 * 空分交换网络--全互连网 ATM交换结构 总线+矩阵 纵横棒 * B-ISDN协议的层次化结构 用户平面：用户通过通信网来传送用户个人信息的协议 控制平面:提供呼叫和逻辑连接的控制功能 管理平面:提供面管理和层管理两种管理功能 面管理:实现与总系统有关的管理功能,完成各个面之间的协调功能 层管理:实现网络资源和协议参数的管理,并处理各层内的OAM * B-ISDN协议的层次化结构 用户面：用户通过通信网来传送用户个人信息的协议 物理层：物理传输媒体 ATM层：处理对于所有业务共用的信元传送 ATM适配层：处理各种业务专有的上位层功能的追加和变更 上位层 上位层 ATM适配 层（AAL） ATM适配 层（AAL） ATM层 物理层 Asynchronous Transfer Mode 控制面 用户面 管理面 层管理 面管理 ATM 交换的分层技术 * ATM物理层 在实现ATM网中实现信元的无差错传输 基本功能(UNI) 物理层 传输汇聚子层 (TC) 传输帧的生成与恢复 信元速率匹配 信元定界 信元差错校正 物理媒体相关子层 (PMD) 比特同步 物理媒体 * ATM物理层 物理媒体相关子层 提供与传输媒体有关的接口特性，正确收、发比特流，完成线路编码、比特定时等。 物理媒体有：光纤、同轴电缆、双绞线等 ITU-T在UNI的SB/TB参考接点规定了155.520Mbit/s和622.080Mbit/s速率，具有两种接口方式： SDH接口方式 ATM信元要嵌入到SDH帧结构中，信元实际传输速率为149.760Mbit/s和599.040Mbit/s 纯信元接口 无帧结构，传送的是连续的信元流，不含任何与时间有关的周期性帧定位信号。 * ATM物理层 传输会聚子层 将PMD子层送来的光/电比特流恢复成信元，并把它传送到ATM层处理，或进行相反操作。 1、传输帧的生成/恢复 基于SDH接口: 常用于WAN STM-1：155.520mbit/s STM-4: 622.080Mbit/s 基于纯信元接口:常用于LAN和MAN 采用无帧结构传输信元的方式. * ATM物理层 SDH STM-1 帧结构 SOH POH Payload AU SOH 9字节 1字节 260字节 9行 SOH（Section Overhead): 段开销，用于帧同步、差错检验和维护； POH（Path Overhead): 通道开销 AU PTR: 管理单元指针 净负荷为2340字节，不是信元53字节的整数倍，在最后一个信元的部分信息将归入下一个帧内发送 * 物理层信元 ATM信元 …… ATM信元 物理层信元 OAM信元用特定码型 告警信号、检错码 53字节 最小26个信元 512个信元中至少插入一个物理层信元；27个中最多一个 ATM物理层 基于纯信元接口 * ATM物理层__传输会聚子层 2、信元速率适配 从ATM层获得的信元速率可能与线路的传输容量不一致,为了填补ATM信元之间的间隙,TC子层会产生空信元加以填补. 123456 ~ 53 空信元格式 SOH …… …… 光纤/同轴电缆 ATM cell 空cell …… * ATM物理层__传输会聚子层 3、信元定界 指从接收到的比特流中判断各个信元的起始位置 ITU-T建议利用信元头差错控制HEC(Header Error Contrl)功能的循环冗余码比特实现信元定界. 信元定界转移图 搜索状态 预同步状态 同步状态 HEC正常 HEC出错 连续n次检测HEC (n+1级后向保护) HEC连续m次出错 (m级前向保护) * ATM物理层__传输会聚子层 4、信元差错校正 ATM中只对信元头部加以检验 信元头差错控制HEC的生成 GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC 信息字段（48x8） CRC运算 生成多项式为: G(X)=X8+X2+X+1 即二进制常数序列: 100000111 8位余数2加 HEC 发送端 接收端 接收到的比特流中的某个字节与模2加 与前4个字节相加 除以G(X) 若结果为0,则该5个字节为信元头 该CRC运算处理具有检测3个比特以下和奇数个差错的能力, 能校正1个比特的差错 * ATM层 提供与业务类型无关的,标准的信元传送功能. ATM连接 由ATM层链路逻辑串接而成,提供端到端的信元传送. ATM连接 虚通路(VC)连接-VCC 虚通道(VP)连接-VPC ATM交换机可实现 VP交换 VC交换 * 关于虚通道与虚信道： 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 ） VP和VC的带宽可灵活配置,即可固定分配,又可按需动态分配. * 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） * 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。 虚信道连接（VCC） VC链路 VC链路 VC链路 VCIX VCIy VCIZ 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（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。 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。 虚通道连接（VPC） VP链路 VP链路 VP链路 VPIX VPIy VPIZ * 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。 * VC交换--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。 * 处理各种业务专有的上位层功能的追加和变更 AAL业务类型 ATM适配层（AAL） A类 AAL1 B类 AAL2 C类 AAL5 D类 AAL3/4 源与终点间的定时关系 需要 需要 不需要 不需要 比特率 固定 可变 可变 可变 连接方式 面向连接 面向连接 面向连接 无连接 业务事例 电路仿真 CBR视频业务 VBR视频与音频业务 X.25分组交换 帧中继 SMDS交换式多兆位数据业务 * ４种业务类型 提供现今的声音和图像，现有的专线业务固定速率业务AAL-1 可变速率编码化的声音和图像AAL-２ 提供连接型数据通信（帧中继、分组通信等）和信号传送AAL-３提供帧的差错控制和流量控制 提供无连接型数据通信业务AAL-４ AAL-５是以比数据通信更高的效率来传送作为目标。 ３、ATM适配层（AAL）（续） * 例：AAL-1 SAR拆装子层进行CS-PDU和SAR-PDU之间的拆装。 ＣＳ会聚子层提供面向高层的服务。 ATM适配层（AAL）（续） ATM头 信息字段 ５bytes 48 bytes CSI SN CRC SNP SAR-PDU 有效负载 1bytes 47 bytes 1 1 SAR-PDU CSI:会聚子层指示 SN:序号 CRC:循环冗余效验 SNP:奇偶效验 3 3 * 例：AAL-３ ATM适配层（AAL）（续） ATM头 信息字段 ５bytes 48 bytes ST SN 00 MID SAR-PDU 有效负载(44字节) LI CRC SAR-PDU 47 48 尾部 头部 ST:信息段类型 2bit 信息开始 BOM: 10 信息连续COM: 00 信息结束EOM: 01 单段信息SSM: 11 MID(Multiplexing Identification): 把多个帧进行多路复用时使用 LI: 表示有效信息长度， BOM,COM LI=44Bytes, EOM,SSM LI44 * 本章学习要求 理解ATM 的概念、ATM信元结构 理解ATM中“面向连接”的含义 了解ATM交换方式 * 支撑B-ISDN的ATM交换技术 * 主要内容 B-ISDN的基本概念 ATM基本原理 ATM交换系统的基本构成及要求 ATM交换网络的实现技术 B-ISDN协议的层次化结构 * N-ISDN的局限性： 传输速率和交换模式限制了具有更高速率和可变速率业务的提供，已不能适应未来通信网发展的需要。 B-ISDN的提出——通信网的发展 可提供具有更高传输速率的传输信道； 更先进的传送模式。 * B-ISDN的基本概念 B-ISDN的宽带业务 通常是指其传输速率超过基群速率的业务. 1.交互型业务: 通信双方互相交换信息的业务 会话型业务:如宽带不受限的业务,高质可视电话,高清晰度会议电视 消息型业务:如视频信箱,语音信箱,消息处理业务 检索型业务:如图象检索,宽带可视图文 2.分配型业务:信息源向入网的众多用户分配信息 非用户控制的分配型业务:如音频广播,有线电视 用户控制的分配型业务:如视频点播 * B-ISDN的基本概念 B-ISDN宽带业务处理的各种信息业务所需通信的保留时间与数据速率的关系: * B-ISDN网对传送模式的要求 对信息的损伤要小 具有时间透明性(信息传送的时延和时延抖动要小) 具有语义透明性(由传送引起的信息丢失和差错要小) 能灵活地支持各种业务 具有高速传送信息的能力 * 支撑B-ISDN的ATM交换技术 支撑B-ISDN的ATM技术兼备现有方式中各种有用的功能。它对从象数字电话那样的低速信息一直到高清晰图像那样的高速率信息，都是按照信元形式把所有的信息进行细分，接着进行交换连接的技术。 ATM的含义 异步转移模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM） 是一种采用异步时分复用方式、以固定信元长度为单位、面向连接的信息转移（包括复用、传输与交换）模式。 * B-ISDN * ATM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 * ATM基本原理 ATM信元结构 ATM网络组成 ATM技术特点 ATM标准化协议 * ATM信元结构 ATM信元是ATM的基础信息单元; 根据对传输效率、时延（包括打包时延、排队时延、时延抖动和相关的信元组合恢复时延）和实现复杂性三方面因素的综合考虑，采用了53字节的固定信元长度。 * GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC 信息字段（48x8） 1 2 3 4 5 6 53 UNI VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC 信息字段（48x8） 1 2 3 4 5 6 53 NNI ATM信元结构 8 … 5 4 … 1 8 … 5 4 … 1 * VPI（Virtual Path Identifier):虚通路标识 VCI（Virtual Channel Identifier):虚信道标识 在NNI中VPI比UNI中多4个比特 CLP（Cell Loss Priority):信元丢失优先级, 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。 ATM信元结构 * PT（Payload Type):有效负载类型,用来识别属于用户个人信息还是控制信息 GFC(Generic Flow Control)普通流量控制,仅用于UNI 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。 HEC(Header Error Control):头部差错控制是检验头部差错,进行信元同步的 ATM信元结构 * ATM网络组成 由ATM交换机和ATM终端经链路连接组成. ATM终端包括ATM用户设备,ATM用户接入网,ATM终端系统等 NNI:网络节点与节点之间接口 UNI:用户-网络接口 ATM网络技术 ATM ATM终端 ATM终端 ATM交换机 UNI NNI * ATM技术特点 具有统计(异步)时分复用的能力 ATM网的基本传送单元为信元 ATM采用面向连接的通信服务方式 ATM可实现VP和VC两级交换 ATM可综合多种业务 * ATM技术特点--统计时分复用 1 2 … 15 … 32 1 2 … 15 … 32 1 2 … 15 … 32 1 2 … 15 … 32 输 入 缓 存 中 间 缓 存 输 出 缓 存 帧 帧 帧 帧 ATM中信元的传送间隔是不定值,具有异步或统计特性. 理想情况下,ATM的系统资源利用率为100%. * 同步时分复用STD（Synchronous Time Division）： 通过时间位置来区别每一个逻辑信道 异步时分复用ATD（Asynchronous Time Division）： 通过标记来区别每一个逻辑信道 同步时分复用与异步时分复用 * ATM技术特点(续) ATM信元长度为53字节,其中信元头长5字节,净负荷(信息字段)长为48字节. ATM交换机的传输速率为155.520Mbit/s时,传送一个信元所耗时间约为2.7微秒. * ATM技术特点(续) 目前存在两种通信服务方式: 面向连接(CO:Connecttion Oriented) 无连接(CL:Connectionless) ATM为满足服务的品质的要求,采用面向连接的通信服务方式,可支持实时和非实时业务. * ATM技术特点(续) 面向连接(CO:Connecttion Oriented) 用户通过信令系统向网络发出呼叫请求 在呼叫请求中告知网络一些用户个人信息,如所需建立连接的峰值比特率、平均比特率、突发性、服务的品质要求等 网络根据呼叫请求信息和网络当时的负荷情况以及一定的准则，来判断是否接纳这个呼叫请求。 如果不能接纳，则拒绝 如果接纳，则给这个呼叫建立一条从源节点到目的节点的虚连接。 * ATM虚连接的建立过程 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VPC的过程. * ATM技术特点(续) 虚连接 由一连串的虚通路标识VCI或VPI构成 VCI或VPI是局部的，只在该链路以及与该链路相连的收发节点上有效。 例如： 1 2 3 4 5 VCI=3 VCI=1 VCI=4 VCI=6 节点1与节点5之间建立了一条虚连接， 这条连接有一连串的VCI组成（3，1，4，6） * ATM技术特点(续) 虚连接（续） “虚”表示只有在真正传送信息时才会占用信道资源，可以动态地分配带宽。 注意这与电路交换所建通路方式又有所不同。 有什么不同？ * 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。 * ATM技术特点(续) 各种业务要求的服务质量参考指标 最大延时s 最大时延波动ms 速率 Mbit/s 平均 吞吐量 可接受的误比特率 可接受的误分组率 线 10 100 100 10-2 10-3 静止 图像 1.0 - 2~10 2~10 10-4 10-9 压缩后活动图像 0.25 1.0 2~10 2~10 10-6 10-9 数据文件 1.0 - 2~100 2~100 0 0 实时数据 0.001 - 10 10 0 0 * ATM技术特点(续) AAL业务分类 A类 AAL1 B类 AAL2 C类 AAL3 D类 AAL3/4 源与终点间的定时关系 需要 需要 不需要 不需要 比特率 固定 可变 可变 可变 连接方式 面向连接 面向连接 面向连接 无连接 业务事例 电路仿真 CBR视频业务 VBR视频与音频业务 X.25分组交换 帧中继 SMDS交换式多兆位数据业务 * 1．多速率交换 网络必须支持从一般工业控制的几十bit/s到几kbit/s和视频通信的几Mbit/s到几十Mbit/s的速率交换，作为ATM端口和用户端口的基本接入速率155.520Mbit/s显然可以满足这一要求。 二、宽带业务对于交换机的要求 * 2．多点交换 除点对点连接方式的外，宽带网络还必须能提供点到多点的广播/组播连接功能 要求ATM交换机中可以实现将一条入线的信元输出到多条出线上的操作，而不是简单地要求用户通过申请多个连接完成多点通信。 例如：会议电视、视频点播（VOD：Video On Demand) 二、宽带业务对于交换机的要求 * 3．多媒体业务支持 网络中允许接入的业务有不同的形式，如语音、数据、静止图像、活动视频或者它们的某种组合。 不同的业务有不同的服务质量发展要求 信元丢失/信元误插入率 交换时延 连接阻塞 二、宽带业务对于交换机的要求

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