《通信网理论与技术》课件第7章.ppt

1、第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 7.1 概述概述7.2 ATM通信网技术通信网技术 7.3 ATM分层模型分层模型7.4 ATM交换机交换机7.5 ATM通信网接口通信网接口7.6 ATM通信网信令通信网信令7.7 ATM与与IP结合技术结合技术7.8虚拟专用网虚拟专用网VPN 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 7.1 概概 述述 7.1.1 交换方式的演进交换方式的演进 1)电路交换 以电路连接为目的的交换方式是电路交换方式。电路交换是指在任意两个终端之间建立一条暂时连接电路的交换方式,这个

2、电路是一条实际的物理通路,用户在通信中自始至终独占该条通路进行信息传输,不许其他终端同时共享该通路,直到连接释放为止。电路交换方式适用于话音等实时性业务。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 2)分组交换分组交换方式也称包交换,它不是以电路连接为目的,而是以信息分发为目的。既然是以信息分发为目的,那么要传输的信息就不能直接送到线路上,而是要传给处理机。分组交换机不是先建立通路再接收分组信息,而是先接收分组信息再等候空闲通路,即按信息存储信息处理信息转发方式工作。处理机要将来自用户的每个信息裁剪并封装成若干不等长的数据块,以减少存储时间。在每个数据块中加上必需的控制信息(如地址

3、信息等),然后按规定的格式进行排列,组成一个个数据分组送到输出队列上排队等待处理。交换机根据每个分组的地址信息,为分组寻找各自独立的最佳可用输出路径将数据块传输出去。到目的地后由分组交换机拆包,然后根据分组头的附加控制信息(如分组始标志、源地址、目的地址、控制信息、逻辑信道编号、分组编号、最末分组标志等)重新按顺序装配成完整的每个信息。分组交换方式适用于数据业务。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 3)ATM交换ATM属于快速分组交换技术的一种方式，它较好地解决了电路交换方式和分组交换方式都不能满足综合业务环境下使用要求的问题。ATM采用的是一种统计时分复用技术,在这种模式

4、中,虽保持了时隙的概念,但取消了同步传输模式(STM)中帧的概念,在ATM时隙中,用户的信息被裁剪组织成53字节固定长度的短信元格式,且来自同一用户的信息(信元)的出现并不需要周期性,在一帧中占用的时隙数也不固定,可以有1至多个时隙,各时隙之间并不要求连续,纯粹是“见缝插针”。从这个意义上来看,这种转移模式是异步的,电路资源可被多个用户所共享,信号传输速度快,电路利用率高。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 表表7.1 电路交换、分组交换、电路交换、分组交换、ATM交换的比较交换的比较 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 表表7.1 电路交换、分组交换、

5、电路交换、分组交换、ATM交换的比较交换的比较 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 7.1.2 ISDN的基本概念的基本概念 1.ISDN1.ISDN的特性的特性ISDN有三个主要特性分别如下:(1)端到端的数字连接。目前,从电话局到用户仍然是模拟信号,且向用户提供的仍只是电话这一单纯业务。ISDN的实现,使电话局和用户之间即使采用一对铜线,也能够做到数字化。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM(2)广泛的业务应用。实现了端到端的数字连接,就可向用户开通话音、数据、文字、图像等多种业务,从而使电话、传真、数据、图像等多种业务综合在一个统一的数字网络中进行传

6、输和处理。(3)标准且多用途的入网接口。所谓“多用途”是指入网接口对各种各样的业务都可以通用,也就是说不同的业务或不同的终端可通过同一个接口接入综合业务数字网。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 2.ISDN2.ISDN的不足的不足ISDN的初期是窄带综合业务数字网(N-ISDN),其标准经ITU-T建议形成了一整套完整的系列标准。然而N-ISDN的发展却一直不理想,究其原因主要是N-ISDN体制是建立在双绞线模拟传输的基础上的,因而带宽的限制使其无法提供十分吸引人的宽带新业务。未来的通信业务不仅要求通信多样化、高速化、综合化等,而对数据、图像、传真等业务的要求也会越来越高

7、。只具有基本速率(2B+D)接入和基群速率(30B+D)接入两种接口的N-ISDN无法综合传输宽带业务。在宽带业务中,一个传输高分辨率视频要求的速率大约就是150 Mb/s量级,若要同时支持多个交互式或分布式服务,一个用户线的总容量需求可达600 Mb/s量级,所以说随着用户信息传输量和传输速率需求的不断提高,N-ISDN确实难以应付日益复杂多变的网络环境。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 7.1.3 B-ISDN的概念的概念1.B-ISDN1.B-ISDN技术技术B-ISDN在提供综合业务服务的基本思想上与N-ISDN完全一致。不同的是N-ISDN支持速率低于2.048

8、 Mbs的业务,传递方式和媒质主要是以准同步传递方式(Plesioshronous Digital Hierarchy,PDH)和双绞线为基础的。而B-ISDN支持速率高于1.5 Mbs的业务,传递方式以异步转移模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM)、同步数字系列(Synchronous DH,SDH)以光缆媒质传输为基础。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM ATM技术为什么可以支持B-ISDN呢？在N-ISDN用户线上,SDH通过同步时分复用的方法向用户提供两个64 kbs的信道,用户只能利用已经划分好的这些子信道进行通信,而不能采用其他通信

9、方式,加上带宽不够等原因使业务的种类受到了限制。B-ISDN的目标是向用户提供电话、电视、数据和图像等综合业务服务,这些业务要求的通信速率相差悬殊,即使在同一类业务中也可能有多种不同的通信速率要求。如果B-ISDN也采用N-ISDN的同步时分复用方法,将155 Mbs的信息传输按照一种固定的速率分配方案分割成若干个固定子信道,则不可能满足未来业务所要求的灵活性,也不能有效传输可变比特率信息。由此说明,B-ISDN不能采用同步时间分割方法,只能采用异步时间分割方法,即异步转移模式。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 2.B-ISDN2.B-ISDN业务业务B-ISDN业务分交

10、互型业务和分配型业务两种。图7.1为基于ATM的宽带多媒体网络业务分类。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 图 7.1 基于ATM的宽带多媒体网络业务 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 1)业务比特率特征B-ISDN业务速率跨度大,并且保持时间也相当悬殊。从业务的自然特性方面来看,用户希望B-ISDN网络能够从速率最低的报警/监控系统(几b/s)数据到超高清晰度的图像业务(大约500 Mb/s)信号,甚至超高速的大容量数据(若干Gb/s)都以统一的方式进行传输和交换,并实现资源共享。表7.2给出B-ISDN能支持的业务速率范围。第 7 章 宽带综合业务

11、数字网(B-ISDN)与ATM 表表7.2 B-ISDN可支持的业务速率可支持的业务速率 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 图 7.2 宽带网业务的比特率与保持时间 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 2)业务突发性特征可变比特率业务在通信过程中其信息率随时间而变化,如图7.3所示。图 7.3 可变比特率随时间的波动 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 在图7.3中,信号S(t)的突发持续时间为t,峰值速率SMaxS(t),平均速率 ttstsEd)(1)(,突发度)(tsESB 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与AT

12、M 表表7.3 宽带业务的平均速率及其突发度宽带业务的平均速率及其突发度 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 3)多媒体业务成分特征许多宽带业务由多种媒体成分构成,例如会议电视业务就包括声音、图像及一定的文本数据信息,这类业务称为多媒体业务。多媒体业务要求宽带网络同时为其建立多个连接,并且根据不同的业务要求动态地加入新连接或撤消已有连接。除此之外,网络还应保持各媒体成分之间的交叉同步。表7.4列出了几种宽带业务及其业务成分。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 表表7.4 几种宽带业务及其业务成分几种宽带业务及其业务成分 第 7 章 宽带综合业务数字网(B

13、-ISDN)与ATM 4)应用要求特征(1)CBR(Constant Bit Rate)业务。这类业务要求B-ISDN网络对每一个所建立的连接都传输恒定的信息流,而不管所传输的信息是不是每时每刻都有意义。CBR业务通常是针对一些实时性的应用,这些应用一般都有非常严格的时延限制,并且分组丢失率低。例如,话音业务和交互式实时图像业务等就属于CBR业务。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM(2)VBR(Varible Bit Rate)业务。这类业务允许B-ISDN网络以可变带宽来传输和交换其信息分组,当然信源也是以可变比特率的方式向网络发送信息流。一般说来,VBR业务同样需要低信

14、息丢失率,但与CBR业务不同的是该类业务可容忍更大的延迟。不难想到,由于速率在不停地变化,网络为VBR业务所分配的资源(如带宽、缓冲队列等)相应地也随时间变化,这就为系统控制带来了较大的困难。可变比特率VBR又可进一步划分为RT-VBR和NRT-VBR。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM RT-VBR是为实时传输而设立的,主要用来描述具有可变数据流并且要求严格实时的服务,比如交互式的压缩视频(例如电视会议)。NRT-VBR是为非实时传输而设立的,主要用于定时发送的通信场合,在这种场合下,一定数量的延迟及其变化是可以被应用程序所忍受的,如电子邮件。第 7 章 宽带综合业务数字

15、网(B-ISDN)与ATM(3)ABR(Available Bit Rate)业务。ABR是惟一一种网络会向发送者提供速度反馈的服务类型。当网络中拥塞发生时会要求发送者减小发送速率。假设发送者遵守这些请求,采用ABR通信的信元丢失就会很低。这类业务要求B-ISDN传输网络和交换设备都用有保证的带宽来传输信息分组,通常是针对一些对信息丢失敏感(即不允许信息发生错误),但可以容忍一定时延的应用。例如,银行的电子资金转账(EFT)业务就要求100%的准确性,因此只有在B-ISDN网络得到有保证带宽的情况下,才对此类业务予以建立连接。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM(4)UBR(

16、Unspecified Bit Rate)业务。非特定比特率UBR业务并不要求B-ISDN网络一定为其每个连接分配带宽,而是只要网络有剩余带宽就可传输相应的信息分组。一个UBR连接可以在一段时间被分配较大的带宽,而在另一段时间被分配较小的带宽,或者在网络业务量高峰期间干脆就不占用带宽。因此,这种方式能最佳地利用宽带网络的资源。由此可以说,UBR不做任何承诺,对拥塞也没有反馈,如果发生拥塞,UBR信元也会被丢弃,但是并不给发送者发送反馈,也不给发送者希望放慢速度的期望,这种类型很适合于发送IP数据报。相对于以上三种业务,UBR业务可能就属于那些对时延和信息丢失都要求不高的应用。第 7 章 宽带综

17、合业务数字网(B-ISDN)与ATM 7.2 ATM通信网技术通信网技术 7.2.1 ATM信元信元 1.ATM1.ATM信元结构信元结构ATM的基本单位是信元(Cell),每个信元长度固定为53个字节,前五个字节为信元头(Header),后48个字节为信息域(数据块)。信元的大小与业务类型无关,任何业务的信息都经过切割封装成相同长度、统一格式的信息分组。其格式如图7.4所示。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 图 7.4 ATM信元格式 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 2.ATM2.ATM信元复用信元复用信息在通信网上的传递方式可分为同步传递方式(

18、Synchronous Transfer Mode,STM)和异步传递方式(ATM)两种。如目前数字电话网中的数字信号复用都属于同步传递方式,其特点是在由N路原始信号复合成的时分复用信号中,各路原始信号的出现呈周期性。所以只要根据时间就可以确定现在传输的是哪一路的原始信号,如图7.5(a)所示。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 而异步传递方式的各路原始信号不一定按照一定的时间间隔周期性地出现,每个数据单元可以处在任何传输帧的任何位置,因而需要另外附加一个标志来表明某一段信息属于哪一段原始信号。如采用在信元前附加信头的标志来说明。ATM信元的信头就是一个例子。来自不同信息源

19、(不同业务和不同发源地)的信元汇集到一起,在一个缓冲器内排队,队列中的信元逐个输出到传输线路,在传输线路上形成首尾相接的信元流。信元的信头中写有信息的标志,说明该信元去往的地址,网络根据信头中的标志来转移信元,如图7.5(b)所示。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 图 7.5 ATM与STM信息传输结构(a)同步传递方式；(b)异步传递方式 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 异步转移模式(ATM)本质上是一种寻址型特殊分组转移模式,它将数字化话音、数据及图像等所有的数字信息分割成固定长度的数据块。数据块前加包含地址等控制信息的信元头,从而构成一个信元

20、。图7.6为待发送的用户信息分解成信元并进行多路复用的示意图。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 图 7.6 用户信息被分解成ATM信元 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 3.3.对对ATMATM交换网的要求交换网的要求对ATM交换网有如下要求:(1)要求有组播和广播功能,支持点到多点信元拷贝。(2)要求有流量控制和拥塞控制功能。(3)要求提供QoS保证。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 7.2.2 ATM7.2.2 ATM网络连接网络连接1.VCI/VPI(1.VCI/VPI(虚信道标识符虚信道标识符/虚通路标识符虚通路标识符)

21、VPI(VP Identifier)、VCI(VC Identifier)是ATM技术中两个最重要的概念,VCI/VPI用于表示信元的逻辑路由地址。对一个给定的接口,在两个方向上都将可能存在不同的虚通路VP(链路),若干虚通路被复用在一条物理层连接上,而在每条虚通路内部又可能含有许多条虚信道VC(链路)。属于同一VC的信元群拥有相同的虚信道识别符VCI,属于同一VP的不同VC拥有相同的虚通路识别符VPI。VCI和VPI都作为信元头的一部分与信元同时传输。VPI、VCI取值规则:在组成一个连接的各个链路上VPI/VCI的取值是相互独立的,从而达到充分利用VPI/VCI资源的目的。第 7 章 宽带

22、综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 2.VC/VP(2.VC/VP(虚信道虚信道/虚通路虚通路)VC、VP表示ATM信元传输的两种逻辑子信道,都是用来描述ATM信元单向传输的路由。在ATM中,一个物理传输通道被分成若干个虚通路VP,一个VP又由上千个虚信道VC所复用。每个VP可以用复用方式容纳多达65 536个VC。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 1)虚信道(Virtual Channel,VC)在一个虚通路连接(VPC)中传输的具有相同的VCI的信元所占有的子信道叫做VC。虚信道是ATM网络链路端点之间的一种逻辑联系,是在两个或多个端点之间传输ATM信元的通信通路

23、,可用于用户到用户、用户到网络、网络到网络的信息转移。(注:一个虚信道VC也常称为一个VC链路,简称VCL。)第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 2)虚通路(Virtual Path,VP)在一条通信线路上具有相同的VPI的信元所占有的子信道叫做VP。虚通路VP是一束(组)具有相同端点(Endpoint)的VC链路。即虚通路就是一组虚信道的组合。(注:一个虚通路VP也常称为一个VP链路,简称VPL。)传输通道、虚通路VP、虚信道VC是ATM中的三个重要概念,其关系如图7.7所示。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 图 7.7 ATM中传输通道、虚通路VP

24、、虚信道VC的关系 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 3.VPC/VCC(3.VPC/VCC(虚通路虚通路/虚信道连接虚信道连接)ATM的连接分为虚通路连接和虚信道连接,如图7.8所示。图 7.8 ATM中的虚通路连接和虚信道连接 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 1)虚信道连接VCC一个或多个级联的VC链路构成一个VC连接,简称VCC。VCC的作用是为ATM虚信道(VC)建立一条虚电路。该虚电路连接可用在以下三个方面:(1)用户到用户的应用:在这种类型的应用中,VCC跨越连接的两个端点上的用户设备,即延伸到每个端点上的S或T参考点。信息将以ATM信

25、元的形式直接从一个用户设备传到另一个用户设备。(2)用户到网络的应用:VCC处在用户设备和一个网络节点之间,实现用户到某一网络单元的接入。(3)网络到网络的应用:VCC位于两个网络节点之间。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 2)虚通路连接VPC一个或多个级联的VP链路构成一个VP连接,简称VPC。VPC的作用则是为ATM虚通路(VP)建立一条虚电路。该虚电路连接同样可以应用于用户到用户、用户到网络和网络到网络的信息传递。当对信元进行交换或复用时,首先必须在虚通路接续(VPC)的基础上进行,然后才是虚信道接续(VCC)。一个端到端的连接由源和目的地之间的一系列串联链路(Li

26、nk)组成。这就是说虚信道连接(VCC)将划分成若干不同段的虚信道链路(Virtual Circuit Links),每一段虚信道上都标识以惟一的VCI值,从一段虚信道链路到另一段虚信道链路VCI的值将被翻译改变。同样的道理也适合于虚通路连接(VPC)和虚通路链路(VPL)。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 7.2.3 7.2.3 虚通路交换与虚信道交换虚通路交换与虚信道交换1.ATM1.ATM的呼叫接续过程的呼叫接续过程ATM的呼叫接续不是按信元逐个地进行选路控制,而是采用分组交换中虚呼叫的概念,也就是在传输之前预先建立与某呼叫相关的信元接续路由,同一呼叫的所有信元都经

27、过相同的路由,直至呼叫结束。其接续过程是:主叫通过用户网络接口UNI发送一个呼叫请求的控制信号,被叫通过网络收到该控制信号并同意建立连接后,网络中的各个交换节点经过一系列的信令交换后就会在主叫与被叫之间建立一条虚电路。虚电路是用一系列VPI/VCI表示的。在虚电路建立的过程中,虚电路上所有的交换节点都会建立路由表,以完成输入信元VPI/VCI值到输出信元VPI/VCI值的转换。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 虚电路建立起来以后,需要发送的信息被分割成信元,经过网络传输到对方。若发送端有一个以上的信息要同时发送给不同的接收端,则可建立到达各自接收端的不同虚电路,并将信元交

28、替送出。在虚电路中,相邻两个交换节点间信元的VCI/VPI值保持不变。此两点间形成一条VC链,一串VC链相连形成VC连接VCC。相应地,VP链和VP连接VPC也以类似的方式形成。ATM信元的交换既可以在VP级进行,也可以在VC级进行。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 当两个终端建立连接时,根据信令信息,在该连接中的每个交换节点上建立转发表。该转发表包含输入端口号、输出端口号。在输入端口或者输出端口中,不同的信元流有不同的VCI/VPI值转换。当某一个信元进入交换模块时,交换模块通过识别信元信头的VCI/VPI查找转发表,找出对应的输出端口以及输出信元的VCI/VPI值,将

29、输入信元的VCI/VPI值改变为相应输出信元的VCI/VPI值,并控制交换网络将信元交换到对应的输出线上。VCI/VPI值在经过ATM交换节点时,该VP交换点根据VP连接的目的地,将输入信元的VPI值改为新的VPI值赋予信元并输出,该过程称为VP交换。可见VP交换完成将一条VP上所有的VC链路全部送到另一条VP上,而这些VC链路的VCI值保持不变,如图7.9所示。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 图 7.9 VP交换过程 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 2.VP/VC2.VP/VC交换交换VC交换要和VP交换同时进行,因为当一条VC链路终止时,VP

30、连接(即VPC)就终止了,这个VPC上的所有VC链路将各自执行交换过程,加到不同方向的VPC中去。如图7.10所示。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 图 7.10 VP/VC交换过程 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 3.VP3.VP交换与交换与VP/VCVP/VC交换的比较交换的比较对于VP交换,其内部包含的所有VC将捆绑在一起选择相同的路由,穿过交换节点后并不拆散。相应地,VP链路内的每个VCI的值将保持不变。而VP/VC交换则不同,一个进入交换节点的VP中的某VC链路将被交换到另一输出VP中去,不但VPI值发生了改变,而且对应的VCI的值也将被

31、更换。从上述交换过程可以看出,虽然ATM交换是异步时分交换,但其原理与同步时分交换(时隙交换)有许多相似之处,其基本区别是用VCI/VPI代替了时隙交换中时隙的序号。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 7.2.4 ATM7.2.4 ATM信头功能信头功能信头主要用来标志异步时分复用上属于同一虚通路的信元,并完成适当的选择路由功能。ATM层的全部功能均由信头来实现。在传输信息时,网络只对信头进行操作而不处理信息域的内容。接收端对信元的识别不再靠严格的参考定时,而是靠信元中的信头标记信息来识别该信元究竟属于哪一个连接。图7.11(a)、(b)分别是用户网络接口(UNI)的信头结

32、构和网络节点接口(NNI)的信头结构。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 图 7.11 ATM信头功能(a)UNI信头结构;(b)NNI信头结构 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM ATM信头各部分功能分述如下:(1)GFC(General FloW-Control):一般流量控制,占4 bit,只用于UNI接口。在B-ISDN 中,为了控制共享传输媒体的多个终端的接入而定义了GFC,由GFC控制产生于用户终端方向的信息流量,减小用户侧出现的短期过载。(2)VPI(Virtual Path Identifier):虚通路标识符,对VP进行识别。在UNI信

33、元中,VPI为8 bit,表示一条ATM链路可以包括最多256个虚通路。在NNI信元中,VPI为12 bit,表示一条ATM链路可以包括最多212=4096个虚通路。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM(3)VCI(Virtual Channel Identifer):虚信道标识码,用于虚信道的路由选择。在UNI和NNI信元中,VCI字段都为16 bit,故对每个VP定义了216=65 536条虚信道。VCI和VPI结合,可在UNI信元中标识16 777 216(25665 536)条连接,在NNI信元中标识268 435 456(409665 536)条连接。(4)PTI(

34、Payload Type Identifer):信息类型指示段,也叫净荷类型指示段,占3 bit,用来标识信息字段中的内容是用户信息还是控制信息。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM(5)CLP(Cell Loss Priority):信元丢失优先级,占1 bit,用于表示信元的相对优先等级。在ATM网中,接续采用统计多路复用方式,所以当发生超限过载和拥塞而必须扔掉某些信元时,首先丢弃的是低优先级信元。CLP的意义就是确保重要的信元不丢失。具体应用是CLP0,信元具有高优先级,应保留;CLP1,信元为低优先级,应丢弃。(6)HEC(Header Error Control):

35、信头差错控制,占8 bit,用于错误信头的监测、纠正。HEC还被用于信元定界,这种无需任何帧结构就能对信元进行定界的能力是ATM特有的优点。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 7.3 ATM分层模型分层模型 7.3.1 基于基于ATM的的B-ISDN协议模型协议模型 图 7.12 基于ATM的B-ISDN协议分层模型 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 1.1.平面的划分平面的划分(1)用户面(User):它采用分层结构,主要提供用户信息流的传输,以及相应的控制(如流量控制、差错控制等)。通常的数据协议、语音和视频等业务应用都包括在这个区域。(2)控制面

36、(Control):它采用分层结构,主要用于信令信息,完成网络与终端间的呼叫控制、连接控制、建立和撤消有关的功能。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM(3)管理面(Management):它是性能管理、故障管理及各个面间综合管理的网管协议。它具有两种功能,即层管理功能和面管理功能。层管理：它的功能是一个分层的结构,主要用于各层内部的管理,监控各层的操作,完成与协议实体内的资源和参数相关的管理功能,处理与特定的层相关的操作和管理信息流。面管理：它没有分层结构,负责对各个面间的信息进行综合管理。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 2.2.层的划分层的划分按照I

37、TU-T的建议,ATM协议模型共定义了四个层,分别是物理层、ATM层、ATM适配层(AAL)和高层。各层间的数据传输如图7.13所示。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 图 7.13 ATM协议模型各层间的数据传输 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 7.3.2 7.3.2 基于基于ATMATM的的B-ISDNB-ISDN协议各层功能协议各层功能1.1.物理层物理层物理层是承运信息流的载体,位于B-ISDN的最底层,可等效为OSI模型的第1层。物理层主要负责信元编码,将ATM层送来的逻辑比特或符号转换成相应的物理传输媒介可传输的信号,并正确地收/发这些物

38、理信号。为了实现信元的无差错传输,物理层又被分为物理媒体子层和传输会聚子层,由它们分别保证信元的正确传输。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM(1)物理媒体子层(Physical Media Sublayer,PM)。PM子层处理具体的传输介质,它只支持和物理媒体有关的比特功能,因而它取决于所用的传输媒体(光缆、电缆)。其主要功能有:比特传输,比特同步,比特定时,比特定位校准,线路编码和电光转换等。其中,比特定时功能主要完成产生和接收适于所用媒质的信号波形并插入或抽取比特定时信息以及线路编码和解码。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM(2)传输会聚子层(Tr

39、ansmission Converyence Sublayer,TC)。其主要功能是:帧的适配，信元定界，信头差错控制校验等。其功能与物理媒体无关。TC子层所做的工作实际上是链路层的工作。它负责将ATM信元嵌入正在使用的传输媒体的传输帧中,或用相反的方法从传输媒体的传输帧中提取有效的ATM层信元,完成ATM信元流与物理媒体上传输的比特流的转换工作,即把从PM子层传来的光电信号恢复成信元,并将它传输给ATM层处理或进行相反的操作。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM TC子层中ATM层信元嵌入传输帧的过程为:ATM信元解调(缓存)信头差错控制(HEC)产生信元定界传输帧适配传输

40、帧生成。从传输帧中提取有效ATM信元的过程为:传输帧接收传输帧适配信元定界信头差错控制(HEC)检验ATM信元排队。用于UNI、NNI的物理层协议如表7.5所示。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 表表7.5 UNI、NNI的物理层协议的物理层协议 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 2.ATM2.ATM层层ATM层利用信头中各个功能字段可实现下列四种功能:(1)信元的复用与分解。ATM层相当于网络层,主要做路由工作,它提供了虚通路(VP)和虚信道(VC)两种逻辑信息传输线路。信元发送时由多个VP和VC合成一条信元流。接收时进行相反的操作,由一条信元流分

41、解成多条VP和VC。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM(2)利用VPI和VCI寻路。路由功能由虚通路识别码(VPI)和虚信道识别码(VCI)完成。在虚通路处理设备(VP Handler,VPH)和虚信道处理设备(VC Handler,VCH)中读取各个输入信元的VPI和VCI值,根据信令建立的路由在ATM交换区域或ATM交叉节点处完成对任意输入的ATM信元的VPI和VCI的数值变换(每一输入信元的VPI域值在虚通路节点被译为新的输出VPI域值。虚通路识别符和虚信道识别符值在虚信道交换节点处也被译为新域值),更新各输出信元的VCI和VPI值。路由功能设置VPI、VCI两层的原

42、因是为了得到一种高效的路由方法,避免为计算路由花费大量的CPU资源,因此,ATM交换机之间可以只用VP交换,ATM与用户端之间再用VC交换。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM(3)信头的产生和提取。信头的产生和提取在ATM层和上层的交互位置完成。在发送端,信头产生功能从ATM适配层接收信元信息域以后,添加一个相应的ATM信头(不包括信头校验编码HEC序列);在接收端,信头提取操作功能抽掉ATM信元头部分,并将信元信息域内容提交给上一层ATM适配层。简单地说,就是在将信元递交给适配层之前去掉信头,而在相反的方向上加上信头。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM

43、(4)一般流量控制。在用户-网络接口上实现流量控制,这个功能是由信头中的GFC比特支持的。用户设备中的ATM层与网络节点中的ATM层所完成的功能有所区别。对于用户设备中的ATM层来讲,它所完成的核心功能在于给ATM层适配所形成的信息帧加上信元头,从而形成能够在ATM网中传输的信元。与此同时,通过分配与识别信元头中的VPI与VCI值完成信元的复接与分接功能;对于网络节点中的ATM层所完成的核心功能在于信元头的变换,通过变换信元头实质上完成了VP交换与VC交换的功能。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 3.ATM3.ATM适配层适配层(AAL)(AAL)适配层(AAL)介于AT

44、M层和高层之间,执行高层协议的适配,负责将高层的信令或不同类型业务的用户信息分段适配成ATM信元。适配的原因是由于各种业务(话音、数据和图像)所要求的业务质量(如时延、差错率等)不同。ATM网络要满足宽带业务的需求,使业务种类、信息转移方式、通信速率与通信网设备无关,保证网络传输的透明性和灵活性,就要通过AAL完成适配,消除各种业务信号在质量条件上的差异。换个角度说,ATM层只统一了信元格式,为各种业务提供了公共的传输能力,而并没有满足大多数应用层(高层)的要求,故需用一个适配层来做ATM层与应用层的桥梁。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM AAL按其功能可以进一步分为两个

45、子层:信元拆装子层和会聚子层。(1)信元拆装子层(Segmentation and Reassembly Sublayer,SAR):SAR子层位于AAL层的下面,其主要目的是将高层信息拆开装到一个适当的虚连接上连续的ATM信元中去。在相反方向上,将一个虚连接的全部信元内容组装成数据单元并交给高层。(2)会聚子层(Convergence Sublayer,CS):CS子层位于AAL层的上面,其作用是根据业务质量要求的条件控制信元的延时抖动和信元丢失,在接收端恢复发送端的时钟频率并对帧进行流量控制和差错控制。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 表表7.6 7.6 三个基本参数

46、、三个基本参数、A/B/C/DA/B/C/D四种业务、四种业务、AALAAL适配类型以及服务质量的对应关系适配类型以及服务质量的对应关系 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM AAL1:第一类AAL,恒定比特率实时业务适配协议,用于适配ATM层的A类业务(恒定比特率业务CBR)。常见业务为64 kb/s话音业务、固定码率非压缩的视频通信及专用数据网的租用电路。AAL1的功能包括用户信息的分段和重组、丢失和误插信元的处理、信息到达延迟时间的处理以及在接收端恢复源端时钟频率。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM AAL2:第二类AAL,可变比特率实时业务适配协议

47、,用于适配ATM层的B类业务(可变比特率业务VBR)。常见业务为压缩的分组语音通信和压缩的视频传输。该业务具有传递介面延迟特性,其原因是接收器需要重新组装原来的非压缩语音和视频信息。AAL2的功能与AAL1相似。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM AAL3/4:第三/四类AAL,数据业务传输适配协议,由AAL3、AAL4合并,用于适配ATM层的C、D两类业务(可变比特率业务VBR)。支持面向连接和无连接的数据业务和信令,具有可变长度用户数据的分段和重组及误码处理等功能。适用于文件传递和数据网业务,其连接是在数据被传输以前建立的。AAL5:第五类AAL,高效数据业务传输适配协

48、议。该协议对应于ATM层的D类业务,支持无连接数据业务,常见业务为数据报业务和数据网业务。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 4.4.高层高层高层根据不同业务(数据、信令或用户信息)的特点,完成端到端的协议功能。如支持计算机网络通信和LAN的数据通信,支持图像和电视业务、电话业务等。上述各层(物理层、ATM层、AAL层)的功能全部或部分地呈现在具体的ATM设备中。比如在ATM终端或终端适配器中,为了适配不同的应用业务,需要有AAL层功能支持不同业务的接入;在ATM交换设备和交叉连接设备中,需要用到信头的选路信息,因而必须有ATM层的支持;在传输系统中,则需要物理层功能的支持

49、。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 表表7.7 ATM协议中的各层功能协议中的各层功能 第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 7.4 ATM交换机交换机7.4.1 ATM7.4.1 ATM交换机的任务交换机的任务1.1.宽带业务对宽带业务对ATMATM交换机的要求交换机的要求宽带网络覆盖业务的范围十分广泛,传输速率可以是固定的,也可以是可变的;对业务特性可以是实时的也可以是非实时的;不同的业务对于信元丢失率、误码率、时延抖动等服务参数有着特殊的需求。宽带业务的这些特性要求ATM交换机具有以下几种最基本的能力:(1)多速率交换。从几kb/s150 Mb/s

50、范围内的许多速率都要在宽带交换机中进行交换。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM(2)多点交换。要求提供点到点与点到多点的选播组播广播连接功能。(3)多媒体业务支持。ATM网络中允许接入的业务有不同形式,为了满足每一种业务的质量要求,对交换机的性能有很高的要求。信元丢失信元误码率。要求ATM交换机的信元丢失率应在10-1110-8范围之内,即大约每十亿个信元才丢失一个。第 7 章 宽带综合业务数字网(B-ISDN)与ATM 连接阻塞率。由于ATM交换机内部并不实际建立路由,只是在其路由表中指出该连接的信元VPIVCI转换,所以一旦在交换机的入线和出线之间没有足够的可用资源来保