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1、1,第七章 ATM交换与宽带综合业务数字网（B-ISDN）,异步传送模式（ATMAsynchronous Transfer Mode）是宽带综合业务数字网（B-ISDNBroadband Integrated Service Digital Network）用于传输、复用和交换的技术，是B-ISDN网络的核心技术。本章中我们将重点介绍ATM的基本原理和ATM交换技术，并在此基础上简要介绍B-ISDN网络的网络结构、用户-网络接口的参考配置、业务特性等主要相关技术。,2,IP网络的特点是简单、经济，与之相比，ATM网络存在着技术复杂与运营成本高的致命缺点，ATM技术和IP技术的融合不可避免。IP
2、交换（泛指一类）就是ATM技术和IP技术融合的产物，多协议标记交换（MPLSMulti-Protocol Label Switching）是IP交换的一种，是下一代网络（NGNNext Generation Network）的核心技术，是下一代骨干网所采用的交换技术。ATM作为一种优秀的传送模式，在现有通信网络向NGN的演变过程中，仍然会扮演着不同的角色，发挥着重要的作用。,3,主要内容,ATM与B-ISDN的产生与发展ATM基本原理ATM交换技术宽带综合业务数字网（B-ISDN）,4,1）B-ISDN的提出通信网的发展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
3、提供，已不能适应未来通信网发展的需要。B-ISDN的提出：能够提供具有更高传输速率的传输信道；更先进的传送模式。,1、ATM与B-ISDN的产生与发展,5,2）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,1、ATM与B-ISDN的产生与发展,6,3）ATM与B-ISDN的产生和发展1983年，美国贝尔实验室的Turner J.等人提出了快速分组交换（FPSFast Packet Switching）原理，研制了原型机。同年，法国Coudreuse J.
4、P.提出了ATD交换概念，并在法国电信研究中心（CNET）研制了演示模型。FPS和ATD概念提出以后，很多设备制造公司、邮电管理部门和标准化组织表示了强烈的兴趣，进行了深入的研究。80年代中期，CCITT也开始了这种新的传送模式的研究。1988年，CCITT 18研究组决定采用固定长度的信元，定名为ATM，并认定B-ISDN将基于ATM技术。1990年，CCITT 18研究组制定了关于ATM的一系列建议，并在以后的研究中不断地深入和完善。,1、ATM与B-ISDN的产生与发展,7,1994年投入运营的美国北卡罗来纳信息高速公路，是美国第一个在州的范围内的公用ATM宽带网。在欧洲由法国、德国、英
5、国、意大利和西班牙等国发起的泛欧ATM宽带试验网，于1994年11月开始运行，后来扩大到欧洲的十多个国家，是覆盖面较广的ATM试验网在亚洲的日本NTT与邮政省、香港电讯、新加坡电信、韩国电信、泰国的亚洲电信以及中国的广东、北京和上海电信管理局也进行过以ATM为基础的宽带网试验。试验的业务平台有基于TCPIP的宽带数据、VOD、会议电视。试验的应用系统大致有家庭购物、远程医疗、远程教学等。,1、ATM与B-ISDN的产生与发展,8,4）公用网的ATM交换系统 公用网ATM骨干交换系统必须具有高吞吐量和可扩展性，吞吐量通常为40160G。应能支持各种接口、业务和连接类型，并具有保证服务质量（Qos
6、）的业务流控制功能。富士通FETEX-150、爱立信的AXD301、西门子的Main Street Xpress、AT&T的Globe View 2000、阿尔卡特的1000AX、北电的Magellan Concorde等。,1、ATM与B-ISDN的产生与发展,9,5）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,1、ATM与B-ISDN的产生与发展,10,ATM基本原理ATM技术是实现B-ISDN的核心技术，它是以分组传送模式为基础并融合了电路传送模式的优点发展而来，兼具分组传送模式和电路传送模式的优
7、点。ATM主要有以下4个特点：采用了固定长度的信元并简化了信头功能；采用了异步时分复用方式；采用了面向连接的工作方式；采用了标准化的ATM协议。,11,2、ATM基本原理,ATM信元及其结构异步时分复用技术面向连接的工作方式ATM标准化协议,12,2.1 ATM信元及其结构,1）信元结构：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,15 6.53,发送次序,信头（5字节）,信息段（48字节）,13,ATM信头中包含了各种控制信息，主要是表示信元去向的地址信息，还有一些操作维护管理的信息，如信元优先级标识以及纠错码等。ATM信元的信息段用于承载
8、用户信息，这些信息透明地穿过网络，也可用于承载管理信息。,14,2、ATM信元的信头结构在B-ISDN网络中，无论用户线上还是中继线上，信息的传送都是以ATM信元为单位进行的，但是对于用户-网络接口（UNINetwork Node Interface）和网络节点接口（NNIUser Network Interface）来说，信头的结构有所不同。,图7.2 ATM信头结构,2.1 ATM信元及其结构,15,2）UNI的信头结构：GFC（Generic Flow Control）：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
9、控制流向网络的流量，以避免网络的短期过载。,GFC,比特 8 7 6 5 4 3 2 1,VPI,VPI,VCI,VCI,VCI,PT,HEC,CLP,1 2 3 4 5,2.1 ATM信元及其结构,16,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
10、Error Control）：为1个字节，用于信头差错控制。,2.1 ATM信元及其结构,17,18,3、特殊信元在物理层上的预分配信头值如表7.2所示。含有表中信头值的信元都是物理层使用的信元，这类信元不送往ATM层，只是在物理层处理。由于在物理层使用，这些信元头不具有PTI、CLP以及GFC字段的含义。,19,空闲信元（idle cell）是由物理层产生的不包含用户信息的单元，是物理层为了将信元流的速率适配到所用传输媒体的载荷能力而插入的信元。物理层OAM信元（physical layer OAM cell）包含了和物理层有关的操作维护信息。在ATM层上预分配信元头值如表7.3以及表7.4
11、所示。,20,21,未分配信元（Unassigned Cell）是由ATM层产生的不包含用户信息的信元。当发送侧没有信息要发送时，ATM层就向传输线上插入未分配信元，使收发两侧能异步工作。未分配信元与物理层空闲信元分别在各自的层上保证了发送器和接收器能完全异步工作，所不同的是未分配信元在ATM层与物理层都能看到，未分配信元在物理层上按照一般的ATM层信元对待，而空闲信元只能在物理层看到。,22,元信令信元（meta-signalling cell）是指用来传送元信令的信元。ITU-T Q.2120建议中定义了元信令协议，其主要任务是建立、管理和释放用户网络接口处的信令连接，它是对各种信令虚信道
12、进行管理和控制的协议。通用广播信元（general broadcast signalling cell）是指用来传送广播信令信息的信元，该信令信息是发给用户-网络接口上所有终端的。,23,3）NNI的信头结构：NNI信头不需要GFC字段，从而使VPI扩展为12比特。,2.1 ATM信元及其结构,24,2.2 异步时分复用技术,STD（Synchronous Time Division）：通过时间位置来区别每一个逻辑信道ATD（Asynchronous Time Division）：通过标记来区别每一个逻辑信道,25,很明显，采用ATD方式的各个逻辑子信道的带宽是不固定的，而是根据需求占用不同的
13、带宽，这是一种很灵活的分配方式。此外，ATD一个很明显的特点是要按照信元头中所含的用于选路的标记来区分该信元属于哪一路逻辑信道。在ATM中，采用信元头中的VPI和VCI作为这个选路的标记。,图7.3 STD与ATD概念,26,1）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）,2.3 面向连接的工作方式,27,2.3 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（
14、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）,28,对ATM的逻辑信道采用两级管理模式（VP、VC），是为了满足ATM的不同应用需求。通过VPI/VCI可唯一的标识一个逻辑子信道，即一个通信信道。很明显在每段传输通道上，VPI的值是唯一的，以区别不同的虚通道；在虚通道上，VCI的值是唯一的，以区别不同的虚信道，不同虚通道上的VCI的值可相同。VPI和VCI只在其相应的每段传输通道上有意义，不具有端到端的含义，这就意味着，不同传输通道上的VPI和VCI的值可以相同。,29,每一时刻正在进行的通信有可能是不同的，因而传输通道上的VPI和VCI的值，在不同
15、的时刻其含义是不同的。例如：在早晨某一时刻，某传输通道上VPI=2、VCI=5的逻辑子信道用于传送的是向北京方向的一个电话通信；到了中午，这个通话已经结束，这时，又有用户开始与天津一个用户进行数据通信，这个通信在这个传输通道上仍可能用VPI=2、VCI=5来表示。在一个通信过程中，传输通道上的VPI/VCI始终表示这个通信，当这个通信结束后，它使用的这个VPI/VCI就又可以改为其它通信所用。,30,2）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
16、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。,2.3 面向连接的工作方式,31,虚信道连接（VCC）,虚通道连接（VPC）,VC链路,VC链路,VC链路,VCIX,VCIy,VCIZ,VP链路,VP链路,VP链路,VPIX,VPIy,VPIZ,2.
17、3 面向连接的工作方式,32,3）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。,2.3 面向连接的工作方式,33,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。,2.3 面向连接的工作方式,34,ATM交换机可以是只完成VP交换，也可以是只完成VC交换，还可以是即完成VP交换又完成VC交换的交换机，但其一定具有SVC功能。只具有PVC功能的，我们称之为ATM交叉连接设备。,35,2.3 面向连接的工作方式,
18、ATM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，,36,注意，图中只是表示了从源到目的方向上建立的VCC与VPC，其实在每一个方向上都要建立相应的VCC与VPC的连接。不管是VPC还是VCC，它们都是虚连接（VCVirtual Connection）。在通信开始时，源ATM端点到目的ATM端点之间的各个ATM交换机要为这个通信在每个传输通道的每一个方向上，选择一个空闲的VP链路或VC链路，即分配一个目前没有使用的VPI或VPI/VCI，从而建立起
19、源ATM端点到目的ATM端点之间的虚连接，通信结束时则拆除这个虚连接，这就是ATM面向连接的工作方式。,37,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。,2.3 面向连接的工作方式,38,1、ATM协议参考模型ATM协议参考模型与窄带ISDN
20、类似，它是一个立体的分层模型。该模型由三个平面组成，分别表示用户信息、控制和管理三方面的功能。用户面（User Plane）负责用户信息的传送，采用分层结构；控制面（Control Plane）提供与呼叫和连接有关的控制功能，涉及的主要是信令功能，控制面也具有分层结构；管理面（Management Plane）提供面管理（Plane management）与层管理（Layer managent）两种管理功能，其中面管理实现了与整个系统有关的管理功能，并实现所有面之间的协调，面管理不分层，而层管理实现网络资源与协议参数的管理，并处理操作维护（OAM）信息，层管理采用分层结构。,2.4 ATM协议
21、参考模型,39,2.4 ATM协议参考模型,物理层,ATM层,ATM适配层,高层,高层,控制面,用户面,管理面,面管理,层管理,40,B-ISDN协议参考模型由3个平面组成：用户面、控制面、管理面用户面（User Plane）：负责用户信息的传送，采用分层结构。控制面（Control Plane）：提供呼叫和连接的控制功能，主要涉及信令功能，也采用分层结构。管理面（Management Plane）：提供面管理与层管理两种管理功能。面管理实现与整个系统有关的管理功能，并完成各个面之间的协调功能；层管理实现网络资源与协议参数的管理，并处理各层中的操作与维护（OAM）信息流，面管理不分层，层管理是
22、分层的。B-ISDN协议参考模型的分层结构含有4层，从下到上为：物理层、ATM层、ATM适配层（AAL：ATM Adaptation Layer）和高层。,2.4 ATM协议参考模型,41,一般流量控制、信头产生/提取信元VPI/VCI翻译、信元复用和分路,信元速率解耦、HEC产生/验证信元定界、传输帧适配传输帧产生/恢复,AAL,CS,SAR,ATM层,TC,PMD,比特定时、物理媒体,汇聚,分段与重组,物理层,2.4 ATM协议参考模型,42,物理层：负责通过物理媒体正确、有效地传送信元。它可划分为个子层：物理媒体相关子层（PMD：Physical Medium Dependent Sub
23、layer）传输汇聚子层（TC：Transmission Convergence Sublayer）物理媒体相关子层（PMD）的功能：提供与传输媒体有关的机械和电气接口，正确地发送和接收数据比特，负责线路编码、比特定时等功能。传输汇聚子层（TC）的功能：传输帧的产生/恢复与适配 在发送端要将信元流封装成适合传输系统要求的帧结构送到PMD子层，在接收端则将PMD子层送来的比特流（传输帧）恢复成信元流；并在信元流与传输帧转换时完成格式的适配。,2.4 ATM协议参考模型,43,信头差错控制（HEC:Header Error Control）信元的信头中含有控制选路及其他的重要信息，必须对信头信息进
24、行差错控制。为此，对信头前个字节作循环冗余校验（CRC）。在发送端是按CRC算法生成字节的HEC码，在接收端按同样算法进行检验。信元定界和扰码 信元定界（Cell delineation）是用一定的方法来识别信元的边界。为防止信元的信息段出现伪HEC码而影响正确的定界，可对信息段进行扰码(scrambling)操作，在接收端再以相反的操作进行解扰（descrambling）。信元速率去耦 为了使ATM层传送信元的速率不受传输媒体速率的影响，可以在发送端物理层插入空闲信元（idle cell），以将ATM层信元流的速率适配成传输媒体的速率。在接收端，通过特定的预分配信头值，可以识别出空闲信元予以
25、丢弃，并不送往ATM层。,2.4 ATM协议参考模型,44,4）信头错误检验码HEC的产生与校验。即在发送端按CRC算法生成1字节的信头差错控制域（HEC），而在接收端对信头的HEC进行校验并按照一定的信头差错控制方式来处理信元；5）信元速率的解耦（decoupling），使ATM信元速率不受传输媒体的限制，使二者脱离关系。信元速率解耦就是发送端在物理层插入一些空闲信元（idle cell），以将ATM信元流的速率适配成传输媒体的速率。这些空闲信元采用特殊的预分配信头值，在接收端很容易被识别出，然后做简单的丢弃处理。,45,（2）信头差错控制（header error control）信元信头
26、中含有控制选路以及其它的重要信息，必须对信头信息进行差错控制。ATM使用8比特的HEC码来检验信头的传输错误。HEC能够纠正单比特错误与检测多比特错误。,图7.10 信头差错控制方式,46,信头差错控制方式如图7.10所示。在“纠错方式”（缺省）下，接收端按单比特纠错方式工作，如果检测到单比特错误，这个错误就被纠正，接收器的状态转移到检错方式；如果检测到多比特错误，信元就被丢弃，状态也转到检错方式。在“检错方式”下，所有检测到的错误的信元都一律被丢弃，并且接收器的工作方式不变，一旦不再发现信头有错，接收器立即转回纠错方式状态。显然，这种差错控制方式只能纠正单比特错误，对于多比特错误的信元则被丢
27、弃。采用光纤来传输ATM信元时，若出现误码，一般为单比特错误。,47,（3）信元定界与扰码信元定界（cell delineation）是识别信元边界的过程，图7.11表示了信元定界方法的状态图，这种信元定界的方法是基于正确的HEC的搜索。,图7.11 信元定界状态图,48,接收器开始工作的时候处于搜索状态（HUNT），这时接收器对收到的信号逐个比特进行检查，搜寻正确的HEC。所谓搜索正确的HEC，就是指接收端对收到的信元前32个比特（4字节）进行HEC运算的结果正好与后8个比特（信头的HEC字段）相等。一旦找到正确HEC，系统立即转到预同步状态（PRESYNC）。,49,在预同步状态下，接收器
28、对信元逐个核对HEC，只有收到个含有正确HEC的信元时，才确信真正找到了信元的边界，这时候接收器转入同步状态（SYNCH）；否则接收器仍然回到搜索状态（HUNT）重新搜索。在同步状态下，接收器仍需要逐个信元进行HEC检查，并按上面所介绍的差错控制方式工作。一旦发现个连续的含有不正确HEC的信元时，接收器认为丢失了信元的边界，因此重新回到搜索状态（HUNT）。,50,值决定了接收端抗拒伪定界的能力，值决定了抵御伪失界的能力。在实际应用中，CCITT建议的为7，为6。为了防止信元的信息段中出现“伪HEC”码，在发送端应对信息进行扰码（scrambling），在接收端再以相反的操作进行解扰（desc
29、rambling）。,51,ATM层：ATM层的主要功能是负责信元的交换、选路和复用。具体为：信元的复用与交换服务质量保证实现净荷类型有关的功能一般流量控制,2.4 ATM协议参考模型,52,1）信元的复用与交换VPI/VCI是信头中十分重要的选路标志，ATM层能将不同连接（用不同的VPI/VCI值区分）的信元复用成物理层的单一信元流，并在相反方向上进行解复用。同样，当信元从一条物理链路被交换到另一条物理链路时，要将VPI/VCI进行翻译。VPI/VCI的翻译就是ATM选路和交换的过程。,53,2）服务质量保证ATM层应提供保证服务质量（QosQuality of Service）的功能。在呼
30、叫建立期间，用户向网络表明所要求的Qos类别。在连接保持期间，用户不得改变Qos，同时网络应保证这个Qos。ATM层信元的丢失会影响Qos，为了减少这种影响，用户或业务提供者可以设置信头中CLP（Cell Loss Priority）的值来表示该信元对丢失的优先度。,54,3）实现净荷类型有关的功能信头中有一个净荷类型PT（Payload Type）字段，用来说明信元的净荷是用户信息还是其它信息。如果是用户信息，净荷应送到ATM层之上的AAL层，然后送往用户；如果是其它信息，净荷中包含了与网络管理与维护有关的信息。4）一般流量控制的功能信头中的一般流量控制GFC（Generic Flow Co
31、ntrol）提供对于ATM连接的流量控制，以便减轻瞬间的业务量过载。GFC只用在用户-网络接口上（UNI）。,55,AAL：1）AAL的功能：主要功能是将高层业务信息或信令信息适配成ATM信元流。它是ATM层与高层应用（包括用户面、控制面和管理面）之间的适配层，并支持高层与ATM层之间的适配：将高层的协议数据单元（PDU）映射到ATM信元的信息段或反之。AAL实体与对等层的AAL实体之间要交换信息，以实现AAL的功能。2）AAL的业务分类：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，将业务按照以下个特性进行分类：源与终点之间的定时关系：需要或不需要；
32、比特率：固定或可变；连接方式：面向连接或无连接。,2.4 ATM协议参考模型,56,业务特性,源与终点之间的定时关系,比特率,类别,A类,B类,C类,D类,连接方式,需要,不需要,固定,可变,面向连接,无连接,ATM适配层,AAL1,AAL2,AAL5AAL3/4,AAL3/4,2.4 ATM协议参考模型,57,3）AAL的基本结构：AAL的功能可以分为两个逻辑子层：汇聚子层（CS：Convergence Sublayer）汇聚子层的主要功能是在AAL业务接入点（SAP）对高层提供AAL的服务，其具体功能与业务类型有关。分段和重组子层（SAR：Segmentation And Reassemb
33、ly）分段和重组子层可简称为拆装子层，其主要功能是将高层信息进行分割，以适合于装入ATM信元的信息段，或者反之。不同的CS和SAR的组合，可得到不同的业务适配功能。按照不同业务类型的需要，CS还可以进一步划分为子层。,2.4 ATM协议参考模型,58,）AAL类型：为了适应不同业务类型的需要，ITU-T定义了类AAL：AAL1、AAL2、AAL3/4、AAL5。AAL1规程用于支持类业务。AAL2规程用于支持类业务，适用于时延敏感的低速、可变长度的短分组的传送。AAL3与AAL4原来是分开的，后来合并为一类：AAL3/4，用来支持C/D两类业务，即包括面向连接与无连接的数据业务。AAL5可以看
34、成是简化的AAL3/4，用来支持面向连接的C类业务（如帧中继），传送大的数据分组时效率较高，ATM网络信令也采用AAL5。高层：则相当于各种业务的应用层或信令的高层处理。,2.4 ATM协议参考模型,59,（2）AAL1AAL1支持对时延敏感的恒定比特率业务，比如话音。AAL1分为2个子层：分段与重组（SARSegmentation and Reassembly）子层和会聚子层（CSConvergence Sublayer）。AAL1的工作原理如图7.12所示。,60,会聚子层（CS）主要负责将上层应用发来的数据流划分为47字节的分段（没有CS头部与尾部）提交给SAR子层处理，并且具有检测信元
35、丢失和信元误插入，以及定时信息传送等功能。SAR子层主要完成把来自CS的PDU（47字节）加上SAR头（1字节），形成48字节的数据段后提交给ATM层，并同时完成SAR头部功能。SAR头部功能主要是要完成序号功能，接收端可按照SAR-PDU序号计数来重新组装提交用户数据流，并可检测出丢失或误插。,61,（3）AAL2AAL2支持可变比特率的实时业务，特别是采用压缩技术的视频传输。例如在新闻广播中，如果采用压缩技术，当新闻主持人出现在屏幕上的时候，屏幕中的画面在一定时间内变化很小，这时候传输的压缩数据量很小。但是当屏幕从新闻主持人转移到一场激烈的篮球比赛中时，屏幕中画面在短时间内就有很大的变化，
36、虽然采用压缩技术，可是需要传输数据量仍然很大。也就是说在这种业务中，信息传输的速率是可变的，AAL2正是应用在这种可变比特率的实时业务中。,62,AAL2可以分为公共部分子层（CPSCommon Part Sublayer）和业务特定会聚子层（SSCSService Specific Convergence Sublayer）。因为可变比特率业务比较复杂，所以不同的业务使用不同的业务特定会聚子层（SSCS），但不同业务都使用公共部分子层（CPS）。SSCS完成装拆、差错检测和数据的确保传送等功能，SSCS可以为空；CPS具有将CPSSDU从一个CPS用户通过ATM网络传送到另一个用户的能力，支
37、持多个AAL2信道的复用和解复用。,63,AAL2主要完成以下功能：1）拆装用户信息；2）处理信元时延变化；3）处理丢失与误插的信元；4）在接受端恢复源时钟频率与源数据结构；5）监视误码。,64,（4）AAL3/4最初，AAL3用来支持面向连接的数据业务而AAL4用来支持面向无连接的数据业务，但是当它们分别单独发展后，这两者之间相同的地方越来越多，最后它们被合并成为现在的AAL3/4。AAL3/4与AAL1类似，划分为分段与重组（SARSegmentation and Reassembly）子层与会聚子层（CSConvergence Sublayer）两个子层。但是CS又继续分为公共部分CS（
38、CPCSCommon Part CS）与业务特定CS（SSCSService Specific CS）。与AAL2一样，SSCS随业务不同而改变（注意：SSCS在无连接业务时候为空）。因此CPCS与SAR构成了AAL3/4的公共部分。,65,AAL3/4各个子层工作原理如图7.13所示。,图7.13 AAL3/4,66,其中，CPCS从上层接收数据后，加上CPCS头与CPCS尾部后，然后形成CPCS-PDU提交给SAR，CPCS在必要的时候要对用户数据加上PAD使用户数据长度调整为4字节的整数倍，并在接收时去掉PAD。SAR则对CPCS提交下来的PDU进行分段并在接收时进行重组，同时在必要的时
39、候也需要加上PAD与去掉PAD。SAR-PDU的头和尾含有复杂的序号与差错控制。,67,（5）AAL5AAL3/4提供了复杂的序号与差错控制机制，但是并不是每一个应用都需要这些机制,而且AAL3/4每个48字节SAR-PDU中开销就用到了4个字节，使得传输效率变得很低。为此ATM论坛规定了一类新的AAL，定义为AAL5。它是一种简化的AAL规程，用来支持面向连接的可变比特率的数据业务，对信令与数据业务进行适配。,68,AAL5同AAL3/4一样划分为分段与重组（SARSegmentation and Reassembly）子层与会聚子层（CSConvergence Sublayer），同样CS
40、继续划分为CPCS与SSCS。SSCS通常为空，CPCS与SAR构成了AAL5的公共部分。其中SAR功能子层功能相对简单，主要是将CPCS-PDU划分为48字节的段，成为SAR-PDU而传送到ATM层。,69,AAL5工作原理如图7.14所示。,70,注意，SAR使用了ATM信元信头PT字段中的AUU比特来标识CPCS-PDU的最后一段，即当AUU=0，表示属于同一个CPCS-PDU的非最后一个SAR-PDU；AUU=1表示是最后一个SAR-PDU。虽然PT字段的使用破坏了AAL层与ATM层的独立性，违背了OSI分层原则，但是使AAL5相对变得简单。,71,3、ATM交换技术,ATM交换的基本
41、原理ATM交换系统的基本结构ATM交换结构,72,3.1 ATM交换的基本原理,ATM交换是指ATM信元从输入端的逻辑信道到输出端的逻辑信道的消息传递。输出信道的确定是根据连接建立信令的要求在众多的输出信道中进行选择来完成的。ATM逻辑信道具有两个特征：物理端口（线路）编号VP与VC标识符 为了提供交换功能，输入物理端口必须与输出物理端口相关联；输入VPI/VCI与输出的VPI/VCI相关。ATM交换系统执行三种基本功能：信头翻译、路由选择和排队,73,信头变换：信头变换主要是指VPI/VCI值的变换，即入VPI/VCI变换为出VPI/VCI。VPI/VCI的变换体现了信元交换的重要概念，意味
42、着入线上某逻辑信道中的信息被传送到出线上的另一逻辑信道中去。为了实现信头变换，应建立翻译表。选路：选路表示任一入线的信息可被交换到任一出线，具有空间交换的特征。信头变换加上选路功能，才能实现ATM交换结构的交换功能。这也就是说，在翻译表中从入线的VPI/VCI应能查到出线号码以及新的VPI/VCI值。这些是在连接建立阶段写入的。排队：由于是统计复用的异步时分交换，在连接建立后的传送信息阶段，经常会发生在同一时刻有多个信元争抢公用资源的情况，例如争抢出线或交换结构中的内部链路。因此，ATM交换系统需要有排队功能，以免在发生资源争抢时丢失信元。,3.1 ATM交换的基本原理,74,X,Y,Z,S,
43、X,X,Y,S,K,K,N,G,M,G,I,L,I1I2IN,O1O2Oq,信头/链路翻译表,.,输出信头,.,.,ATM交换的基本原理,输入链路,输入链路,时隙,时隙,XYZ,O1Oq O2,I1,KML,NIG,XYS,O1O2 Oq,In,.,输入信头,3.1 ATM交换的基本原理,75,ATM交换结构,接口单元,接口单元,接口单元,接口单元,处理机控制部分,ATM交换系统基本结构,控制子系统,信元传送子系统,3.2 ATM交换系统的基本结构,76,信元传送子系统接口设备：一般由接口电路和信元集中级或信元复用器组成。1）输入侧：接收输入信元，输入侧接口设备的主要功能为：物理层功能：光电信
44、号的转换与同步（若采用SDH/SONET物理接口）数字比特流的恢复 信元定界和差错控制 信元速率解耦（丢弃空闲信元）净荷的解扰,3.2 ATM交换系统的基本结构,77,ATM层主要功能：VPI/VCI值的有效性检查及翻译 信头差错检查 输出端口的确定 区分信令信元、用户信元和OAM信元并作相应的处理,3.2 ATM交换系统的基本结构,78,2）输出侧：执行与输入侧相反的功能，输出侧比输入侧较为简单，主要功能是为ATM信元流的物理传输作准备。其主要功能包括：HEC域的产生并装入信头 信令信元、OAM信元和用户信元流的混和输出 信元速率匹配（加入空闲信元）传输帧的形成 光电信号转换,3.2 ATM
45、交换系统的基本结构,79,3.2 ATM交换系统的基本结构,信元传送子系统ATM交换结构：交换结构实现交换连接功能，具体说来就是信头变换、选路和排队的功能，用户信息、信令消息和处理机之间的的控制信息都可通过交换结构来交换。控制子系统：主要是由处理机系统及各种控制软件组成，其中主要包括呼叫控制软件与操作管理维护（OAM）软件。呼叫控制软件主要完成呼叫连接的建立和拆除，包括寻址、选路、交换网络的控制等功能，含UNI和NNI接口的信令处理。OAM软件主要完成对交换系统的操作维护，具体包括配置管理、计费管理、性能统计、故障处理等功能。,80,ATM交换结构,时分,空分,共享存储器,共享媒体,单通路,多
46、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,1）ATM交换结构类型,3.3 ATM交换结构,81,共享存储器：存储器为所有输入端口和输出端口共用，从各个输入到达的信元通过复用器被复用成单一的输入信元流而写入共享存储器，在存储器内部划分为若干个队列，每个队列对应于一个输出端口，在写入时，应按照各个信元的目的端口写入相应的队列，在写入的同时，按顺序从各个输出队列读出队首的信元而形成输出的信元流，经分路后传送到各个输出端口。,存储器,复用,分路,12N,12N,共享存储器结构,3.3 ATM
47、交换结构,82,共享媒体：与共享存储器结构相似，共享媒体结构也是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,3.3 ATM交换结构,83,基于crossbar的交换结构（见第二章交换网络相关内容）基于banyan的交换结构（见第二章交换网络相关内容）多通路交换结构（见第二章交换网络相关内容）,3.3 ATM交换结构,84,2）ATM交换结构的缓冲策略：缓冲策略或称为排队策略，是ATM交换结构设计中的重要问题，
48、它分为外部缓冲方式和内部缓冲方式：外部缓冲：外部缓冲是指缓冲器不是设置在交换结构的内部，而是设置在交换结构的外部。外部缓冲主要有输入缓冲、输出缓冲、输入与输出缓冲、环回缓冲等四种方式。1）输入缓冲：输入缓冲是在交换结构的每条入线上设置缓冲器，通常遵循FIFO排队规则。,3.3 ATM交换结构,交换结构,1N,1N,输入缓冲,85,排头阻塞现象 输入缓冲方式存在排头阻塞现象，从而使得吞吐率降低。所谓排头阻塞现象，是指在发生出线竞争时，排列在竞争中失败的信元（处于排头位置）之后的去向空闲出线的信元也不能传送的现象。减少FIFO阻塞现象，提高吞吐率的方法输入缓冲器采用FIRO规则：排头阻塞现象阻塞是
49、由于FIFO规则引起，为此可采用按序进入随机取出（FIRO:First In Random Out）的服务规则。当某个输入队列的排头信元在出线竞争中失败，可以依次再取出排列在其后的信元参与对其他输出端口的竞争。多重输入缓冲方式：多重输入缓冲方式是在每条入线设置多个FIFO队列，每个队列对应于1个输出端口。,3.3 ATM交换结构,86,交换结构,1N,1N,1N,多重输入缓冲方式,3.3 ATM交换结构,87,2）输出缓冲：输出缓冲是在每条出线上设置缓冲器。为了解决出线竞争，一个理想的采用输出缓冲的无阻塞交换结构最好使得每个出端能够同时接收所有入端发来的信元。这就是说，当入线数为N，考虑到最不
50、利情况，每个出端在一个时隙中最多应可接收N个信元。要做到这一点，就要提高处理速度和存储器的访问速度，于是引入了加速因子的概念。加速因子等于N时，完全消除了出线竞争，但对速率的要求较高。输出缓冲方式不存在排头阻塞现象，在合适的加速因子取值下，可以得到高吞吐率和良好的性能。,3.3 ATM交换结构,交换结构,1N,1N,输出缓冲,88,交换结构,1N,输入与输出缓冲,1N,3.3 ATM交换结构,2）输入与输出缓冲：,89,4）环回缓冲：环回缓冲是使竞争中失败的信元能通过环回缓冲器回送到入端，再与新到来的信元一起进行下一轮的竞争。环回缓冲的交换结构可以具有较高的吞吐率和较低的信元丢失率，但交换结构
