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1、第六章 ATM交换技术,第六章 ATM交换技术,本章内容：ATM概述 ATM交换网络实现技术 ATM交换的分层技术 本章重点：ATM的基本概念，ATM时分交换结构， Banyan网络递归构造与性质，ATM层 的主要功能，分段重装子层功能。 本章难点：ATM适配层。,6.1 ATM概述,6.1.1 ATM的基本概念,一ATM的含义：是一种采用异步时分复用方式、 以固定长度信元为单位、面向连接的信息转移 （包括复用、传输与交换）模式。,ATM：Asynchronous Transfer Mode，异步转移模式,ATM：Automatic Tellor Machine，自动取款机,ATM基础,ATM
2、技术的产生 电路交换与分组交换的对比 电路交换：带宽利用率低；不适合可变速率业务；但延时小 分组交换：带宽利用率高；适合可变速率业务；但延时大且对信息传送的不确定性 需要找出两全的办法，既能达到网络资源的充分利用，又能使各种速率的通信业务获得高质量的传送水平（实现B-ISDN的前提）,ATM基础,ATM技术的产生 ATM是ITU-T为实现宽带综合业务数字网B-ISDN而推出的一种交换、传输和复用为一体的交换技术，是一种快速分组交换技术，采用固定长度的分组包，称为Cell（信元），在预先建立的各种具有服务质量要求的虚通路上高速、高效地传递。 ATM是对分组长度可变的分组交换技术的一种改进，是一种
3、高速分组传送模式，由于同一通信过程的各信元不需要严格按照一定的规律出现，因此称这种模式为异步的。,ATM技术具有下列特征： （1）所有信息在ATM网中以信元（Cell）形式发送，它采 用固定长度数据单元格式，由信头和信息域组成； （2）ATM是面向连接的技术，同一虚连接中的信元顺序保 持不变； （3）通信资源可产生所需的信元，每一信元都具有连接识别 的标号（位于信头某域）； （4）信元信头具有本地重要性，即用于路由选择的标识符只 在特定物理链路上才是唯一的； （5）信息域被透明传输，它不执行差错控制； （6）信元流被异步时分多路复用。,6.1.1 ATM的基本概念,二、ATM信元是ATM的基本
4、信息单元，根据对传输效率、时延和实现复杂性三方面考虑，采用了53Byte的固定长度信元：由5字节信头和48字节信息域构成 。,6.1.1 ATM的基本概念,8 7 6 5 4 3 2 1,8 7 6 5 4 3 2 1,ATM技术的产生 一般流量控制（GFC）: 由4bit组成，仅用于用户-网络接口，其功能是控制产生于用户终端方向的ATM连接的业务量，减小用户侧出现的短期过载，支持点到点连接和点到多点连接。 GFC：用于流量控制或在共享媒体的网络中表示不同的接入。,VPI：虚通路标识符，网络-节点接口中为12bit，用户-网络接口中为8bit，用以增强路由选择功能； VCI：虚信道标识符，16
5、bit，用于ATM虚信道路由选择，适用于用户-网络接口和网络-节点接口； HEC：信头差错控制，8bit，用于ATM信元信头差错的检测和纠正以及信元定界； PT：信息类型，3bit，用于区别信元信息域的信息类型（用户信息信元和网络信息信元） CLP：信元丢失优先级，1位bit，用于表示信元丢失的先后顺序，可由用户或业务提供者设置。,ATM信头各字段含义,三、ATM信元传送处理的基本原则,1、信息发送顺序 从字节1起始，8bit的字节以增序方式发送。 对于各域而言，首发比特是最高有效位（MSB）。,2、误码处理方法 通过对信头差错控制（HEC）字节进行检验可以纠正信头的一位错码和发现多位错码，对
6、无法纠正的信元予以丢弃。 对信息域不采取任何纠错和检错措施。 接收方收到的ATM信元只保证信头正确，不保证信息正确； 因信头错误的信元被丢弃，使得不是所有ATM信元都能送到。,6.1.1 ATM的基本概念,三、ATM信元传送处理的基本原则,3、信元定界方法 信元定界定义了3种不同状态，搜索态、预同步态和同步态。 搜索态：系统对接收信号进行逐比特的HEC检验，确定域值；预同步态：系统认为已经发现了信元的边界，并按照此边界找到下一个信头进行HEC检验，连续m个正确，进入同步态； 同步态：系统对信元逐个进行HEC检验，发现错误回到搜索态。,6.1.1 ATM的基本概念,三、ATM信元传送处理的基本原
7、则,6.1.1 ATM的基本概念,四、ATM技术的特点,（1）进一步简化了功能。 （2）定长比可变长信元的控制与交换更容易用硬件实现。 （3）采用面向连接并预约传输资源的工作方式，保证了网络上信息可以在一定允许的差错率下传输，既兼顾了网络运营效率，又满足接入网络的快速数据传输。 （4）ATM信元头部功能降低。 （5）ATM网具有支持一切现有通信业务及未来的新业务； 有效地利用网络资源；减小了交换的复杂性；减小延迟及网络管理的复杂性等。,6.1.1 ATM的基本概念,一、系统组成 ATM交换机的主要任务为进行VPI/VCI转换和将来自与特定VP/VC的信元根据要求输出到另一个特定的VP/VC上。
8、ATM系统由入线处理部件、出线处理部件、ATM交换单元和控制单元组成。,6.1.2 ATM交换系统的基本构成,1、入线处理部件 在传输线路上信息传送形式是比特流，而信元交换必须以信元为单位，入线处理就是完成比特流与信元流的转换。,6.1.2 ATM交换系统的基本构成,一、系统组成,6.1.2 ATM交换系统的基本构成,一、系统组成,6.1.2 ATM交换系统的基本构成,一、系统组成,6.1.2 ATM交换系统的基本构成,二、宽带业务对于交换机的要求,多速率交换：不同业务分配不同带宽，快速和高效的实现多速率转换。 多点交换：提供点到多点的广播/组播连接功能，要求实现一条入线的信元输出到多条出线上
9、的操作，例如在会议电视系统中，允许将一处会场的图像和声音传送到其他会场。在视频点播中，允许视频服务中心将不同要求的具体影片传送给分散用户。 多媒体业务支持：网络中每种媒体有不同的服务质量要求 信元丢失/信元误插入率 交换时延 连接阻塞（内部阻塞 、外部阻塞 ）,6.1.2 ATM交换系统的基本构成,6.2 ATM交换网络实现技术,6.2.1 空分交换结构,1、出线冲突时的入线选择策略 随机法：随机地从多条竞争的入线中选取一条入线。 固定优先级法：优先级高的入线获得发送信元的权利。 轮换优先级法：每条入线轮流拥有最高优先级。 缓存区状态确定法：设置缓存区放置无法立即交换的信元。 信元状态确定法：
10、根据CLP值确定信元服务的先后顺序。,2、阻塞信元的处理缓存存储方法 对于交换单元无法立刻服务的信元，可以采用缓存存储方法将信元暂时缓存，等待下一次服务。根据缓存区设置位置不同可以分为输入缓存、输出缓存和中央缓存。,6.2.1 空分交换结构,输入缓存（输入队列）,每条入线配置一个专用的缓存器用来存储输入信元 仲裁逻辑予以“放行”后，信元从输入缓存传送到出线 缺点：存在队头阻塞,1,2,3,4,1,2,3,4,第一时隙,1,2,3,4,1,2,3,4,第二时隙,队头阻塞,队头阻塞(HOL)会使出线传送效率下降。 队头阻塞的解决方法主要有以下几种方法。,1,2,3,4,1,2,3,4,窗口方法,1
11、,2,3,4,1,2,3,4,窗口方法,1,2,3,4,1,2,3,4,窗口方法,1,2,3,4,1,2,3,4,扩展方法,2,3,4,2,1,3,3,4,3,4,1,1,1,2,3,4,1,2,3,4,扩展方法,2,3,4,2,1,3,3,4,3,4,1,1,1,2,3,4,1,2,3,4,扩展方法,4,3,3,1,2,3,2,1,3,4,4,1,1,2,3,4,1,2,3,4,加速方法,1,2,3,4,1,2,3,4,加速方法,1,2,3,4,1,2,3,4,一个例子,a,1,e,2,b,1,f,2,c,4,g,3,i,3,d,4,h,1,1,2,3,4,1,2,3,4,常规方法,a,1,
12、e,2,b,1,f,2,c,4,g,3,i,3,d,4,h,1,1,2,3,4,1,2,3,4,常规方法,e,2,b,1,f,2,g,3,i,3,d,4,h,1,1,2,3,4,1,2,3,4,窗口方法,a,1,e,2,b,1,f,2,c,4,g,3,i,3,d,4,h,1,1,2,3,4,1,2,3,4,窗口方法,a,1,e,2,b,1,f,2,c,4,g,3,i,3,d,4,h,1,1,2,3,4,1,2,3,4,窗口方法,a,1,e,2,b,1,f,2,c,4,g,3,i,3,d,4,h,1,1,2,3,4,1,2,3,4,窗口方法,e,2,b,1,g,3,i,3,d,4,h,1,1,2
13、,3,4,1,2,3,4,扩展方法,a,1,e,2,b,1,f,2,c,4,g,3,i,3,d,4,h,1,1,2,3,4,1,2,3,4,扩展方法,i,3,a,1,e,2,b,1,f,2,c,4,g,3,d,4,h,1,1,2,3,4,1,2,3,4,扩展方法,i,3,a,1,e,2,b,1,f,2,c,4,g,3,d,4,h,1,1,2,3,4,1,2,3,4,扩展方法,i,3,b,1,f,2,d,4,h,1,1,2,3,4,1,2,3,4,加速方法,a,1,e,2,b,1,f,2,c,4,g,3,i,3,d,4,h,1,1,2,3,4,1,2,3,4,加速方法,e,2,b,1,f,2,g
14、,3,i,3,d,4,h,1,1,2,3,4,1,2,3,4,加速方法,f,2,i,3,h,1,各种方法的信元传送情况,输出缓存（输出队列）,每条出线配置一个专用缓存器存储同时到达该出线的多个信元 系统应能在一个信元时间内向队列写入N个信元 输出缓存的控制基于FIFO原则，以保证信元正确的缓存顺序,输入与输出缓冲 采用单纯的输出缓冲时，当加速因子小于N，会发生信元丢失。如果同时在入端也设置缓冲器，在发生出线竞争时，受加速因子限制而不能同时传送到出端缓冲器的信元可以暂时保存在入端缓冲器中，从而避免了信元的丢失，这就是输入与输出缓冲方式。 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。,中央缓存（中央队列）,在交换单元的中央设置一缓存器，并被所有入线和出线公用 所有入线上的全部输入信元
