现代交换第七章(2)

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1、7.3ATM 协议参考模型协议参考模型ATM 网络是一种面向连接的快速分组交换网络，要说明 ATM 交换功能，必须首先 介绍 ATM 网络的体系结构，这就是 ITU-T 建议的基于 ATM 的 B-ISDN 的协议参考模型。7.3.1 协议参考模型的层面结构协议参考模型的层面结构ATM 协议参考模型（PRM）分为三个面，即用户面、控制面和管理面。用户面和控制面具有分层结构，各分为 4 层：物理层、ATM 层、ATM 适配层 （AAL）和高层。B-ISDN 协议参考模型三个面三个面用户面用户面 负责端到端用户信息的传递及相关的控制（如流量控制、差错控制等）功能。 控制面控制面 主要用于信令信息的

2、传送与处理，负责寻址、路由选择和呼叫连接控制的相关 功能。 管理面管理面 提供网络维护、运行和管理功能，也负责用户面和控制面间的协调。管理面分为层管理和面管理。层管理实现各层网路资源与协议参数的管理，并处 理各层中的运行、管理与维护（OAM）信息流；面管理提供网络全局的管理及协调各面管 理功能。四层四层用户面和控制面具有分层结构，从下到上为：物理层、ATM 层、ATM 适配层 （AAL，ATM Adaptation Layer）和高层。 物理层 基本功能是通过物理媒质正确、有效的传送信元； ATM 层 主要负责信元的复用和交换； AAL 层 主要功能是实现高层与 ATM 层适配，用统一的 AT

3、M 技术支持各种各样的业务物理层ATM层面 管 理层 管 理ATM 层(AAL)层层与应用。 高层 因不同的业务和应用而异，例如，如果用 ATM 作为 Internet 的通信子网，那么 高层将包括应用层、运输层和 IP 层。通用协议模型通用协议模型对用户面而言，端点代表用户终端，转移点代表 ATM 交换机；而对控制面而言， 端点代表信令点 SP，转移点代表信令转移点 STP。ATM 协议参考模型的层功能总结协议参考模型的层功能总结PHY:物理层ATM：ATM 层AAL：ATM 适配 层HL:高层转移点端点端点R:中继转发HLAALATMPHYATM R ATMPHYPHYHLAALATMPH

4、YATM R ATMPHYPHY层功能 层 号 会聚 CS 拆装 SAR AAL 一般流量控制 信头处理 VPI/VCI 处理 信元复用和解复用 ATM 信元速率耦合 HEC 序列产生和信头检查 信元定界 传输帧适配 传输帧的创建和恢复 TC 层 管 理 比特定时 物理介质 PM PHY 7.3.2 物理层物理层ATM 网 UNI 的物理层接口最常用的是 SDH 的 STM-1 和 STM-4，还可以用 PDH 的 E1 或 E3；而 ATM 网 NNI 的物理层接口最常用的是 SDH 的 STM-16. 物理层又划分为 2 个子层：物理媒质相关（PMD）子层与传输汇聚（TC）子层。1.物理媒

5、质相关子层物理媒质相关子层(PM)PM 子层的功能是提供与传输媒质有关的比特传输能力。传输媒质可以是光纤、双绞 线、同轴电缆，甚至可以是无线。比特传输能力包括发送和接收比特流、比特定时，还可 能包括与传输媒质相关的线路编码、调制解调、光电转换等功能。在 PM 子层与 TC 子层 的交界处交换的服务数据单元（SDU）是比特（包括信息比特和开销比特） 。2.传输汇聚子层（传输汇聚子层（TC）TC 子层的主要功能是依靠 PM 子层提供的比特传输能力实现 ATM 的传输。TC 子层 需完成的具体功能如下： （1）传输帧的产生/恢复与适配 （2）信元标头差错控制 （3）信元定界和扰码 （4）信元速率解耦

6、7.3.3 ATM 层层ATM 层负责传送各种类型的信息，包括用户信息、控制信息和管理信息。ATM 层依 靠其协议数据单元（PDU）来传送这些信息。信元就是 ATM 层的协议数据单元。ATM 层主要完成复用和交换功能，与传送 ATM 信元的物理媒质和物理层无关。端点主要完成复用功能，包括发送端的复接和接收端的分接功能。ATM 复用是基于 信元的异步时分复用，不同 VPI/VCI 的信元属于不同的虚通路，许多虚通路共享一条物理 线路。因此，在发送端只要给属于不同虚通路的信元赋予不同的 VPI/VCI 值，然后，按一 定次序将这些信元发送出去，就完成了复接功能。在接收端，要识别信元标头，根据其 V

7、PI/VCI 值进行分路，从而完成分接功能。中继结点主要完成交换功能。首先从物理层接收有效信元，识别信元标头；然后根据 信元的输入端口号与 VPI/VCI 值，查找路由表，更换 VPI/VCI 值及信元标头；最后转送给 相应的输出端口。在交换过程中信元可能要在缓冲存储器中排队。缓冲存储器可能设在交 换机的输入端口，也可能设在交换机的输出端口。ATM 层的另一功能是对信元标头处理。发送端点要产生信元标头的前 4 个字节字段， 除了指定 VPI/VCI 值之外，还要确定 PT 和 CLP 等字段的取值。至于第 5 字节 HEC 是由 TC 子层加入的。在交换机中要提取和识别信元标头，并且要在更换

8、VPI/VCI 值后再生信 元标头。接收端点要在识别信元标头之后，根据 VPI/VCI 值将 48 字节的载荷域分送给相 应的上一层（AAL）实体。7.3.4 ATM 适配层（适配层（AAL）ATM 层采用信元来承载各种类型的信息，而不同的应用产生不同格式的应用数据单 元（ADU） ，所以在高层与 ATM 层之间需要增加某些适配功能，以便用 ATM 信元的载荷域来承载不同格式的 ADU。ATM 适配层的作用就是要增强 ATM 层向上提供的服务，并 向高层提供各种不同类别的服务。根据不同应用的特性，ITU-T 规定 AAL 层要提供四种类别的服务，从 A 类D 类。服务类别的划分是根据以下属性：

9、 1.信源发送信息的比特率是固定的还是可变的； 2.端到端是否要求严格定时（同步） ； 3.应用要求面向连接还是无连接。这样，A 类是恒定比特率（CBR）的同步的面向连接服务，主要支持所谓的电路仿真 业务，其典型应用是 64Kb/s 的数字话音通信和承载 TDM 的各次群（如 E1） ；B 类是可变 比特率（VBR）的也要求同步的面向连接服务，用于支持可变速率编码的视频和话音通信； C 类是可变比特率的异步的面向连接服务，用于支持面向连接的数据传送应用；D 类是可 变比特率的异步的非连接型服务，用于支持非连接型的数据传送应用。ITU-T 规定了四种类型的 AAL，以支持上述的四类服务。这四类

10、AAL 层分别是 AAL1,AAL2,AAL3/4 和 AAL5。AAL 业务属性分类CS 和和 SARAAL 层划分为两个子层：汇聚子层(CS)和分段/重装子层（SAR） 。AAL 结构汇聚子层（CS）紧靠高层，为高层提供服务。对于不同的应用，提供不同的服务类 别（AD） 。因此 CS 子层又分为两部分：业务特定部分和共同部分。CS 子层的业务特定 部分（SSCS）的功能因业务和应用而异。每一个 AAL 的高层用户通过服务接入点 SAP 向 AAL 传递服务数据单元（SDU） 。在 CS 子层形成相应的协议数据单元 CS-PDU。CS 子层共同部分（CPCS）的主要功能就是形 成协议数据单元

11、 CS-PDU(即 CPCS-PDU)。分段/重装子层（SAR）在发送时，将 CS 子层传下来的协议数据单元变换成长度为业务类别 属 性 A 类 B 类 C 类 D 类 信源和信宿之间的定时关系 要求 不要求 比特率 均匀 可变 连接方式 面向连接 无连接 ATM 适配层协议 AAL1 AAL2 AAL3/4 或者 AAL5 AAL3/4 或者 AAL5 SSCFSSCOPSSCSCPCSCSSAR48 字节的 SAR-PDU。如果 CS-PDU 的长度小于 48 字节（如 AAL1）,那么就要添加若干字 节，使其变成 48 字节；如果 CS-PDU 的长度大于 48 字节（如 AAL5）,那

12、么就要将它分成 若干段。SAR-PDU 交给 ATM 层作为信元的载荷。在接收时，SAR 子层将 ATM 层上交的 48 字节长的载荷重新装配成 CS-PDU，使 ATM 层与高层的业务和应用无关。在四种 AAL 中，应用最多的是 AAL5 和 AAL1。7.4ATM 交换网络的结构及基本原理交换网络的结构及基本原理本节集中讨论 ATM 网络的核心设备ATM 交换机的功能、组成与工作原理。 总的来说，ATM 交换机需完成协议参考模型的用户面和控制面的功能。就用户面而 言，ATM 交换机只需完成用户信息转移点的功能，即物理层和 ATM 层的功能。就控制面 而言，ATM 交换机一般是信令端点，因此

13、需完成物理层、ATM 层、信令适配层和信令高 层的功能；有些 ATM 交换机可能只是信令的转移点，因而只需完成物理层和 ATM 层的功 能。 ATM 交换机由内部交换网络、输入输出接口和交换控制器三大部分组成。下图示出 这三大部分及它们之间的相互关系。交换网络是交换机的核心，其主要功能是中继转发。 输入输出接口包括 UNI、NNI 两种接口。交换控制器主要完成信令适配层和信令高层的功 能，包括信令的收发和处理，实现连接控制。ATM 交换机的基本工作过程交换机的基本工作过程ATM 交换机的工作过程： （1）从输入端口接收、提取有效信元、识别信元标头； （2）根据信元的 VPI/VCI 值查找路由

14、表，得到信元的输出端口号、新的 VPI/VCI 值及表中的其它内容，形成交换机内部信元； （3）根据内部信元路由标签 Tag,将信元转移到相应的输出端口； （4）在输出端口删除 Tag,更换信元标头，然后发送到输出链路上。输入端口号输入信元 VPI/VCI输出端口号新的 VPI/VCI其它1A2B1CND2A2E2C1CND1F入线处理模块入线处理模块交换单元出线处理模块出线处理模块1N1N呼叫处理和 连接允许控制拥塞控制和 资源管理NAND路由表的形成路由表的形成路由表在交换过程中起着十分重要的作用，那么交换路由表的内容是如何形成的呢？对于永久、半永久连接，路由表项是网络管理实体根据用户的预

15、订预先确定的；对于即时连接，路由表项是在呼叫连接建立阶段根据信令处理的结果确定的。而路 由表内容的设置和更新是交换控制器的任务。本节集中讨论内部交换网络的类型及工作原理。7.4.1 交换网络的功能及分类7.4.2 ATM 十分交换网络7.4.3 基于 Crossbar 的交换结构7.4.4 ATM 多级交换网络7.4.5 ATM 交换网络的信元缓存策略7.4.1 交换网络的功能及分类交换网络的功能及分类ATM 交换网络是实现 ATM 交换的核心部件。交换网络的基本功能是根据路由标签 实现信元的转移，也就是将内部信元从任意的输入端口转移到指定的一个或多个输出端口。ATM 交换网络应提供良好的性能

16、，以保证所需的服务质量，与服务有关的主要参数 是信元丢失率、时延和时延抖动。有些业务对信元丢失率很敏感，另一些业务则对时延和 时延抖动很敏感。在 ATM 交换网络的设计中，还要考虑连通性和吞吐率。连通性用连接阻塞率衡量。 有些交换网络内部不会发生阻塞，但有些交换网络内部可能发生阻塞。连接阻塞率表示在 连接建立阶段交换网络内部找不到足够的资源来建立新连接的概率。吞吐率定义为交换网 络的每个输出端口平均每个时隙所传送的信元数，每个时隙相当于一个信元的传输时间， 因此吞吐率最大为 1。一、一、ATM 交换网络的分类交换网络的分类ATM 交换网络可以从不同的方面进行分类，这里主要从时分与空分、单路径与多 路径、单级与多级、阻塞与无阻塞等方面做概念性的分类。时延优先级流控参数输出端口号11B路由标签53 字节标准信元64B空分时分缓冲型全互连型矩阵型无缓冲型环型总线 型基于 Banyan 基于 Crossbar扩展Banyan复份 Ba