现代交换技术与通信网

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1、现代交换技术与通信网北京邮电大学 计算机学院 罗红第 1 页 共 3页第一章 宽带业务与ATM1.1 B-ISDN业务 一 电信业务类型 1 恒比特率业务如64kbps 话音与变比特率业务如分组 2 连接型业务如电路交换虚电路的分组交换与非连接型业务如报文交换数 据报的分组交换 3 交互式业务如电话数据检索聊天室与非交互式业务如电报电子邮件 4 单址业务多址业务与广播业务 5 交互式业务中的对称业务如电话与不对称业务如数据检索点播 6 实时业务如电话电视与非实时业务如文件下载 7 按终端接收信息方式分由网络向终端送消息如电报与由终端去网络取消息如 电子邮件 8 宽带业务Mbps 以上如电视高速

2、数据与窄带业务 9 多媒体业务 B-ISDN 应当能支持上述各种业务及其组合二B-ISDN业务分类 业务A 类业务B 类业务C 类业务D 类业务 特点一恒比特率变 比 特 率 特点二连 接 型非连接型 特点三源点与目的点要求同步源点与目的点不要求同步 A 类业务例如经由 ATM 传送的 E1 话音业务线路仿真未经压缩的视频信息 B 类业务例如采用压缩技术的视听业务 C 类业务例如帧中继TCP/IP 业务 D 类业务例如高速数据交换业务 SMDS B-ISDN 的用户通过指定业务质量QOS来进一步规定各个具体的业务要求 QOS 参数包括最高信息传输率平均信息传输率信息传输时延及其偏差信息丢弃优

3、先级等等1.2 ATM 一 ATM信元交换 1 原则 将信息划分成固定长度的 ATM 信元53 字节=5 字节信元头+48 字节净荷信元头中 含有地址和路由信息 在 B-ISDN 网络的传输复用交换过程中都使用 ATM 信元作为信息的基本载体2 特点 1 采用统计复用的方式信元动态占用信道提高了信道利用率ATM 信道t11137信息流 1信息流 3信息流 7现代交换技术与通信网北京邮电大学 计算机学院 罗红第 2 页 共 3页2 信元长度一定达到位置化复用的效果便于快速识别信元头减少处理时延 3 信元长度适中在保证一定编码效率前提下适合任何速率的信息流 4 信元头中含有地址/路由信息虚通路同一

4、用户的信息沿同一路径传输不存在随 即延迟不重发实时性强 二ATM信元格式 在 ATM 网络中存在两个接口用户网络接口 UNIUser-Network Interface和网 络节点接口 NNINetwork-Node Interface无论在这两种接口上还是在接口间的传输 线上统一传输 ATM 信元 ATM 信元UNINNI字节 GFCVPIVPI15 字节 信元头VPIVCIVPIVCI2 VCIVCI3 VCIPTICLPVCIPTICLP448 字节 净荷 HECHEC5 bit8 7 6 5 4 3 2 18 7 6 5 4 3 2 1 1 GFC4bits一般流量控制域仅 UNI 有

5、此域ATM 交换机根据 GFC 指示的拥护业 务和接入特点决定是否接受这个用户一旦接受就应保证一定的服务质量 2 VPI/VCI8 或 12bits / 16bits虚路径 / 虚信道标识用于确定该信元所属的虚通路 3 PTI3bits负载类型指示信息类型b4表示净荷中是用户数据/网络数据阻塞 指示b3表示信元在传输中是否经过阻塞用户到用户指示 AUUb2指明 ATM 用 户传输的数据类型 4 CLP1bit信元丢失优先级0高级1低级 5 HEC8bits信元头差错控制g (x) = x8 + x2 + x + 1可纠错 1 比特检错多比特 不反馈重发三 ATM 信元种类 1 未分配信元VPI

6、=0VCI=0CLP=0ATM 层产生的空信元当发送端暂无信息发 送时ATM 层插入的空信元支持收发两侧的异步工作 2 空闲信元VPI=0VCI=0CLP=1净荷=48 个01101010物理层产生的空信元 当线路上无任何发送端要发送信息时物理层插入的空信元保证 ATM 的传输要求 3 物理层 OAM 信元VCI=34用于物理层的操作维护 4 元信令信元VCI=1通用广播信令信元VCI=2点对点信令信元VCI=5信令 信元用于呼叫控制和建立连接等 5 普通信元VCI015传送用户信息1.3 VP/VC虚路径 / 虚信道 一VP / VC 一条传送 ATM 信元的数字链路被划分成许多逻辑信道具有

7、相同逻辑信道号的 ATM 信元同属该逻辑信道用户在使用 B-ISDN 进行通信前首先使用信令信元或其它方式永 久需电路 PVC占用一条逻辑信道并在使用完后释放它 ATM 中按照虚路径 VP 和虚信道 VC 两个层次组织逻辑信道一条 ATM 链路被划分成 若干 VP每条 VP 再被划分成若干 VC并用 VPI 和 VCI 来指示这就是每个信元头的地 址/信道指示一个逻辑信道可以是一条 VP 中的一条 VC也可以是一条 VP 中的全部 VC ATM 网络中信元的复用交换传输过程都在 VP/VC 上进行 例如一条 B-ISDN 用户线上同时进行了五个通信现代交换技术与通信网北京邮电大学 计算机学院

8、罗红第 3 页 共 3页业务VPIVCI沈阳 电话 114 沈阳 电话 215 沈阳 数据16 上海 电话25 上海 图象26说明 1 不同 V P 的 V C I 可以相同 2 一条线上的 V P I / V C I组合不能相 同 3 一个 V P I / V C I 组合在不同时间可以重复使用 4 V P I / V C I 由交换机分配二ATM网络的选路概念1 通信建立阶段交换机分配未使用空闲的 VPI/VCI通过信令信元通知用户并在 交换机中设置相应的路由表 入线信头标签出线信头标签 1VP2 VC83VP3 VC3 1VP2 VC114VP4 VC11 1VP5 VC34VP8 VC

9、5 2VP3 VC34VP4 VC12 2 通信过程中用户按分配的 VPI/VCI 传递信息其他用户可以共享该段链路的带宽 但不能使用其标签VPI/VCI 仅在本链路段有效每经过一次交换就可能改变 3 通信释放阶段交换机收回该 VPI/VCI通过信令信元通知用户并修改路由表三ATM交换机种类 1 VP 交换机 2 VC 交换机1.4 ATM技术特点 1 使用固定长度的数据分组ATM 信元空闲时用表示空闲的同样长度的数据分组空 闲信元填充从而对线路上的时间进行等分 2 线路上不进行逐段的反馈重发保证实时性若用户需要差错控制使用端到端的反馈 重发 3 在占用一条逻辑信道前使用 QOS 参数控制方法

10、指明需要的业务质量对不同业务采 用不同的流量控制策略VCI=4用户侧网络侧VCI=5VCI=6VPI=1VCI=4VCI=6VPI=2逻辑信道一条用户线数字链路VC8链路 1VC11 VC3 VP5VP2链路 2 VC3VP3VC12链路 4 VC11VC5VP8VP4CPN1链路 3VC3VP3CPN2NN1路由表UNI/NNIUNI/NNI现代交换技术与通信网北京邮电大学 计算机学院 罗红第 1 页 共 7页第二章ATM交换技术2.1 基本交换单元开关阵列结构一 信头判决问题 在开关阵列中信头判决由开关完成每个开关要根据当前入线上每个信元的信头进 行判决决定是否打开开关信头判决时信元已在入

11、线上逐比特送入需要缓存判决 完毕后通过控制信号决定信元是否送出 由于 ATM 信元传送速度很高要求信头判决电路的速度也要很高二 广播同播问题 广播方法由信息源复制消息由交 换设备复制信元 在开关阵列中只要把相应开关接通 就可把一条入线上的 ATM 信元送到任意 出线三 出线冲突问题 1 出线冲突解决方法 (1) 缓冲把因为发生出线冲突而不能送到出线上的 ATM 信元暂存在交换机中等出线空 闲时再发出去 (2) 丢弃把不能送到出线的信元丢掉 大部分要求实时性的业务都不在乎有一点误码与其缓冲不如丢掉大部分不能容 忍误码的业务都不在乎有一点延迟最好缓冲2 信元丢弃优先级 CLP 一种业务如果采用丢弃

12、方式解决出现冲突则在构造信元时置 CLP=1如果采用 缓冲方式解决出现冲突则置 CLP=03 出线冲突时的入线选择策略 依据信元优先级实时性或差错率有严格要求的信元要区别对待公平性不同入 线相同 QOS 的信元应有同样的权利信元丢失率信元延迟和抖动参数等保证一定的 QOS (1) 随机法随机从多条竞争的入线中选取一条入线传送该入线信元重负荷时无法 保证实时业务的要求简单 (2) 固定优先级法每条入线有固定的优先级出线冲突时高优先级入线的信元首先发缓 冲 存 贮输 出 控 制信 头 判 决开 关 结 构1122nm 出 线入线1122nm 出 线入线现代交换技术与通信网北京邮电大学 计算机学院

13、罗红第 2 页 共 7页送从统计角度看各条入线信元有相同的平均优先级该策略无法保证公平性也 不能很好满足不同业务的 QOS简单 (3) 轮换优先级法每条入线轮换拥有最高优先级对各条入线公平但对入线上的信元 不公平无法支持时延要求高的业务通信渐复杂 (4) 缓冲区状态确定法当采用输入缓冲解决冲突时根据输入队列的满溢程度选择要传 输的信元可以提高系统的通过量减少系统因缓冲区满而丢失信元的概率无法支 持时延要求高的业务通信较复杂 (5) 信元状态确定法根据不同信元的 CLP 确定信元服务的优先顺序若信元优先级相同 可采用上述方法确定入线基本满足各种业务的服务要求最复杂四 信元阻塞问题 解决方法缓冲存

14、贮排队 1 输入缓冲 方法在每条入线设置缓冲队列FIFO仲裁逻辑可 以使用上述的 5 种入线选择策略 缺点存在队头阻塞当队头信元受阻时即使队列 后面的信元不存在出线冲突也不能被送出这种阻 塞降低了系统的通过量 解决1采用随机访问的队列 2将每条入线的一个队列变成对应了 N 条出 线的 N 个小队列 2 输出缓冲 方法在每条出线设置缓冲队列FIFO不需要仲裁逻辑 缺点当多入线的多个信元同时到达缓冲区时存在缓冲区访问 冲突 解决1提高交换单元运行速度在一个信元周期中将 N 个 信元的信息写入队列2将每条出线的一个队列变成对应了 N 条入线的 N 个小队列 3 交叉点缓冲 方法在每个交叉点设置缓冲队

15、列FIFO仲裁 逻辑可以使用上述的 5 种入线选择策略五 交换延迟问题 当各个交叉点选用 2*2 交叉单元时不同出 入线的交换要经过不同数量的开关每个开关 都有固定的处理时延经过不同数量的开关会有不同的延迟2.2 基本交换单元时分交换结构共享存贮器结构1122NN 出 线入线仲裁1122NN 出 线入线 仲 裁1122NN 出 线入线12N入线521串/并 及 复用1521 25215 并/串 及 分路15212N出线写入控制读出控制存贮器现代交换技术与通信网北京邮电大学 计算机学院 罗红第 3 页 共 7页一 读写控制问题 在 T 接线器中读写控制器使用存贮器由 CPU 在通信之前写入控制字

16、通信过程中 控制字不变通信结束后由 CPU 清除控制字 在 ATM 中每个信元都会有不同的交换因此交换单元要在每个信元周期内完成一 次写入控制和读出控制 写入控制器根据入线上信元的信头决定交换的出线然后按照顺序写入控制读出 或控制写入顺序读出的原则进行写入控制同时通知读出控制器进行相应的操作二 读写速度问题 在 T 接线器中数据总线宽度为 8bits缓冲区的大小为 N*8 在 ATM 中由于信元传输速度很快因此要求交换单元要有较高的计算能力包 括高速的缓冲区和宽的数据总线考虑到工艺问题这种基本交换单元的规模是有限的三 缓冲区设计问题 在 T 接线器中以一个话音抽样值为交换单位缓冲区为 N 个每条入线/出线一个 每个缓冲区的大小为一个字节8bits 在 ATM 交换中以信元为交换单位缓冲区至少为 N 个每个缓冲区的大小至少为 一个信元53bytes缓冲区的总容量较大 为防止出线冲突缓冲区的个数将大于 N 个也就是说在这种交换单元中缓冲区 完成了交换和解决出线冲突两