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1、,第3章 宽带综合业务数字网,1.1 N-ISDN概述 1972年ITU-T提出了综合业务数字网(ISDN)的概念。并在80年代初制定的一整套关于ISDN的I系列建议，奠定了ISDN发展的基础。 CCITT(ITU-T的前身)把ISDN定义为：“ISDN”是以提供了“端到端”的数字连接的电话网IDN为基础发展而成的通信网，用以支持包括电话及非话的多种业务。用户对通信网有一个由有限个标准多用途的用户/网络接口构成的出入口。 ISDN的基本概念可以归纳为：(1)ISDN是通信网；(2)ISDN是以电话网的数字化并形成综合数字网为基础发展起来的；(3)ISDN支持端到端的数字连接；(4)ISDN支持
2、各种通信业务，包括电话业务与非话业务；(5)ISDN提供标准的用户/网络的访问；(7)用户通过一组有限个多用途用户/网络接口接入ISDN。,鉴于当时技术能力和业务需求的限制，首先提出的只能是窄带综合业务数字网(N-ISDN)。 N-ISDN采用同步转移模式(STM)使得语音和数据在同一介质中传输。这里所谓的“转移模式”，ITU-T是这样定义的，转移模式就是在电信网中传输、复用和交换的方式。 而所谓同步传送模式是指各个需要交换的通路的分割是依靠同一个共有的网络参考时钟来精确的进行分割的，其原理如图1所示:,图1 STM时分复用原理,在图1中采用周期为125s的帧结构，在信息发送时,首先将用户信息
3、以字节或比特形式插入到每帧内的固定时隙，在连接建立后，不论有无发送信息，所分配的时隙由该连接所独享，而不能被其它连接占用。图中发送信道加入每帧内的第3时隙，这种依据帧内的时隙位置识别通路的复用方式又称为位置复用。,N-ISDN提供端到端的数字连接，定义了两种用户网络接口：基本速率接口(BRI)和基群速率接口(PRI)，实现了用户网络接口的标准化。 (1)基本访问速率（basic access rate）。基本访问速率由2个速率为64Kbps的B信道和1个速率为16Kbps的D信道组成（2BD）。B信道用于传送用户数据；D信道用于传送控制信息；加上分帧、同步等其他开销，总速率为192Kbps。基
4、本访问速率可利用现有用户电话线支持，提供电话、传真等常规业务。 (2)基群访问速率（primary access rate）。基群访问速率可由多种信道混成。在北美和日本使用（23BD）的结构，速率为1.544Mbps；而在欧洲则使用（30BD）的结构，其中B、D信道均为64Kbps。基群访问速率则是针对专用小型电话交换机（PBX）或LAN等业务量大的单位用户。,1.2 B-ISDN与ATM概述 随着用户对于信息传送量和传送速率的要求的不断提高，N-ISDN已无法满足用户需要。例如，要传送高清晰度电视图像要求达到155Mbps量级的速率，要支持多个交互式或分布式应用，一个用户线的总容量需求可能达
5、到622Mbps的数量级。在此情况下，人们提出了宽带ISDN，即B-ISDN。所谓宽带是指要求传送信道能够支持大于基群数量的服务。B-ISDN可以提供视频点播（VOD）、电视会议、高速局域网互联以及高速数据传输等业务。B-ISDN要支持如此高的速率，要处理很广范围内各种不同速率和传输质量的需求，需要面临两大技术挑战：一是高速传输；二是高速转移模式。,高速传输可以借助于光纤信道来实现,我们这里着重讨论一下B-ISDN对于转移模式的要求: (1) 要能够提供高速传送业务的能力 随着宽带业务的出现，要求网络中的复用、交换设备能够提供高达每秒千兆比特到几十千兆比特的吞吐能力。 (2) 对信息损伤要小
6、即要满足时间透明性（信息传输的时延和时延抖动要小）和语义透明性（信息传输的丢失与差错要小）。,(3) 能灵活地支持各种业务 这就要求交换机能迅速的完成多种业务的适配和交换。不同业务对带宽、时延的要求不同，信源的突发性等差异也很大，并且新的业务不断出现。这就要求B-ISDN的转移模式要具有很大的灵活性，不仅能支持现有的多种业务，而且能适应业务发展的需要，支持将来出现的各种业务。 (4) 要具有可行性 尽可能的简化设备和网络的结构及管理。,针对B-ISDN对于转移模式的要求，分析已有的电路交换(STM)和分组交换，可以得到以下结论： (1)STM与数据业务不匹配。数据业务是突发性的，而且通常很不对
7、称。在STM网络中使用对称固定时隙显然不是数据通信的有效方式。数据用户可能需要在很短时间内在一个方向上以很高带宽突发传输，但在突发之间数据业务量很小。网络通常在等待用户输入，浪费网络资源。 (2)分组交换适用于数据业务，但却不适于话音和视频。首先，分组网络延迟可能变化很大。对于语音之类的同步业务，这会导致话音数据到来时，已经超过了预定的输出时间。而且，典型的数据网络无法运行于B-ISDN每秒数百兆比特的速率。,针对以上问题，通信工程师们对转移模式做了很多的研究和改进，1983年，美国贝尔实验室的TurnerJ.等人提出了快速分组交换（FPSFastPacketSwitching）原理，研制了原
8、型机。同年，法国CoudreuseJ.P.提出了ATD交换概念，并在法国电信研究中心研制了演示模型。 80年代中期，ITU-T也开始了这种新的传送模式的研究。ATM最早于1984年由ITU引入。1987年，ITU-T决定采用固定长度的信元，定名为ATM(异步转移模式)，并认定B-ISDN将基于ATM技术。,ATM是一种采用固定长度信元传送数字信息的快速分组交换技术。信元持续以异步方式传递信息，在时间上不占用固定位置（因此称为异步）。这与在固定位置时隙发送信息的电路交换技术不同。ATM也不同于X.25或TCP/IP那样的分组交换技术，ATM运行于很高的速度，面向连接，信元长度固定，在网络层不重传
9、。服务质量根植于协议之中。,选择ATM作为B-ISDN的转移模式有如下优势： （1）综合业务 采用单一宽带连接利用信元传送话音和非话音信息。 （2）透明业务 ATM网络可以简单的通过与网络协商所需带宽和服务质量向用户提供附加的业务，而中心局不需额外为提供这些新业务而增加硬件。 （3）复用增益 由于ATM的复用本性和在时间域的独立性，可以允许用户在同样的物理线路上同时进行数据通信和话音通信。ATM信元可以传递话音样点，而在静默期，透明地传送数据。 数据信元简单地在队列中等待，以复用的方式传送。对队列的管理是该连接所需的服务质量功能。话音信元对时间敏感，从队列取出时有优先权。,2.1 ATM信元
10、信元及其结构 ATM网络以ATM信元作为传送信息的基本载体，ITU-T规定其长度为53字节，分成信头（Header）和净载荷（Payload）两部分，信头占5字节，净载荷占48字节。依据其位置不同，在用户-网络接口（User Network Interface，UNI）、网络节点接口（Network Node Interface, NNI），信元格式略有区别，如图2：,图2 ATM信元格式,信头主要由以下几部分构成。 VPI：虚通道标识，NNI中为12比特，UNI中为8比特。 VCI：虚信道标识，16比特，标识虚通道中的虚信道，通常用VPI/VCI一起标识一个虚连接。 HEC：信头差错控制，8
11、比特，检测出有错误的信头，可纠正信头中1比特的差错。HEC的另一个作用是进行信元定界，利用HEC字段和它之前的4字节的相关性可识别出信头位置。由于在不同的链路中VPI/VCI的值不同，所以在每一段链路都要重新计算HEC。 PT：净载荷类型，3比特。比特3为0表示为数据信元，为1表示为OAM信元。对OAM信元，后两比特表明了OAM信元的类型。对数据信元，比特2用于前向拥塞指示（EFCI)，当经过某一节点出现拥塞时，就将这一比特置位；比特1用于AAL5。 CLP：信元丢失优先级，1比特，用于拥塞控制。 GFC：一般流量控制，4比特，只用于UNI接口,可能用于流量控制或在共享媒体的网络中标示不同的接
12、入。,ATM信元传输 ATM传输是面向连接的，当用户有通信需求时，首先发送建立连接请求，请求中包括被叫用户地址、本次通信所需要的带宽和服务质量(QoS)。请求消息从源端沿着信令VC传送到目的端。沿途各交换节点依据网络资源决定是否接纳呼叫。若接受呼叫，就给各段链路分配VPI/VCI，并在各交换机内建立控制转发的转发表，路由选择算法决定消息要通达目的地的路径，从而也决定了虚连接的路径。 信元传送阶段，高层用户信息经过切割封装成信元送给入源端交换机，交换机按已确定的转发表转发信息至目的地。目的地将一个个信元重新恢复成原始信息递交给高层用户。在通信期间沿途各交换机要监视和管理连接，预防网络内流量过载。
13、 通信结束后，用呼叫结束请求拆除VPC和VCC，释放分配的VPI和VCI。 连接建立和拆除由控制平面使用的Q.2931协议处理。,2.2异步时分复用技术（ATD） ATM的最大特点，就是能适配任何类型的业务并都能达到最佳的网络资源利用率。要达到这一目标就要对网络资源进行统计复用。所谓统计复用就是根据各种业务的统计特性，在保证业务质量要求的前提下，在各业务间动态地分配网络资源，以达到最佳的资源利用率。 与图2所描述的STD不同，异步时分复用（如图3所示）只要信道上存在的空位置就可将发送信息组成的信元加入信道，显然，信元的复用无周期性和固定位置。由于它依靠信头内的通路标记进行信元的识别、传送和交换
14、，因此又将异步时分复用称作标记复用或统计复用。虽然X.25或以太网、令牌环等分组交换中也采用标记复用，但由于分组长度在上限范围内可变，因此每个分组在信道上的位置是任意的，而ATM信元的长度固定，使信元像TDM时隙一样定时出现。因此，可以采用硬件电路高速地对信头进行识别、复分接和交换处理，由此可见，ATM复用技术融合了电路模式和分组模式的优点。,图3-3异步时分复用示意图,2.3 面向连接的工作方式 ATM网络采用面向连接的呼叫接续方式,以满足某些业务对于实时性的要求。ATM网络的操作类似于电路交换呼叫接续过程，在通信前必须在源和目的端之间建立连接，但这个连接是一个“虚连接”，网络根据用户的要求
15、分配VPI/VCI和相应的带宽，并在交换机中设置相应的路由。 ATM“虚连接”的核心是虚信道VC，信元的复用、交换和传输均在虚信道(VC）上进行。 根据VC的建立/释放方法，可将其分成两种：交换虚信道（Switched Virtual Channel, SVC）和永久虚信道（Permanent Virtual Channel, PVC）。,SVC是用户需要通信时，通过终端设备由信令建立的虚信道，SVC类似于电话网的用户线路，只有经过呼叫请求，网络为通信双方建立起相应虚信道后，才能进行通信，通信完成后，释放SVC。使用SVC的用户对网络资源的利用率高，通信费用较低，是ATM网络中使用的主要通信方
16、式。 PVC是由系统预先分配的，不论是否有业务通过或终端设备接入，PVC一直保持，直到由系统释放。因此，PVC类似于电话网中的租用线路，经过PVC连接的用户需要通信时，不会因通信网络资源不够而导致通信失败。 虚信道由VCI标识，它是ATM网络链路端点之间的一种逻辑联系，是在两个或多点端点之间传送ATM信元的通信通路，可用于用户到用户、用户到网络、网络到网络的信息转移。,多个VC组成虚通道（VP），VP由VPI进行标识。VP与VC的关系如图4所示：,图3-4传输线路和VP、VC的关系,ATM接续连接由虚信道连接(VCC)和虚通道连接(VPC)两种构成，如图5所示。,图3-5VPC、VCC示意图,若干个VC连接起来组成VCC，同时VCC也可由多段VC链路连接构成，用于在网络上提供点至点或一点至多点的信元传递。 同路的若干个VC链路组成VPC。每当VP被交换时，VPI就要改变，但是整个VPC中的全部VC链路都不改变自己的VCI值，正如在图5中，VCIy在整个VPC中都不改变它的值。因此，可以得出结论：VCI值改变时支持它的VPI也一定相应地变化了，而VPI改变时，其中的V
