《现代通信系统第4版教学作者高健第3章节宽带交换系统课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代通信系统第4版教学作者高健第3章节宽带交换系统课件（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 宽带交换系统,在过去的十几年中，计算机、电信和电视等领域的信息传输技术正在迅速发展。信息的获取、传送、存储和处理之间的孤岛随着计算机网络和交换技术的发展而逐渐消失。曾经独立发展的电话网、数据网、互联网和电视网，无论是技术上还是所提供的服务上都在相互渗透、融合。在渗透、融合过程中，逐渐出现一些宽带交换技术，能够提供一个统一业务平台，接受各种信息业务（如话音、数据、图像等），从而高速率、高质量地完成信息传送任务。,3.1 ATM交换,电路交换的不足 分组交换的不足 人们从改进电路交换，使其灵活适配不同速率业务，以及改进分组交换，使其满足实时性业务要求的角度出发，研究出了一种结合电路交换和分
2、组交换两种技术优点的高速传输技术，即ATM交换技术。ATM是一种快速分组交换技术，其基本设计思想是简化分组交换机的协议处理，将复杂性推向网络边缘，也就是推向端系统。,异步转移模式,ATM交换也叫异步转移模式，这里的“转移模式”是对通信网络中传输、复用和交换等过程的综合表述，而“异步”则是针对“同步”而言的。传统通信网络中采用的同步技术属于一种固定资源分配法，它是将各路信号分配在固定时隙；而ATM中采用的异步技术属于一种动态资源分配法，它是将各路信号进行动态分配，有的要连续占用几个时隙，有的却一个也不占。,ATM信元结构,ATM以信元为传送信息的基本单位，信元是一种固定长度的数据分组。一个信元长
3、53字节，前面5个字节称作信头，后面48个字节称作信息段。信头中是关于这个信元的路径信息和一些其他的控制信息，用户要传送的信息则放在信息段中。,ATM方案的特点,一是简化协议，取消链路层的差错控制和流量控制。 二是采用硬件实现分组转发和并行处理技术。 三是采用固定长度的小分组。 四是采用面向连接的分组交换方式。,ATM网络,与其他网络一样，ATM网络也是由节点、端点和链路组成。节点上设置有ATM交换机。端点就是在ATM网络中能够发送或接收信元的源站和目的站，它们可能是计算机或其他数据终端设备。端点和节点之间的接口叫UNI，节点和节点之间的接口叫NNI。ATM网络示意图如图3-1所示。,虚连接,
4、交换就是要在网络的任意两个用户之间以某种方式建立起一种连接，以便双方相互传送信息。在电路交换方式中，这种连接是一种固定的、专用的连接，即连接一旦建立，则组成该连接的所有链路只能为这两个用户使用，即使这两个用户都没有发送信息，其他用户也不能来占用。而在分组交换方式中，这种连接是一种虚电路连接，即在连接建立后，如果这两个用户没有发送信息，则其他用户可以来使用这条虚电路。ATM交换与分组交换相似，它也采用虚电路连接，但为了和分组交换有所区别，一般将ATM交换中的连接称之为“虚连接”，其连接的建立过程和分组交换完全不同。,虚通道与虚信道,ATM的呼叫接续,ATM的呼叫接续不是按信元逐个地进行选路控制，
5、而是采用分组交换中虚电路的概念，也就是在传送信元之前预先建立与某呼叫相关的信元接续路由，同一个呼叫的所有信元都经过相同的路由，直至呼叫结束。其连接过程是：当发送端想和接收端通信时，它通过用户网络接口发送一个请求建立连接的控制信号；接收端通过网络收到该控制信号并同意建立连接后，网络中的各个交换节点经过一系列的信令交换后就会在发送端和接收端之间建立起一个虚连接。虚连接是用一系列的VPI/VCI表示的。在虚连接的建立过程中，虚连接上所有的交换节点都会建立路由翻译表，以完成输入信元VPI/VCI值到输出信元VPI/VCI值的转换,ATM交换的基本原理,虽然ATM交换是异步时分交换，但其原理与程控数字交
6、换机有很多相似之处。ATM交换以固定长度的信元为交换的基本单元，通过识别信头中的VPI值和VCI值来区分不同用户或不同业务的信元，并根据在连接建立阶段设定的路由表，改变VPI和VCI值，从而将某条输入线上的信元交换到某条输出线上。由此可见，ATM交换和程控数字交换的基本差别是：ATM交换以虚通道和虚信道的标记值代替了程控数字交换机中的时隙序号，并通过标记值来反映用户信元的路由信息。,ATM交换示意图,路由选择,路由选择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。路由选择加上信头变换，才能实现ATM交换结构的交换功能。路由选择是在连接建立阶段确定的，为了实现路由选择，应该建立路由翻
7、译表。在路由表翻译中从入线的VPI/VCI应能查到出线号码以及新的VPI/VCI值。,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的变换体现了标记交换的重要概念，意味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。这与电路交换中的时隙交换有些相似，因为各个逻辑信道的信元也占用着不同的时间位置；但是应该注意到，时隙交换是固定的时隙位置之间的交换，例如入线1上时隙2中的信息当连接建立后总是被交换到出线3的时隙5中去，而VPI/VCI的变换虽然在虚连接建立后也存在固定的映射关系，然而相应的信元并不出现在入线或出线的固定的时隙位
8、置上。,信元排队,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交换结构需要设置缓冲器，提供排队功能，以免在发生资源争抢时丢失信元。缓冲器的设置方式是ATM交换结构设计中的重要问题，在很大程度上影响到交换结构的性能和复杂性。把具有新VPI/VCI值的信元存储到相应的队列中。,ATM交换机的结构,ATM交换机的分类,在公用网中，有接入交换机、节点交换机和交叉连接设备。接入交换机在网络中的位置相当于电话网中的用户交换机，它位于ATM网络的边缘，将各种业务终端连入ATM网中。节点交换机的地位
9、类似于现有电话网中的局用交换机，它完成VP/VC交换，要求交换容量较大，但接口类型比接入交换机简单，只有标准的 ATM接口，主要是NNI接口，还有UNI接口或B-ICI接口，信令方面，只要求处理ATM信令。交叉连接设备与现有电话网中的交叉连接设备作用相似，它在主干网中完成VP交换，不需要进行信令处理，从而实现极高速率的交换。,ATM交换模块的分类,ATM协议参考模型,ATM协议参考模型下三层功能,3.2 ATM与IP的融合,经过多年的努力，ATM的市场应用进展缓慢，没有像预期的那样得到广泛的认同，电信网的发展受到影响。与此相对照的是，基于IP技术的互联网却得到了空前的发展，诸如WWW、Emai
10、l等业务已深入到千家万户，并已开始涉足通信业务。互联网的高速发展已清晰表明IP将是未来通信网络的主宰。因此，如何使ATM技术融入IP技术，如何将路由和交换结合起来，如何解决IP的无连接和ATM的面向连接的矛盾，以支持规模日益增长的互联网和多媒体业务，这些已成为目前研究的热点。,互联网的形成,点到点的通信方式,局域网互联通信结构,共享介质的局域网（LAN）技术以一种方便、廉价和可靠的方法解决了近距离计算机间互联通信的问题。局域网技术不是将一台计算机与另一台计算机直接互联，而是使用硬件来互联多台计算机。网络是不依赖于计算机本身而独立存在的，即使连接到局域网上的某台计算机不在运行，其他计算机之间照样
11、可以进行通信。,不同类型局域网之间的互联,路由器被用来连接两个计算机网络，这两个网络可以是同种类型的也可以是不同种类型的。,路由器的作用,一个机构可以根据自己的需要选择适当的网络技术，然后由路由器把所有的网络连成一个互联网。网络互联的目的是通过异构网络实现通用服务。为了给互联网中所有计算机提供通用服务，路由器必须能够把一个网络中的源计算机发出的信息转发到另一个网络中的目标计算机。这一任务是很复杂的，因为组成互联网的各个子网所使用的帧格式和编址方案不尽相同。这样，为了实现通用服务，在计算机和路由器上都需要配置协议软件。,路由器机架,TCP/IP协议,在人类社会交往中，除非两人会讲同一种语言，否则
12、这两人是不可能进行交流的。这一道理也同样适用于计算机通信，因此在互联网中，也为互联通信定义了一系列协议，这些协议简称为“传输控制协议/网络互联协议”（TCP/IP）。 TCP/IP协议实际上是一个协议族，TCP和IP是其中最著名的两个协议，其他协议包括用户数据报协议（UDP）、互联网控制报文协议（ICMP）以及地址解析协议（ARP）等。,计算机网络协议,两种网络的对比,融合方案,重叠模型,重叠模型是将IP网络层传送映射到ATM传递网络中去。其结构特点是，高性能的ATM交换机构成宽带骨干网，周围是速度较低的路由器。由路由器构成的IP网络提供数据包的路由智能，确定下一跳路由器，然后将数据包转换成A
13、TM信元，经由ATM交换机建立的虚信道(VC)传递到选定的下一跳。 这种方案保持IP和ATM网络结构、协议和技术不变，着力于解决两个不同层次网络之间的数据映射、地址映射和控制协议映射。,集成模型,集成模型将第3层的选路功能与第2层的转发功能集成在同一个系统中实现，常称为交换/路由器。转发采用ATM交换结构，但是交换结构的路由表(也就是分组转发表)建立及其资源分配是由IP路由协议驱动的，从而兼具IP选路的灵活性、健壮性和ATM交换的高速度、高带宽的优点。,数据驱动,数据驱动又称为流驱动。所谓“流”是指在给定的源和目的地端之间传送的一系列IP数据包。对于具有较长保持时间的流，或者是承载实时业务、具
14、有QoS要求的流，如果不是由路由器逐跳传送，而是由ATM直通虚连接来传送，网络吞吐量和传送性能必将显著提高。因此，数据驱动就是在IP数据流到来时，实时判定流的性质，根据一定判据确定是否需要建立ATM虚连接来传送这一数据流。如有需要，就要选定VC，启动虚连接建立过程，并将流标识与VCI相关联。,控制驱动,控制驱动是用控制协议预先生成和保持IP路由与ATM虚信道之间的关联，它又可以分为拓扑驱动和预留驱动两类。拓扑驱动是将路由协议所确定的路由映射为ATM的VC连接，预留驱动是将网络资源预留的请求映射为ATM的VC连接。,3.3 IP交换,IP交换是Ipsilon公司提出专门用于在ATM网上传送IP分
15、组的技术，其目的是使IP更快更好地提供业务质量支持。IP交换技术打算抛弃面向连接的ATM软件，而在ATM硬件的基础之上直接实现无连接的IP选路。,流的分类,IP交换的基本概念是流，流是从ATM交换机端口输入的一系列有先后关系的IP数据包，它将由IP交换机控制器的路由软件来处理。IP交换的实质是基于信息流的传输方案，首先将流分成不同类型，然后针对不同类型的流进行不同的处理。,IP交换中使用的协议,IP交换中使用通用交换管理协议(GSMP)和流量管理协议(IFMP)两种协议。GSMP用于IP交换机控制器中，用来完成直接ATM交换；IFMP用于IP交换机、IP交换网关或IP主机中，用来把现有网络或主
16、机接入IP交换网络中，或用来控制数据传送。,通用交换管理协议(GSMP),用于对IP交换机内部资源进行管理，运行在IP交换机内部的IP交换机控制器和ATM交换机之间，用于IP交换机控制器，它是个异步协议，把IP交换机控制器设置为主控制器，而把ATM交换机设置为从属被控设备。GSMP支持5种消息：连接管理、端口管理、统计、配置和事件。因此，IP交换机控制器可利用该协议发出下列要求：建立和释放穿过ATM交换机的虚连接；在点到多点连接中，增加或删除端点；管理交换机端口；请求配置信息；进行统计信息查询；请求提供事件信息等。IP交换机控制器利用GSMP指导ATM交换机为某个用户流建立新的VPI/VCI。,流量管理协议(IFMP),作为IP交换机网络中分发数据流标记的协议，通过外部ATM数据链路，在跨越外部数据链路的相邻ATM交换机控制器(或IP交换机入口和出口)之间工作。用于在相邻的IP交换机控制器、IP交换网关或支持IFMP的网络接口卡之间请求分配个新的VPI/VCI。具体来说，下游IP交换机(接收端)利用它通知上
