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1、第5章 广域网简介本章主要内容本章主要内容n n广域网概述，公用电话交换网（PSTN）简介，公用分组数据交换网（X.25网），数字数据网（DDN），帧中继网（FRN），综合业务数字网（ISDN）和异步传输模式（ATM）。本章要求本章要求n n了解广域网的概念、广域网提供的通信服务及标准n n了解PSTN的组成、特点和应用n n了解X.25协议功能、X.25网的组成及应用、ChinaPAC的应用n n了解DDN的特点、主要工作形式和应用n n了解帧中继网、ATM网的组成和主要应用n n了解ISDN的特征、应用及支持技术n n了解分组交换、帧中继交换和ATM交换的交换技术、特点和应用本章分为六小节
2、本章分为六小节5. 1 广域网的概念5. 5.2 公用电话交换网PSTN5. 3 分组数据交换网X.255. 4 数字数据网DDN5. 5 帧中继网FRN5. 5.6 ATM网5. 1 广域网的概念n n广域网广域网(WAN)：有时也叫远程网远程网(Long Haul Network)n n广域网一般由主机(资源子网)和通信子网组成。n n一般广域网的通信子网是由公共网络充任，它是由传输线路和交换节点组成。计算机广域网络示意图计算机广域网络示意图计算机广域网络示意图计算机广域网络示意图 ABCDE通信子网通信子网资源子网资源子网H1H4H2H3TTT广域网的构成广域网的构成广域网由一些结点交换
3、机以及连接这些交换机的链广域网由一些结点交换机以及连接这些交换机的链路组成。通常一个结点交换机往往与多个结点交路组成。通常一个结点交换机往往与多个结点交换机相连。在广域网中的一个重要问题就是分组换机相连。在广域网中的一个重要问题就是分组的转发机制。的转发机制。图图6-16-1表示相距较远的局域网通过路由器与广表示相距较远的局域网通过路由器与广域网相连，组成了一个覆盖范围很广的互联网。域网相连，组成了一个覆盖范围很广的互联网。广域网并没有严格的定义。通常是指覆盖范围广域网并没有严格的定义。通常是指覆盖范围很广很广( (远远超过一个城市的范围远远超过一个城市的范围) )的长距离网络，的长距离网络，
4、一般都是由电信公司所拥有。一般都是由电信公司所拥有。n n广域网和局域网之间，既有区别又有联系。n n广域网远比局域网出现得早。但在技术上，局域网要领先于广域网，但随着ATM技术的发展和应用，通过提供统一的网络平台，会使这些技术上的差异越来越小。n n在应用上，局域网强调的是资源共享；而广域网则着重数据传输。对于局域网，人们更多关注的是如何根据应用需求来规划、建立和应用；对于广域网，侧重的则是网络能够提供什么样的数据传输业务，以及用户如何接入网络等。 n n通常，公共数据通信网是由政府的电信部门建立和管理的。许多国家的电信部门都建立了自己的公用分组交换网、数字数据网、综合业务数字网和帧中继网等
5、，以此为基础提供电路交换数据传输业务、分组交换数据传输业务、租用电路数据传输业务、帧中继数据传输业务和公用电话网数据传输业务。n n我国电信部门的公共数据通信网也有了长足的发展：继公用电话交换网（PSTN）、中国公用分组交换网（ChinaPAC）及中国数字数据网（ChinaDDN）之后，又建立了公用帧中继宽带业务网（ChinaFRN），逐步完成了全国范围光纤网络的建设和大量卫星地面站的建设，为我国的高速信息网发展打下坚实的基础n n常用的公共网络系统有公用电话交换网PSTN、分组数据交换网X.25网网、帧中继网(FR网网)、数字数据网DDN、综合业务数字网ISDN和异步传输模式ATM等。n n
6、公共数据通信网主要提供三种通信服务： 电路交换服务：适合传输实时性要求高的信息，如语音信息、视频信息。 分组交换服务：传输数据和多媒体信息。 租用线路或专线服务：专用线路任意组合可传输语音、数据、传真信息。但租用专线独占线路，因此传输费用高。 5 . 2 公用电话交换网n n公用电话交换网公用电话交换网 PSTN( ( Public Switching Public Switching Telephone NetworkTelephone Network ) )n nPSTN是以模拟技术为基础的电路交换网电路交换网络。络。两数字站通信时要借助于MODEM实现。使用电路交换方式，双方建立连接后独
7、占该模拟信道，其他用户不可用。n nPSTN主要作用就是通过程控交换机之间的连接实现用户之间在国际国内范围的语音和数据通信。PSTN主要提供电话通信服务，同时也提供数据业务，如电报、传真、数据交换、可视图文等。n n程控交换机是PSTN的核心设备，它将各种控制功能、步骤、方法等编成程序，写入存储器，依此来控制交换机的工作。n n电话交换已从传统的模拟交换时代进入数字交换时代。n n网络接入：网络接入：普通电话拨号上网(用com口或Fax卡自带端口，两端用MODEM或Fax卡连接上网)。n nPSTN的特点：的特点：实时性好，租用费用低，入网方式简便灵活；无存储转发，带宽有限，难于实现不同速率设
8、备之间的传输。5. 3 分组交换网分组交换网的分组转发是基于查表的。分组交换网的分组转发是基于查表的。转转发发就就是是在在交交换换结结点点收收到到分分组组时时，检检查查其其目目的的地地址址，然然后后用用查查找找转转发发表表(forwarding (forwarding table)table)的的方方法法，找找出出应应从从结点的哪一个接口将该分组发送出去。结点的哪一个接口将该分组发送出去。路路由由选选择择则则是是构构造造路路由由表表 (routing (routing table)table) 的的过过程程。路路由由表表是是用用路路由由选选择择算算法法得得到到的的，而而转转发发表表则则是是根根
9、据据路路由表得出的。由表得出的。在结点交换机中查找转发表在结点交换机中查找转发表n n1 1层次结构的地址结构层次结构的地址结构为了减少查找转发表所花费的时间，在广域网中一般为了减少查找转发表所花费的时间，在广域网中一般都采用层次结构的地址都采用层次结构的地址(hierarchical addressing)(hierarchical addressing)。最简单的层次结构地址就是把一个用二进制数表示的最简单的层次结构地址就是把一个用二进制数表示的主机地址划分为前后两部分。前一部分的二进制数表示该主机地址划分为前后两部分。前一部分的二进制数表示该主机所连接的分组交换机的编号，是第一层地址，而
10、后一主机所连接的分组交换机的编号，是第一层地址，而后一部分的二进制数表示所连接的分组交换机的端口号，或主部分的二进制数表示所连接的分组交换机的端口号，或主机的编号，是第二层地址，如图机的编号，是第二层地址，如图6-36-3所示。所示。如图如图如图如图6-46-4所示有三个交换机，其编号分别为所示有三个交换机，其编号分别为所示有三个交换机，其编号分别为所示有三个交换机，其编号分别为1 1、2 2和和和和3 3。每个主机也按接入的交换机和低速端口进行编号。每个主机也按接入的交换机和低速端口进行编号。每个主机也按接入的交换机和低速端口进行编号。每个主机也按接入的交换机和低速端口进行编号。转转发发表表
11、中中没没有有源源站站地地址址这这一一项项。这这是是因因为为路路由由选选择择中中的的下下一一跳跳只只取取决决于于数数据据报报中中的的目目的的站站地地址址，而而与与源源站站地地址址无无关关。这是一个很重要的概念，应记住。这是一个很重要的概念，应记住。2 2按照目的站的交换机号确定下一跳按照目的站的交换机号确定下一跳采采用用两两个个层层次次的的编编址址方方案案可可使使转转发发分分组组时时只只使使用用第第一一部部分分地地址址，即即在在进进行行路路由由选选择择时时，只只根根据据主主机机地地址址中中的的交交换机号换机号。n n分组交换网分组交换网是一种采用分组交换技术实现的数据通信网。它提供的网络功能相当
12、于OSI参考模型的低三层的功能。ITU-T的X.25标准就是针对分组交换网制订的，因此此类网络也叫X.25网网。n n分组交换网诞生于上世纪70年代，是一个以数据通信为目标的公共数据网公共数据网。X.25协议是一个DTE对PDN的接口规范。n nX.25网的接入方式：网的接入方式：租用专线。专线一直接到用户位置，连接X.25网而非PSTN。n nX.25所讨论的都是以面向连接的虚电路服务为基础。 图中表示图中表示X.25X.25接口的接口的3 3个层次。最下面是物理层，接口标准是个层次。最下面是物理层，接口标准是X.21X.21建议书。第二层是数据链路建议书。第二层是数据链路层，接口标准是平衡
13、型链路接入规程层，接口标准是平衡型链路接入规程LAPBLAPB，它就是第，它就是第3 3章介绍的章介绍的HDLCHDLC的一个子集。第三层的一个子集。第三层是分组层是分组层( (不叫网络层不叫网络层) )，在这一层上，在，在这一层上，在DTEDTE与与DCEDCE之间可建立多条逻辑信道之间可建立多条逻辑信道(04095(04095号号) )。从第一层到第三层，数据传送的单位分别是从第一层到第三层，数据传送的单位分别是“ “比特比特” ”、“ “帧帧” ”和和“ “分组分组” ”。n n当利用现有的一些X.25网来支持因特网的服务时，X.25网就表现为数据链路层的链路。n nX.25协议：协议：
14、X.25定义了低三层协议三层协议-物理层的X.21协议、链路层的HDLC协议和分组层的X.25协议(也分别叫做X.25-1、 X.25-2和X.25-3协议)。n nX.25网内部实行分组交换，为用户提供可靠的面向连接的虚电路虚电路服务。n n中国的公用分组交换网中国的公用分组交换网(Chinapac)由原邮电部组建的以X. 25为基础、可以满足不同速率、不同型号DTE及LAN之间通信和资源共享的计算机通信网。全网由全国中心城市32 个中转和汇接中心的交换机组成，1993年底投入运行。n nChinapac具有规模大、覆盖面广、端口容量大、通信速率高、处理能力强等特点，可为用户提供良好的通信环
15、境和网络支持。n n目前， Chinapac 已成为覆盖国内600多 个城市，与世界20多国家和地区的40多个公用分组交换网互连，国内的任何一台计算机均可通过Chinapac进行国际间的数据传输。ChinaPACChinaPAC示意图示意图示意图示意图NPDTEX.25X.75X.25X.25X.25X.25X.32X.25X.25LAN 路由器PDTE国际分组交换网ChinaPACPDTEPDTEPDTENPDTEPSTNPADPDTEPDTE。5 . 4 数字数据网DDNn nDDN：Digital Data NetworkDigital Data Networkn nDDN是一种利用数字
16、信道以(光纤、数字微波、卫星)和数字复用技术提供半永久性连接的，以传输数据信号为主的，为用户提供专用的、支持点到点高速传输的数数字传输网络字传输网络。n nDDN本身是一种数据传输网数据传输网，支持任何通信协议，使用何种协议由用户决定(X.25或帧中继)。 n nDDN的特点的特点：支持数据、语音、图像等信息传输传输；传输传输速率高，时延小；传输传输质量高，信道利用率高。n nDDN的的应用：应用： DDN以全数字、高速率和灵活的功能为用户提供大容量的数据通信平台，也为用户建立自己的专用数据网提供了方便。可支持LAN互连、多媒体信息传输、虚拟专用网及用户建立自己的话音网、数据网和电视电话专用网
17、等。n n中国的中国的DDN是由数十万条光缆为主体构成的数字数据网络。它采用时分多路复用技术把支持数字信息高速传输的光纤信道光纤信道划分为多个子信道。5 . 5 帧中继网n n帧中继帧中继FR (Frame Relay)(Frame Relay)n n帧中继网络帧中继网络是1992年推出、1994年得以发展的一种新型公用数据交换网公用数据交换网标准，并已获得ANSI和ITU-T的批准。帧中继和X.25属于相同类型的标准，但帧中继是一种可变帧长的快速分组交换快速分组交换技术。 1. 1. 帧中继技术特点：帧中继技术特点：帧中继技术特点：帧中继技术特点： (1) (1) 技术原理：技术原理：技术原
18、理：技术原理：当分组到达节点时，直接当分组到达节点时，直接“ “穿越穿越” ”节点被转接到输出链路上，节点被转接到输出链路上，减少和避免节点对分组的存储和处理时间。而将网络节点的差错控制、流减少和避免节点对分组的存储和处理时间。而将网络节点的差错控制、流量控制和纠错重发等处理放在终端系统进行。量控制和纠错重发等处理放在终端系统进行。 帧中继就是一种减少结点处理时间的技术。帧中继的原理很简单。当帧中帧中继就是一种减少结点处理时间的技术。帧中继的原理很简单。当帧中继交换机收到一个帧的首部时，继交换机收到一个帧的首部时，只要一查出帧的目的地址就立即开始转发只要一查出帧的目的地址就立即开始转发该帧该帧
19、。因此在帧中继网络中，一个帧的处理时间比。因此在帧中继网络中，一个帧的处理时间比X.25X.25网约减少一个数量网约减少一个数量级。这种传输数据的帧中继方式也称为级。这种传输数据的帧中继方式也称为X.25X.25的的流水线方式。流水线方式。仅当帧中继网络本身的误比特率非常低时，帧中继技术才是可行的仅当帧中继网络本身的误比特率非常低时，帧中继技术才是可行的。 像像上上面面这这样样一一面面接接收收帧帧就就一一面面转转发发此此帧帧，就就称称为为快快速速分分组组交交换换(fast (fast packet packet switching)switching)。帧帧中中继继的的帧帧长长是是可可变变的的
20、。还还有有一一种种叫叫做做信信元元中中继继(Cell (Cell Relay)Relay)的的快快速速分分组组交交换换，它它采采用用固固定定帧长，每一个帧叫做一个信元。帧长，每一个帧叫做一个信元。图图6-11(a)6-11(a)和和(b)(b)分别是一般分组交换网络和帧中继这两种方式从层次上来看的对比。分别是一般分组交换网络和帧中继这两种方式从层次上来看的对比。图图6-126-12比较了两种情况下从源站到目的站传送一比较了两种情况下从源站到目的站传送一帧在网络的各链路上所要传送的信息。帧在网络的各链路上所要传送的信息。用户通过帧中继用户通过帧中继用户接入电路用户接入电路(user access
21、 circuit)(user access circuit)连接到帧中连接到帧中继网络。继网络。UNIUNI有两个端口。在用户的一侧叫做有两个端口。在用户的一侧叫做用户接入端口用户接入端口(user access port)(user access port)，而在帧中继网络一侧的叫做，而在帧中继网络一侧的叫做网络接入网络接入端口端口(network access port)(network access port)。n n帧中继帧中继可以看作是由对X.25协议的简化和改进而得。帧中继简化了网络层和链路层的功能，它不设分组级，而是以链路级的帧为基础实现多条链路的转换和统计复用(所以叫帧中继)。
22、(2) 帧中继特点：帧中继特点： 具有统计时分复用和虚电路的优点； 简化了网络功能，减少了网络开销，因此提高了数据传输速率，降低了网络延迟，增大了网络吞吐量。(向用户提供64Kbps-2.048Mbps，甚至10Mbps的接入速率，最多可达45Mbps)。 帧中继的帧长度可变(1.6-2KB)，比X.25长，非常适合LAN业务。 提供动态的带宽管理和差控机制，适于传输突发性数据。 采用面向连接的虚电路方式，可提供交换式虚电路和永久性虚电路业务。2. 帧中继层次结构帧中继层次结构： 帧中继网络在链路层和网络层，只保留了帧检错功能，遇到有差错的帧就简单地抛弃，而不进行差错纠正、重发和流量控制等，这
23、些相应的功能由端系统实现。因此，帧中继简化掉了分组级(网络层)，并简化了链路层功能。n n帧中继网络体系结构也比OSI/RM简单(图略)。n n帧中继标准帧中继标准只提供链路层和物理层的规格参数，而它独立于高层协议，因此，可以利用现有的网络设备实现帧中继业务。3. 帧中继的帧格式：帧中继的帧格式：n n帧中继的帧格式与HDLC相似，但无控制字段，因此，帧中继只有数据帧。n n标志字段与HDLC相同；地址字段较复杂，由2个字节组成；信息字段长度可变，说明帧中继帧的长度是可变的；FCS字段构成与HDLC同，但只能检错，无纠错功能。 n n图图6-156-15画的是帧中继的帧格式，它是由画的是帧中继
24、的帧格式，它是由最小功能最小功能(minimum-function)(minimum-function)的的LAPFLAPF协协 议即议即LAPFLAPF核心协议核心协议(core protocol)(core protocol)所定义的。所定义的。 地址字段中的几个重要部分是：地址字段中的几个重要部分是： 数据链路连接标识符数据链路连接标识符 前向显式拥塞通知前向显式拥塞通知 反向显式拥塞通知反向显式拥塞通知 丢弃指示丢弃指示应当注意：应当注意：数据链路连接标识符数据链路连接标识符DLCIDLCI只具有本地意义只具有本地意义。各字段的作用。各字段的作用。（1 1）标标志志字字段段：它它是是一
25、一个个和和PPPPPP帧帧格格式式的的标标志志字字段段一一样样的的独独特特的的0111111001111110的的比比特特序序列列，用用于于指指示示一一个个帧帧的的起起始始和和结结束。束。（2 2）信信息息字字段段：它它是是长长度度可可变变的的用用户户数数据据。如如果果用用户户要要选选择择实实现现附附加加的的端端到到端端的的数数据据链链路路控控制制功功能能，那那么么可可以以在在信信息息字字段段中中再再放放入入一一个个数数据据链链路路帧帧。特特别别是是，用用户户通通常常的的选选择择是是使使用用完完全全的的LAPFLAPF协协议议(full (full LAPF LAPF protocol)pro
26、tocol)，也也就就是是LAPFLAPF控控制制协协议议(control (control protocol)protocol)，以以便便完完成成在在LAPFLAPF核核心心功能之上的一些功能。功能之上的一些功能。（3 3）帧检验序列字段帧检验序列字段：它包括：它包括2 2字节的循环冗余检验。字节的循环冗余检验。（4 4）地地址址字字段段：地地址址字字段段一一般般为为2 2字字节节，但但也也可可扩扩展展为为3 3或或4 4字节。字节。n n帧中继的拥塞控制方法帧中继的拥塞控制方法帧中继使用的拥塞控制方法有以下三种：帧中继使用的拥塞控制方法有以下三种：（1 1）丢弃策略丢弃策略。（2 2）拥塞
27、避免拥塞避免。（3 3）拥塞恢复拥塞恢复。4. 4. 帧中继的应用：帧中继的应用：帧中继的应用：帧中继的应用：典型的帧中继应用是典型的帧中继应用是互连互连互连互连LANLAN，其次还有图像传输和支持其次还有图像传输和支持VPNVPN等。等。n n帧中继网络帧中继网络帧中继网络帧中继网络由帧中继接入设备和帧中继子网组成。由帧中继接入设备和帧中继子网组成。帧中继接入设备帧中继接入设备帧中继接入设备帧中继接入设备(FRAD)(FRAD)：是具有帧中继接口的接是具有帧中继接口的接入设备，如主机、分组交换机、路由器等；入设备，如主机、分组交换机、路由器等；帧中帧中帧中帧中继子网继子网继子网继子网主要由帧
28、中继交换机和传输线构成。主要由帧中继交换机和传输线构成。帧中继网接入形式帧中继网接入形式帧中继网接入形式帧中继网接入形式NFDTEFDTE路由器FRADUNIFR交换机 帧中继网帧中继的主要优点：帧中继的主要优点：（1 1）减少了网络互连的代价。）减少了网络互连的代价。（2 2）网络的复杂性减少但性能却提高了。）网络的复杂性减少但性能却提高了。（3 3）由于使用了国际标准，增加了互操作性。）由于使用了国际标准，增加了互操作性。（4 4）协议的独立性。）协议的独立性。5.6 综合业务数字网综合业务数字网ISDNn nISDN：Integrated Service Digital NetworkI
29、ntegrated Service Digital Networkn nISDN是一种由交换机和数字信道构成，可提供语音、数据、图像等综合业务信息传输的数字通信网络数字通信网络。它可以使用户通过一条通信线路获得各种电信服务。n nISDN有三个基本特征： 端到端的数字连接。端到端的数字连接。 综合的业务。综合的业务。 标准的入网接口标准的入网接口(两种速率标准基本速率和基群速率)。 5.6.1 窄带综合业务数字网窄带综合业务数字网N-ISDN共路信令主要用于：（1）呼叫建立、路由选择和呼叫释放；（2）内部数据库访问；（3）网络运行与支持；（4）计费。ISDNISDN最最基基本本的的概概念念就就
30、是是在在用用户户和和ISDNISDN之之间间的的连连线线相相当当于于一一个个数数字字比比特特管管道道。管管道道中中的的双双向向比比特特流流可可来来自自数数字字电电话话机机或或数数字字传传真真机机等等其其他他终终端端。这这种种数数字字比比特特管管道道用用时时分分复复用用方式可支持多个独立方式可支持多个独立通路通路 (channel)(channel)。ISDNISDN定义了一些标准化的通路，都各用一个英文字母定义了一些标准化的通路，都各用一个英文字母表示。其中最常见的是表示。其中最常见的是B B通路通路(64 (64 kbit/skbit/s的数字的数字PCMPCM话音或话音或数据通路数据通路)
31、 )和和DD通路通路(16 bit/s(16 bit/s或或64 64 kbit/skbit/s用作带外信令的数用作带外信令的数字通路字通路) )。（1 1）基本速率基本速率（2 2）一次群速率一次群速率ITU-TITU-T将将ISDNISDN提提供供的的业业务务分分为为基基本本业业务务和和补补充充业业务务。基基本本业业务又分为以下两种：务又分为以下两种：（1 1）承载业务承载业务(Bearer Service)(Bearer Service)（2 2）用户终端业务用户终端业务( (TeleserviceTeleservice) ) 近近几几年年来来因因特特网网的的用用户户急急剧剧增增长长，使
32、使得得N-ISDNN-ISDN又又找找到到了了一一些些市市场场。用用户户可可以以使使用用一一条条B B通通路路上上网网，而而用用另另一一条条B B通通路路打打电电话话。或或者者用用整整个个基基本本速速率率共共144 144 kbit/skbit/s的的数数字字链链路路接接入入到到因因特特网网。这这就就是是电电信信部部门门宣宣传传的的“ “一一线线通通” ”，它它的的一一个个很很大大的的好好处处就就是是使使只只拥拥有有一一条条电电话话线线的的用用户户在在上上网网的的同同时时，还还能能够够接接打打电电话话，并并且且上上网网的的速速率率比比使使用用56 56 kbit/skbit/s调制解调器的效果
33、还要好些。调制解调器的效果还要好些。5.6.2 宽带综合业务数字网宽带综合业务数字网B-ISDNn nITU-TITU-T在在N-ISDNN-ISDN基础上提出基础上提出宽带宽带宽带宽带ISDNISDN(B-ISDN)(B-ISDN) 的系列建的系列建议，它是一种信道速率超过议，它是一种信道速率超过主群接口速率主群接口速率的系统。因为的系统。因为在在使用中使用中 2Mbps2Mbps的速率很难满足用户的要求。的速率很难满足用户的要求。n nB-ISDNB-ISDN以以光纤光纤光纤光纤为传输介质，传输速率可达为传输介质，传输速率可达155Mbps155Mbps、 622Mbps 622Mbps
34、，甚至高达几，甚至高达几GbpsGbps。各种不同速率业务都能以同。各种不同速率业务都能以同样的方式在样的方式在B-ISDNB-ISDN网络中传输。网络中传输。 为了实现为了实现 B-ISDN B-ISDN 功能，功能，ITU-TITU-T定义了一种新型的快速传定义了一种新型的快速传输技术输技术- -异步传输模式异步传输模式异步传输模式异步传输模式ATMATM作为其核心技术作为其核心技术。 n nB-ISDNB-ISDN也是将各种业务也是将各种业务( (如语音、数据、图像、动画等如语音、数据、图像、动画等) )综合在一个网络中传输，它包含综合在一个网络中传输，它包含N-ISDNN-ISDN的所
35、有业务功能。的所有业务功能。n nB-ISDN和ISDN有以下一些主要区别： 传输带宽差别很大：ISDN只能向用户提供2M bps以下的业务；而B-ISDN可支持数Gbps的业务； 网络硬件基础不同：ISDN是以电话网络为基础的，用户采用双绞线；而B-ISDN网络的环路和干线都是采用的光纤介质； 交换方式不同：ISDN主要使用的是电路交换(只在传输信令的D通道使用分组交换)技术，采用的是同步传输模式STM；而B-ISDN则使用一种快速分组交换技术，采用的是异步传输模式ATM； 传输速率不同。ISDN各种通路的比特率是事先预定好的；而B-ISDN使用的是虚通路概念，其比特率不预先确定，其上限仅受
36、UNI接口的物理比特率限制， 155Mbps可支持高清晰度电视的需求； 622Mbps的用户线路速率可支持一个或多个交互性的分布式服务。2. ATM概述概述异异步步传传递递方方式式ATM ATM (Asynchronous (Asynchronous Transfer Transfer Mode)Mode)就就是是建建立立在在电电路路交交换换和和分分组组交交换换的的基基础础上上的的一一种种面面向向连连接接的的快快速速分分组组交交换换技技术术，它它采采用用定定长长分分组组，能够较好地对宽带信息进行交换。能够较好地对宽带信息进行交换。同同步步传传递递方方式式STM STM (Synchronous
37、 (Synchronous Transfer Transfer Mode)Mode)是是使使各各个个终终端端之之间间有有称称之之为为帧帧参参考考的的一一个个共共同同时时间间参考。参考。 ATM技术建立的网络可以提供高速交换方式，减少节点时延，支持和集成所有类型的服务。在一定程度上解决了高速化和宽带化问题。 ATM网络技术主要目标是高速化（低时延）、综合化（综合业务通信）和适应不同速率业务服务。 ATM是实现 B-ISDN的核心技术。实际上 ATM是一种快速交换技术。 ATM是建立在电路交换电路交换和分组交换分组交换基础上的传输模式。ATM集交换交换(信元交换)、复复用用(异步时分复用)和传输传
38、输(异步传输，虚电路方式)技术为一体。 ATM的特点： 面向连接的快速(信元)交换； 综合了线路交换-实时性好实时性好(节点延迟小)和分组交换-灵活性好灵活性好(动态分配网络资源)的优点； 支持不同速率的数据传输，满足实时性业务和突发性业务要求； 支持多媒体信息传输(业务综合化)； 服务质量QoS高。ATMATM的主要优点如下：的主要优点如下：（1 1）选选择择固固定定长长度度的的短短信信元元作作为为信信息息传传输输的的单单位位，有利于宽带高速交换有利于宽带高速交换。（2 2）能支持不同速率的各种业务能支持不同速率的各种业务。（3 3）所所有有信信息息在在最最低低层层是是以以面面向向连连接接的
39、的方方式式传传送送，以保持电路交换适合于传送实时性很强的业务的优点以保持电路交换适合于传送实时性很强的业务的优点。（4 4）ATMATM使用光纤信道传输。使用光纤信道传输。ATMATM的一个明显缺点就是信元首部的开销太大。的一个明显缺点就是信元首部的开销太大。ATM的协议参考模型的协议参考模型ATMATM的的协协议议参参考考模模型型共共有有三三层层，大大体体上上与与OSIOSI的的最最低低两两层层相相当当( (但但无法严格与无法严格与OSIOSI的层次相对应的层次相对应) )。n n1 1物理层物理层物物理理层层又又分分为为两两个个子子层层。靠靠下下面面的的是是物物理理媒媒体体相相关关(Phy
40、sical (Physical Medium Medium Dependent)Dependent)子子层层，即即PMDPMD子子层层。PMDPMD子子层层的的上上面面是是传传输输汇汇聚聚(Transmission (Transmission Convergence)Convergence)子子层层，即即TCTC子层子层。（1 1）PMDPMD子层子层（2 2）TCTC子层子层图图6-176-17给给出出了了一一个个例例子子，说说明明ATMATM的的信信元元流流是是怎怎样样装装入到一个入到一个STM-1STM-1帧帧(STM-1(STM-1的速率就是的速率就是OC-3OC-3的速率的速率) )
41、中。中。n n2 2ATMATM层层图图6-186-18表示了使用表示了使用VPIVPI和和VCIVCI来标识来标识VPVP和和VCVC的方法。的方法。ATMATM层层的功能是：的功能是：（1 1）信元的复用与分用；）信元的复用与分用；（ 2 2） 信信 元元 的的 VPI/VCIVPI/VCI转转 换换 ( (就就 是是 将将 一一 个个 入入 信信 元元 的的VPI/VCIVPI/VCI转换成新的数值转换成新的数值) )；（3 3）信元首部的产生与提取；）信元首部的产生与提取；（4 4）一般的流量控制。）一般的流量控制。n n3 3ATMATM适配层适配层ATMATM适适配配层层记记为为A
42、ALAAL(ATM (ATM Adaptation Adaptation Layer)Layer)，其其作作用用是是增增强强ATMATM层层所所提提供供的的服服务务，并并向向上上面面高高层层提提供各种不同的服务供各种不同的服务。ITU-TITU-T的的I.362I.362规定了规定了AALAAL向上提供的服务是：向上提供的服务是：（1 1）将将用用户户的的应应用用数数据据单单元元ADUADU划划分分为为信信元元或将信元重装成为应用数据单元或将信元重装成为应用数据单元ADUADU；（2 2）对比特差错进行监控和处理；）对比特差错进行监控和处理；（3 3）处理丢失和错误交付的信元；）处理丢失和错误
43、交付的信元；（4 4）流量控制和定时控制。）流量控制和定时控制。n nITU-T规定了ATM网络可向用户提供四种类别(class)的服务，从A类到D类。服务类别的划分是根据：比特率是固定的还是可变的；源站和目的站的定时是否需要同步；是面向连接还是无连接。表6-2是这4个类别服务的比较。AALAAL层又划分为两个子层：层又划分为两个子层：（1 1）汇聚子层汇聚子层CS (Convergence CS (Convergence SublayerSublayer) ) （ 2 2） 拆拆 装装 子子 层层 SAR SAR (Segmentation (Segmentation And And Rea
44、ssemblyReassembly以以上上所所述述可可归归纳纳为为图图6-196-19所所示示的的砂砂漏漏模模型型( (即即样子是上下宽、中间窄的砂漏样子是上下宽、中间窄的砂漏) )。3 . ATM信元：信元： 信元结构信元结构 ATM信元固定为53字节字节，其中5个字节为信元头，48字节字节为信元体（净荷）。信元头承载信元的控制信息信元体(净荷)承载用户要分发的信息n nATMATM信元首部中各字段的作用。信元首部中各字段的作用。n n（1 1）类属流量控制类属流量控制GFCGFC(Generic Flow Control)(Generic Flow Control)：4 bit4 bit字
45、段，通常置为字段，通常置为0 0。n n（2 2）VPI/VCIVPI/VCI：即：即路由字段路由字段。n n（3 3）有效载荷类型有效载荷类型PTPT(Payload Type)3 bit(Payload Type)3 bit字段，用来区分该信元是用户字段，用来区分该信元是用户信息或非用户信息。此字段又称为信息或非用户信息。此字段又称为有效载荷类型指示有效载荷类型指示PTI (IPTI (I表示表示Indicator)Indicator)。n n（4 4）信元丢失优先级信元丢失优先级CLPCLP(Cell Loss Priority)(Cell Loss Priority)：16 bit16
46、 bit字段，指示信元的丢字段，指示信元的丢失优先级。网络还可能将违反通信量失优先级。网络还可能将违反通信量合约合约(contract)(contract)的信元的的信元的CLPCLP从从0 0改改为为1 1，这个过程称为，这个过程称为“ “打标记打标记” ”(tagging)(tagging)。n n（5 5）首部差错控制首部差错控制HEC (Header Error Control)HEC (Header Error Control)：8 bit8 bit字段，提供覆盖信元字段，提供覆盖信元首部所有字段首部所有字段( (但不包括有效载荷部分但不包括有效载荷部分) )的差错控制。的差错控制。
47、n n信元体中可是任何类型的信息。这种短小而固定的信元传输可以缩小网络传输延迟；长度固定的信元首部，可以只用硬件电路对信元进行处理，减少节点对信元的处理时间。 信元种类：信元种类： 普通信元：承载用户信息 信令信元：承载控制信息 维护信元：承载运行和维护信息 空闲信元：填充空闲信道4 . ATM逻辑连接逻辑连接 ATM交换是面向连接的，也是在端到端的物理传输通道上建立多条逻辑连接(虚连接)。n nATM的逻辑连接的逻辑连接分为两个层次：虚通路和虚信道。虚通路(VP -Virtual Path)：一个物理通道可复用多个虚通路连接VPC。虚信道(VC-Virtual Channel ) ：一个虚通
48、路可复用多个虚信道连接VCC。ATMATM的虚通道与虚通路的虚通道与虚通路的虚通道与虚通路的虚通道与虚通路VCVCVCVCVCVCVCVCVCVCVCVC传输通道传输通道VPVPVPVP 每个虚通路、虚信道都由不同的虚通路、虚信道标识(VPI、VCI)来区分。 可在VCC上直接交换可变速率的ATM信元，同一VC的ATM信元群具有相同的VCI；属于同一VP的不同VC拥有相同的VPI。5. ATM交换原理交换原理 一个ATM交换机可包括入线处理单元、出线处理单元、交换单元和控制单元。 入线处理单元入线处理单元将接收的信元进行处理后送给ATM交换单元；出线处理单元出线处理单元将ATM交换单元送出的信
49、元处理后在输出线上传输。这些处理包括了光/电转换、电光转换，并/串转换和串/并转换。 ATM交换单元交换单元就是要把接收到的ATM信元按VPI和VCI信息进行路由选择，分别送给相应的输出线。在ATM中，可实现VP和VC交换。VP交换中 VPI改变而VCI可以不变；VC交换中VPI和VCI可同时改变。n nATM控制单元控制单元对交换单元进行控制：建立和拆除虚连接；接收信令信元并处理产生控制信号；收发ATM信元等。6 . ATM网络结构：网络结构：n nATM网络网络是由ATM交换机及ATM端用户连接而成，其拓扑结构是以ATM交换机为中心的星型结构（局域网）；多个ATM交换机之间互连可构成任意网状的拓扑结构（广域网）。n nATM网络接口：网络接口：ATM网络有两类接口：用户与交换机的接口(UNI -User to Network Interface)和交换机与交换机的接口(NNI-Network to Network Interface )。ATMATM广域网广域网广域网广域网UNINNI NNINNINNI NNIATM交换机交换机ATM交换机交换机ATM交换机交换机ATM交换机交换机。HUBLAN交换机交换机LANUNI ATMATM局域网局域网LAN链路 LAN链路ATM链路LAN链路ATM交换机交换机ATM交换机交换机ATM交换机交换机ATM交换机交换机
