寬帶網絡第二章

1、東北林業(yè)大學 機電工程學院,第二章 ATM寬帶網絡技術,2.1 ATM網絡的基本概念2.2 ATM協(xié)議參考模型 2.3 ATM網絡結構和接口 2.4 ATM網絡性能參數 2.5 ATM寬帶交換技術 2.6 ATM網絡互連技術,東北林業(yè)大學 機電工程學院,2.1 ATM網絡的基本概念,ATM是一種關于信息傳遞模式的技術，它以信元為傳輸和交換的基本單位。每個信元長度為53字節(jié)。ATM技術具有這樣一些特征：（1）面向分組

2、的方式。（2）采用異步時分復用方式（3）不提供逐段鏈路的差錯控制和流量控制（4）面向連接（5）信元頭功能簡化（6）信元的凈荷載長度較小,東北林業(yè)大學 機電工程學院,2.1.1 ATM信元,一個ATM信元長53個字節(jié)，由兩部分構成。前面5個字節(jié)稱為信元頭，后面48個字節(jié)稱為凈荷載（信息字段）。信元頭中包含信元的控制信息，凈荷載用于承載用戶的數據。ATM信元格式如圖所示。,東北林業(yè)大學 機電工程學院,一般流量控制（GFC）

3、 虛通路標識符（VPI） 虛信道標識符（VCI） 注：VPI與VCI兩者的區(qū)別與作用 信息類型（PT） 信元丟棄優(yōu)先級（CLP）：CLP=0信元具有高優(yōu)先級；CLP=1信元具有低先級。 信頭差錯控制（HEC）,,東北林業(yè)大學 機電工程學院,2-4所示，它們是一種等級關系。一個物理信道由多個VP組成，一個ATM信頭中的VPI/VCI一起標識一個ATM虛連接，因此虛連接又分為虛通路連接（VPC）和虛信道連接（VCC

4、）。VPC和VCC可以應用于用戶之間，用戶和網絡間以及網絡和網絡之間。在ATM系統(tǒng)中，虛通路（VP）、虛信道（VC）和物理信道的關系如圖VP又由多個VC組成。1個用戶可以使用一個VC，也可以使用一個VP。當使用一個VP時，用戶相當同時擁有多個VC同時進行多個不同的通信。,圖2-4 ATM中物理信道和VP/VC的關系,2.1.2 ATM虛連接,東北林業(yè)大學 機電工程學院,注意：在組成一個VPC的各個VP鏈路上，ATM信元的VPI不必

5、相同。同樣，在組成一個VCC的各個VC鏈路上，ATM信元的VCI也不必相同。圖2-5所示是VP/VC交換/交叉連接示意圖。,圖2-5 VP/VC交換/交叉連接,東北林業(yè)大學 機電工程學院,2.2 ATM協(xié)議參考模型,ATM協(xié)議參考模型ITU-T的標準產生，如圖2-6所示。它由三個平面組成，即控制平面、用戶平面和管理平面。,圖2-6 ATM協(xié)議參考模型,東北林業(yè)大學 機電工程學院,控制平面：用于進行信令處理和對用戶平面的控制。用

6、戶平面：用來傳輸用戶的信息，實現用戶之間的實際通信管理平面：用來執(zhí)行網絡的管理、維護的操作功能，同時也管理用戶平面和控制平面間的信息交換。在每個平面內，采用了國際標準化組織（ISO）標準的開放系統(tǒng)互連的分層方法，各層相對獨立。按照ITU-T的建議，每個平面共定義了四層：物理層、ATM層、ATM適配層、高層。 ATM協(xié)議結構基于ITU-T標準產生，如圖2-7所示。ATM協(xié)議結構分為三層，即ATM適配層（ALL）、ATM層和物理層。,

7、東北林業(yè)大學 機電工程學院,,圖2-7 ATM協(xié)議結構,東北林業(yè)大學 機電工程學院,ATM物理層的功能較一般網絡物理層功能多。ATM物理層又被分為物理媒體（PM）子層和傳輸會聚（TC）子層 。,2.2.1物理層,1. 傳輸匯聚（TC）子層（1）傳輸幀的產生/恢復 （2）傳輸幀的適配 （3）信元定界：信元定界方法如圖所示。（4）HEC序列產生和信頭檢驗 （5）信元速率配偶,東北林業(yè)大學 機電工程學院,,2. 物理媒

8、介（PM）子層 物理媒介（PM）子層的功能是在物理媒體上正確地發(fā)送和接收數據比特，它具有傳輸編碼，比特定時和光電轉換等功能。其中比特定時是指采用適合于物理媒體傳輸的波形，根據需要插入和取出定時信息并進行線路編碼。即在線路傳輸前，將比特組轉換成另一種比特編碼。常用的兩種編碼技術是4B/5B和8B/10B。,東北林業(yè)大學 機電工程學院,2.2.2 ATM層 在始發(fā)端，它從ATM適配層接收48字節(jié)的信元信息，再加5字節(jié)信

9、元頭（HEC字節(jié)為空）組成ATM信元，然后將信元傳送到物理層進行HEC處理和傳輸。在終接端，ATM層從物理層接收信元，去除信元頭后將信元信息送至ATM適配層。 ATM層完成的主要工作包括：（1）信元復用和分解 （2）虛通路標識符（VPI）和虛信道標識符（VCI）的變換 。（3）信元頭的產生和提取 （4）一般流量控制（GFC） （5）阻塞指示（CI）: CI用1bit（第2個比特）表示，CI=0表示無阻塞；CI=1表示有阻塞。

10、,東北林業(yè)大學 機電工程學院,圖2-11 2×2 ATM信元交換,表2-3 圖2-11的路由選擇表,東北林業(yè)大學 機電工程學院,,2.2.3 ATM適配層 原則上用3個參數和每個參數的2個值可以定義8個業(yè)務等級，但是ITU-T覺得只有其中的4個有使用價值，并分別命名為A級、B級、C級、D級。對應這4級業(yè)務，目前定義了4個AAL層協(xié)議。它們是AAL1、AAL2、AAL3/4和AAL5。AAL類型和它的業(yè)務等級關系如

11、表所示。,東北林業(yè)大學 機電工程學院,,2. ATM適配層結構 ATM適配層功能可分為兩個子層，即拆裝子層（SAR）和會聚子層（CS）如圖2-12所示,圖2-12 ATM適配層結構,東北林業(yè)大學 機電工程學院,3. 恒定比特率業(yè)務的ATM適配層（AAL1）AAL1用于支持恒定比特率（CBR）的業(yè)務。CBR業(yè)務要求在源端和目的端建立虛連接后，以一個恒定的比特率來傳遞信息。最典型的CBR業(yè)務就是64kbps的PCM語音。 （

12、1）AAL1的拆裝子層（SAR） （2）AAL1的會聚子層（CS） AAL1的CS子層的功能與特定業(yè)務相關，對于不同的高層業(yè)務，CS子層的實現也不同.,東北林業(yè)大學 機電工程學院,,4. 可變比特業(yè)務的ATM適配層（AAL2） AAL2適配類型主要用于低速的，短分組的實時業(yè)務。它支持可變比特率（VBR），其特點是能達到很高的信元適配效率和較低的適配時延。典型應用是對壓縮的音頻或視頻數據的適配。,東北林業(yè)大學

13、機電工程學院,5. 數據業(yè)務傳送的ATM適配層（AAL3/4）（1）AAL3/4的會聚子層（CS） CPCS協(xié)議數據單元（CPCS-PDU）由4字節(jié)頭部和4字節(jié)尾部組成，同時還有0～3字節(jié)的填充域。（2）AAL3/4的拆裝子層（SAR）,東北林業(yè)大學 機電工程學院,6. 高效數據業(yè)務傳遞的ATM適配層（AAL5）（1）AAL5的拆裝子層（SAR）:SAR子層從CPCS接收變長CPCS-PDU，并將其分解成4

14、8字節(jié)長度SAR-PDU，且不增加任何開銷。 （2）AAL5的會聚子層（CS）:AAL5的CS子層同樣分成CPCS和SSCS兩個子層。,東北林業(yè)大學 機電工程學院,2.3 ATM網絡結構和接口,ATM技術作為寬帶網絡的核心技術，采用高效的傳輸、交換和復用方式，可以將未來通信網中名目繁多，速率不一的視頻、語音、數據等各種信息進行綜合交換和傳輸，按需提供帶寬和業(yè)

15、務等級。 2.3.1 ATM網絡結構 ATM網絡可分為三個部分：公用ATM網，專用ATM網和ATM接入網。 1.公用ATM網:公用ATM網由電信管理部門經營和管理，它通過公用用戶網絡接口（UNI）連接各專用ATM網和ATM終端。 2.專用ATM網;專用ATM網是指一個單位或部門范圍內的ATM . 3. 接入ATM網接入ATM網主要指在各種接入網中使用ATM技術，傳送ATM信元的網絡，如基于ATM的無

16、源光纖網絡（APON）、混合光纖同軸（HFC）、非對稱數字環(huán)路（ADSL）以及利用ATM的無線接入技術等。,東北林業(yè)大學 機電工程學院,,2.3.2 ATM網絡接口 ATM網絡通過實現用戶-網絡接口（UNI）、網絡節(jié)點接口（NNI）、數據交換接口（DXI）和寬帶互聯(lián)接口（B-ICI）的功能和信令，為用戶提供包括信元中繼在內的各種業(yè)務的傳送。,東北林業(yè)大學 機電工程學院,,2.3.3典型的ATM物理層接口

17、 1.SONET/SDH接口 2. E3接口 3. DS-3接口 4.8B/10B接口,東北林業(yè)大學 機電工程學院,2.4 ATM網絡性能參數 按照ITU-T建議I.356，傳輸時延的定義為：假定網絡中任意兩個節(jié)點A和B之間存在一條虛電路，當信元從節(jié)點A傳送到節(jié)點B時，必定存在一個延時△t（△t>0），因此，從信元的第一個比特離開節(jié)點A到信元最后一個比特到達節(jié)點B所需

18、要的時間即稱為傳輸時延。為了能夠充分描述業(yè)務的服務質量，I.356建議給出了以下幾種類型參數的定義： 1. 信元正確傳輸 2. 信元出錯 3. 信元丟失 4. 信元誤插入 5. 信元傳輸嚴重出錯,東北林業(yè)大學 機電工程學院,2.4.1 ATM網絡時延特征,東北林業(yè)大學 機電工程學院,2.4.2 ATM網絡傳送錯誤ATM網絡的總誤碼率可以由3個因素決定：1.線路傳輸而

19、引起的信元信息段比特丟失或錯誤到達；2.交換/復用系統(tǒng)中的隊列溢出而導致信元丟失；3.交換系統(tǒng)中錯誤轉換信元頭，造成錯誤地為信元選擇路由。線路傳輸而引發(fā)的錯誤，一般考慮用比特差錯率（BER）來描述。BER的定義是：BER=出錯比特數/發(fā)送的總比特數ATM網絡傳送錯誤也可以用信元差錯率（CER）來描述。其定義為：CER=出錯信元數/發(fā)送信元數,東北林業(yè)大學 機電工程學院,2.5 ATM寬帶交換技術2.5.1 ATM

20、交換的基本原理和要求完成交換功能的ATM交換單元一般由三部分組成：入線處理和出線處理部件，ATM交換單元和ATM控制單元。,東北林業(yè)大學 機電工程學院,2.5.2 ATM交換單元的構成ATM交換單元基本構造方法是空分和時分方法，目前也有ATM交換單元根據局域網網絡信息傳輸的原理，采用令牌環(huán)和總線方式實現。一、空分交換結構 對于空分交換結構，在入線與出線端口之間可建立多條并發(fā)通路，所以可以同時傳送多個信元。

21、因此，當一個交換矩陣中某條入線和出線處于空閑狀態(tài)時，在它們之間就可以建立一條連接，不存在內部阻塞的問題。但是如果多個入線上的信元希望送往同一條出線時，就會產生所謂的“出線沖突”，出線沖突歸屬于外部沖突類型。 1.出線沖突時的入線選擇策略 2.阻塞信元的處理——緩存存儲方法,東北林業(yè)大學 機電工程學院,二、時分交換結構 ATM本質是異步時分（ATD）復用，它將信道分成等長的時隙，時隙中填充等長的分組（信元），借鑒同步