寬帶網(wǎng)絡(luò)第二章

1、東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,第二章 ATM寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù),2.1 ATM網(wǎng)絡(luò)的基本概念2.2 ATM協(xié)議參考模型 2.3 ATM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接口 2.4 ATM網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù) 2.5 ATM寬帶交換技術(shù) 2.6 ATM網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù),東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,2.1 ATM網(wǎng)絡(luò)的基本概念,ATM是一種關(guān)于信息傳遞模式的技術(shù)，它以信元為傳輸和交換的基本單位。每個(gè)信元長(zhǎng)度為53字節(jié)。ATM技術(shù)具有這樣一些特征：（1）面向分組

2、的方式。（2）采用異步時(shí)分復(fù)用方式（3）不提供逐段鏈路的差錯(cuò)控制和流量控制（4）面向連接（5）信元頭功能簡(jiǎn)化（6）信元的凈荷載長(zhǎng)度較小,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,2.1.1 ATM信元,一個(gè)ATM信元長(zhǎng)53個(gè)字節(jié)，由兩部分構(gòu)成。前面5個(gè)字節(jié)稱為信元頭，后面48個(gè)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(shù)據(jù)。ATM信元格式如圖所示。,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,一般流量控制（GFC）

3、 虛通路標(biāo)識(shí)符（VPI） 虛信道標(biāo)識(shí)符（VCI） 注：VPI與VCI兩者的區(qū)別與作用 信息類(lèi)型（PT） 信元丟棄優(yōu)先級(jí)（CLP）：CLP=0信元具有高優(yōu)先級(jí)；CLP=1信元具有低先級(jí)。 信頭差錯(cuò)控制（HEC）,,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,2-4所示，它們是一種等級(jí)關(guān)系。一個(gè)物理信道由多個(gè)VP組成，一個(gè)ATM信頭中的VPI/VCI一起標(biāo)識(shí)一個(gè)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(yīng)用于用戶之間，用戶和網(wǎng)絡(luò)間以及網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)之間。在ATM系統(tǒng)中，虛通路（VP）、虛信道（VC）和物理信道的關(guān)系如圖VP又由多個(gè)VC組成。1個(gè)用戶可以使用一個(gè)VC，也可以使用一個(gè)VP。當(dāng)使用一個(gè)VP時(shí)，用戶相當(dāng)同時(shí)擁有多個(gè)VC同時(shí)進(jìn)行多個(gè)不同的通信。,圖2-4 ATM中物理信道和VP/VC的關(guān)系,2.1.2 ATM虛連接,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,注意：在組成一個(gè)VPC的各個(gè)VP鏈路上，ATM信元的VPI不必

5、相同。同樣，在組成一個(gè)VCC的各個(gè)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(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,2.2 ATM協(xié)議參考模型,ATM協(xié)議參考模型ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生，如圖2-6所示。它由三個(gè)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(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,控制平面：用于進(jìn)行信令處理和對(duì)用戶平面的控制。用

6、戶平面：用來(lái)傳輸用戶的信息，實(shí)現(xiàn)用戶之間的實(shí)際通信管理平面：用來(lái)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)的管理、維護(hù)的操作功能，同時(shí)也管理用戶平面和控制平面間的信息交換。在每個(gè)平面內(nèi)，采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放系統(tǒng)互連的分層方法，各層相對(duì)獨(dú)立。按照ITU-T的建議，每個(gè)平面共定義了四層：物理層、ATM層、ATM適配層、高層。 ATM協(xié)議結(jié)構(gòu)基于ITU-T標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生，如圖2-7所示。ATM協(xié)議結(jié)構(gòu)分為三層，即ATM適配層（ALL）、ATM層和物理層。,

7、東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,,圖2-7 ATM協(xié)議結(jié)構(gòu),東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,ATM物理層的功能較一般網(wǎng)絡(luò)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(huì)聚（TC）子層 。,2.2.1物理層,1. 傳輸匯聚（TC）子層（1）傳輸幀的產(chǎn)生/恢復(fù) （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(chǎn)生和信頭檢驗(yàn) （5）信元速率配偶,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)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(shù)據(jù)比特，它具有傳輸編碼，比特定時(shí)和光電轉(zhuǎn)換等功能。其中比特定時(shí)是指采用適合于物理媒體傳輸?shù)牟ㄐ?，根?jù)需要插入和取出定時(shí)信息并進(jìn)行線路編碼。即在線路傳輸前，將比特組轉(zhuǎn)換成另一種比特編碼。常用的兩種編碼技術(shù)是4B/5B和8B/10B。,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)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(jìn)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(fù)用和分解 （2）虛通路標(biāo)識(shí)符（VPI）和虛信道標(biāo)識(shí)符（VCI）的變換 。（3）信元頭的產(chǎn)生和提取 （4）一般流量控制（GFC） （5）阻塞指示（CI）: CI用1bit（第2個(gè)比特）表示，CI=0表示無(wú)阻塞；CI=1表示有阻塞。

10、,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)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(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,,2.2.3 ATM適配層 原則上用3個(gè)參數(shù)和每個(gè)參數(shù)的2個(gè)值可以定義8個(gè)業(yè)務(wù)等級(jí)，但是ITU-T覺(jué)得只有其中的4個(gè)有使用價(jià)值，并分別命名為A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)。對(duì)應(yīng)這4級(jí)業(yè)務(wù)，目前定義了4個(gè)AAL層協(xié)議。它們是AAL1、AAL2、AAL3/4和AAL5。AAL類(lèi)型和它的業(yè)務(wù)等級(jí)關(guān)系如

11、表所示。,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,,2. ATM適配層結(jié)構(gòu) ATM適配層功能可分為兩個(gè)子層，即拆裝子層（SAR）和會(huì)聚子層（CS）如圖2-12所示,圖2-12 ATM適配層結(jié)構(gòu),東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,3. 恒定比特率業(yè)務(wù)的ATM適配層（AAL1）AAL1用于支持恒定比特率（CBR）的業(yè)務(wù)。CBR業(yè)務(wù)要求在源端和目的端建立虛連接后，以一個(gè)恒定的比特率來(lái)傳遞信息。最典型的CBR業(yè)務(wù)就是64kbps的PCM語(yǔ)音。 （

12、1）AAL1的拆裝子層（SAR） （2）AAL1的會(huì)聚子層（CS） AAL1的CS子層的功能與特定業(yè)務(wù)相關(guān)，對(duì)于不同的高層業(yè)務(wù)，CS子層的實(shí)現(xiàn)也不同.,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,,4. 可變比特業(yè)務(wù)的ATM適配層（AAL2） AAL2適配類(lèi)型主要用于低速的，短分組的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。它支持可變比特率（VBR），其特點(diǎn)是能達(dá)到很高的信元適配效率和較低的適配時(shí)延。典型應(yīng)用是對(duì)壓縮的音頻或視頻數(shù)據(jù)的適配。,東北林業(yè)大學(xué)

13、機(jī)電工程學(xué)院,5. 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送的ATM適配層（AAL3/4）（1）AAL3/4的會(huì)聚子層（CS） CPCS協(xié)議數(shù)據(jù)單元（CPCS-PDU）由4字節(jié)頭部和4字節(jié)尾部組成，同時(shí)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(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,6. 高效數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(zhǎng)CPCS-PDU，并將其分解成4

14、8字節(jié)長(zhǎng)度SAR-PDU，且不增加任何開(kāi)銷(xiāo)。 （2）AAL5的會(huì)聚子層（CS）:AAL5的CS子層同樣分成CPCS和SSCS兩個(gè)子層。,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,2.3 ATM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接口,ATM技術(shù)作為寬帶網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，采用高效的傳輸、交換和復(fù)用方式，可以將未來(lái)通信網(wǎng)中名目繁多，速率不一的視頻、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等各種信息進(jìn)行綜合交換和傳輸，按需提供帶寬和業(yè)

15、務(wù)等級(jí)。 2.3.1 ATM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ATM網(wǎng)絡(luò)可分為三個(gè)部分：公用ATM網(wǎng)，專(zhuān)用ATM網(wǎng)和ATM接入網(wǎng)。 1.公用ATM網(wǎng):公用ATM網(wǎng)由電信管理部門(mén)經(jīng)營(yíng)和管理，它通過(guò)公用用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）連接各專(zhuān)用ATM網(wǎng)和ATM終端。 2.專(zhuān)用ATM網(wǎng);專(zhuān)用ATM網(wǎng)是指一個(gè)單位或部門(mén)范圍內(nèi)的ATM . 3. 接入ATM網(wǎng)接入ATM網(wǎng)主要指在各種接入網(wǎng)中使用ATM技術(shù)，傳送ATM信元的網(wǎng)絡(luò)，如基于ATM的無(wú)

16、源光纖網(wǎng)絡(luò)（APON）、混合光纖同軸（HFC）、非對(duì)稱數(shù)字環(huán)路（ADSL）以及利用ATM的無(wú)線接入技術(shù)等。,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,,2.3.2 ATM網(wǎng)絡(luò)接口 ATM網(wǎng)絡(luò)通過(guò)實(shí)現(xiàn)用戶-網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（NNI）、數(shù)據(jù)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(nèi)的各種業(yè)務(wù)的傳送。,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)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(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,2.4 ATM網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù) 按照ITU-T建議I.356，傳輸時(shí)延的定義為：假定網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)A和B之間存在一條虛電路，當(dāng)信元從節(jié)點(diǎn)A傳送到節(jié)點(diǎn)B時(shí)，必定存在一個(gè)延時(shí)△t（△t>0），因此，從信元的第一個(gè)比特離開(kāi)節(jié)點(diǎn)A到信元最后一個(gè)比特到達(dá)節(jié)點(diǎn)B所需

18、要的時(shí)間即稱為傳輸時(shí)延。為了能夠充分描述業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，I.356建議給出了以下幾種類(lèi)型參數(shù)的定義： 1. 信元正確傳輸 2. 信元出錯(cuò) 3. 信元丟失 4. 信元誤插入 5. 信元傳輸嚴(yán)重出錯(cuò),東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,2.4.1 ATM網(wǎng)絡(luò)時(shí)延特征,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,2.4.2 ATM網(wǎng)絡(luò)傳送錯(cuò)誤ATM網(wǎng)絡(luò)的總誤碼率可以由3個(gè)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(cuò)誤到達(dá)；2.交換/復(fù)用系統(tǒng)中的隊(duì)列溢出而導(dǎo)致信元丟失；3.交換系統(tǒng)中錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換信元頭，造成錯(cuò)誤地為信元選擇路由。線路傳輸而引發(fā)的錯(cuò)誤，一般考慮用比特差錯(cuò)率（BER）來(lái)描述。BER的定義是：BER=出錯(cuò)比特?cái)?shù)/發(fā)送的總比特?cái)?shù)ATM網(wǎng)絡(luò)傳送錯(cuò)誤也可以用信元差錯(cuò)率（CER）來(lái)描述。其定義為：CER=出錯(cuò)信元數(shù)/發(fā)送信元數(shù),東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,2.5 ATM寬帶交換技術(shù)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(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,2.5.2 ATM交換單元的構(gòu)成ATM交換單元基本構(gòu)造方法是空分和時(shí)分方法，目前也有ATM交換單元根據(jù)局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)脑恚捎昧钆骗h(huán)和總線方式實(shí)現(xiàn)。一、空分交換結(jié)構(gòu) 對(duì)于空分交換結(jié)構(gòu)，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(shí)傳送多個(gè)信元。

21、因此，當(dāng)一個(gè)交換矩陣中某條入線和出線處于空閑狀態(tài)時(shí)，在它們之間就可以建立一條連接，不存在內(nèi)部阻塞的問(wèn)題。但是如果多個(gè)入線上的信元希望送往同一條出線時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生所謂的“出線沖突”，出線沖突歸屬于外部沖突類(lèi)型。 1.出線沖突時(shí)的入線選擇策略 2.阻塞信元的處理——緩存存儲(chǔ)方法,東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,二、時(shí)分交換結(jié)構(gòu) ATM本質(zhì)是異步時(shí)分（ATD）復(fù)用，它將信道分成等長(zhǎng)的時(shí)隙，時(shí)隙中填充等長(zhǎng)的分組（信元），借鑒同步