第五章ATM交換要點課件

現(xiàn)代交換技術(shù)

第五章ATM交換6/9/2023社會發(fā)展需求，隨著視頻業(yè)務(wù)應(yīng)用的發(fā)展，用戶業(yè)務(wù)需要大于2mb/s的寬帶傳輸和交換。技術(shù)發(fā)展支持，光纖及相關(guān)的傳輸技術(shù)發(fā)展和廣泛運(yùn)用，為構(gòu)建能承載數(shù)據(jù)、高質(zhì)量視頻等業(yè)務(wù)的寬帶綜合網(wǎng)絡(luò)提供了技術(shù)支持，交換技術(shù)變成瓶頸。5.1B-ISDN與ATM的概念6/9/2023業(yè)務(wù)帶寬跨度大，從幾十到幾兆比特/秒；不同業(yè)務(wù)的突發(fā)特性不同；各種業(yè)務(wù)的實時性要求不同；各種業(yè)務(wù)對錯誤的敏感性不同；不同業(yè)務(wù)要求不同的連接方式。

B-ISDN與ATM的概念B-ISDN業(yè)務(wù)的特征B-ISDN的目標(biāo)，為用戶提供各種帶寬的數(shù)據(jù)、語音、圖像、電視會議、文本文件、數(shù)據(jù)等信息的交換和傳輸服務(wù)。6/9/2023B-ISDN對傳送模式的要求對信息的損傷要小具有時間透明性(信息傳送的時延和時延抖動要小)

具有語義透明性(由傳送引起的信息丟失和差錯要小)能靈活地支持各種業(yè)務(wù)具有高速傳送信息的能力B-ISDN與ATM的概念6/9/2023ATM電路交換特點同步時分復(fù)用；固定分配帶寬；時間透明性分組交換特點統(tǒng)計時分復(fù)用；動態(tài)分配帶寬；語義透明性ATM的發(fā)展6/9/2023ATM概念？ATM（AsynchronousTransferMode）異步轉(zhuǎn)移（傳送）模式

ATM是一種在網(wǎng)絡(luò)中以信元為單位進(jìn)行統(tǒng)計復(fù)用、交換和傳輸?shù)募夹g(shù)。在這種傳送模式中，信息被分成信元來傳遞，而包含同一用戶信息的信元不需要在傳輸鏈路上周期性地出現(xiàn)。ATM概念？B-ISDN與ATM的概念6/9/2023采用異步時分復(fù)用方式，動態(tài)分配帶寬采用面向連接的方式（虛電路）取消了逐段差錯控制和流量控制，在需要時由終端完成。信元長度固定，簡化了對緩沖隊列的管理信頭的功能簡化ATM特點？B-ISDN與ATM的概念6/9/20235.2ATM基本原理5.2.1ATM信元及其結(jié)構(gòu)5.2.2異步時分復(fù)用技術(shù)5.2.3面向連接的通信方式5.2.4ATM協(xié)議參考模型6/9/2023

ATM信元結(jié)構(gòu)5.2.1ATM信元及其結(jié)構(gòu)6/9/2023ATM信元信頭結(jié)構(gòu)

6/9/2023ATM信元類型

ATM信元的凈荷類型PTI值凈荷類型000無擁塞的用戶信元,AUU=0001無擁塞的用戶信元,AUU=1010有擁塞的用戶信元,AUU=0011有擁塞的用戶信元,AUU=1100OAM信元(相鄰節(jié)點維護(hù)管理信元)101OAM信元(用于端到端的維護(hù)管理信元)110資源管理信元(用于改變正在使用的帶寬)111備用用于AAL5是否是上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元劃分的最后一個信元，0不是，1是6/9/2023ATM特殊信元

空閑信元（VPI=0，VCI=0，CLP=1）：物理層產(chǎn)生的空信元。0000000000000000

0000000000000001

未分配信元（VPI=0，VCI=0，CLP=0）：ATM層產(chǎn)生的空信元。

物理層OAM信元：用于物理層的操作維護(hù)。

0000000000000000

0000000000001001

元信令信元（VCI=1），通用廣播信令信元（VCI=2），信令信元用于呼叫控制和建立連接等。6/9/2023同步時分復(fù)用：多個邏輯子信道共享一條物理鏈路，屬于同一邏輯子信道的信號按照一定時間間隔周期性地出現(xiàn)，按照時隙位置識別信道。異步時分復(fù)用：屬于同一邏輯信道的信號在傳輸線上不對應(yīng)固定的時隙，也不是按周期出現(xiàn)，信息識別按照信頭的標(biāo)記區(qū)分。5.2.2異步時分復(fù)用6/9/2023虛通道VP和虛信道VC的關(guān)系5.2.3面向連接工作方式6/9/2023ATM虛連接建立的方式ATM采用雙向虛連接，兩個方向上的VPI/VCI被賦予相同的值，并且VPI/VCI值只在一段直連信道上有效。在虛電路中，兩相鄰交換點之間VPI/VCI值保持不變，構(gòu)成一條VC鏈路，源端到目的端的虛電路由多段VC鏈路串連組成。ATM網(wǎng)絡(luò)可建立虛信道連接（VCC）或虛通路連接（VPC）。6/9/2023VP交換VP交換VPI=1VPI=3VPI=5VPI=2VPI=4VPI=6VCI=1VCI=2VCI=3VCI=4VCI=5VCI=6VCI=3VCI=4VCI=5VCI=6VCI=1VCI=26/9/2023VC交換VC交換VP交換VCI=1VCI=2VCI=1VCI=2VCI=3VCI=4VCI=1VCI=21243VPI=1VPI=4VPI=5VPI=2VPI=36/9/2023

5.2.4ATM協(xié)議參考模型6/9/2023一般流量控制、信頭產(chǎn)生/提取信元VPI/VCI翻譯、信元復(fù)用和分路傳輸幀產(chǎn)生/恢復(fù)：發(fā)送端將信元流封裝成適合傳輸系統(tǒng)要求的幀結(jié)構(gòu)送到PM子層，接收端將PM子層送來的比特流（傳輸幀）恢復(fù)成信元流信元速率適配、信頭差錯校驗（HEC）信元定界、AALCSSARATM層TCPM在物理媒體上正確地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)比特，線路編碼、光電轉(zhuǎn)換匯聚子層，對高層適配服務(wù)，使ATM信元傳送能夠適應(yīng)不同業(yè)務(wù)分段與重組子層，將不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元分割成固定的長度裝入ATM信元的信息段，反向傳送過程重組物理層ATM協(xié)議參考模型6/9/2023ATM協(xié)議棧中各層間的數(shù)據(jù)傳輸PCI：協(xié)議控制信息6/9/2023ATM適配層協(xié)議話音業(yè)務(wù)6/9/2023AAL1支持對時延敏感的恒定比特率業(yè)務(wù)（話音）。分為2個子層：分段與重組（SAR－SegmentationandReassembly）子層和會聚子層（CS－ConvergenceSublayer）

。(3)ATM適配層—AAL1SAR頭：序號+序號校驗，接收端按照SAR-PDU序號重新組裝提交用戶數(shù)據(jù)6/9/2023(3)ATM適配層—AAL5AAL5用來支持面向連接的可變比特率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，對信令與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行適配。分段與重組SAR子層會聚子層CS業(yè)務(wù)無關(guān)的公共部分子層CPCS業(yè)務(wù)相關(guān)的業(yè)務(wù)特定會聚子層SSCS。根據(jù)業(yè)務(wù)而定，可以為空。6/9/2023AAL5數(shù)據(jù)適配過程公共部分匯聚子層6/9/20235.3ATM交換技術(shù)ATM交換的基本原理ATM交換網(wǎng)絡(luò)ATM交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ATM呼叫控制信令6/9/20235.3.1ATM交換的基本原理

ATM交換是指ATM信元從輸入端的邏輯信道到輸出端的邏輯信道的消息傳遞。即任一入線上的任一邏輯信道的信元能夠交換到任一出線上的任一邏輯信道上去。信頭翻譯路由選擇排隊ATM交換系統(tǒng)三種基本功能：6/9/2023數(shù)據(jù)傳送過程中，任一入線信息可被交換到任一出線，具有空間交換的特征（選路）數(shù)據(jù)傳輸過程中，對從入線來的ATM信元根據(jù)路由表被交換到目的出線上，信頭VPI/VCI值由輸入值被翻譯成輸出值。（信頭翻譯）ATM采用異步轉(zhuǎn)移模式，某一時刻會有多個信元爭搶公共資源情況（出線競爭/內(nèi)部鏈路競爭），需要設(shè)置緩沖器，提供排隊功能

。（排隊）

ATM交換的基本原理6/9/2023ATM交換的基本原理nkkjlmgxxzyxyssQueueQueueQueue數(shù)據(jù)信頭翻譯表O1O2OnI1I2In輸入鏈路信頭值輸出鏈路信頭值

I1xO1kyOnmzO2l:InxO1nyO2jsOqg信元頭輸入輸出信元數(shù)據(jù)信元頭選路、信頭翻譯、排隊g通信前呼叫建立信令為每個呼叫分配邏輯信道，建立路由表信元被交換的同時，輸入信頭的值被翻譯成輸出信元頭的值。6/9/20235.3.2ATM交換系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6/9/2023輸入接口功能6/9/2023輸出接口功能6/9/2023ATM交換結(jié)構(gòu)時分交換網(wǎng)絡(luò)空分交換網(wǎng)絡(luò)共享存儲器共享媒體單通路多通路總線型基于crossbar基于banyan擴(kuò)展banyan復(fù)份banyanBenesClos緩沖型無緩沖型矩陣型全互連型1）ATM交換結(jié)構(gòu)類型5.3.3ATM交換網(wǎng)絡(luò)6/9/2023共享存儲器型結(jié)構(gòu)

6/9/2023

共享媒體型交換結(jié)構(gòu)

6/9/2023空分交換結(jié)構(gòu)

6/9/2023多極互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

6/9/2023

Banyan網(wǎng)絡(luò)自由選路特性6/9/2023

多極互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)0111110101000110101001110111110101000101001110116/9/2023緩沖方式2）ATM交換網(wǎng)絡(luò)的緩沖策略(1)外部緩沖輸入緩沖輸出緩沖輸入與輸出緩沖環(huán)回緩沖緩沖器設(shè)置在交換結(jié)構(gòu)的外部(2)內(nèi)部緩沖

共享緩沖交叉點緩沖緩沖型banyan緩沖器設(shè)置在交換結(jié)構(gòu)的交換單元內(nèi)部6/9/2023輸入緩存模型交換網(wǎng)絡(luò)仲裁邏輯12N12N出線入線輸入隊列每條入線設(shè)置緩沖器信元在入線排隊，競爭失敗的信元暫時留在輸入緩沖器中，等待下一輪信元的傳送仲裁邏輯決定可以得到服務(wù)的入線仲裁策略6/9/2023輸入緩存的缺點存在隊頭阻塞（HOL）若一條入線上的隊列的排頭信元因競爭失敗而阻塞，該隊列中的所有后續(xù)信元也被迫阻塞，即使該隊列中的后續(xù)信元所選擇的出線當(dāng)前是空閑的。6/9/2023采用窗口方法的輸入緩沖結(jié)構(gòu)改進(jìn)的輸入緩沖6/9/2023輸出排隊模型交換網(wǎng)絡(luò)01N-101N-1出線入線輸出隊列每出線配置一個緩沖隊列信元在出線處排隊，信元通過傳輸媒體時無需仲裁邏輯6/9/2023輸出排隊的優(yōu)缺點為保證沒有信元丟失，在傳輸交換媒體中信元的傳輸交換的速率必須N倍于入線的速率輸出緩沖能在一個時隙內(nèi)可以接收交換到該輸出端口的最大信元數(shù)目，稱為加速因子（＝Ｎ，極限情況）加速因子的值越大，對處理速度和存儲器的存儲速率要求就越高，一般1<K<N，這樣每個輸出端口最多只能接收K個信元，如果有多于K個信元去向同一個端口，就要按照一定準(zhǔn)則選取其中的K個信元，其余的丟棄。6/9/2023外部緩存——輸入輸出緩沖綜合輸入緩沖與輸出緩沖的優(yōu)點。假設(shè)其加速因子為L（1<L<N）(N為輸入端口數(shù)目)，則其輸出緩沖器在一個信元時隙內(nèi)最多能接收L個信元，若在某一時隙內(nèi)有超過L個信元要交換到同一個目的端口，這些超過的信元將會被存儲在輸入緩沖器中，而不像輸出緩沖方式中直接丟棄。6/9/2023包括環(huán)回端口以及環(huán)回緩沖器。當(dāng)發(fā)生出線競爭時，在競爭中失敗的信元會通過環(huán)回端口存儲在環(huán)回緩沖器中，并且通過環(huán)回端口在下一時隙與新到來的信元重新進(jìn)行競爭。外部緩存——環(huán)回緩沖6/9/2023內(nèi)部緩沖的緩沖器是設(shè)置在交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。主要有：共享緩沖交叉點緩沖緩沖型banyan存儲器復(fù)用分路12…N12…N共享緩沖結(jié)構(gòu)內(nèi)部緩存6/9/2023內(nèi)部緩存交叉點緩沖：緩沖器設(shè)置在交叉點中，用在基于crossbar交換網(wǎng)絡(luò)中。特點：不存在HOL阻塞現(xiàn)象，對內(nèi)部處理速度和存儲器存儲速率沒有加速要求，但需要較多數(shù)量的存儲器6/9/2023內(nèi)部緩存緩沖型banyan

：在交換單元（SE）內(nèi)部設(shè)置緩沖。用來存儲在內(nèi)部競爭中失敗的信元，減少信元丟失率6/9/2023交換網(wǎng)絡(luò)的選路方法是指有效控制和正確引導(dǎo)從輸入端口進(jìn)入交換網(wǎng)絡(luò)的信元正確地傳送到所需的輸出端口的方法。在有多級互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，選路控制有兩種方法：自選路由和表格控制選路。3）ATM交換網(wǎng)絡(luò)的選路方法6/9/2023

自選路由是給每個到來的信元在進(jìn)入交換網(wǎng)絡(luò)之前加上選路標(biāo)簽，然后交換網(wǎng)絡(luò)會自動根據(jù)這些選路標(biāo)簽的信息來選擇路由，自選路由選路方法的路由信息（翻譯表）一般放在交換網(wǎng)絡(luò)每個輸入端口處。

自選路由方式6/9/2023自由選路方式的路由選擇VPI/VCI分析表

AX1011InputOutputRoutingHeaderAcell1101XRHcellXcell11016/9/2023表格控制選路方式表格控制選路（table-controlrouting）的路由信息存放在各個交換單元（SE）內(nèi)部，各個SE按照自己的翻譯表中的信息來完成選路。

6/9/2023路由表控制的路由選擇AEcellcell路由表

AB1IOR

BC1IOR

CD0IOR

DE1IOR6/9/2023ATM是面向連接的網(wǎng)絡(luò)，在端到端的通信前必須建立連接。SVC的建立、管理與釋放過程就是ATM信令的交互過程。ATM信令主要分為UNI（用戶-網(wǎng)絡(luò)接口）信令和NNI