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现代交换基本原理第七章ATM与MPLS

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现代交换原理 IP交换--ATM

现代交换原理 IP交换--ATM
现代交换原理 ATM
1、ATM的产生、发展与现状
ATM技术发展
ATM交换结构、 ATM网的业务流控制、 话音通过ATM（VOA） IP与ATM的融合、 ATM与智能网（IN）的结合、 光ATM交换
公用网的ATM交换系统 公用网ATM骨干交换系统必须具有高吞吐量和可扩展性，吞吐量通常 为40~160G。应能支持各种接口、业务和连接类型，并具有保证服 务质量（Qos）的业务流控制功能。 爱立信的AXD301、阿尔卡特的1000AX、 北电的Magellan Concorde等。
A广泛应用于城域网
原因？
✓ ATM技术 + IP 技术 MPLS技术
现代交换原理 ATM
ATM交换机的基本操作
输入 端口
VPI/VC 输出
I
端口
VPI/VCI
1
64
2
45
1
29
3
38
45
2
29
64
1
ATM交换机 3
38
现代交换原理 ATM
通过ATM信令建立连接的过程
交换虚连接（SVC：Switching Virtual Connection）
PVC是由管理面控制建立的永久和半永久连接，用户在传送信 息前不需要建立过程。
SVC是由信令控制建立的连接，用户在传送信息前要建立连接， 信息传送完毕则拆除虚连接。
VPC 和 VCC 都可有PVC和SVC的虚连接。
输入 端口
3
3
2b
完全差错控制
2b
有限差错控制
2a
2a
2a
有限差错控制
2a
1
1
1
1
3
异步转移模式

第十讲 ATM及MPLS交换技术(一)

第十讲 ATM及MPLS交换技术(一)

11
第七章 ATM及MPLS交换技术
• 7.1 B-ISDN及ATM的概念 • 7.2 ATM体系结构
– – – – 7.2.1 ATM传送模式 7.2.2 ATM信元 7.2.3 B-ISDN/ATM协议参考模型 7.2.4 ATM的连接
• • • • •
7.3 7.4 7.5 7.6 7.7
ATM交换 ATM网络的信令 MPLS技术概述 MPLS交换的基本原理 ATM上的MPLS综合方案
20
(1) ATM物理层
• ⑤ 信元定界，利用HEC字节在接收的比 特流中找出信元的边界。 • ⑥信元速率适配，ATM信元传输信道速 率恒定，当发送端没有信息可传时，须向 信道送出空闲信元，接收端则把收到的空 闲信元丢掉，以保证传输信道速率恒定。
21
ATM信元定界处理模型
连续收到a个 不正确的HEC 逐比特检查 搜索态 收到不正 确的HEC 同步态 连续收到b个 正确的HEC 图7.5 信元定状态转移图
27
2. ATM虚连接建立的方式
• ATM采用双向虚连接，两个方向上的VPI/VCI 被赋予相同的值，并且VPI/VCI值只在一段直 连信道上有效。 在虚电路中，两相邻交换点之间VCI值保持不 变，构成一条VC链路，源端到目的端的虚电路 由多段VC链路串连组成。ATM网络可建立虚 信道连接（VCC）或虚通路连接（VPC）。 虚电路的建立方式有两种：
19
(1) ATM物理层
• ② 传输汇聚(TC)子层，接收ATM层信元，转换 成适配物理介质的比特流交给PMD层发送，或 相反过程，并恢复信元边界。 • ③ 传输帧的生成与恢复，当前传输系统有SDH 和PDH系统，均以125s为周期传送帧，发送端 将信元嵌入到相应帧格式中，或相反过程。 • ④信元差错校正，利用 HEC只对信头部分进行 检验，可纠正一位错码和发现多位错码。信头 有错而无法纠正时则丢弃该信元。校验多项式 为 x8 x 2 x 1。

第七章 ATM及MPLS交换技术(3)

第七章 ATM及MPLS交换技术(3)
起来的。传统路由器处于网络外围，标记交换路 由器组成核心网络。
2012.04 通信工程系 王琳珠 7
现代交换原理
7.5.3 MPLS的有关概念
1. 标签: 一种短的、易于处理的、不包含拓扑信息且只具有
局部意义的选径标识。 * ATM的VPI/VCI也是一种标签，VPI/VCI只标记一段
链路上特定信息的路径，通过索引方式查表转移信元。 * MPLS中，IP包进入边缘路由器，通过分析IP包头选择
7.6 MPLS交换的基本原理
7.6.1 标签分发协议LDP * LDP是一个单独的控制协议，相当于No.7信令协议，
用来在LSR之间交换和协调FEC/标签绑定信息以及 相关处理过程。 * LDP协议将网络层路由信息直接映射到链路层交换通 道上，在逻辑相邻的LSR间协商标签值，建立TCP连 接，确保LDP消息按序可靠传送。 * LDP映射消息可从本地LSR或出口LSR发起，并从下 行LSR流向上行LSR。每个LSR在其LIB中关联入口 标签,出口标签，以形成从入口到出口的标签交换 路径LSP（Label Switch Path）。
2012.04 通信工程系 王琳珠 12
现代交换原理
7.5.3 MPLS的有关概念
3. 标签栈 是许多标签按一定顺序排列存放，提供数据流转发
检索的缓存区。 * 标签栈按照后添加标签先出栈方式工作。 * 栈顶标签始终是转发分组的标签，依据标签选择下一
跳出口。
2012.04 通信工程系 王琳珠 13
现代交换原理
0 128.89.0.0/16
RTC
Cisco公司推出的标记交换，是
9 128.89.26.4 Data
基于传统路由器的ATM承载IP 技术，在一定程度上将数据的图传8.25 IP分组的标记交换流程

现代交换原理讲解之ATM与MPLS

现代交换原理讲解之ATM与MPLS
VPI（Virtual Path Identifier）：虚通路标识，用来区分传输 信道上不同的虚通道。
在UNI为8bit，可标识256个VP；在NNI为12bit，标识 4096个VP。 PTI (Payload Type Identifier)：净荷类型标识，3bit，标识 8种类型。P.214 表7.1
* 在ATM中，语音、数据、图像等业务的信息被分解成固定长度 48bytes的数据块，加上5bytes的信元头，形成53bytes的完 整信元。
* 采用异步时分复用的方式，将来自不同信息源的信息汇聚到一起， 信元头中的虚通路标识符（VPI）、虚信道标识符（VCI）作为 地址标签，网络根据信元头中的标签识别和转发信元。
UNI TE
B - ISDN NNI
NNI 其它 B-ISDN
87
6 5 4 3 2 1 bit 8 7 6 5 4 3 2 1 bit
GFC VPI
VCI
VPI VCI VCI PTI
HEC
1 2 3 CLP 4 5
VPIห้องสมุดไป่ตู้
1
VPI
VCI
2字
VCI
VCI PTI
CLP
3
4
节
HEC
5
(a)UNI 格式
信头 （5bytes）
信息段 （48bytes）
ATM信元头部包含流量控制信息、虚连接标识符、 净荷类型、信元丢失优先级和信头差错控制信息。 与分组交换的分组头比，ATM信头功能大大简化： -- 只对信头进行差错控制，不进行逐段链路的检错 和纠错； -- 端到端的差错控制只在需要时由终端完成； -- 只用VPI/VCI标识一个虚连接，无需源地址、 目的地址和分组序号； -- 信元顺序由终端保证。

通信现代交换第7章 ATM交换技术

通信现代交换第7章 ATM交换技术

ATM虚连接
Port VPI VCI 1 1 1 2 26 44
A
UNI信元 VPI =1 VCI =1
1
2
3
NNI信元 VPI =26 VCI =44 NNI信元 VPI =6 VCI =44
3 1
UNI信元 VPI =20 2 VCI =30
B
1
Port VPI VCI 1 26 44 2 2 44
3
2
NNI信元 VPI =2 VCI =44
3 1
2
Port VPI VCI 1 6 44 2 20 30
ATM虚连接（VC）
Port VPI VCI 1 2 44 2 6 44
1.在数字程控交换机中的软件程序中，对于用户 的扫描识别，一般采用群处理方式，若某处理机在 进行摘机识别时，得到本次的扫描结果为01111110， 前次的扫描结果为10101100，试问： （1）什么是群处理？ （2）单个用户摘、挂机识别公式分别是什么？ （3）该处理机应对哪几个用户的摘机进行处理？
问题：能否把这些对带宽、实时性、传输质量 要求各不相同的网络服务由一个统一的多媒体 网络（B-ISDN）来实现？ 答案：
交换技术发展历程：电路交换->分组交换->帧中继 ->ATM
二、ATM的总体
综合电路和分组交换的优点：定长与异步
5 Bytes
48 Bytes
定长的数据包
4
3
2
1
A
D
C B A
T M 复 用
器
D 4 图 像
A 3 数 据
C
C
1 语 音
2 语 音
ATM统计复用示意图
ATM是快速分组交换技术、采用统计复用方式

现代交换技术课件(第七章ATM交换1)

现代交换技术课件(第七章ATM交换1)
5
7.1.4. ATM的传输复用原理
ATM采用异步时分复用：(又称标记复用 ／统计复用)，如图7.2所示
头信 道
1
头信 道
3
头信 道
5
头信 道
5
信
头信
倒
道
31
头信 道
3
头信 道7.2 ATM的传输复用原理
6
特点：
① 复用基本单位：信元(信元头标记出不同用户的信元) ② 具有同样标记的信元呈现出一种无规则的再现模式。 (即它不对应某个固定时隙，也不周期性地出现，它和 时域的位置之间没有任何关系，信息只按信头的标记来 区分，为此称为标记复用) ③ 每路信元的再现频次决定于该路业务所要求的比特 率。(比特率高的业务信元再现的频繁，集中；比特率 低的业务信元再现的稀疏)
7
优点：
① 信道利用率高(各个信元动态占用信道，只要输入信元 流不断，输出信道就一直被占用。而不象STM，某一用户 独占一信道，此用户无信息传送，信道也不可被其它用户 使用，因此，信道利用率很高)。 ② 复用与输入业务流的速率无关。 ③ 适用于任何业务要求：无论业务的特性即速率的高低， 突发性的大小，服务要求如何，ATM均按同样的模式处理。
VP交 换
VPI3 VCI6
VPI4 VPI5
VCI5
VCI3 VCI4
VPI / VCI转 发 表 输入端口 输出端口
VPI 1 1 2 2
VCI 1 2 3 4
VPI 4 3 5 5
VCI 5 6 3 4
(b)
图7.5 VC/VP交换的具体示例 (a) VP交换过程；(b) VC交换过程
18
虚连接的建立
2
7.1.2 ATM的基本特征

现代交换原理第7章ATM交换技术


7.2.4 ATM协议参考模型
物理层
ATM层
ATM适配层(AAL)
高层
用户面
高层
控制面
管理面
面管理
层管理
7.2.4 ATM协议参考模型
B-ISDN协议参考模型由3个平面组成 用户面（User Plane）： 负责用户信息的传送，采用分层结构。 控制面（Control Plane）： 提供呼叫和连接的控制功能，主要涉及信令功能，也采用分层结构。 管理面（Management Plane）： 提供面管理与层管理两种管理功能。面管理实现与整个系统有关的管理功能，并完成各个面之间的协调功能；层管理实现网络资源与协议参数的管理，并处理各层中的操作与维护（OAM）信息流，面管理不分层，层管理是分层的。
7.1 ATM与B-ISDN的产生与发展
研究热点
ATM交换结构 ATM网的业务流控制 话音通过ATM（VOA） IP与ATM的融合 ATM与智能网（IN）的结合 光ATM交换
7.2 ATM基本原理
ATM特点：
01
添加标题
采用了固定长度的信元，并简化了信元头功能
02
添加标题
采用了异步时分复用方式
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PT
HEC
CLP
1 2 3 4 5
字节
(1) UNI的信头结构 GFC（Generic Flow Control）：一般流量控制字段，4bit，用于接入流量控制。
7.2.1 ATM信元及其结构
7.2.1 ATM信元及其结构
VPI/VCI：选路信息，唯一标识一个逻辑子信道。 VPI（Virtual Path Identifier）：虚通道标志，8bit，可标识256条虚通道。 VCI（Virtual Channel Identifier）：虚信道标志，16bit，可标识65536条虚信道。 PT（Payload Type）：净荷类型，3bit，表示信息段传送的信息类型 CLP（Cell Loss Priority）：信元丢弃优先权，1bit，CLP=0，表示高优先级；CLP=1,表示低优先级，若遇到拥塞要丢弃信元时，CLP=1的信元将首先丢弃。 HEC（Head Error Control）：信头差错控制，8bit，检验信头是否出错，不检测信息段。

现代交换技术课件(第七章++ATM交换3)

自选路由法表选路由法表选路由法22理论上交换机的容量不受限制理论上交换机的容量不受限制现代交换技术electronicengineering20自选路由法自选路由法图724自选路由法现代交换技术electronicengineering21在输入处理部件中为每个信元加个路由标签旧vpivci转换新的vpivci路由标签使的交换网络内部的信号长度大于53个字节现代交换技术electronicengineering22表选路由法表选路由法图725表选路由法现代交换技术electronicengineering23表选路由法是按照交换单元内部的转发表中的信a每个交换单元有一张转发表按照进入信元的vpivci值可以查找到输出vpivci值
电 气 与 电 子 工 程 学 院
School of Electrical and Electronic Engineering
3
现代交换技术
信元定界：将基于不同形式传输系统的比特流（ （ 1 ） 信元定界 ： 将基于不同形式传输系统的比特流 （ 如 SDH，PDH等不同的帧结构形式 分解成为53 等不同的帧结构形式） 53字节为单位的 SDH，PDH等不同的帧结构形式）分解成为53字节为单位的 信元格式。 信元格式。 信头有效性检验：将信元中的空闲信元（物理层） （ 2 ） 信头有效性检验 ： 将信元中的空闲信元 （ 物理层 ） 、 未分配信元（ATM层 以及传输中信头出错的信元丢弃， 未分配信元 （ ATM 层 ） 以及传输中信头出错的信元丢弃 ， 然后将有效信息送入系统的交换/控制单元。 然后将有效信息送入系统的交换/控制单元。 （3）信元类型分离： 信元类型分离： 根据VCI标志：分离VP级OAM信元； 根据VCI标志：分离VP级OAM信元； VCI标志 VP 信元 根据PTI标志：分离VC级OAM信元，递交给控制单元； 根据PTI标志：分离VC级OAM信元，递交给控制单元； PTI标志 VC 信元 其他用户信息则由交换单元进行交换。 其他用户信息则由交换单元进行交换。

第七章ATM交换技术

• 3、带宽高
ATM信头功能有限，网络节点处理十分简单，提高了速度。
• 4、交换方式灵活
信元的长度小，可以用硬件和软件实现交换。
• 5、信元在网络中传送速度高
各节点只对信元的头部进行处理，信息字段保持不变。
ATM兼具电路和分组传送方式的优点 （1）ATM可以看作是电路传送方式的改进。
• ①电路传送方式中，时间划分为时隙，一个时隙传送一个用户 数据，按数据在时间位置进行区分。
物理层向上与ATM层交互信元，向下必须适配不同的传 输系统。
1．物理介质子层提供的物理接口 ITU-T和“ATM论坛”将物理接口分为三类，即基于SDH、
基于信元和基于PDH的接口。下面进行简要介绍。 （1） ITU-T制定的接口标准 ITU-T建议书I.432定义了两个基于光纤同步数字系列(SDH)
这种小而固定长度的数据单元减少了组装、拆卸信元及 信元在网络中排除等待的时延，确保更快、更简单的进行交 换和多路复用，从而支持高速的传输速率。
1 8
信元结构：定长，53个字节的信息段
从 第
字 节
位内
开发
始送
顺
序
二、ATM信元的信头格式 ATM信元在网络中的功能是由信头来实现的。网络中的各
个 节点根据信头来识别信元是属于哪一个连接。
数据通信具有一定的突发性（传输速率不恒定），因而电 路交换不适合数据业务传送的要求。虽然在技术上可以实现电 路交换的多速率、高速度的信息传送，但是信息的处理和控制 复杂，硬件设备成本很高。
• （2）分组交换技术
• 在分组交换通信网中，信息的传递以存储/转发的方式 进行，采用统计复用方法提高带宽的利用率，另一方 面为了保证数据传递的可靠性，在数据链路层采用逐 段转发、差错校正的控制措施。

交换 Chap_07 IP+ATM


应用 TCP/UDP IP 数据链路 TCP/IP 体系
TCP/UDP （传输层） 传输层）
TCP 提供面向连接的、可靠的传输服务 提供面向连接的、 UDP 提供无连接的、不可靠的传输服务 提供无连接的、
应用层
Telnet、Web、FTP、e-Mail …… 、 、 、
10
TCP/IP and OSI model
20
符合重叠模型的主要技术包括ATM上 上 符合重叠模型的主要技术包括 的 传 统 IP（Classical IP over ATM， （ ， CIPOA）、 局域网仿真 （ LANE）和 ATM ） 局域网仿真（ ） 上的多协议（ 上的多协议 （ MPOA） 等 。 重叠模型的优 ） 点是使用ATM Forum/ITU-T的信令标准， 点是使用 的信令标准， 的信令标准 其复杂度较低，成熟程度较高， 其复杂度较低，成熟程度较高，与ATM网 网 络及业务兼容，对将来通信网向B-ISDN方 络及业务兼容，对将来通信网向 方 向发展比较有利。但从目前的应用看来， 向发展比较有利 。 但从目前的应用看来 ， 存在传送IP包的效率较低 包的效率较低， 存在传送 包的效率较低 ， 地址和路由功 能重复等缺点。 能重复等缺点。
21
二、
集成模型
集成模型是将IP路由器的智能和管理 集成模型是将 路由器的智能和管理 性能集成到ATM交换中形成的一体化平台。 交换中形成的一体化平台。 性能集成到 交换中形成的一体化平台 与重叠技术不同，在集成模型实现中， 与重叠技术不同 ， 在集成模型实现中 ， 它 单元实体与ATM网络地址分配策 将 ATM单元实体与 单元实体与 网络地址分配策 略和路由选择协议分离； 略和路由选择协议分离；ATM层被看作是 层被看作是 IP层的对等层，ATM网络实体采用与 协 层的对等层， 网络实体采用与IP协 层的对等层 网络实体采用与 议完全相同的协议体系和地址分配策略； 议完全相同的协议体系和地址分配策略 ； ATM系统仅需要分配 地址，网络中则采 系统仅需要分配IP地址 系统仅需要分配 地址， 选路技术， 用IP选路技术，不再需要 选路技术 不再需要ATM的地址解析 的地址解析 规程。 规程。
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现代交换基本原理 第七章ATM和MPLS
7.1 B-ISDN及ATM的概念
7.1.1 ATM的产生
分组交换的特点：
* 工作模式是将信息分成若干段，装配成有源目的地址、 控制码、校验码及包封的分组，并以分组为单元进行交 换和统计复用传送。
* 特点：占用带宽随意，资源利用率高，但实时响应差， 逐段转发模式转送效率低，网络吞吐量较小，不能适应 宽带高速业务交换传送的需要。
7.1 B-ISDN及ATM的概念
异步转移模式(ATM)的产生，设想一种新的方案，既具有 电路交换那样控制简单、实时性好的特点，又具有分组 交换的统计复用那样资源利用率高的特点。
ATM方案： * 采用分组统计复用方式，以适应各类信息传送的需要； * 采用固定长度分组，使交换能按照类似于电路模式
进行，保障业务QoS； * 所有交换节点不检错，以提高网络信息转移速度。
7.1 .2 ATM 的概念
ATM定义 (ITU-T I.113)
ATM is “A transfer mode in which the information
is organized into cells; it is asynchronous in the
sense that the recurrence of cells containing
7.2.1 ATM传送模式
信息通路
·时隙周期性地出现 ·以帧ห้องสมุดไป่ตู้的时隙识别通路
125us帧
125us帧
(a) 同步转移模式（STM）
通路信息
125us帧
其它呼叫的信息
信头
信元复用的信息
(b) 异步转移模式（ATM）
图7.1 STM与ATM的比较
7.2.1 ATM传送模式
* ATM，一种高速分组交换模式，将信道划分成53字节
information from an individual user is not
necessarily periodic” ATM (Asynchronous Transfer Mode)是一种传递模式， 在这一模式中，信息被组织成信元，包含一段信息的信元 不需要周期的出现，从这个意义上讲，这个传递模式是异 步的。
定长单元，48字节承载信息数据，5字节装配上地址、
优先级等控制信息，以定速方式传送。
* 待传数字信息分成多个48字节定长块，以统计复用方式 占用信道上的ATM空闲信元，交换系统以信元为单位 进行存储转发。
* 由于信元定长、定速传送，信元无包封，交换控制类似 电路方式，较简单，网络吞吐量大；用户以统计复用方 式占用空闲信元，可适应不同速率需求的业务应用，资 源利用率高。
UNI TE
B-ISDN NNI
NNI 其它 B-ISDN
87
6 5 4 3 2 1 bit 8 7 6 5 4 3 2 1 bit
GFC VPI
VCI
VPI VCI VCI PTI
HEC
1 2 3 CLP 4 5
VPI
1
VPI
VCI
2字
VCI
VCI PTI
CLP
3
4
节
HEC
5
(a)UNI 格式
(b)NNI 格式
VPI（Virtual Path Identifier）：虚通路标识，用来区分传输 信道上不同的虚通道。
在UNI为8bit，可标识256个VP；在NNI为12bit，可标识 4096个VP。 PTI (Payload Type Identifier)：净荷类型标识，3bit，可标识 8种类型。P.214 表7.1
图 7.3 ATM 信元的信头格式
ATM 信元结构
* 信元头（5字节）
GFC (Generic Flow Control)：一般流量控制，4bit，只用于 UNI。用于流量控制或共享介质网络中标识不同的接入。
VCI（Virtual Channel Identifier）：虚信道标识，12bit， 可标识65536个虚信道。
与分组交换方式的不同
* 使用固定长度的分组—ATM信元 * 使用空闲信元(idle cell)来填充信道（由物理层产生，将信元流
适配到所用传输媒体的负荷能力而插入的信元。） * 由用户在申请信道时，提出业务质量要求 * 不使用逐段反馈重发方法，必要时采用端到端的差错纠正措施。
7.2 ATM体系结构
CLP (Cell Loss Priority)：信元丢失优先级，1bit，用于拥塞控制。 CLP=0时网络应保障带宽资源供给；CLP=1时如有拥堵可丢弃信元。 HEC (Header Error Control)：信头差错控制，8bit，用于信头中
* ATM本质上是一种高速分组交换模式，它将语音、数 据、图像等所有数字信息分解成长度固定的数据块，并 在数据前装配地址、丢失优先级等控制信息构成信元， 空闲信元以一定速率发送，只要获得空闲信元即可插入 信息发送。
* 信息插入位置无周期性，需要排队等待空闲信元到来才 能发送信息，所以ATM是以信元为单位的存储转发方 式，成为信元交换。
* 在ATM中，语音、数据、图像等业务的信息被分解成固 定长度（48字节）的数据块，加上5字节的信元头，形 成53字节的完整信元。
* 采用异步时分复用的方式，将来自不同信息源的信息汇 聚到一起，信元头中的虚通路标识符（VPI）、虚信道 标识符（VCI）作为地址标签，网络根据信元头中的标 签识别和转发信元。
ATM的特征
* 电路传送方式的演进 --时分复用，在每个时隙中放入信元，则电路传送方式就
演变为ATM，依据信头标签来区分用户的数据； --面向连接，采用固定长度分组，使交换能按照类似于电
路模式 进行，保障业务服务质量； --控制简单、实时性好。 * 分组交换方式的演进 --统计时分复用/异步时分复用，信道利用率高； --信元是一种特殊的数据分组。
7.2.2 ATM信元结构
信头 （5字节）
信息段 （48字节）
ATM信元头部包含流量控制信息、虚连接标识符、 净荷类型、信元丢失优先级和信头差错控制信息。 与分组交换的分组头比，ATM信头功能大大简化： --只对信头进行差错控制，不进行逐段链路的检错 和纠错； --端到端的差错控制只在需要时由终端完成； --只用VPI/VCI标识一个虚连接，无需源地址、目的 地址和分组序号； --信元顺序由终端保证。