(现代信息网课件)第十一章宽带综合业务数字网与ATM

第十一章 宽带综合业务数字网与ATM
2020/10/23
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ATM作为宽带综合业务数据网的统一 标准的传送模式,以单一的网络结构，综合 地处理语音、视频、数据等多种信息，有 效地利用带宽，并支持未来各种新业务。 目前，ATM技术有较为广泛的应用领域， 商用化程度不断在提高，市场占有率也在 逐年扩大。
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⑧ 对于断续发送的数据的用户，当它间断时， 可以将信道提供给别的用户，提高信道的使用率。 ⑨ 事实上，ATM提出初始就有两个研究方向， 一种是从改进同步时分复用（STD）出发，提出 异步时分复用（ATD）。另一种是从改进分组交 换出发，提高快速分组（FPS），这两者的进一 步结合就是现在的ATM。
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第一节 B-ISDN概述 人们从八十年代中期开始研究一种新的 网络体制，它能够提供高于PCM一次群速率， 适应全部已有的和将来可能的业务，从低速 的遥控遥测到高清晰度电视（HDTV）业务都 采用统一方式在网络中传输与交换，可以支 持任意速率的，从语音、数据到视频业务的 ISDN。原CCITT于1990年将这样的网络定义 为宽带综合业务数字网，简称B-ISDN。
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在ATM中，一个物理传输通道可以包含若干个 VP，一个VP又可以容纳上千个VC，ATM的信元交 换可以在VP级进行，也可以在VC级进行，VP交换 和VC交换的过程见图11.9。
图11.9 VP交换和VC交换的过程
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虚 信 道 （ VC ： Virtual Channel ） 和 虚 通 路 （VP：Virtual Path）是用来描述ATM信元单向传 输路由概念的。VC是一个逻辑信道，所有在VC上 传 送 的 ATM 信 元 用 一 个 相 同 的 虚 信 道 识 别 符 （VCI：Virtual Channel Identifier）表示，也可以 认为是具有相同的VCI的信元构成了VC。VP是由 一些具有相同的通路端点的VP组成，也有信头中 的虚路径识别符（VPI：Virtual Path Identifier）来 识 别 ， 每 个 VP 可 以 用 复 用 方 式 容 纳 多 达 65356 （216）个VC,属于同一VP的不同的VC拥有相同的 VPI。传输通道、虚通路和虚信道是ATM中的三个 重要概念,它们三者之间的关系可由下图说明
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ATM的基本特点有: ① 所有信元在ATM网中以固定格式传送；
采用长度较小的固定长度信元。 ② 信头在交换节点处被翻译或产生新的信
头；简化了信头功能 ③ 信息段被透明传送，不执行差错控制；
免除了差错控制和流量控制,大大简化了网络 控制。
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CLP（ Cell Loss Priority 信元丢失优先级）： 1bit组成，表示信元丢失的等级。如当传送网络 发生拥塞时，首先丢弃CLP=1的信元。由于接续 的统计多路复用性，不可避免要丢失一些信元，
这样优先级低的信元在拥塞时丢失，以保证优先
级高不被丢失。该功能可在网络和网络应用时使
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图11.3 B-ISDN/ATM基本组成结构
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第二节 ATM技术
ATM最初是从两个方向开始研究的，一种是从 改进同步时分复用（STD）出发，提出异步时 分复用（ATD）；另一种是从改进分组交换出 发，提出快速分组（FPS）。ATM技术融合了 电路交换传送模式、采用了时分统计复用和信 息分组的设计思想发展而成的.
点对点信令信元：VPI=任意值，VCI=5
用户信元
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第三节 ATM协议模型
ATM的标准化工作最初是作为下一代高 速B-ISDN的技术基础，是以ITU-T为主研究 的。目前有关的各种标准化机构如：ATM论 坛，IETF都在对其进行研究，并制定出了一 系列相关的ATM技术标准和规范。
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在同一个VPC中又可复用多个虚信道（VC） 链路。它由虚信道识别符（VCI）所区别。每当 在网络中交换VC时，就要分配一个特定的VCI 值。通过交换级联的一个或多个VC组成的连接 称虚信道连接--VCC。信令和用户信息通常是在 分开的VCC上运载的。
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差错，丢弃首标差错信元；和信元定界。此外还 有单比特纠错功能，属于物理层功能。
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可根据业务的统计特性，在保证业务质量要求
的前提下，在各业务间动态地分配网络资源，以达 到最佳的资源利用率，如图11.8所示。
图11.8 ATM 信元的复用统计
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用。在网络中使用称为“标记”，如为了确保一
至性话务等级，有必要识别网络的非一至性信元。
该信元在拥塞时肯定要丢失的信元，识别方法是 网络将非一至性信元的CLP设置为1。ATM技术 规范或技术标准没有定义丢失的方法，它由厂家
自己处理。
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HEC（ Header Error Control 信头差错控制）： 8bit组成，它有两大功能：检测信元信头的比特
ATM层
物理层
信令
信息
图11.10 ATM协议参考模型
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ATM协议栈
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管理面:提供两类管理功能，分面管理和层管 理。
面管理(planemanagement):涉及包括网络故障 和协议差错检测的层特定管理。主要是协调各面 之间的运行,实现与整个系统有关的管理功能,面 管理不分层。
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ITU-T在I.321中定义了基于ATM网络的B-ISDN 参考模型，给出的ATM分层参考模型如图11.10所 示，它是一个立体分层模型(三面四层结构)。
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ATM协议参考模型
控制平面 高层
面管理 层管理
用户平面 高层
SAAL
AAL
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ATM协议结构
ATM协议的参考模型,它是一个立体分层模型,从 纵向看由三个功能面:用户面(userplane)、控制面 (controlplane)和管理面(managementplane)组成,它 们的主要功能如下:
用户面:采用分层结构提供用户数据传输功能。
控制面:提供呼叫和连接的控制功能,涉及的主 要是信令功能,它也采用分层结构。
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ATM的统计复用
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ATM网与IP网的比较
•ATM网 面向连接，有N2 问题 靠链路层选路，基于VPI/VCI或标记 有阻塞通知与信元丢失优先级指示 业务质量有保证，可保证实时业务 网络ATM化进程的重新定位
•IP网 无连接，无N2 问题 基于网络层选路，基于IP地址 无业务量控制与阻塞控制 业务质量无保证
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ATM概述
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• ATM交换原理
• ATM网络节点提供信元的交换功能,称为 交换节点。实际上,交换节点完成的只是 虚电路的交换，因为同一虚电路上的所 有信元都选择同样的路由,经过同样的通 路到达目的地,所以在接收端,这些信元到 达的次序总是和发送端的发送次序相同。 一个交换节点包含若干条输入复用线和 输出线(二者数量可以不等)。
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图11.4 时隙的异步复用过程
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VP和VC都是用于描述ATM信元单向传输的路 由，每个VP可以用复用方式容纳多个VC，属于同一 VC的信元群具有相同的VCI，属于同一VP的不同VC 具有不同的VCI，而分属不同VP的VC可有相同的 VCI，VP间具有不同的 VPI值。VP、VC和物理传输 通道之间的关系如图11.5所示。
图11.5 VP、VC和物理传输通道之间的关系
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信源头再加上47字节的用户数据信息就构成一 个了完整的ATM信元， ATM的信元结构如图11.6所 示。
图11.6 信元结构
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用户接口称作用户网络接口（UNI），中继接 口称作网络节点接口（NNI）。它们对应于ATM两 种不同信头的信元格式。如图11.7所示，是这两种 信头的结构图。
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信元包括
ATM信元类型
空闲信元：VPI=0，VCI=0，PTI=0，CLP=1，用于速率适配 未赋值信元：VPI=0，VCI=0，PTI=任意值，CLP=0。
VP子层：VCI=3用于VP链路，VCI=4用于VP连接 OAM信元
VC子层：PTI=4用于VC链路，PTI=5用于VC连接
源信令信元：VPI=任意值，VCI=1 信令信元 一般广播信元信令：VPI=任意值，VCI=2
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④ 每条链路（Link）容量被该链路上个接续共 享，而非固定分配，每个接续也称为虚信道 （VC）。面向连接的工作方式。
⑤ 减少了中间节点的外处理时间，延迟及网 络处理的复杂性。
⑥ 保证现行网络的应用和未来通信业务网络 的发展。
⑦ 线路上的传送通常可以在使用它的用户中 自由分配，不享受速率限制。
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GFC（Generic Flow Control 一般流量控制）： 由4bit组成，仅用于UNI控制ATM接续的业务流 量，支持点到点和点到多点的接续。此外它只 控制产生于用户端的信息流量。不控制网络方 向的业务流量。
VPI（ Virtual Path Identifier 虚路经标志符）： 用于虚路经路由选择。当用于UNI时，由8bit组 成；当用于NNI时，由12bit组成。 VCI（Virtual Channel Identifier 虚信道标志 符）：16bit组成，用于虚信道路由选择。 PT（Payload Type 信息类型）：3bit组成，用 于区别信元信息段的信息类型。即它是用户数 据还是管理数据。
图
11.7 ATM
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信 元 格 式
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所有ATM网络中的信息称为信元（Cell）， 信元由信头（Header）和信息段（Payload） 组成。信元固定长度为53个字节，前5个字节 为信头，后48个字节是用户数据组成信息字段，
发送顺序是由上到下先从第一字节开始发送， 由左到右每个字节先从第8位开始发送。
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UNI、NNI：对应于ATM两种不同信头的信元 格式，字段VPI和VCI为信元所选择的虚路径和虚 信道信息,表示路由,VCI占16比特,UNI的VPI取8比 特,NNI的VPI为12比特;PT字段长2比特,为属性信 息,标明信元所载信息的属性;R（RES）为一个备 用 比 特 , 供 将 来 使 用 ;C （ CLP ） 表 示 信 元 的 优 先 度,CLP＝0表示高优先度,CLP=1表示低优先度,其 对应的信元可能首先被网络丢弃;字段HEC为8比 特长的CRC校验码,用来提高信头的传输可靠度。
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VC交换需要与VP交换同时进行,在交换时, 交换节点终止原来的VC连接和VP连接,信元中的 VCI和VPI将同时被改为新值。当一个VC连接终 止时,相应的VP连接也就终止了,在这个VP连接 上的VC连接可以各奔东西,加入到不同方向的新 的VP连接中去。
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ATM层对接收来信元进行复用/分路，在发送 侧将不同连接（虚电路）的信元复用成单一的信 元流；在接收侧将接收来的信息流分路并恢复为 各连接的信元。信元进入交换节点后，信头中的 VPI/VCI被迅速被提取并读出，然后查找翻译表 （路由连接表和标识变换表），将他们的新值填 入，信元被送入新值所对应的VC/VP链路输出， 即交换完成。
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（3）VPC 和VCC
对一个给定的传输方向，可在一个物理层
上连接复用多个虚通路（VP）链路。这些链路 由虚通路识别符（VPI）所区分。每当在网络中 交 换 或 交 叉 连 接 VP 时 ， 就 要 分 配 一 个 特 定 的 VPI值，级联的一个或多个VP组成的连接称虚 通路（或虚路径）连接--VPC。