第十一章 宽带综合业务数字网与ATM要点课件.ppt
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1、2022/12/4,现代通信网,1,第十一章 宽带综合业务数字网与ATM,2022/12/4,现代通信网,2,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。,2022/12/4,现代通信网,3,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
2、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。,2022/12/4,现代通信网,4,图11.1宽带网络体系,宽带网络的体系如图11.1所示,它为四层结构,即由应用系统层、业务平台层、网络层和传送层构成。,2022/12/4,现代通信网,5, 图11.2 引入BISDN的网络基本结构图11.2是引入BISDN后的网络基本结构,有四个基本网:第一个网是以语音业务为主的电话网;第二个网是以数据通信为主体的分组交换网;第三个网是的多频道广播电视网;第四个网是由ATM构成的宽带交换网,它能实施话音、高速数据和活动图像的综合传输
3、。,2022/12/4,现代通信网,6,图11.3 B-ISDN/ATM基本组成结构,2022/12/4,现代通信网,7,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.,2022/12/4,现代通信网,8,ATM的统计复用,2022/12/4,现代通信网,9,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
4、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,ATM网与IP网的比较,ATM概述,2022/12/4,现代通信网,10,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)。,2022/12/4,现代通信网,11,ATM的基本特点有: 所有信元在ATM网中以固定格式传送;采用长度较小
5、的固定长度信元。 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 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。,2022/12/4,现代通信网,12, 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。 减少了中间节点的外处理时间,延迟及网络处理的复杂性。 保证现行网络的应用和未来通信业务网络的发展。 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。,2022/12/4,现代通信网,13,., 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。 事
6、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。,2022/12/4,现代通信网,14,图11.4 时隙的异步复用过程,2022/12/4,现代通信网,15,图11.5VP、VC和物理传输通道之间的关系,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
7、道之间的关系如图11.5所示。,2022/12/4,现代通信网,16,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,2022/12/4,现代通信网,17,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。,图11.7 ATM信元格式,2022/12/4,现代通信网,18,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
8、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。,2022/12/4,现代通信网,19,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,CLP0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。,2
9、022/12/4,现代通信网,20,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
10、息类型。即它是用户数据还是管理数据。,2022/12/4,现代通信网,21,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。,2022/1
11、2/4,现代通信网,22,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。,2022/12/4,现代通信网,23,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,2022/12/4,现代通信网,24,图11.9 VP交换和VC交换的过程,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
12、行,也可以在VC级进行,VP交换和VC交换的过程见图11.9。,2022/12/4,现代通信网,25,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)
13、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,2022/12/4,现代通信网,26,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。,2022/12/4,现代通信网,27,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
14、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。,2022/12/4,现代通信网,28,(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。,2022/12/4,现代通信网,29,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
15、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。,2022/12/4,现代通信网,30,ATM信元类型,信元包括,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。,OAM信元,信令信元,VP子层:VCI=3用于VP链路,VCI=4用于VP连接,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=1,一般广播信元信令:VPI=任意值,VCI=2,点对点信令信元:VPI=任
16、意值,VCI=5,用户信元,2022/12/4,现代通信网,31,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。,2022/12/4,现代通信网,32,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
17、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。,2022/12/4,现代通信网,33,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)。,2022/12/4,现代通信网,34,信令,信息,ATM协议参考模型,ATM协议栈,图11.10 ATM协议参考模型,2022/12/4,现代通信网,35,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
18、理不分层。 层管理(layermanagement):实现网络资源和相关协议参数的管理功能和协调,它也采用分层结构。,2022/12/4,现代通信网,36,从横向看,ATM协议模型按功能又可分成四层: 物理层(PL-PhysicalLayer):完成传输信息的功能。 ATM层(ATMlayer):它是ATM协议中最重要的一层,主要完成信元交换、信元复用/分解和选路,这些工作是通过对信元头进行处理而实现的。,2022/12/4,现代通信网,37,图11.11 ATM参考模型与OSI协议的对应关系,图11.11 给出了ATM参考模型与OSI协议的对应关系,在后面的内容要分别对各层展开介绍。,202
19、2/12/4,现代通信网,38,ATM自适应层(AAL-ATMAdaptationLayer):AAL介于ATM层和高层之间,主要是为它们做适配工作,以适应高层的需要。高层(HighLayer):根据不同的业务特点完成高层功能,如完成对信息编码等服务性功能,2022/12/4,现代通信网,39,ATM 适配层(AAL),ATM 层,物理层,ATM物理层2个子层:传输汇聚 (TC)FramingHEC物理媒介(PM)物理媒介译码,2022/12/4,现代通信网,40,物理层利用通信线路的比特流传送功能实现传送ATM信元的功能,物理层包含两个子层:物理媒介子层和传输会聚子层,其划分情况如图,是物理
20、媒介子层和传输会聚子层之间的关系。这两个子层交换的数据要互相同步。,2022/12/4,现代通信网,41,物理层主要处理和完成相邻ATM层间ATM信元的传输,ATM物理结构,向ATM层提供传输接入。在传输方向ATM层把ATM信元(信头差错控制,HEC值除外)传递到物理层。接收方向ATM从物理层接收53个字节信元上图为是物理媒体和传输会聚子层之间的关系。,2022/12/4,现代通信网,42,大量的物理接口采用帧传输结构,帧传输原理是在PCM话音传输的时分多路复用系统基础发展的。在PCM中话音信息是每隔125s产生一次,可以在帧中传输。信息块也是每125s传递一次,每帧的比特数取决于链路的传输速
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