宽带综合业务数字网.ppt

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1、第5章 宽带综合业务数字网,第5章 宽带综合业务数字网5.1 ISDN的基本概念5.2 B-ISDN概述5.3 B-ISDN/ATM参考模型及协议5.4 宽带ATM交换技术5.4.1 ATM交换原理5.5 拥塞控制与流量控制小结,N-ISDN传送速率低、业务综合能力差、对未来的新业务适应性差的局限性。基于ATM的B-ISDN可以实现网络业务完全综合化，并支持可达155Mbit/s或622Mbit/s的高速的信息传输，但系统较为复杂。,5.1 ISDN的基本概念,综合数字网（IDN：Integrated Digital Network）数字传输与数字交换的综合综合业务数字网（ISDN，Integ

2、rated Service Digital Network）在一个统一的网络上提供话音、数据、图像、视频等各种类型的业务窄带综合业务数字网（N-ISDN）N-ISDN即对用户提供业务一般为64kbit/s，或者说用户/网接口处速率不高于PCM一次群（2.048bit/s）。宽带业务数字网（B-ISDN）,5.1.1 ISDN的网络结构,LS：市内交换机TS：长途交换机图5.1 ISDN的最终模式,图5.2 1SDN的网络功能体系结构,ISDN包含了5个主要功能，其网络功能体系结构如图5.2所示。,（1）本地连接功能本地连接功能对应于本地交换机或其他类似设备的功能。（2）电路交换功能电路交换功能

3、提供64kbit/s和大于64kbit/s的电路交换连接。（3）分组交换功能通过ISDN和分组交换公用数据网的网间互连，由分组交换数据网提供ISDN的分组交换功能。目前，ISDN的分组交换功能大多采用这种方法提供。（4）专线功能专线功能是指不利用网内交换功能，在终端间建立永久或半永久连接的功能。（5）公共信道信令功能ISDN的信令全部采用公共信道信令方式。,5.1.2 ISDN的用户/网络接口用户/网络接口是用户设备与通信网的接口。CCITT对ISDN的用户/网络接口进行了标准化，并给出了需要标准化的参考点和与之相关的各种功能群。参考配置是定义网络中各实体的功能及各实体间的接口，ISDN用户/

4、网络接口的参考配置图5.3所示。,图5.3 用户/网络接口参考配置,所谓功能群是用户接入ISDN需要的各种功能的组合和安排，由一个或多个物理设备实现。参考点是划分功能群的分界点，R，S，T，U，V为ISDN的参考点。一个参考点可以对应也可以不对应于一个物理接口。当多个功能群组合在一个设备中实现时，物理接口只在概念上存在，而实际上不存在。用户接入ISDN的功能划分成以下几个功能群：（1）1类终端设备（TE1）（2）2类终端设备（TE2）（3）终端适配器（TA）（4）网络终端1（NT1）（5）网络终端（NT2）（6）线路终端设备（LT）（7）交换终端（ET）,5.1.3 ISDN的信道与接口ISD

5、N用户/网络接口中有两个重要因素，即信道类型和接口结构。信道类型表示信息的出送能力。接口结构是信道类型的组合，定义在该结构上最大的数字信息传送能力。,1、信道类型信道是提供业务用的，具有标准传输速率的传输信道。在用户/网络接口处向用户提供的信道有以下类型：（1）B信道速率为64kbit/s，用来传送用户的话音、数据等信息。（2）D信道速率是16kbit/s或64kbit/s，传送公共信道信令或分组数据、低速的遥控、遥测数据。（3）H信道传送高速的用户信息，如高速传真、图像、高速数据、高质量音响及分组交换信息等。H信道有3种标准速率：H0信道：384kbit/sH11信道：1536kbit/sH

6、12信道：1920kbit/s,2、接口结构ISDN的用户/网络接口有两种接口结构：一类是基本速率接口，另一类是基群速率接口。（1）ISDN基本速率接口（ISDN-BRI）在现有的电话网普通用户线作为ISDN用户线而定义的接口，是ISDN最基本的用户/网络接口。由两个B信道和一个D信道（即2B+D）构成。这里D信道的速率为16kbit/s。用户可用的最高速率为144kbit/s，通过该接口，用户可以获得各种ISDN的基本业务和补充业务。（2）ISDN基群速率接口（ISDN-PRI）基群速率接口也称一次群速率接口，有两种类型，分别为30B+D和23B+D，对应的速率分别为2048kbit/s和1

7、544kbit/s。这里的D信道的速率是64kbit/s。,5.1.4 ISDN业务ISDN的业务就是ISDN网络能够向用户提供的通信能力。1、承载业务 单纯的信息传送业务，将信息不做任何处理地由一个地方传送到另一个地方。2、用户终端业务 指所有各种面向用户的应用业务，既包含了网络的功能，也包含了终端设备的功能。CCITT在I.120中定义了数字电话、4类传真、智能用户电报、可视图文、视频、数据通信等几种用户终端业务。3、补充业务 也叫附加业务或增值业务。补充业务总是和承载业务或用户终端业务一起提供，它不能单独存在。CCITT在I.251I.257建议中定义了一批补充业务，如：直接拨入、主叫线

8、识别提供、主叫线识别限制和会议呼叫等。,5.2 B-ISDN概述B-ISDN以异步转移模式（ATM）作为网络的传送模式，采用ATM交换机作为网络节点，以光纤作为传输媒介，实现了真正意义上的同一网络和综合业务。B-ISDN也称ATM网，它能够提供高于PCM一次群（2.048Mb/s）以上的传输信息以至于更高达155Mbit/s、622Mbit/s，甚至更高到几千兆比/秒，它能支持或提高的业务有交互型业务、消息型、会话型、检索型、分配型以及控制型等多种业务，能兼容N-ISDN的窄带话音和非话音业务及宽带用户业务如高清晰度电视HDTV（100-150Mb/s）等多种宽带多媒体业务。B-ISDN支持的

9、业务与网络本身无关，使网络运行、维护、管理复杂程度降低，从而大大提高了网络的效率和资源利用率。,5.2.1 从N-ISDN到B-ISDNN-ISDN局限性主要有：（1）传送速率低（2）业务综合能力差（3）对未来的新业务适应性差,B-ISDN的业务分为交互型和分配型业务。交互型业务是在用户之间或用户与主机之间提供双向信息交换的业务，交互型业务又可分为会话型业务、消息型业务和检索型业务。分配型的业务是由网络的一个给定点向其它多个位置传送单向信息流的业务。分配型的业务又分为不由用户控制的分配型业务和由用户控制的分配型业务。（1）会话型业务（2）消息型业务（3）检索型业务（4）不由用户控制的分配型业务

10、（5）用户控制的分配型业务,5.2.2 B-ISDN用户/网络接口参考配置B-ISDN的用户/网络接口参考配置与N-ISDN的基本相同，如图5.4所示。1、功能群B-ISDN的参考配置中也定义了B-TE1，B-TE2，B-TA，B-NT1，B-NT2这几个功能群。,2、参考点B-ISDN的参考配置中定义了以下几个参考点：（1）SB参考点（2）TB参考点（3）UB参考点（4）R参考点,5.3 B-ISDN/ATM参考模型及协议5.3.1 B-ISDN参考模型,图5.5 B-ISDN/ATM协议参考模型,B-ISDN协议参考模型，它是一个立体分层模型，从纵向看由三个功能面。用户面（U平面）采用了分

11、层结构，负责用户信息传送、流量控制和恢复操作；控制面（C平面）负责呼叫和连接的控制功能，涉及的主要是信令功能，也采用分层结构；管理面（M平面）有面管理和层管理两个功能。面管理不分层，负责所有平面的协调。层管理负责各层中的实体，执行运行、监控和维护（OAM）功能。从横向看，ATM协议模型的功能又可分成四层：物理层、ATM层、ATM自适应层（AAL，ATM Adaptation Layer）和高层物理层负责通过物理媒介正确、有效地传送信元；ATM层主要负责信元的交换、选路和复用；AAL层主要将高层业务信息或信令信息适配成ATM信元流；高层则相当于各种业务的应用层或信令的高层处理,分层结构中的某层通

12、过下一层的业务接入点（SAP：Service Access Point）获得下一层的服务。相邻层之间采用原语调用。在相邻层之间传送的用户数据称为业务数据单元（SDU：Service Data Unit），在对等层之间交换的数据称为协议数据单元（PDU：Protocol Data Unit），本层的SDU与本层的协议控制信息合成为本层的PDU。,5.3.2 物理层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。物理层又分为二个子层：物理媒介子层（PM，Physical Medium sublayer）和传输会聚子层（TC，Transmission Convergence sublay

13、er）。1、物理媒介子层PM的主要任务是在物理媒介上有效可靠地传送和接收信息，如线路编码、光电转换和比特定时等。也规定了多种接入速率：1.5Mbit/s、2Mbit/s、51.84Mbit/s、155.520Mb/s和622.080Mb/s，接入可以是对称的；也可以是非对称的。,5.3.2 物理层2、传输会聚子层TC功能有下面五个方面：（1）传输帧生成与恢复（2）传输帧自适应（3）信头差错控制（HEC，Header Error Control）,（4）信元定界TC子层按照一定的算法去搜索确定信元流的边界（信元流的起始位置），以便系统进入同步状态。,（5）信元速率解耦通过插入一些有特殊信头的空闲

14、信元，使ATM信元流的速率与传输媒介的速率适配，从而使ATM层的信元速率不受传输媒介的限制。,5.3.3 ATM层协议ATM层是ATM协议模型的核心，它提供的基本服务是完成ATM网上用户和设备之间的信息传输。主要任务是处理信元，包括连接建立、流量控制、交换节点的选路和转发表的修改等。,1、ATM信元结构ATM信元结构和信元编码在I.361建议中规定的，ATM信元由53字节的固定长度数据块组成，其中前5个字节是信头，后48个字节是与用户数据相关的信息净负荷。ATM中有二种信头格式：一种用于用户-网络接口，称为UNI信元；另一种用在网络-网络接口，简称NNI信元。它们二者间有微小差异，信头格式如图

15、5.7所示。,2、虚信道和虚路径虚信道（VC，Virtual Channel）和虚路径（VP Virtual Path）是用来描述ATM信元单向传输路由概念的。虚信道是一个逻辑信道，所有在这个信道上传送的ATM信头具有相同的VCI。即具有相同的VCI的信元流构成了VC。虚路径由一束具有相同通道端点的VC组成，由信头中VPI来识别，每个VP可以用复用方式容纳多达216个VC，属于同一VP的不同的VC拥有相同的VPI。传输通道、虚路径和虚信道是ATM中的三个重要概念，它们三者之间的关系可由图5.8说明。,图5.8 传输通道、VP和VC的关系,3、VP交换和VC交换ATM是一种面向连接的技术，当发送

16、端要求通信时，通过网络向接收端发出要求建立连接的控制信号，接收端同意建立连接后，网络建立一个用VCI/VPI表示的虚电路，同时，虚电路上所有中继节点都会建立虚电路接续表。ATM信元在虚电路上传送时，相邻两个交换节点间信元的VCI/VPI值保持不变。,ATM交换可以分成二类：VP交换和VC交换。VP交换时，节点根据VP连接的目的地，将输入信元的VPI值改为可将信元导向接收端的新VPI值赋予信头并输出，在VP交换过程中VCI值不变，VP交换的原理如图5.9所示。VP交换可以单独进行，物理实现比较简单，通常只是传输通道中某个等级数字复用线的交叉连接。,图5.9 VP交换,图5.10 VC交换,而VC

17、交换需要与VP交换同时进行，在交换时，节点终止VC连接和VP连接，信元中的VCI和VPI将同时被改为新值，其原理可如图5.10所示，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。,4、虚信道连接和虚路径连接在一条通信线路上具有相同的VPI值的信元所占用的子通路（逻辑信道）称为一个VP链路。多个VP链路可以通过VP交叉连接设备或VP交换设备串接起来。多个串接的VP链路构成一个虚路径连接（VPC，Virtual Path Connection）。一个VP连接中传送的具有相同VCI的信元所占用的子信道称为一个VC链路。多个V

18、C链路可以通过VC交叉连接设备或VC交换设备串接起来。多个串接的VC链路构成一个虚信道连接（VCC，Virtual Channel Connection）。注意：在组成一个VP连接的各个VP链路上，ATM信元的VPI不必相同。同样，在组成一个VC连接的各个VC链路上，ATM信元的VCI也不必相同。,图5.11 VP和VC连接,5、信头的处理发送端ATM层将AAL来的信息作为信息净负荷封装在信元内，根据AAL提供的信息加上相应的信头形成信元，交给物理层传送；中继节点的ATM层根据提取信头中的VPI/VCI值进行选路和交换，并可能修改VPI/VCI值。接收端ATM层接收物理层来的信元，去掉信头，把

19、信息净负荷送往AAL层。6、信元的识别和丢弃ATM层根据信元头中的净荷类型指示（PT）区分信元类型。区分是用户信息还是维护管理信息，并根据信元的类型进行不同的处理。根据信元丢弃优先级（CLP），选择性地丢弃信元。7、一般流量控制在UNI接口上，通过信头上的GFC码，ATM层可做一些流量控制工作，以便减轻瞬间的业务量过载。,5.3.4 ATM适配层协议AAL介于ATM层和高层之间，其设置的目的是为了使ATM层能适应不同类型的业务。AAL不仅支持用户面的高层功能，也支持控制面和管理面的高层功能。此外还支持ATM网与非ATM网之间的连接。1、针对AAL的业务分类AAL的功能和应用业务直接相关，不同的

20、业务需要不同的AAL功能，为了减少AAL的类别，将业务按照以下3个特性的组合进行分类：收发端间是否要求定时关系；业务比特速率是否固定；高层是否建立连接。,2、AAL的基本结构按照AAL层的功能，AAL层又分成二个子层：会聚子层(CS，Convergence Sublayer)和分段和重装子层(SAR，Segmentation And Reassembly sublayer)。其分层结构如图5.12所示。,CS子层位于AAL的上部，与高功能层相接，在AAL业务接入点（SAP）对高层提供适配服务。其主要功能有消息识别、时间/时钟恢复等。SAR子层的主要功能是在发送侧将由CS子层处理后的高层数据信息

21、进行切割，装入ATM信元的信息段，在接收侧将ATM信息段重新组装成高层信息数据单元。不同的CS和SAR组合就构成了不同类型的AAL。3、AAL类型为了适应不同业务类型的需要，IUT-T定义了4类AAL，分别是：AAL1、AAL2、AAL3/4和AAL5。,5.4 宽带ATM交换技术由于B-ISDN中覆盖的业务范围非常广泛，为了保证各种业务的服务质量，需要找到一种新的交换方式。这种交换方式在功能上能实现多速率交换、多点交换和多种业务的交换。并在信息丢失率、交换延时、拥塞管理等性能上满足各种业务的要求。1983年出现的快速分组交换（FPS）和异步时分（ATD）交换相结合的ATM交换技术能够满足宽带

22、业务对交换的要求。,5.4.1 ATM交换原理ATM采用面向连接的工作方式，即虚电路方式。ATM连接建立的方式有两种：永久虚电路PVC（Permanent VC）和交换虚电路SVC（Switched VC）。PVC是通过网管预先建立的虚电路，不论是否有业务通过或终端设备接入PVC一直保持直到由网管释放；SVC是用户需要通信时，通过终端设备由信令建立的虚通道。其过程为：发送端在通信前发起呼叫请求，网络通过信令为通信双方建立起相应虚通道，ATM信元在建立的虚电路上传送，通信完成后由信令释放SVC。ATM交换是指在ATM网中，ATM信元从输入端的逻辑信道到输出端的逻辑信道的消息传递。交换节点根据输入

23、信元的输入端口号和输入的VPI/VCI值查找虚电路接续表，找到信元的输出端口号和输出的VPI/VCI值，输出信元，完成交换。,图5.13 ATM交换原理示例,5.4.2 ATM交换系统1、ATM交换系统的基本功能 ATM交换系统的功能与交换机类型和具体应用有关。通常ATM交换系统应具有的基本功能有：接口功能交换连接功能信令功能呼叫控制功能业务流管理功能及运行维护功能,（1）接口功能接口包括用户/网络接口（UNI）和网络节点接口（NNI）。UNI是用户线与交换机之间的接口，NNI是交换机之间的接口。ATM交换系统应具有开放式接口，以适应各种接口速率和不同媒体的物理层特性要求。,（2）交换连接功能

24、ATM交换系统支持点到点和点到多点的连接功能，并逐步支持多点到多点的连接功能。点到点连接可以是单向连接或双向连接，双向连接可以是对称或非对称连接。点到多点连接相当于多播功能，提供根（root）节点到多个叶(leaf)节点的单向通信。交换系统应可支持空间多播（spatial multicast）和逻辑多播（logical multicast）。空间多播指ATM交换结构的输入信元可复制多个并在不同端口上输出逻辑多播指复制的多个信元在同一个端口上输出，复制的各个信元具有不同的VPI/VCI值,（3）信令功能ATM网络信令功能支持ATM中交换虚电路（SVC），包括UNI信令和NNI信令。（4）呼叫控制

25、功能ATM采用面向连接的工作方式，在信息传送前要先建立虚电路，传送结束后要释放电路。因此，ATM交换系统必须控制各个呼叫连接的处理过程，包括寻址、选路、交换结构中的通路选择等功能。,（5）业务流管理功能要保证具有不同业务流特性和QoS要求的各种业务的服务质量，ATM交换系统必须能提供有效的业务流管理功能。其要点就是当用户建立连接时都必须与网络达成一个合约：用户受合约规定的业务流特性的约束，而网络满足用户的服务质量要求。业务流管理功能包括：连接管理功能（CAC，Connection Admission Control）用户参数控制（UPC，Usage Parameter Control）选择性信

26、元丢弃业务流成形前向显示拥塞可用比特率流量控制,（6）运行和维护（OAM）功能OAM功能主要包括：故障管理性能管理配置管理计费管理安全管理,2、ATM交换系统功能结构ATM交换系统的基本结构可大致划分为信元传送部分与处理机控制部分。信元传送部分由交换结构和接口单元两部分组成。如图5.14所示。,（1）ATM交换结构ATM交换结构是实现ATM关键技术之一，通过交换网络能够实现任意出、入线之间的信元交换。交换结构划分成两大类：时分交换和空分交换。时分交换是指输入和输出端共享一条高速的信元流通道。根据共享的设施不同，时分交换又分为共享存储器结构和共享媒体（总线或环形）结构。时分交换的特点：所有交换使

27、用一个设施，同一瞬间只有一个信元进行交换，进行交换之前必须等待资源的可用性；交换容量受总线速度、存储器容量和存取速度的限制；容易实现点到多点的操作。,空分交换是指在输入线路和输出线路之间有多条通道，不同的ATM信元可以在不同的通道上同时通过交换矩阵进行交换。与时分交换结构不同，空分交换结构不依赖于共享设施。具有良好的硬件可扩展性。空分结构又可分为单通路与多通路两种。单通路是指任一对出入线之间只有1条通路单通路有两种典型结构称为基于crossbar的结构和基于banyan的结构。多通路则在任一对出入线之间有多条通路可以选用。,（2）接口单元不同类型的ATM交换机需要有不同功能的接口。接口单元中除

28、接口电路外，按照系统配置的需要，还可能包含有信元集中器或信元复用器等部件，其功能是使业务流集中而以较高的速率流向交换结构。,ATM交换系统的接口电路的功能如下：输入侧接口电路的主要功能物理层功能：对于SDH/SONET接口，要有光/电转换和同步，SDH帧定位，SDH开销的提取和处理，信元定界和差错控制，信元速率去耦，净荷的解扰等功能。ATM层功能：对信头中VPI/VCI值有效性的检验和翻译，区分是用户信元、信令信元还是OAM信元。提取需要本机处理的信令信元和OAM信元，本级处理的信令信元送往CAC软件，OAM信元则送到本机的OAM软件。而需要交换结构传送的信元，在VPI/VCI翻译以后加上内部

29、的选路标签而送往交换网络。OAM功能：按照系统设计方案，每个接口单元具有局部的OAM功能。,输出侧接口电路的主要功能完成与输入侧接口电路相反的处理，将经过交换网络输出的用户信元、信令信元和OAM信元复合，形成送往输出线的特定形式的比特流，并完成信息信元流速率和传输速率的适配。,（3）处理机控制部分ATM交换系统的呼叫控制、信令、业务流管理和拥塞控制等功能中的大部分都是由处理机控制部分来实现的。呼叫处理模块完成VCC、VPC的建立和拆除，并对ATM交换网络进行控制，处理和发送OAM信元，发送信令信元，保证用户/网络的操作顺利进行。拥塞控制和资源管理模块对网络资源和网络拥塞进行控制和管理。,5.4

30、.3 ATM网络ATM网络概念性结构如图5.20所示，分为三个部分：公用ATM网、专用ATM网和ATM接入网。,1、公用ATM网公用ATM网络属于电信公用网，由电信部门建立、管理和经营，可以连接各种专用ATM网和ATM终端，作为骨干网使用。在公用网中，有ATM接入交换机、ATM节点交换机和ATM交叉连接设备。接入网交换机位于ATM网络的边缘，它在网络中的地位相当于电话网中的用户交换机，用于将各种业务终端连入ATM网中。接入网交换机的交换容量一般要求不高，但它完成大量与具体业务相关的工作，包括与业务相关接口的各层功能，如将业务数据适配到ATM信元中；完成统计复用功能，将多个低速率的信元流适配成标

31、准速率的ATM信元流。另外，还需完成业务信令的处理，识别业务信令，将它转换为ATM信令。,节点交换机的地位类似于电话网中的局用交换机，它完成VP/VC交换，要求交换容量较大，但接口类型比接入交换机简单，只有标准的ATM接口，只要求处理ATM信令，另外，节点交换机要求有较强的管理和维护功能。交叉连接设备在主干网中完成VP交换，不需要进行信令处理，而是通过网络管理设置VP之间的连接，从而实现极高速率的交换。因此ATM交叉连接设备的主要功能是做大容量的VP交换，有较简单的控制功能和强大的网络管理和维护功能。,2、专用ATM网专用ATM网是指一个单位或部门范围内的ATM网，通常用于一幢大厦或校园范围内

32、。在ATM专用网中，有ATM专用网交换机和ATM局域网交换机。专用网交换机具有专用网的UNI和NNI接口，完成P-UNI和P-NNI的信令处理，有较强的管理和维护功能。ATM局域网交换机是应用在局域网最广泛的一种交换机，主要功能是完成局域网业务的接入。,3、接入ATM网接入ATM网主要在各种接入网中使用ATM技术传输ATM信元，如基于ATM的无源光纤网络（PON）、混合光纤同轴（HFC）、非对称数字环路（ADSL）以及利用ATM技术的无线接入技术等。,5.4.4 ATM和IP的融合将ATM技术应用到Internet可解决带宽问题，将ATM的QoS能力引入Internet可满足各种实时业务的性能

33、要求。因此ATM和IP的结合成为研究热点和发展趋势。,1、IP与ATM结合的模式IP与ATM的融合有两种方式：重叠模式（overlay model）和集成模式（integrated model）。（1）重叠模式重叠模式有经典IP over ATM（CIPOA，Classical IP over ATM）、局域网仿真（LANE，LAN Emulation）和ATM上的多协议（MPOA，Multi-Protocol over ATM）等规范。,该模式的基本思想是：IP与ATM各自保持原有的网络结构和协议结构不变，通过在两个不同层次的网络之间进行数据映射、地址映射和控制协议映射，来实现IP over

34、 ATM。在重叠模式中，从IP层的角度来看，ATM层只是另一个异构的网络，它们通过IP协议实现网间互连，ATM网络作为传送IP分组的数据链路层来使用；从ATM层来看，IP层产生的业务只是它承载的一种业务类型而已，使用AAL5来适配IP分组，将其封装成ATM信元，使用标准的ATM信令建立端到端的VC连接，并在这个连接上传送已经封装成ATM信元形式的IP业务流。该模式的网络由运行IP路由协议并具有IP地址的IP设备、运行ATM信令及路由协议并具有ATM地址的ATM设备以及完成IP地址和ATM地址的解析工作的解析服务器组成。,重叠模式的优点是与标准的ATM网络及业务兼容；重叠模式的缺点是IP的传输效

35、率低，地址解析服务器容易成为网络的瓶颈，不能发挥ATM在QoS方面的优势，因而不能用来构造大型骨干网。,（2）集成模式集成模式主要包括Ipsilon公司的IP交换技术（IP Switching）、Cisco公司的标签交换技术（Tag Switching）和IETF制定的多协议标记交换技术（MPLS，Multi-Protocol Label Switching）。集成模式是将IP与ATM有机结合在一起。该模式的基本思想是：核心网中的ATM交换机直接运行IP路由协议，将ATM视为IP层的对等层，而不是为IP层提供服务的下一层设备。使用IP服务的用户终端只需要一个IP地址来标识，网络无需再进行IP地

36、址到ATM地址的解析处理，也不再使用ATM信令建立端到端的VC。,在集成模式中，ATM交换机还是基于VPI/VCI实现分组转发的。一般纯ATM网络和重叠模式中的ATM交换机的VPI/VCI表是由ATM信令建立和维护的，而集成模式中的ATM交换机中的VPI/VCI是由IP路由协议和基于TCP/IP的其它标记分发控制协议创建和维护的。因此，也把集成模式中的ATM交换机称为多协议标签交换路由器（LSR，Label Switching Router）。集成模式的优点是综合了第三层路由的灵活性和第二层交换的高效性，IP分组的传输效率高，可以发挥ATM面向连接的全部优点，适合组建大型IP骨干网；集成模式的

37、缺点是协议较复杂，与标准的ATM技术不兼容。,2、IP与ATM结合的驱动方式驱动方式就是何时用何种方式来建立虚连接。IP与ATM结合的驱动方式有两种：数据流驱动和控制驱动。这里的“流“指的是在一定的源端和目的地之间传送的一系列的IP包。数据流驱动就是在数据流到来时，临时判定流的性质，如有必要就建立ATM的虚连接来传送这一数据流。为此，要选定VC，并将流的标识与VCI相关联。控制驱动就是将用控制协议预先生成和保持的IP路由映射到ATM的虚连接VC。,数据流驱动与控制驱动的不同之处主要体现在通路是否预先建立。数据流驱动是由用户数据流来临时驱动的，要通过数据流的分类功能来判别需要建立ATM连接的流。

38、例如，文件传送适合于建立ATM连接，短的域名服务器查询消息适合无连接的传送。在流的判别和ATM连接的建立过程中，该数据流的分组仍然由第三层选路，ATM连接建立后分组才通过已建立的虚连接传送。这样，一方面产生延时，另一方面可能导致数据流中各个分组的失序。由于是临时驱动，要用周期刷新的方法来控制ATM连接释放，刷新意味着继续保持连接，不进行刷新时连接自动释放。控制驱动是用协议控制在网络的入口、出口预先建立好虚连接，当数据到达网络入口时，数据沿着已经建立好的通路传送，通常没有建立时延，不会产生失序，也不需要周期刷新。标记交换是IP和ATM结合技术的核心。,3、经典的IP over ATMCIPOA是

39、IETF制定和发布的解决方案。其基本思想是：将ATM网络当作局域网来处理，即在传输IP分组时把ATM网络看作是另一种异型网络，与在以太网、令牌环网以及X.25分组交换网等物理网络上传输IP分组的情况类似。CIPOA从IP层直接映射到ATM上，解决QoS问题，分层结构如图5.22所示。,图5.22 CIPOA分层结构,（1）网络结构在CIPOA中引入了逻辑IP子网（LIS，Logical IP Subnetwork）的概念。LIS是根据用户和网络管理者的要求，对连接到同一ATM网络的任意IP节点（IP主机或路由器）进行组合而形成的逻辑IP子网。一个LIS中的所有IP节点都必须和ATM网络直接相连

40、，并且共享一个IP网络地址，从而构成一个独立的IP子网。LIS中的IP节点与它们的物理位置无关，不同的LIS之间相互独立。属于同一LIS的IP节点可以建立点到点的ATM VC，并在其上直接通信；不同LIS的IP节点之间则必须通过互连两个LIS的路由器进行通信。在IPOA中，VC不能穿越LIS的边界建立，但在IP层看来，一个LIS只相当于一跳，而不管其中经过了几个ATM交换机。图5.22描述了CIPOA的网络结构。,为解决IP地址到ATM地址的直接映射，在每个LIS域内，都必须设置一个ATM地址解析服务器（ATM ARP Server），它负责建立、更新LIS域中所有节点的IP地址和对应的ATM

41、地址表，并完成IP到ATM地址的映射。对于ATM ARP Server而言，每个IP节点就是一个LIS客户机，它必须具有一个ATM地址和它所在的LIS中的ATM ARP Server的ATM地址，只要一接入LIS，它就立即建立到ATM ARP Server的VC连接。ATM ARP Server检测到来自一个新主机的连接，就向该节点发反向ARP请求，获取新增节点的IP地址和ATM地址，并登记到映射表中。,（）CIPOA的工作过程一个IP节点在发送数据之前，由于它只知道目的IP节点的IP地址，而不知其ATM地址，所以它首先必须通过ATM ARP协议获取目的IP节点的ATM地址，然后才能建立ATM

42、 VC连接，并在其上传送数据。其过程如图5.23所示。源客户向ATMARP服务器发送一个ATM ARP请求，服务器根据目的客户的地址信息，完成目的客户的IP地址与ATM地址间的映射；服务器将映射后的ATM地址返还给源客户；源客户与目的客户建立连接；当目的客户收到源客户的第一个数据包时，目的客户向ATM ARP服务器发送请求，以确定源客户的地址；服务器将源客户的ATM地址返还给目的客户；目的客户与源客户建立连接。,（）CIPOA的优缺点CIPOA的优点：可以利用ATM网络的业务质量QoS，能够支持多媒体业务；在IP层将传统局域网接入ATM网，地址解析实现了IP地址与ATM地址的直接映射,映射简单

43、，而且时延小；支持的MTU（最大传输单元）较大,提高了网络的性能。CIPOA的缺点：只支持IP网络，其他网络层协议，如：IPX、DECnet等得不到支持,应用受到限制；IP广播和点多播地址无法映射到ATM地址上，因此CIPOA不支持局域网的广播和多播业务；CIPOA在地址解析、路由选择和连接建立未完成时,不存在默认的数据路由、仍存在进行连接建立的延时问题。CIPOA没有解决LIS网间通信问题，不同LIS的主机通信必须采用外部路由器转接，因此外部路由器成了通信的瓶颈，从而也无法满足不同LIS中两个节点间建立具有QoS要求的连接。,4、标签交换标签交换（Tag Switching）是Cisco公司

44、1996年提出的一种多层交换技术。它兼容了传统的IP路由协议，在一定程度上将数据的传递从路由变为交换，提高了传送效率。标签交换的基本目标是提高骨干路由器的转发性能，通过使用简单的定长标签，把不同的网络层选路服务与标签替换转发的机制联系起来，同时保持与介质无关。,（1）标签交换的网络结构标签交换的网络结构如图5.24所示，所有的节点兼具交换和路由功能，可以由ATM交换机或路由器来实现。网络中有两种路由器：标签边缘路由器（LER，Label Edge Router）和标签交换路由器（LSR，Label Switch Router）。LER和LSR通过运行常规的路由协议，确定入口LER至出口LER的

45、数据传送路径，称为标记交换路径（LSP，Label Switch Path）,图5.23 标签交换网络结构,标签交换的工作过程可简单用四个步骤来描述：所有LSR和LER运行路由协议（如OSPF，BGP等），建立到目的网络的路由表。根据已建路由表，运行标签分配协议（TDP）在TER和TSR间建立标签转发表，由转发表中的输入/输出标签构称LSP。IP数据包进入入口LER，LER分析数据包头部，确定其所需的第三层服务（如QoS、带宽管理等），根据策略和路由要求确定其初始标签，将标记添加在数据包的头部，查询转发表将数据包转发给LSR。LSR读出数据包的标记，根据转发表将其替换成新的标记，转发给下一个L

46、SR。这个过程沿着LSP在每个LSR重复执行。数据包到达出口LER，LER剥离标签，根据数据包头部将其转发至最终目的地。,（2）标签交换的工作原理标签交换机有两种组件：转发组件和控制组件。转发组件根据分组中携带的标签信息和交换机中的转发表完成分组的转发。控制组件主要负责维护交换机之间的标签转发信息。,（3）多协议标记交换技术MPLSIETF在1997年提出的MPLS是一种效率更高的交换式路由技术。它解决了各种交换式路由技术不兼容的问题，也融合了各种交换式路由技术的优点。在MPLS中，数据分组携带的标记有两种实现方法。一种是利用链路层头部的一部分作为标记。如ATM的标记为VCI或VPI、帧中继的

47、标记为数据链路连接标识（DLCI，Data Link Connection Identifier）。另一种是专门定义了一个32比特的“薄片式”标记头部插在链路层头部和网络层头部之间。,MPLS中的标记交换采用单一转发算法，即无论是单播、多播还是带服务类别（TOS，Type of Service）的单播，均采用统一的标记替换。标记交换的转发部件不限于任何特定的网络层。,输入数据包到达入口LER，LER读出其目的地址前缀为128.89，查询转发表，得到输出标记为4，将其出入数据包头部，由接口1转发输出。核心网中的LSR读出标记，查询转发表的匹配表项，得到输出标记为9，将标记替换为9后，将数据包由接

48、口0转发输出。出口LER读出标记，查询转发表的匹配表项，获知已达到LSP的终点，去除标记，将原始数据包由接口0转发至目的地。,5.5 拥塞控制与流量控制,任何一个电信网都需要解决网络拥塞的管理问题，也就是解决有限的网络资源与用户需求之间的矛盾。在满足用户对服务质量要求的前提下，尽可能地充分利用网络资源。网络出现拥塞的原因有两方面：一是由于网络中流量强度不可预测地随机波动而造成网络负荷过重；二是由于网络本身出现故障。,在电路交换网（如电话网）中，拥塞管理的基本思想是资源预分配与即时拒绝。交换机对用户的呼叫请求需预先建立一条连接，为这条连接分配所独占的资源。当同时呼叫的用户数超过限定值时，交换机则

49、拒绝接收呼叫，产生呼损。在分组交换网中，使用X.25协议中的窗口流量控制技术来控制拥塞，其基本思想是通过反馈的方法来限制发送端发出过多的流量。电路交换和分组交换拥塞控制方法不适合ATM网络，电路交换的拥塞控制方法缺乏灵活性，与ATM动态分配资源的特性相矛盾；而分组交换拥塞控制方法速度较慢，不适合用于高速的ATM网络。,5.5.1 ATM的拥塞管理方法,ATM是一种异步时分、统计复用的信息传送方式，利用统计复用可以提高网络资源利用率，增强灵活性，但同时不可避免地增加了引起网络拥塞的风险。ATM网中拥塞控制机制，基本思想是：采取预防性控制措施，不再是出现拥塞之后再采取措施来消除拥塞，而是通过精心管

50、理网络资源而避免拥塞的出现。,ATM中的拥塞管理分为两大类：第一类是预防性措施，也称流量控制，是为防止网络出现拥塞而采取的一系列措施，包括网络资源管理（NRM）、连接允许控制（CAC），使用参数控制（UPC）以及优先级控制等；第二类是反应性措施，也称拥塞控制当网络出现拥塞后，为了把拥塞的强度、影响范围、持续时间减到最小而采取的一系列措施，包括信元选择性丢弃与拥塞指示等。,ATM网中拥塞控制由流量控制与拥塞控制功能配合完成。用户向网络发出呼叫请求时需要向网络提交即将发送的流量特性，以及对服务质量的要求，网络此时执行连接允许控制CAC功能，确定网络是否有足够的资源来支持这一新的呼叫请求。如果能支持