《数据网技术》PPT课件.ppt

《《数据网技术》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《数据网技术》PPT课件.ppt（106页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第六章 数据网技术,第一节 数据网概述第二节 分组交换网及相关技术第三节 帧中继技术第四节 数字数据网技术第五节 以太网技术第六节 ATM技术,61 数据网概述,611 数据网的分类 数据网可以按不同的角度分类。1.按网络拓扑结构分类 网络的各种拓扑结构包括网状型网与不完全网状型网(格型网）、星型网、树型网、环形网和总线网等。在数据通信中，骨干网一般采用网状网或格型网，本地网中可采用星型网。,61 数据网概述,2按传输技术分类(1)交换网 此种网络由交换节点和通信链路构成用户之间的通信要经过交换设备。根据采用不同的交换方式，交换网又可分为电路交换网、分组交换网和帧中继网，另外还有采用数字交叉连

2、接设备的数字数据网（DDN）。(2)广播网 在广播网中，每个数据站的收发信机共享同一个传输媒质。通过不同的媒体访问控制方式，产生了各种类型的广播式网。这种广播网，从任一数据站发出的信号可被所有其他数据站接收，没有中间交换节点。局域网中绝大多数属于广播网。,61 数据网概述,3.按传输距离分类(1)局域网：传输距离一般在几公里以内，速率在 10Mbit/s以上，数据传输采用共享介质的访问方式，协议标准采用IEEE802协议标准。（2）城域网：传输距离一般在 50l00 km之内，传输速率比局域网还高，目前以光纤为通信媒体，能提供高速率 45150Mbit/s的速率，能支持数据、语音和图像的综合业

3、务，通常覆盖整个城区和城郊。(3)广域网（核心网）:作用范围通常为几十到几千公里，有时称为远程网。今天的Internet就是广域网。,61 数据网概述,图6.1 数据通信系统的构成,61 数据网概述,6.1.3 数据网的构成 数据交换网是一个由分布在各地的数据终端设备、数据交换设备和数据传输链路所 构成的网络，在网络协议（软件包括OSI下3层协议）的支持下，实现数据终端间的数据传输和交换。数据交换网示意图如图62所示。数据交换网的硬件构成包括数据终端设备,数据交换设备及传输链路。,图6.2 数据交换网示意图,61 数据网概述,1数据终端设备 数据终端设备是数据网中的信息传输的源点和终点，它的主

4、要功能是向网（向传输链路）输出数据和从网中接收数据，并具有一定的数据处理和数据传输控制功能。数据终端设备可以是计算机，也可以是一般数据终端。,61 数据网概述,2数据交换设备 数据交换设备是数据交换网的核心。它的基本功能是完成对接入交换节点的数据传输链路的汇集、转接接续和分配。这里需要说明的是：在数字数据网（DDN）中是没有交换设备的，它采用数字交叉连接设备（DXC）作为数据传输链路的转接设备；而在广播式数据网中也没有交换设备，它采用多路访技术来共享传输媒体。,6.2 分组交换网及相关技术,目前应用的分组交换网是按照OSI提出的网络体系结构构架的，采用X25协议标准，包括物理层、数据链路层和分

5、组层。下面讲述的各种技术都是第3层（分组层）的技术。6.2.1 分组交换的概念 1.分组交换原理 分组交换采用“存储一转发”的方式，把报文截成若干个比较短的、规格化了的“分组”（或称包）进行交换和传输。分组交换工作原理如图6.3所示:,图6.3 分组交换工作原理,6.2 分组交换网及相关技术,2.分组的复用和传输方式(1)分组的复用 统计时分复用把一条数据链路分成若干逻辑子信道。统计时分复用是根据用户实际需要动态地分配线路资源，因此也叫动态时分复用或异步时分复用。下图对同步时分复用和统计时分复用作了对比。,图6.4 统计时分复用示意图,6.2 分组交换网及相关技术,(2)分组的传输方式 数据报

6、方式 数据报中每一个分组都带有完整的目的站地址，独立地进行路由选择，同一终端送出的不同分组可以沿着不同的路径到达终点。在网络终点，分组的顺序可能不同于发端，需要重新排序。它的差错控制和流量控制由主机完成。数据报有以下特点：传送协议简单；传送不需建立连接；分组到达终点的顺序可能不同于发端，需重新排序；各分组的传输时延差别可能较大。,6.2 分组交换网及相关技术,虚电路方式 虚电路方式是两个用户终端设备在开始互相传输数据之前必须通过网络建立一条逻辑上的连接(称为虚电路)，一旦这种连接建立以后，用户发送的数据(以分组为单位)将通过该路径按顺序通过网络传送到终点。当通信完成之后，用户发出拆链请求，网络

7、拆除连接。图65为虚电路原理图，它表示在虚电路建立阶段每个节点根据当时逻辑信道忙闲情况，选择一条空闲的逻辑信道，多段逻辑信道链接起来构成一条端到端的虚电路。,图6.5 虚电路原理示意图,6.2 分组交换网及相关技术,虚电路的特点如下：一次通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫清除3个阶段，对于数据量较大的通信，传输效率高；收发之间的路由在数据传送之前已被决定，不必为每个分组选择路由，分组只根 据虚电路号就可在网中传输；分组按次序到达接收端，终点不需对分组重新排序；差错控制与流量控制由网络负责。,6.2 分组交换网及相关技术,6.2.2 分组交换网相关技术 1.分组交换网的组成和结构 从设备来看，分组

8、交换网由分组交换机、连接这些交换机的链路、远程集中器（含分组装拆设备）、网络管理中心（NMC）等组成。,图6.6 分组交换网的基本结构,6.2 分组交换网及相关技术,2.分组交换网的路由选择(1)交换节点在路由选择中的工作原理 完成路由选择功能通常采用下面两种途径：表控路由选择 此方法是最常用的方法，要求每个节点存储并保持一张路由选择表，其中包括分组标识(ID)与出链路间的对应关系。分组的ID可以是分组的目的地址，也可以是分组的源站与目的站的组合地址或分组所属的虚电路标识。确定正确的出链路包括检验分组报文头、提取分组标识，然后查路由选择表，最后确定出链路。,6.2 分组交换网及相关技术,无表路

9、由选择 适用于网络无法保持路由选择表的情况。例如，当使用高速链路时，CPU处理过程要求每个分组报文很小，因此无法查找并保持长路由选择表。采用无表路由选择时，每个分组报文的路由不需要查表确定，如随机路由选择、源站路由选择和计算式路由选择等等。(2)确定最佳路径 传送分组报文至目的站可以按时间最短的原则或费用最小的原则等来选择路径。,6.2 分组交换网及相关技术,（3）路由选择程序的分类 静态和动态 典型的最短路径算法是：对每条链路赋以费用值，并在路由表中产生最短路径，如果根据对网络条件的实时测量并且执行最短路径运算，那么这种路由选择过程就称为动态的或自适应的。否则，称为静态的。即使采用静态程序，

10、路由选择表也是变化的，只不过变化的频率较低，而且参数通常是根据对网络条件的长期测量，取平均值。,6.2 分组交换网及相关技术,集中与分布 在集中式路由选择程序中，路由控制中心负责计算网络的最短路径。如果程序是动态的，每个节点必须按周期向控制中心报告其链路状态，控制中心也需周期性地向各节点提供路由选择表。集中式路由选择的控制中心是系统的脆弱点，为保证路由控制中心的可靠性，其控制功能需备份。在分布式路由选择程序中，所有网络节点都进行最短路由计算。例如，当某一节点处理来自其周围链路的信息时，分布式程序需提供每个节点的可用信息，以便执行分以便执行分布式计算。,图6.7 分组交换节点在路由选择中的工作原

11、理,6.2 分组交换网及相关技术,(4)最短路由选择算法 算法描述如图67所示，寻找从源节点1到其他各节点的最短通路。令D（u）为源节点1到任一节点u的距离，它就是沿某一通路的所有链路的长度之和。再令 L（i,j）为节点 i至节点j之间的距离.算法如下:,6.2 分组交换网及相关技术,6.2 分组交换网及相关技术,寻找一个不在N中的节点w,其D(w)值为最小.把w加入到N中.然后对所有不在N中的节点用D(u),D(w)+L(w,u)中较小的值去更新原有的D(u)值,即 D(u)minD(u),D(w)+L(w,u)重复步骤,直到所有的网路节点都在N中为止.,6.2 分组交换网及相关技术,图6.

12、8 求最短通路算法的网络举例,图6.9 用算法求出的最短通路树和节点1的路由表,6.2 分组交换网及相关技术,3.分组交换网的流量控制与拥塞控制 分组交换网的流量控制是指：限制进入分组网的分组数量，往往指在给定的发送端和接收端之间点对点通信量的控制。网络拥塞往往是由许多因素引起的，可以是网络内的通信业务量过负荷，或者网络中存在“瓶颈口”。,6.2 分组交换网及相关技术,图6.10 流量与拥塞所起的作用,6.3 帧中继技术 6.3.1 帧中继的产生与基本概念 帧中继简化掉了X25网的第3层，在第2层上用虚电路技术传送和交换数据,它是一种快速分组交换,目前提供64kbit/s 2Mbit/s 的速

13、率.帧中继可以做到低时延、较高吞吐量(比X25交换网的最大吞吐量高510倍)。帧中继网灵活、动态地分配带宽，对那些呈现各种不同传输速率和瞬时需要高带宽的突发性业务，将更加经济有效。帧中继能为用户提供简单的标准化接口，例如局域网桥接器路由器，分组交换机以及专用用网的接口。,帧中继(包括帧交换)是由x25分组交换技术演变的，它只继承了x25的优点(如提供统计复用功能、永久虚电路和交换虚电路等)，简化了大量的网络功能，而将保证数据传送的安全性和可靠性的任务(流量控制，纠错和确认等功能)委托给用户终端或本地节点机完成。帧中继网是由用户设备与网络设备组成，前者负责把帧送到帧中继网，后者负责把这些帧送到正

14、确的目的地用户设备。,6.3.2 帧中继工作原理及技术特点 1.帧中继网络结构和协议结构 帧中继节点有3个主要功能：在第2层上的虚电路多路复用；链路层故障检测；从一个节点将帧转发到另一个帧中继节点.,6.3 帧中继技术,图6.11 帧中继网路结构,图611中的帧中继接口既是逻辑的，也是物理的结构。物理接口规定了物理媒体运行的速率和有用信道(如B，D或H)的数量。从逻辑上讲，帧中继接口包括物理层协议规范和核心的LAPD数据链路层协议。帧中继相关的协议栈如图612所示。I122建议规定了两类帧中继业务：帧中继1和帧中继2。对于帧中继1业务来说，第2层协议的上边部分完全由终端用户来定义；在帧中继2业

15、务中，由LAPD的延伸作为第2层协议的上边部分，包括确认、信息流量控制和故障恢复等。帧中继在链路层支持交换或永久虚连接。,图6.12 帧中继协议结构,2.帧中继的技术特征(1)帧中继的复用与寻址 帧中继在链路层采用统计复用，并采用虚电路的机制为每一个帧提供地址信息。每一帧中继物理接口可容纳许多虚电路(VC)或逻辑电路(LC)。帧中继的每一个帧沿着各自的虚电路在网内传送，为此每一帧必须携带一个电路号叫作DLCI(数据链路标识符)以识别每一个帧的通信地址。当用户采用永久性虚电路(PVC)接人帧中继网时，业务提供者给用户分配一对DLCI为一对用户指定固定地址，如同专用点对点电路一样；当用户采用交换式

16、虚电路(SVC)，主叫用户指定目的地址，然后由帧中继网络借助于DLGI建立一条临时性虚电路与被叫用户终端设备接通，一直保持到通信结束为止。在每一帧中继节点中，根据路由选择存放个基于DLCI的连接表。,(2)帧中继的带宽管理与拥塞控制 帧中继网提供灵活的带宽管理，网络根据用户请求的业务量描述与网络的剩余容量之间的关系来决定是否接收或拒绝一个连接请求。这种业务量描述符被定义为与交换节点在呼叫建立时间或预约时间上通信的一组参数，它表征了连接的统计特征。协议的业务量描述符由3个要素组成：指定的信息速率(CIR)这是网络所认可的，在一个测量区间T上传送信息单元的平均速率，单位为比特每秒(bits)。许诺

17、的突发量(Bc)在正常情况下，测量时间间隔T内，网络允许传送的数据最大限量，单位为比特(bit)。附加突发量(Be)在正常情况下，在测量时间间隔T内，在许诺的突发量Bc的基础上，网络试图再额外传送数据的最大限量，单位为比特(bit)。这里的时间T被定义为与业务量的突发性成比例，即T=BcCIR(s).,帧中继网允许用户突发，在正常情况下，可以使用网络的剩余带宽，给用户带来很大方便，但这对帧中继网来说是一种冒险，必须采取措施来保证网络的安全。帧中继网的边缘节点监测用户入网的业务流量，当接入速率超过预定的时候，网络要限制发端用户的信息发送速率或丢弃数据，具体工作方式如下：如果在区间T内，输入的比特

18、数之和小于Bc，那么该帧就不用标记保证传输；当在区间厂内输入的比特数之和大于Bc。，但不大于Bc+Be时，网络就对帧中的DE比特打上标记(DE置“1”)，被标记的帧再送给网络，如果此帧得不到资源的话，就可能用适当的方式丢弃；在区间T内输入的比特数之和大于Bc+Be时，这些过量的帧将立刻被丢弃。,在帧中继网中利用显式信令来避免拥塞。在帧中继地址段中有两个比特作为拥塞通知，即FECN(前向显示拥塞通知)和BECN(后向拥塞通知)。当帧穿过一交换节点时，若网络拥塞，就将FECN比特置“1”。在接收端收到FECN置“1”的帧，要通知发送端减速，直到拥塞减退。当交换机发现拥塞时，也可以在向后传播的帧中将

19、BECN比特置“1”，通知发送端减速。这样做可以避免拥塞的产生。网络还可以利用隐式信令进行拥塞恢复。当网络检测到网络拥塞时，协议高层就使用流量控制使网络从拥塞中恢复过来。,(3)帧中继的差错控制功能 帧中继链路层只具有有限的差错控制功能。只有在通信两端主机中的数据链路层才具有完全的差错控制功能，这可以与X25网作个对比，如图613所示。图6.13(a)表明分组交换的情况，每一个节点在收到一帧后都要发回确认帧，而目的站在收到一个帧后向源站发回确认时，也要逐站进行确认；6.13(b)是帧中继情况，它的中间站只转发帧，而不发确认帧，只有在目的站收到一帧后才向源站发回端到端的确认。,图6.13 分组交

20、换网确认与帧中继确认的对比,(4)帧中继的呼叫控制命令 帧中继的呼叫控制信令是在与用户数据分开的另一个逻辑连接上传送的。因此在传送用户数据时，中间节点不需要维持有关呼叫控制的状态表。这点和x25很不相同，x25使用的是带内信令，即呼叫控制分组与用户数据分组都在同一条虚电路内传送。,6.3 帧中继技术,6.3.3 帧中继的应用(1)局域网互联(2)虚拟专用网(3)中继传输(4)其他应用,641 数字数据网的基本概念 数字数据网是利用数字信道传输数据的一种传输网络。它的传输媒介有光缆、数字微波、卫星信道，用户端可用普通的电缆和双绞线。DDN具有下列优点:（l）DDN是同步数据传输网，不具备交换功能

21、。通过数字交叉连接设备可向用户提供固定的或半永久性信道，并提供多种速率的接入。（2传输速率高，网络时延小，目前提供 N X 64 kbit/s 2 Mbit/s的数据业务。（3）DDN为全透明网。,642 DDN的构成和一般结构形式 1.数字数据传输系统的构成 数字数据传输系统主要包含下列几个部分：（1）本地传输系统（2）复用及交叉连接系统（3）局间传输系统（4）同步定时系统,图6.14 数字数据传输系统,2DDN的一般结构形式（l）DDN节点类型 从组网功能上分，DDN节点可分为2兆节点、接入节点和用户节点3种类型。（2）DDN的网络结构 图6.15为DDN分级网网络结构模型图。在骨干网中设

22、置若干枢纽局(汇接局)，枢纽局间采用网状连接，枢纽节点具有El数字通道的汇接功能和E1公共备用数字通道功能。这里汇接的概念是指节点间的连接有一个从属关系，高等级节点在它的服务范围内汇集所管辖的低等级节点业务；两个低等级节点的用户通信都要经过高一级的节点转接而完成。非枢纽节点应至少对两个方向节点连接，并至少与一个枢纽节点连接。,根据网络的业务情况，DDN网可以设置二级干线网和本地网。DDN网纵向功能层次结构可为3层，即传输层、接入层和用户层。传输层负责传输从接人层来的数字信号，一般采用数字交叉连接设备；接入层采用带宽管理器实现用户的多种业务接人，提供数字交叉连接和复用功能，具有64kbits和N

23、X64kbits速率的交叉连接能力和低于64kbits的零次群子速率交叉连接和复用能力；用户层是指进网的用户终端设备及其链路的功能。,图6.15 DDN网络结构模型图,643 DDN中 64 kbits数字信道复用及数字交叉连接的概念 1.64kbits数字信道复用 在DDN中，速率小于 64 kbits时称为子速率，它的复用采用包封（Envelope）格式。我国采用 X.50标准，其帧结构为（62）的 8bit包封格式。,图6.16 X.50中8bit包封结构,S=1 D为数据S=0 D为信令,64 数字数据网技术,图6.17 包封组格式,S,64 数字数据网技术,图6.18 20个包封的帧

24、格式,2数字交叉连接的定义 传统网络的智能都集中在交换设备上，现在的发展方向是把一部分智能放到传输系统中，使传输系统具有一定的交换功能。CCTT对数字交叉连接的定义：它是一种具有一个或多个符合G.702（准同步）或G.707（同步）标准的数字端口，并至少可对一端口信号（或子速率信号）与其他端口信号（或子速率信号）进行可控的连接与再连接的设备。数字交叉连接设备是由微机控制的复用器和配线架，它是不受信令控制的静态交换机，而由程序控制形成半永久性连接。,644 DDN网络业务类别及用户入网方式 1.DDN网络业务类别 DDN网主要为用户提供专用电路，包括规定速率的点到点或点到多点的数字专用电路和特定

25、要求的专用电路，以及帧中继业务和压缩语音G3传真业务。2.用户入网方式(1)用户终端设备接入方式(2)用户网络通过DDN互连,65以太网技术651 以太网的介质访问控制方式 以太网的媒体访问控制方式是以太网的核心技术，它决定了以太网的主要网络性质。在公共总线或树型拓扑结构的局域网上，通常使用带碰撞检测的载波侦听多路访问技术(CSMACD)。CSMACD又可称为随机访问或争用媒体技术，对网络上任何站来说，不存在预知的或由调度来安排的发送时间，每一站的发送都是随机发生的。因为不存在用任何控制来确定该轮到哪一站发送，所以网上所有站都在时间上对媒体进行争用。,想利用CSMACD传输信息的工作站，首先要

26、监听媒体，以确定是否有其他的站正在传播。如果媒体空闲，该工作站则可以传播。在同一时刻，两个或多个工作站都欲传输信息的情况发生，将会引起冲突，双方传输的数据将变得杂乱不清，导致不能成功地接收。因此必须制定一个处理过程，以解决要发送信息的工作站当发现媒体忙时应怎样工作，以及当发生冲突时应怎样解决的问题。其规则是：如果媒体空闲，则传输；如果媒体忙，一直监听直到信道空闲，马上传输；如果在传输中检测到冲突，立即取消传输；冲突后，等待一段随机时间，然后再试图传输(重复第一步)。,652 以太网的协议结构和网络系统组成 1协议结构 以太网的网络体系结构是以局域网的IEEE802参考模型为基础的。IEEE80

27、2参考模型与OSI的区别是：它用带地址的帧来传送数据，不存在中间交换，所以不要求路由选择，这样就不需要网络层了；在局域网中只保留了物理层和数据链路层，数据链路层分成2个子层，即媒体接人控制子层(MAC)和逻辑链路控制子层(LLC)，如图619所示。,MAC子层负责媒体访问控制，以太网采用竞争方式，对于突发式业务，竞争技术是合适的。LLC子层负责没有中间交换节点的两个站之间的数据帧的传输。它不同于传统的链路层，即，它还必须支持链路的多路访问特性；它可利用MAC子层来摆脱链路访问中的某些细节；它必须提供某些属于第3层的功能。所以LLC子层不但要有差错、流量控制还需有复用、提供无连接的服务或面向连接

28、的服务等功能。,以太网的寻址问题 考虑交换数据的要求，通信涉及3个因素：进程、主机和网络 进程是进行通信的基本实体。从一个进程到另一个进程的数据传送过程是：首先将数据加给驻留该进程的主机，然后再送给另一个进程。这个概念暗示至少需要两级寻址：MAC地址：标识局域网上的一个站地址，即计算机硬件地址；LLC地址：标识一个LLC用户，即进程在某一主机中的地址，也就是LLC子层上的服务访问点(SAP)。这里MAC地址与网络上的物理连接点有关。LLC子层的SAP则与一个站内的特定用户有关。在某些情况下，SAP对应于一个主机进程，另一种情况，集中器的每个端口对应于唯一的SAP。,65 以太网技术,图6.19

29、 局域网的802参考模型与OSI/RM的对比,2以太网系统组成以太网系统由集线器、网卡以及双绞线组成在以太网物理结构中，一个重要功能块是编码译码模块；另一个重要的功能块称为“收发器”，它主要是往媒体发送和接收信号，并识别媒体是否存在信号和识别碰撞，一般置于网卡中。集线器(HUB)的主要功能是媒体上信号的再生和定时，检测碰撞，端口扩展。,图6.20 以太网系统结构图,653 基于10Base-T 发展的现代网络技术1光纤以太网10BASEF的出现 使用光纤作为网络传输媒体能带来带宽的拓展、媒体段长度的增加、抗外界磁场干扰以及抗泄漏性能。10BASE-F传输率仍为10Mbits，但它的使用环境与1

30、0BASE-T是不同的，如媒体段最长可达2km。2高速以太网的发展 在10BASE-T基础上，借助于双绞线、光缆以及星型结构的特点，100BASE-X技术和产品很快走向成熟和普及。高速以太网使用4B5B编码，它的拓扑结构和使用的媒体与10BASE-T或10BASE-F相仿，帧结构也相同，只是传输速率增加了10倍。100BASE-TX可传输205m，100BASE-FX可传输412m。,3.从共享型以太网走向交换型以太网(1)共享型以太网存在的问题共享型以太网由于会发生数据冲突，带宽由所有站点共同分割，随着站点增多，每个站点能够得到的带宽越少(为10Mbitsn，其中n为站点数)，网络性能迅速下

31、降；同一时刻，只能有一个站点与服务器通信；LAN的覆盖范围受CSMACD的限制。(2)交换型以太网的特点网络若采取以太网交换器，终端连接在以太网交换机上，分别独占10Mbits的端口速率，可以形成多个数据通道，没有数据冲突。只要交换机的端口空闲，就可同时实现多对终端的通信。系统的带宽为10MbitsXN(即LAN的高速率出口速率)。交换型集线器上平时所有端口都不连通，需要时可给予诸多站点同时建立多个收、发通道。如图621所示。交换机既隔离又连接了多个网段。(3)交换型以太网的组网方式 交换型局域网组网采用星型拓扑结构，如图6.21所示。,图6.21 以太网交换器内同时存在多个数据通道,端口可连

32、接站点和网段,网段,网段,4.Gbit/s以太网技术 1Gbits以太网技术合应局域网从10Mbits升级的潮流。它可使系统主干或客户站访问服务器的速度大大提高，这是一种平滑过渡的技术，升级投资降到最低限度，并且升级不会使用户感到技术上有难度。1Gbits以太网与快速以太网很相似，只是传输和访问速度更快，为系统扩展带宽提供了有效的保证。1Gbits以太网在作为骨干网络时能够在不降低性能的前提下支持更多的网络分段和节点。,图6.22 交换型以太网,6.6 ATM技术,6.6.1 ATM技术基本原理 1ATM传送模式 ATM技术是以分组传送模式为基础并融合了电路传送模式高速化的优点发展而成的，可以

33、满足各种通信业务的需求。ATM的传送模式本质上是一种高速分组传送模式。它将话音、数据及图像等所有的数字信息分解成长度固定（48字节）的数据块，并在各数据块前装配地址、丢失优先级、流量控制、差错控制（HEC）信息等构成的信元头（5宇节），形成53字节的完整信元。,采用统计时分复用方式将来自不同信息源的信元汇集到一起，在一个缓冲器内排队，然后按照先进先出的原则将队列中的信元逐个输出到传输线路，从而在传输线路上形成首尾相接的信元流。在每个信元的信头中含有虚通路标识符虚信道标识符（VPI/VCI）作为地址标志,网络根据信头中的地址标志来选择信元的输出端口转移信元。ATM可以采用硬件方式高速地对信头进行

34、识别和交换处理，从而具有电路传送方式的特点，为提供固定比特率和固定时延的电信业务创造了条件。,2ATM信元 ATM信元结构和信元编码是在I.361建议中规定的，由53个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段。信元组成结构如图6.23所示:,图6.23 ATM信元结构,图6.24 ATM信头结构,GFC：一般流量控制，4比特，在NNI中没有GFC；VPI：虚通路标识，在UNI中为8比特，在NNI中为12比特；VCI：虚信道标识，16比特；VPI和VCI：路由信息；PTI：净荷类型，3比特，可以指示8种净荷类型，其中4种为用户数据信息类型，3种为网络管

35、理信息，还有1种目前尚未定义；CLP：信元丢弃优先权，当传送网络发生拥塞时，首先丢弃CLP=1的信元；HEC：信头差错控制码，HEC是一个多项式码，用来检验信头的错误。,3ATM协议结构 国际电联标准化组织TTUT在建议I.321中给出了BISDN的参考模型，BISDN是一个基于ATM的网络，这个参考模型也是唯一的一个关于ATM的规程参考模型。因此，这个规程参考模型目前已广泛用于描述基于ATM的通信实体。,6.6 ATM技术,图6.25 ATM和B-ISDN参考模型,下面对模型中各层的功能进行简要介绍。（l）ATM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。物理层实体需

36、要完成的任务包括：线路编码、时钟提取、信元定界和HEC检验等。（2）ATM层 ATM层具有4种主要功能。信元复用和解复用。VPIVCI处理。信头处理。一般流量控制。ATM层的主要工作是产生和处理ATM信元的信头部分。ATM信头的主要部分是VPI和VCI，又注意到ATM交换设备和交叉连接设备都是依据VPI或VCI来进行VP链路或VC链路的连接，所以，ATM层的功能是非常重要的。,（3）AAL层及高层 AAL层能提供更适合于各种不同电信业务的通信能力。目前，一般认为各种不同电信业务可依其所需的通信能力的不同大致划分为4种类型，如图632所示。,图6.26 电信业务分类,语音通信和普通图像通信（电视

37、）属于业务类型A，经压缩的分组化图像通信属于业务类型B，分组交换网中的虚电路和数据报业务可以分别看作是业务类型C和D的例子。目前已经定义了5种不同的AAL层规程，分别提供不同的通信能力，分别记作AAL1，AAL2，AAL3，AAL4，AAL5。,AAL1提供业务类型A使用的通信能力。AAL2与AAL1的区别仅在于它是供传送变速率数据使用，因此是提供业务类型B使用的通信能力。AAL3和AAL4统称为AAL34，它提供业务类型C使用的通信能力。AAL5是另一种提供业务类型C使用的通信能力的AAL协议。此外，对于不使用任何一种AAL协议，直接利用ATM层能力的情况，也常称为AAL0，即AAL层为空的

38、意思。,4.ATM交换原理（1）虚通路与虚信道 ATM系统采用面向连接的工作方式。其连接为逻辑连接，即虚电路方式。ATM虚电路的概念如图627所示。在一个物理通道中可以包含一定数量的虚通路(VP)，虚通路的数量由信头中的VPI值决定。而在一条虚通路中可以包含一定数量的虚信道(VC)，并且虚信道的数目由信头中的VCI值决定。一个虚通路可由多个虚信道组成。ATM信元的交换既可以在VP级进行，也可以在VC级进行。,图6.27 ATM虚电路概念,VPI,在一条通信线路上具有相同VPI的信元所占有的子通路称为一个VP链路(VP Link)。多个VP链路可以通过VP交叉连接设备或VP交换设备串联起来。多个

39、串联的VP链路构成一个VP连接。一个VP连接中传送的具有相同VCI的信元所占有的子信道称为一个VC链路(VC Link)。多个VC链路可以通过VC交叉连接设备或VC交换设备串联起来。多个串联的VC链路构成一个VC连接。,图6.28给出了一个VP和VC交换连接的示意图。VP交换是指VPI的值在经过交换节点时，根据VP连接的目的地，将输入信元的VPI值改为接收端的新的VPI值赋予信元并输出；VC交换是指VCI的值在经过ATM交换后，VPI和VCI的值都发生了改变。,图6.28 VP和VC连接,(2)ATM交换原理 所谓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逻辑信道的消息

40、传递。输出信道的确定是根据连接建立信令的要求在众多的输出信道中进行选择来完成的。为了提供交换功能，输入信元必须根据输入端口号和输入VPIVCI查找到输出端口号及输出的VPI/VCI。,图6.29 ATM交换原理示例,6.6.2 ATM交换系统 1ATM交换系统基本功能 ATM交换系统的功能与交换机类型和具体应用有关。（1）接口功能 接口功能包括用户网络接口（UNI）和网络节点接口（NNI）。（2）交换连接功能 ATM交换系统应支持点到点和点到多点（即多播）的连接功能，并逐步支持多点到点和多点到多点的连接功能。,（3）信令功能 要支持ATM中的交换虚电路（SVC），必须具有ATM网络信令功能，包

41、括UNI信令和NNI信令。（4)呼叫控制功能 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交换系统必须提供有效的业务流管理功能.,为了便于业务流的管理，ATM论坛制定了TM4.0规约，提出将ATM业务按照比特率的特点划分为5类，具体是：CBR：恒定比特率业务 带宽要求用峰值信元速率(PCR：PeakCellRae)来表征。rt-VBR：实时可变比特率业务 用峰值信元速率(PCR)、持续信元速率(SCR：Sustainable Cell Rate)和最大突发长度(M

42、BS：Maximum Burst Size)来表征。nrt-VBR：非实时可变比特率业务 其特性也用PCR，SCR和MBS来表征。ABR(Available Bit Rate)：可用比特率业务 用PCR和最小信元速率(MCR：Minimum Cell Rate)来表征，MCR可以等于0 UBR(Unspecified Bit Rate)：未定比特率业务 可以不规定速率要求，而利用网络的剩余带宽来传送。,描述ATM业务质量QoS的主要参数有以下3个：信元时延变化(CDV：Cell Delay Variation)；信元传送时延(CTD：Cell Transfer Delay)；信元丢失率(CLR

43、：CellLossRatio)。CDV和CTD均指最大值，可以在呼叫建立时进行协商。(6)运行和维护功能 OAM功能主要包括故障管理、性能管理、配置管理、计费管理和安全管理。,2ATM交换系统功能结构 ATM交换系统基本功能结构如图630所示。由图可知，ATM交换系统的基本结构可以大致划分为信元传送部分与处理机控制部分。信元传送部分又包括交换结构（Switching Fabric）和接口单元两部分,图6.30 ATM交换系统基本功能结构,（l）ATM交换结构 ATM交换结构一般可以划分为3类：共享媒体型共享存储型空分型。典型的有基于Crossbar的交换结构、基于BANYAN的交换结构、多通路

44、的交换结构等等。下面给出一个实例：BANYAN网络。BANYAN网络是一种空分交换网络，是由若干个2X2交换单元组成的多级交换网络。2X2交换单元是具有两条输入线和两条出线的电子开关元件,如图6.31所示.,图6.31 2X2交换单元,6.6 ATM技术,图 6.32是由 2 X 2交换单元构成的 8 X 8三级 BANYAN网络，其基本特性有：扩展性好。唯一路径。自选路由。阻塞特性。,图6.32 8X8交换网络,图6.33 内部阻塞示例,（2）接口单元 接口单元中除接口电路外,还可能包含有信元集中级或信元复用器等部件，其作用是使业务流集中而以较高的速率流向交换结构。接口电路的功能简述如下。输

45、入侧 接口电路的输人侧主要包括如下功能：物理层功能 ATM层功能 OAM功能 输出侧 输出侧也包括物理层功能和ATM层功能。,(3)处理机控制部分 ATM交换系统的呼叫控制，信令、业务流管理等功能中的大部分都由处理机的软件实现。与程控数字交换机的控制结构相似，ATM交换系统的处理机控制子系统基本上有两种配置方式：多机功能分担方式 分布式控制方式。,本章小结 数据网按传输技术可分为交换网和广播网。在交换网中主要采用分组交换技术，它特别适合突发数据业务。本章重点讲述了存储转发方式分组交换的概念，统计时分复用和虚电路的概念，在此基础上介绍了各种数据网的机理和相关技术。分组交换网讲述了网络结构，路由选

46、择机理、最佳路由的确定和算法、流量控制与拥塞控制等内容。,帧中继网是一种快速分组交换网，它的技术特征是简化了OSI协议层次，去掉网络层，在链路层采用统计复用和虚电路机制，并采用带外信令方式，在带宽管理方面允许用户突发，并与拥塞控制相配合使网络率提高。数字数据网是利用数字信道传输数据的一种传输网，小于 64kbits速率采用 X50标准，以包封为单位交织复用，它向用户提供永久和半永久性数字连接，它是一种全透明网，可以互连局域网，还可提供帧中继业务、压缩语音和图像传真/业务。以太网是共享介质的一种数据网，它采用随机访问控制方式。实现了简单、便宜。性能高的局域网。,ATM技术是以分组传送模式为基础并融合了电路传送模式高速化的优点发展而成的，可以满足各种通信业务的需求。其主要特点包括：基于统计时分复用；采用面向虚连接工作方式，利用VPI和VCI标识逻辑信道；固定长度信元53字节信元等，ATM信元的交换功能是在ATM交换系统中完成 其具体的基本功能包括接口功能、交换连接功能、信令功能、呼叫控制功能、业务流管理功能及操作维护功能。,