现代通信网课件 B-ISDN与ATM

第四章B-ISDN与ATM内容提要B-ISDN的基本概念ATM的基本原理1.B-ISDN的基本概念1.N-ISDN概述（1）IDN的概念综合数字网（IDN，IntegratedDigitalNetwork）是数字传输与数字交换的综合，在两个或者多个规定点之间提供数字连接，以实现彼此间通信的一组数字节点（交换节点）与数字链路。一个IDN不能提供多种业务，不同的业务需要不同的IDN传输，如电话IDN、电报IDN、传真IDN、数据IDN等。随着新业务的不断增多，需要建立各种不同的IDN。所以IDN的缺点是网络投资大，电路利用率低，资源不能共享，且不便管理。为了克服IDN的缺点，需要用一个单一的网络提供各种不同类型的业务，于是产生了ISDN（综合业务数字网）N-ISDN是以电话IDN为基础发展演变而成的通信网，能够提供端到端的数字连接，支持包括语音和非话在内的多种电信业务，用户能够通过一组有限的、标准的多用途用户-网络接口接入网内。1.B-ISDN的基本概念1.2N-ISDN的3个基本特性端到端的数字连接：指发端用户终端送出的已是数字信号，接收端用户终端接收的也是数字信号。即实现用户线的数字化。综合业务：ISDN支持包括语音、数据、文字、图像在内的多种综合业务。任何形式的原始信号，只要能够转变为数字信号，都可以利用ISDN进行传送和交换。ISDN的业务不仅覆盖了现有各种通信网的全部业务，而且也包括了多种新业务。标准的多用途用户-网络接口：不同的业务和不同的终端可以经过同一接口接入网内。在ISDN用户-网络接口上，所有的信息（包括语音、数据、文字、图像以及信令）都可以以数字复用的形式出现在接口上。为保证ISDN用户-网络接口的通用性，必须定义一套接口的标准（协议）。1.3N-ISDN的局限性（1）由于信息传输速率受到限制，N-ISDN不能提供电视信号、视频业务等许多新业务。（2）由于N-ISDN的基础仍然是数字电话交换网，其对新业务的适应能力较差。为了克服N-ISDN的一系列问题，必须发展一种新的网络，即B-ISDN。1.4B-ISDN的概念B-ISDN的信息传输方式、交换方式、用户接入方式、通信协议都是全新的。B-ISDN中不论是交换节点之间的中继线，还是用户与交换机之间的用户环路，一律采用光纤传输。其速率64kbps~xGbps1.5B-ISDN业务的分类（1）交互型业务（2）分配型业务交互型业务交互型业务是在用户间或用户与主机间提供双向信息交换的业务。交互型业务分为以下几种：会话型业务：以实时（非存储转发）端到端的信息传送方式提供用户之间的双向通信。典型的会话型业务是宽带可视电话、会议电视、高速用户传真、高分辨率图像等。消息型业务：个别用户之间经过存储单元（这种存储单元具有存储转发、信箱或者消息处理功能）的用户到用户的通信，这类业务是非实时的。典型的消息型业务是电子邮件。检索型业务：根据用户的需要向用户提供存储咋信息中心供公众使用的信息。这类业务有些是实时的，有些是非实时的。典型的检索业务是视频点播（VOD，VideoOnDemand）。分配型业务分配型业务是由网络中的一个给定点向其他多个位置传送单向信息流的业务。该业务分为：无须用户独立控制的：不由用户个别参与控制的分配型业务是广播业务，它提供从一个中央源向网络中数量不限的有权接收器分配的连续信息流。用户可以接入信息流，但不能控制信息开始的时间和出现的次序。典型业务：电视与声音节目的广播业务。用户独立控制的：不由用户个别参与控制的分配型业务是自中央源向大量用户分配信息，只不过是信息作为一个有序的实体周而复始地提供给用户，用户可以控制信息出现的时间以及它的次序。典型业务：全通路广播可视图文。1.6B-ISDN业务的特性比特率：B-ISDN除了支持宽带业务外，还支持低速数字网和窄带业务。突发性：指业务峰值比特速率与均值比特速率之比。突发性越大，表明业务的速率变化越大。服务要求：在B-ISDN中，业务的服务要求各不同。有些业务是面向连接的，如电话、视频会议；有些业务是无连接的，如局域网数据业务等。有些业务对差错敏感，但对时延不敏感，如数据业务；有些业务对时延敏感，但对差错不十分敏感，如语音、视频业务。1.7B-ISDN应具备的条件能提供高速传输业务的能力。为能传输高清电视节目、高速数据等业务，要求B-ISDN的传输速率高达几百兆比特每秒；能在给定带宽内高效地传输任意速率的业务，以适应用户业务突发性的变化；网络设备与业务特性无关，以便B-ISDN能支持各种业务；信息的转移方式与业务种类无关，网络将信息统一地传输和交换，真正做到统一的交换方式支持不同的业务。1.8B-ISDN对信息传递方式的要求B-ISDN对信息传递方式还要求保证语义透明性和时间透明性语义透明性要求网络在传递信息时不产生错误，或者说要求端到端的错误概率十分低，低到不改变业务信息的语义，使用户能够接受。衡量语义透明性的指标：比特差错率（BER，BitErrorRate）就是误码率BER=差错的比特率/发送的总比特数分组（信元）差错率（PER，PacketErrorRate）PER=差错的分组（信元）数/发送的总分组（信元）数时间透明性要求网络以最短的网络时间将信息从发源地送到目的地，这个时间短到使业务能够接受（不改变业务信息的时间关系）。衡量时间透明性的参数是时延和抖动。时延：发源地发送信息的时刻和目的地接收信息的时刻之差。由于网络的时延是变化的，对于不同的信息块可能会有不同的时延。时延抖动：某个时间区间内最大时延和最小时延之差。综上所述，B-ISDN的信息传递方式要保证语义透明性和时间透明性，即BER、PER尽量低，而且使时延和时延抖动尽量小2.ATM基本原理同步传递方式（STM）和异步传递方式（ATM）同步传递方式（PCM系统的复用等级）的主要特征是采用时分复用，各路信号都是按照一定时间间隔周期性出现，可根据时间（位置）识别每一路信号。异步传递方式采用统计时分复用，各路信号不是按照一定时间间隔周期性的出现，要根据标志识别每一路信号。2.1ATM的定义ATM是一种传递方式，在这一模式中信息被组织成固定长度的信元，来自某用户一段信息的各个信元并不需要周期性的出现，即这种传递模式是异步的（统计时分复用也称为异步时分复用）。2.2电路传递方式、分组传递方式和ATM的比较（1）电路传递方式该方式属于同步传递方式，其传输、复用和交换都是以电路（时间分割的信道，代表固定比特率的信息传输能力，如电话网中的一条电路的传输速率是64kbps）。这种方式的优点：传输时延和时延抖动较小，但固定速率的传递方式不适合宽带ISDN发展的要求。（图4-2）2.2电路传递方式、分组传递方式和ATM的比较（2）分组传递方式分组传递方式属于异步传递方式，其传输、复用和交换都是以分组为单位，它的复用方式就是统计时分复用（靠标志来识别每一路信号），交换方式是分组交换。优点：可变速率传输信息、动态分配网络资源、信道利用率高；缺点：通信协议复杂、交换机处理速度慢、时延大；特别是分组长度可变导致的交换机软件的复杂存储管理等软件处理流程，大大降低了交换机的处理速度，交换机的处理速度跟不上信息传输的速率。2.2电路传递方式、分组传递方式和ATM的比较（3）ATMATM信元在线路上等间隔出现，这里的ATM信元不是一个用户的，而可能是任意一个用户的，即多个用户的ATM信元统计时分复用。ATM信元都是固定长度的，避免分组传递方式中，交换机软件过于复杂，降低通信速率。ATM中信元的交换称为ATM交换，它采用硬件电路高速地对信元进行识别、复接/分接和对信元进行交换处理，而且ATM交换还简化了分组交换的协议，使得ATM网传输时延小，传输速率高。综上所述，ATM克服了电路传递方式和分组传递方式的缺点，综合了它们的优点，是适合B-ISDN的信息传递方式。2.3ATM信元ATM信元就是ATM分组。ATM信元为固定长度53字节。信头（5字节），包含各种控制信息，主要表示信元去向的逻辑地址，还有一些维护信息、优先级以及信头的纠错码。信息段（48字节），承载各种不同业务的用户信息。图4-4ATM信头结构2.4异步（统计）时分复用来自不同信息源（不同业务不同发源地）的信元汇集在一起，在一个缓冲器中排队，队列中的信元按输出次序复用在传输线路上，具有同样标识的信元在传输线上并不对应某个固定位置的时隙，也不是按照周期性出现的，即信息与它在时域中的位置之间没有任何关系，信息只按照信头中的标识来区分，这种复用方式叫异步时分复用。需要注意的两个问题ATM网内，不管有无用户信息，都在传递信元，没有用户信息的信元叫空闲信元；ATM排队系统为时延拒绝方式，可能会造成信元的丢失，但应小于10-92.5ATM的特点1.面向连接的工作方式为了保证业务质量，降低信元丢失率，ATM以面向连接的方式工作，即终端在传递信息之前，先提出呼叫请求，网络根据现有的资源情况及用户的要求（峰值比特率、平均比特率、信元丢失率、信元的时延和时延的变化等），决定是否接受这个呼叫请求。如果网络接受这个呼叫请求，则保留必要的资源（分配VPI/VCI和相应的带宽，并在交换机中设置相应的路由，建立虚电路（虚连接））。2.5ATM的特点2.ATM采用异步时分复用优点：ATM具有很大的灵活性，网络资源得以最大限度的利用；ATM网络可以适用于任何业务，不论其特性如何，网络都按照同样的模式处理，真正做到了完全的业务综合。2.5ATM的特点3.ATM网中没有逐段连接的差错控制和流量控制由于ATM的所有线路均使用光纤，而光纤传输的可靠性很高，一般误码率低于10-8，没有必要逐段链路进行差错控制。此外，网络中适当的资源分配和队列容量设计将会使导致信元丢失的队列溢出得到控制，所以也没必要逐段链路进行流量控制。为了简化网络的控制，ATM讲差错控制和流量控制均交给终端完成。2.5ATM的特点4.信头的功能被简化由于不需要逐段的差错控制和流量控制等，ATM信元的信头功能十分简单。所以信头处理速度很快，处理时延很小。2.5ATM的特点5.ATM采用固定长度的信元，信息段的长度较小为了降低交换节点内部缓冲区的容量，减小信息在缓冲区内排队时延，与分组交换相比，ATM信元的长度较小，有利于实时业务的传输。2.6ATM的虚连接ATM传递方式是面向连接的，即在传递信息之前先建立虚连接。ATM的虚连接建立在两个等级上：虚通路和虚通道。ATM信元的复用、传输和交换过程均在虚通路和虚通道上进行。虚通路和虚通道虚通路（也叫虚信道）（VC，VirtualChannel）是描述ATM信元单向传送能力的概念，是传送ATM信元的逻辑信道（子信道）。VCI——虚通路标识符。ATM复用线上具有相同VCI的信元是在同一逻辑信道（VC）上传送。虚通道（VP，VirtualPath）是在给定参考点上具有同一虚通道标识符的一组VC。VPI——虚通道标识符。它标识了具有相同VPI的一束VC。图4-6虚通路连接和虚通道连接VC链路（VClink）——两个存在（VC连接点）之间的链路，经过该点VCI值转换。VCI用于识别一个具体的VC链路，一条VC链路产生于分配VCI值的时候，终止于取消这个VCI值的时候。虚通路连接（VCC，VirtualChannelConnection）——由多段VC链路连接而成。一条VCC在两个VCC端点之间延伸。图4-7虚通路连接和虚通道连接VP链路（VP,link）——两个存在点（VP连接点）之间的链路，经过该点VPI值改变。VPI值用于识别一个具体的VP链路，一条VP链路产生于分配VPI值的时候，终止于取消这个VPI值的时候。虚通道连接（VPC，VirtualPathConnection）——由多条VP链路连接而成。一条VPC在两个VPC端点之间延伸，VPC端点是虚通路VCI产生、变换或终止的地方。图4-7VP交换和VC交换（1）VP