第九章 宽带交换技术

第九章宽带交换技术9.1交换方式的技术特征9.2交换技术的演变9.3ATM交换技术9.4基于ATM的B-ISDN协议模型9.5ATM交换机9.6ATM通信网接口9.7ATM通信网信令9.1交换方式的技术特征1.面向连接和无连接面向连接指两个用户之间的通信信息沿着预先建立的通路传输；面向无连接指依靠路由来完成选路工作。2.物理连接和逻辑连接物理连接指建立专用的物理链路；逻辑连接不独占线路，是在一条物理链路上建立多条虚链路。3.同步时分交换和异步时分交换同步时分指每个连接属于不同的呼叫，它们在信道中各自占用不同的时间，但属于同一呼叫的连接位置是固定的，交换时按照时间位置来区分每个连接；异步时分指每个连接所占用的时间、位置都不固定，属于某个呼叫的连接是根据该连接所需要的宽带和路由灵活分配的。9.2交换技术的演变交换系统功能可归纳为一、在网络的入端和出端之间建立连接，即交换系统好比一堆开关，当需要是把一个入端和一个出端连接起来；二、交换系统好比一个信息转运站，他把网络入端的信息根据需要分发到网络不同的出线上。交换技术的发展是建立在上述功能基础上的，它的演变经历了电路交换-报文交换-分组交换-ATM交换的发展过程。1.电路交换1）电路交换的定义以电路连接为目的的交换方式。2）电路交换的通信过程电路建立消息传输电路拆除3）电路交换的特点（1）电路交换是面向物理连接的交换。在发送消息前，必须建立起点到点的物理通路。（2）电路交换采用静态复用、欲分配带宽并独享通信资源的方式，即交换机根据呼叫用户的请求，为用户分配固定位置、恒定带宽（64kb/s）的电路。4）电路交换的优点和缺点（1）消息传送延迟较短。（2）控制简单。（3）建立物理通路的时间较长。（4）电路利用率低。（5）不同类型和特性的用户终端之间不能互通。（6）呼损严重。综上所述，电路交换适用于话音等实时性业务。2.报文交换1）定义信息以报文为单位进行存储转发的方式叫报文交换。2）报文交换的通信过程接收和存储报文处理机加工处理将报文送输出队列上排队输出线空闲时发送报文。3）报文交换的特点在报文交换中，通信的信息以“报文”为基本单位在电路中传输。一份报文包括三部分。报头：包含发信站地址、终点收信站地址等。正文：用户所发出的信息。报尾：报文的结束标志。4）报文交换的优点和缺点（1）两个终端的线路和交换机不必同时空闲。（2）允许各种不同类型的终端相互通信。（3）信息传输的时延长，不利于交互式的业务通信。（4）处理机要求高。综上所述，报文交换技术主要用于非交互式通信中，如电报业务和数据通信中的信箱通信业务等。3.分组交换1）分组交换的定义信息以分组为单位进行存储转发的方式2）分组交换的通信过程信息打包数据分组排队处理信息转发。3）分组交换的优点（1）不预先分配资源，带宽可变，可向不同速率的数据终端提供相互通信的通信环境。（2）电路利用率高。（3）传输时延较小。（4）“分组”格式同一，便于交换机处理。电信网中广泛应用的交换方式为电路和分组交换。4.ATM交换优点：（1）可以把不同种类、不同性质以及不同性能要求的信息在网内实现透明传输；（2）能对通信网中各种各样的信息进行综合交换和传输；（3）能按需要提供不同的带宽和不同的业务等级，使网络的资源得到充分利用；（4)能够比较容易地增加新业务。ATM采用的是一种统计时分复用技术，在这种模式中虽然保持了时隙的概念，但取消了同步传输模式中帧的概念，在ATM时隙中实际存放的是信元。用户的信息被剪裁组知成53字节固定长度的短信元格式，且来自同一用户的信息并不需要周期性，在一帧中占用的时隙数也不固定，可以有一至多个时隙，从这个意义上说，这种转移模式是异步的。各时隙之间也不要求连续，纯粹是“见缝插针”，因此信号传输速度快，电路利用率高。9.3ATM交换技术9.3.1ATM信元与复用1.ATM信元结构ATM的基本单位是信元，每个信元长度固定为53个字节，前5个字节为信头，后48个字节为信息域。路由的选择由信头中的标号决定。发送的顺序是从信头的第一字节开始，其余字节按增序方式发送。在一个字节内，发送的顺序是从第8比特开始，然后递减。对于各域而言，首先发送的比特是最高有效位。ATM采用5个字节的信头和缩小的信息域，比其它通信协议的信息格式都都小得多，这种小的固定长度的数据单元就是为了减少组装、拆卸信元以及信元在网络中排队等待所引入的时延，确保更快、更容易地执行交换和多路复用功能，从而支持更高的传输速率。这好比火车上的每节车厢，无论是客车还是货车，其车厢大小都是一样的，从而方便了火车中转时灵活快速地加挂或减少车厢。2.ATM信元复用电话网中的数字信号复用基本属于同步传递方式（STM），其特点是在有N路原始信号复合成的时分复用信号中，各路原始信号的出现成周期性。异步传递方式（ATM）的各路原始信号不一定按照一定的时间间隔周期性地出现，每个数据单元可以处在任何传输帧的任何位置，来自不同信息源的信元汇集到一起，在一个缓冲器内排队，队列中的信元逐个输出到传输线路，在传输线路上形成首尾相接的信元流。9.3.2ATM网络连接ATM网络采用面向连接的呼叫接续方式，通信前必须在源端和目的端之间建立“连接”。需要强调的是，这个“连接”也不同于电路交换中的电话呼叫接续过程，ATM网络连接是一种“虚连接”。所谓“虚连接”是指网络依据VCI/VPI（虚信道标识符、虚通路标识符）对信元进行处理。1.VCI/VPI用于表示信元的逻辑路由地址。取值原则：在组成一个连接的各个链路上，二者的取值是相互独立的，从而达到充分利用二者资源的目的。2.VC/VP1）VC：ATM网络链路端点之间的一种逻辑关系，是在两个或多个端点之间传送ATM信元的通信通路，可用于用户到用户、用户到网络、网络到网络的信息转移。2）VP在一条通信线路上具有相同VPI的信元所占有的子信道叫做虚通路。3.VPC/VCC——虚通路连接/虚信道连接1）VCC一个或多个级联的VC链路构成一个VCC。作用：为ATM虚信道建立一条虚电路。2）VPC一个或多个级联的VP链路构成一个VPC。作用：为ATM虚通路建立一条虚电路。9.3.4ATM信头的功能GFC（GenericFlowControl）：一般流量控制。GFC仅在UNI信头存在，因为ATM只在端设备与用户设备处进行流控制，以减少网络过载的可能性。VPI（VirtualPathIdentifier）：虚通道标识符。在ATM中，若干虚通路（VC）组成一个虚通道（VP），并以VP作为网络管理单位，相当于X.25中的逻辑信道群号（LCGN）。VCI（VirtualConnectionIdentifier）：虚通路标识符。类似于X.25中逻辑信道号（LCN），用于标志一个VPI群中的唯一呼叫，在呼叫建立时分配，呼叫结束时释放。在ATM中的呼叫由VPI和VCI共同决定，且唯一确定。PTI（PayloadTypeIdentifier）：净荷类型。用于指示信息字段的信息是用户信息还是网络信息。CLP（CellLossPriority）：信元抛弃优先级。当CLP为1时，表示当网络拥塞时可以抛弃该信元；相反，不能抛弃CLP为0的信元。HEC（HeaderErrorControl）：信头差错控制。为了提高处理效率（同时传输线路条件允许如此），ATM仅进行信头差错控制，以防VPI/VCI差错，即呼叫间串话。9.4基于ATM的B-ISDN协议模型1.平面的划分用户面、管理面和控制面（1）用户面：提供用户信息流的传输，以及相应的控制。（2）控制面：提供呼叫连接的控制功能，主要用于信令传输，完成网络与终端间的呼叫建立和撤销有关的功能。（3）管理面：性能的管理、故障的管理以及各个面间综合管理的网管协议。他提供两种功能，即面管理功能和层管理功能。2.各层的功能分层结构为物理层、ATM层、ATM适配层（AAL）和高层。1）物理层承运信息流的载体，位于B-ISDN的最底层，主要负责信元编码，将ATM层送来的逻辑比特或符号转换成相应的物理传输煤质可传送的信号，并正确地收/发这些物理信号。物理层又分为物理媒体子层和传输会聚子层。2）ATM层异步传递方式层，位于物理层之上。负责生成与业务类型无光的、统一的信元标准格式，提供ATM业务数据单元的公共传送功能。ATM层利用信头中各个功能字段可实现下列四种功能。信元的复用与分解、利用VPI/VCI寻路、信头的产生和提取、一般流量控制。3）ATM适配层介于ATM和高层之间，执行高层协议的适配，负责将高层的信令或不同类型业务的用户消息分段适配成ATM信元。4）高层各种业务的应用层，提供不同业务的特点，完成端到端的协议功能。9.5ATM交换机9.5.1ATM交换机的任务1.宽带业务对ATM交换机的要求（1）多速率交换（2）多点交换（3）多媒体业务支持1）信元丢失/信元误码率2）连接阻塞率3）交换时延