第七章交换技术基础要点
ATM交换技术

第七章ATM交换技术本章教学基本要求:1.了解ATM的定义及信元结构;2.理解虚信道和虚通路;3.理解ATM协议分层结构;4.理解ATM交换的基本原理;5.理解ATM连接的建立和清除;6.掌握ATM交换机的组成;7.掌握ATM交换结构。
本章教学主要内容:一、ATM的基本概念二、B-ISDN/ATM协议三、ATM交换的基本原理四、ATM交换机的组成五、ATM交换结构六、ATM连接建立和清除一、ATM的基本概念1.ATM的定义ATM(Asynchronous Transfer Mode),即异步转移模式,被ITU-T定义为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。
术语“转移”包括了传输和交换两个方面,所以转移模式是指信息在网络中传输和交换的方式。
“异步”是指在接续和用户中带宽的分配方式。
因此,ATM就是在用户接入、传输和交换级综合处理各种通信量的技术。
2.ATM的信元结构ATM信元的长度是固定的,而且信元的长度较小,只有53字节,分为信头和净荷两部分,信头为5个字节,净荷为48个字节。
ATM信元的信头内容在用户-网络接口(UNI)和网络节点接口(NNI)中略有差别,如图7.1所示。
(1)GFC:一般流量控制,4比特。
仅用于UNI接口,用于控制ATM接续的业务流量,减少用户边出现的短期过载。
只控制产生于用户终端方向的信息流量,而不控制网络方向的业务流量。
(2)VPI:虚通道标识,其中NNI为12比特,UNI为8比特。
(3)VCI:虚通路标识,16比特,标识虚通道内的虚通路,VCI与VPI的组合来标识一个虚连接。
(4)PTI:净荷类型指示,3比特,用来指示信元类型。
(5)CLP:信元丢失优先级,1比特。
用于信元丢失级别的区别,CLP为1,表示该信元为低优先级,为0则为高优先级,当传输超限时,首先丢弃的是低优先级信元。
(6)HEC:信头差错控制,8比特,监测出有错误的信头,可以纠正信头中1比特的错误。
第7章 ATM交换技术

制作:邵黎
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第7章 ATM交换技术
三、ATM信元传送处理的基本原则
1.信息发送顺序
从字节1起始,8bit的字节以增序方式
发送;对于各域而言,首发比特是最高有
效位(the Most Significant Bit,MSB)。
对信息域不采取任何纠错和检错措施。
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第7章 ATM交换技术
缺省方式
纠正信头的 一位错码。
接收端信头差错控制方式
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第7章 ATM交换技术
3.信元定界方法
由于信元之间没有使用特别的分割 符,信元的定界也借助于信头差错控制 HEC字节实现。 三种不同的状态: 搜索态、预同步态和同步态。
PBX
PBX
NNI
专用UNI ATM网络 工作站
公用ATM交换机
高清晰度电视
家用电话
B-ISDN
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第7章 ATM交换技术
异步转移模式ATM是一种采用异步时 分复用方式、以固定信元长度为单位、面 向连接的信息转移(包括复用、传输与交 换)模式。
信元的格式与业务类型无关,任何业 务的信息都经过分割后封装成统一格式的 信元。用户信息透明地穿过网络(即网络对 它不进行处理)。
ATM 交换机 UNI
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电话 数据 图像
ATM 复用系统
第7章 ATM交换技术
公共电话
LAN
用户家区 专用UNI ATM交换机 专用UNI
d i g i t a l
d i g i t a l
现代交换技术_07分组交换技术

7.2 X .25简介
在广域网中最先得到使用的分组网协议是 X . 25 , X.25协议定义了数据终端设备DTE和公用分组交换网之间 的接口。目前,传统的分组交换技术显得有些过时,但分 组交换是后来发展的各种数据交换技术(如帧中继、ATM 交换等)的基础,因此了解X.25协议的原理和技术对理 解帧中继、ATM交换技术是十分必要的。 X.25是在传输介质质量较差、终端智能较低、对通 信速率要求不高的历史背景下,由ITU-T的前身CCITT制 定的,包含复杂的差错控制和流量控制措施,能提供中低 速率的数据通信业务,主要用于广域互连
OSI一开始就按照电信网的思路来对待网络,坚持“网络提供 的服务必须是非常可靠的”这样一种观点,因此OSI在网络层(以 及其他的各个层次)采用了虚电路服务。 然而美国 ARPANET 的一些专家则认为,根据多年的实践证明, 不管用什么方法设计网络,网络(这可能由多个网络互连而成)提 供的服务并不可能做得非常可靠,用户主机仍要负责端到端的可 靠性。所以他们认为:让网络只提供数据报服务就可大大简化网 络层的结构。 当然,网络出了差错不去处理而让两端的主机来处理肯定会 延误一些时间,但技术的进步(光纤的出错的概率远小于电缆传 输)传输使得网络出错的概率已越来越小,因而让主机负责端到 端的可靠性不但不会给主机增加更多的负担,反而能够使更多的 应用在这种简单的网络上运行。因特网能够发展到今天这样的规 模,充分说明了在网络层提供数据报服务是非常成功的。 但是,随着因特网的迅速发展,要求因特网不仅要传输数据 信息,还需要传输对时间同步有严格要求的话音业务和视频业务, 这些业务对网络的服务质量有很高的要求,为了满足这些业务的 要求,在因特网上又出现了将无连接技术和面向连接技术紧密结 合的多协议标签交换MPLS。
现代交换原理第7章ATM交换技术

7.2.4 ATM协议参考模型
物理层
ATM层
ATM适配层(AAL)
高层
用户面
高层
控制面
管理面
面管理
层管理
7.2.4 ATM协议参考模型
B-ISDN协议参考模型由3个平面组成 用户面(User Plane): 负责用户信息的传送,采用分层结构。 控制面(Control Plane): 提供呼叫和连接的控制功能,主要涉及信令功能,也采用分层结构。 管理面(Management Plane): 提供面管理与层管理两种管理功能。面管理实现与整个系统有关的管理功能,并完成各个面之间的协调功能;层管理实现网络资源与协议参数的管理,并处理各层中的操作与维护(OAM)信息流,面管理不分层,层管理是分层的。
7.1 ATM与B-ISDN的产生与发展
研究热点
ATM交换结构 ATM网的业务流控制 话音通过ATM(VOA) IP与ATM的融合 ATM与智能网(IN)的结合 光ATM交换
7.2 ATM基本原理
ATM特点:
01
添加标题
采用了固定长度的信元,并简化了信元头功能
02
添加标题
采用了异步时分复用方式
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PT
HEC
CLP
1 2 3 4 5
字节
(1) UNI的信头结构 GFC(Generic Flow Control):一般流量控制字段,4bit,用于接入流量控制。
7.2.1 ATM信元及其结构
7.2.1 ATM信元及其结构
VPI/VCI:选路信息,唯一标识一个逻辑子信道。 VPI(Virtual Path Identifier):虚通道标志,8bit,可标识256条虚通道。 VCI(Virtual Channel Identifier):虚信道标志,16bit,可标识65536条虚信道。 PT(Payload Type):净荷类型,3bit,表示信息段传送的信息类型 CLP(Cell Loss Priority):信元丢弃优先权,1bit,CLP=0,表示高优先级;CLP=1,表示低优先级,若遇到拥塞要丢弃信元时,CLP=1的信元将首先丢弃。 HEC(Head Error Control):信头差错控制,8bit,检验信头是否出错,不检测信息段。
交换技术基础

维护管理程序(大部分) 故障诊断程序 (在外存中,平时不用, 需要时调入内存运行) 测试程序-交换机安装调测程序 非常驻程序
脱机程序
(非电话正常 接续所用程序)
软件支援程序-软件中心使用的程序
六、呼叫接续基本原理
本局内部呼叫接续过程:
用户线扫描监视及主叫摘机识别
去话分析 号码信息接收 号码分析 来话分析
隙又由8位二进制码组成,因此数字交换网络中 交换的数字信号实际上是交换一个个时隙。
数字交换网络的构成 数字交换网络由接线及复用器和分路器构成。
接线器 时间接线器 (T接线器)
空间接线器 (S接线器)
时间接线器 完成一条PCM复用线上各时隙信息的交换。
主要由话音存储器和控制存储器组成。话音 存储器是用来存储话音编码信息的;控制存 储器是用来寄存话音时隙地址的。
复用器及分路器 为提高时分复用线的复用度,扩大数字交换网络的 容量,在数字交换网的入端设有复用器,在出口设 有分路器。 交换网络利用复用器及串/并变换将多套PCM一次群
进行复接。当网络输出时经分路器完成分路及并/串
逆变换,恢复原PCM一次群。
五、程控数字交换机的软件
数字程控交换机软件的特点
实时性 并发性 可靠性
模拟用户电路功能 馈电 (B) 过压保护 (O)
振铃 (R)
监视 (S) 编译码 (C) 混合电路 (H) 测试 (T)
用户集线器 主要由一级T接线器组成,由单独的控制设备控制其 工作。 由于每对用户线忙时双向话务量很小,约为0.10—0.20Erl, 故程控交换机每个用户电路输出并不直接接入数字交换网 络,而是经过用户集线器进行话务集中后,再以数量较小, 但通话利用率却很高的链路接入数字交换网络。
第七章ATM交换技术

ATM信头功能有限,网络节点处理十分简单,提高了速度。
• 4、交换方式灵活
信元的长度小,可以用硬件和软件实现交换。
• 5、信元在网络中传送速度高
各节点只对信元的头部进行处理,信息字段保持不变。
ATM兼具电路和分组传送方式的优点 (1)ATM可以看作是电路传送方式的改进。
• ①电路传送方式中,时间划分为时隙,一个时隙传送一个用户 数据,按数据在时间位置进行区分。
物理层向上与ATM层交互信元,向下必须适配不同的传 输系统。
1.物理介质子层提供的物理接口 ITU-T和“ATM论坛”将物理接口分为三类,即基于SDH、
基于信元和基于PDH的接口。下面进行简要介绍。 (1) ITU-T制定的接口标准 ITU-T建议书I.432定义了两个基于光纤同步数字系列(SDH)
这种小而固定长度的数据单元减少了组装、拆卸信元及 信元在网络中排除等待的时延,确保更快、更简单的进行交 换和多路复用,从而支持高速的传输速率。
1 8
信元结构:定长,53个字节的信息段
从 第
字 节
位内
开发
始送
顺
序
二、ATM信元的信头格式 ATM信元在网络中的功能是由信头来实现的。网络中的各
个 节点根据信头来识别信元是属于哪一个连接。
数据通信具有一定的突发性(传输速率不恒定),因而电 路交换不适合数据业务传送的要求。虽然在技术上可以实现电 路交换的多速率、高速度的信息传送,但是信息的处理和控制 复杂,硬件设备成本很高。
• (2)分组交换技术
• 在分组交换通信网中,信息的传递以存储/转发的方式 进行,采用统计复用方法提高带宽的利用率,另一方 面为了保证数据传递的可靠性,在数据链路层采用逐 段转发、差错校正的控制措施。
交换技术基础

交换技术基础一、 交换机原理1. 交换机的地址学习第二层交换主要是依靠网络主机NIC 上的物理硬件地址(MAC 地址)完成的。
第二层交换过程通过使用MAC 地址在底层实现了信息交换。
交换机通过使用大规模集成电路的ASIC 来进行全线速的数据建立与维护。
在二层交换中,交换机在数据传递过程中不检查第三层网络层的报头信息,而是直接由第二层数据链路帧结构中的MAC 地址来决定数据的传递方向。
这样所有交换过程几乎都没有软件的参与,效率提高。
交换机通过读取所传输的数据帧的源MAC 地址和记录帧进入的交换机的端口来学习网络上每台设备的地址。
然后,交换机将这些信息添加到它的转发数据库或MAC 地址表中。
地址是动态学习到的。
也就是说,当交换机读取到新的源地址是,它就学习到了新地址,交换机就会把该地址存储在内容可寻址存储器(CAM ,Content Addressable Memory ,即交换机的地址表)中。
当在CAM 中没有传送包的源地址时,它被学习并存储以备将来使用。
每次存储时,地址都被打上时间标记。
每次地址被引用或在CAM 中找到,它都将收到一个新的时间标记。
那些一段时间内还没有被引用的地址将从列表中移走。
通过移走过时的或老的地址,CAM 维护了一个精确和有用的转发地址数据库。
当更换一台设备的网络接口卡时,这一点就显得尤为重要。
我们以具体事例来说明交换机的地址学习过程。
交换机重新启动后,其MAC 地址表会被自动清空,即交换机初始化时MAC 地址表是空的。
已知交换机上连接四台主机,交换机处于刚开机的促使化状态,MAC 地址表为空,如下图所示。
这时,主机A 准备好了数据帧要发送给主机C ,A 发送的帧要将穿过交换机。
当这ACB D 0058.4c5c.1111 0058.4c5c.44440058.4c5c.33330058.4c5c.2222个帧穿过交换机的时候,交换机会查看它的MAC 地址,以发现源MAC 地址并将其和对应端口存储到交换机的MAC 地址表中。
现代交换技术知识点梳理

第一章绪论(2学时)本章重点:电话交换网结构、电话机结构及工作原理、程控数字交换机的基本结构及工作原理。
本章难点:电话机的工作原理、程控数字交换机的工作原理。
2学时知识点层次教学要求互连通信网络I了解初级互通网络、交换机互连网络、电话交换网结构。
电话机结构及工作原理Ⅱ掌握电话机的基本结构及工作原理和通信过程。
交换机结构及工作原理Ⅲ熟悉程控数字交换机的基本结构及工作原理和通信过程。
交换技术的发展概况I了解交换技术的发展历程。
下一代网络的体系结构Ⅱ掌握下一代网络的体系结构及特点。
第二章电路交换技术(10学时)本章重点:电路交换系统的硬件结构、电路交换机的基本功能、时分交换单元、空分交换单元、TST交换网络、DSN交换网络、数据驱动的程序流程结构、时间表调度方式、信令处理程序、交换系统性能评价指标。
本章难点:电路交换机的基本功能、时分交换单元、空分交换单元、TST交换网络、DSN交换网络、数据驱动的程序流程结构、信令处理程序流程。
2学时知识点层次教学要求电路交换技术的特点I了解电路的定义和电路交换技术的特点。
电路交换机的分类I了解电路交换机常用的分类方法。
电路交换呼叫接续过程Ⅱ掌握电路交换呼叫接续过程的三阶段和信令交互关系。
电路交换系统的硬件结构Ⅲ熟悉程控数字交换机的硬件功能组织结构。
电路交换机的基本功能Ⅲ熟悉程控数字交换机各组成模块的基本功能。
2学时知识点层次教学要求数字交换网络I了解数字交换网络的作用和特点。
共享存储器时分交换单元Ⅲ熟悉共享存储器型时分交换单元的电路组织结构。
空分型交换单元Ⅲ熟悉空分型交换单元的电路组织结构。
共享总线型时分交换单元Ⅲ熟悉共享总线型时分交换单元的电路组织结构。
CLOSE交换网络模型Ⅱ掌握CLOSE交换网络模型及3级可重排无阻塞CLOSE网络。
2学时知识点层次教学要求TST网络工作原理Ⅱ掌握TST网络工作原理及建立双向通路过程。
TST网络电路组织结构Ⅲ熟悉TST交换网络电路组织结构。
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具有随机性和波动性。
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用户的电话呼叫完全是随机的,因此话务量是一个随机变量。
时间T内的话务量A:
A=C×t 其中,C——T内发生的呼叫次数; t——每次呼叫的平均占用时间。 话务量的单位为爱尔兰Erl 或小时呼TC。 也可用分钟呼(cm)或百秒呼(ccs)表示: 1Erl=1TC=60 cm=36 ccs
7.1 话务量基本概念
7.1.1 话务量定义
1、什么叫话务量 电话用户进行通话要占用电话交换机的资源(交换网络、 中继线、处理机、信令设备等)。 用户通话次数的多少和每次通话时间都从数量上说明了用户 需要使用电话的程度,或者说交换机资源被占用的程度。
话务量:从数量上表明用户或中继线占用交换机资源的程度,
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4、原发话务量和完成话务量 原发话务量:流入到交换网络的输入线上的话务量。 Ao ——Offered traffic 完成话务量:在输出端送出的话务量,已完成接续。 Ac——Carried traffic 损失话务量:原发话务量与完成话务量之差,即由于交换 网络有阻塞而遭受损失的话务量。 AoB—Lost traffic
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话务量强度(话务流量):单位时间内流过的话务量
A1=A/T=C×t / T (7-2) 考虑交换局的机线数量时,总是以忙时话务量为基本数据。 通常所说的话务量,即指电话局在忙时的话务量强度, 是一个平均值——随机性。
例、设一个用户在2hr内共呼叫5次,每次呼叫的保持时间为
(7-1)
例、某交换机在一小时内共发生250次用户呼叫,每次呼叫的平均 占用时间为3分钟。则在这一小时内该交换机承受的话务量为: A=Ct=250×3/60=12.5Erl
交换系统能承受的话务量由交换网络可同时连接的话路数决定
现代局用数字交换机的话务量可达数万Erl以上。
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2、忙时、忙时呼叫和忙时话务量 交换局一昼夜期间所承受的话务量,即平均同时占用数, 是变化的——波动性。 一昼夜时间内,话务最繁忙的一小时称为忙时。
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Байду номын сангаас
7.1.3 爱尔兰呼损公式及其应用 对于交换节点,若呼叫到达是泊松过程,中继线是全利用度 线束,系统发生呼叫阻塞时,按明显损失制处理,则该系统达到 统计平衡状态时,可使用爱尔兰公式:
En ( A) An n! Ai i!
i 0
n
其中,A--原发话务量(爱尔兰);n--输出线数 En(A)--呼损,同时有n个呼叫的概率,即n条出线全被占用, 拒绝新呼叫造成的呼损。
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线束按以下标准分为两类:
线束容量M——输出线数量 利用度D——每条输入线能达到的输出线范围 1、全利用度线束 线束中的任意一条出线能被任一条入线所达到,M=D, 只要有空闲出线即可接续,数字交换机采用。
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2、部分利用度线束 任意一条输入线不能达到所有出线中的任意一条,只能达到 部分出线,D<M。 可能产生内部阻塞,即使输出线空闲也不能立即实现接续。 对应明显损失制和等待制两种情况。
可用于开局时,在已知话务量和规定QoS的情况下计算所需
输出线数;也可用于故障诊断和确定忙时。
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例1:一个交换机,其交换网络接1000个用户终端,每个用户 忙时话务量为0.1Erl,该交换机能提供123条话路同时接受123个 呼叫。求该交换机的呼损和线路利用率。 解:∵电路交换采用明显损失制 且,123条话路可同时接受123个呼叫→M=D全利用度线束 →符合爱尔兰公式应用条件 交换机的总话务量为 Ao=0.1 Erl×1000=100 Erl; 输出线数n=123;查爱尔兰表,可得呼损 E123(100)=0.3%。 话务流量损失 Ao×E=0.3%×100=0.3 Erl; 完成话务量Ac=Ao×(1-E)=99.7% ×100=99.7 Erl 通过了该交换机内的123条话路 ∴每条话路负荷99.7/123=0.8 Erl话务量,即 忙时出线利用率 {((1-0.3%)×100Erl)/123}×100%=80%。
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3、呼损概率 呼叫损失(呼损):在用户的一次呼叫过程中,由于在交换网络 中找不到空闲输出线或控制系统过负荷,而未能完成呼叫接续。 呼损是偶然事件,所以叫做呼损概率。 对待呼损有两种不同处理方式: (1)明显损失制:如果用户呼叫不能立即接通时,公用交换设备 不再受理这次呼叫,用户立即听到忙音,表示本次呼叫遭到损失 需重新摘机呼叫,如电路交换; (2)等待制:用户呼叫不能立即接通时,不是立即听忙音而是等待 公用交换设备空闲时给予接续。接通顺序按排队系统。 不需重新呼叫,如分组交换,客服电话。
第
7章
交换技术基础
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目前,电话业务仍是电信业务的主要内容。设计电话局交换 设备(交换网)及局间中继线配备数量时主要根据设备所要承受的 电话业务量(话务量)及规定的QoS (阻塞程度) 。 QoS:交换设备未能完成接续的电话呼叫业务量与用户发出的 电话呼叫量之比,即呼叫损失率。呼损越低,服务质量越高。 研究话务量、呼损与交换设备数量间固有关系的理论即为话务 理论。最早从事话务量研究的丹麦学者 A.K.Erlang在1909年发表了话务理论的经典著作。
明显损失制中,Ac=Ao(1-B)=Ao-AoB 其中, B——呼损,正常情况下很小,如规定1%或5‰,因此 通常在工程中不严格区分Ac或Ao;但设备超负荷时较大。
等待制中,Ac=Ao
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7.1.2 线束的概念 交换网络是若干输入线和能被这些输入线达到的若干输出线之 间的交叉矩阵。输出线可以组成一个或几个线束,满足: 入线上发生呼叫时,能接续到指定路由的一条空闲出线上去 任意一对输入-输出线上只允许有一个呼叫。
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数字程控交换技术出现后,话务交换网络可实现无呼损。 影响交换系统QoS的因素除公用设备的数量外,还有处理机
的处理能力。 通信业务从语音拓展到数据、多媒体后,将输入信息统称 通信呼叫。话务理论发展为通信业务量理论,研究QoS与所需 通信设备间的关系。
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800s,300s,700s,400s,50s。求该用户的话务量A和话务量强度A1 解: ∵T=2hr,C=5,t=(800+300+700+400+50)/5=450s=0.125hr ∴A=C×t=0.625Erl ∴ A1=A/T=0.625/2=0.315Erl (≤1,表现单个用户的占用率)