现代交换原理与技术第8章 ATM交换技术
现代交换原理及技术--整理版
第一章1、无连接网络和面向连接网络的特点：面向连接适用于大批量、可靠数据传输业务，但网络控制较复杂；无连接方式控制简单，适用于突发性强、数据量少的业务。
2、已经出现的交换技术有哪些？各有何特点？电路交换、分组交换、快速分组交换、ATM交换、网络交换A、带宽固定，电路利用率低。
实时性强。
无过失控制，不适于数据传输。
基于呼损制方式工作。
B、采用存储/转发方式，支持异种终端间的可变速率通信要求采用统计时分复用，线路利用率高具有过失控制功能，传输可靠性高经济性好C、快速分组交换进一步简化协议，只保存核心功能，以提供高速、高吞吐量、低时延的效劳D、固定长度的信元、面向连接、异步时分〔ATD〕交换E、交换是将第二层交换和网络流量管理能力与第三层路由功能的灵活性和可扩展性结合在一起的交换技术。
3、比拟电路交换、分组交换、ATM交换的异同电路交换是最落后的交换方式，先要建立电路连接〔可以使虚拟电路〕，然后进展数据交换，数据交换完毕之后释放电路。
这种方式交换方式比拟可靠，但是网络利用效率很低。
现在一般不采用这种这种交换方式了。
分组交换是现在最常见的交换方式，它是把一个数据报分成假设干个片段，然后分别同时发送，每个数据片段所经过的线路路由可能是不一样的，每个数据片段走什么路由要根据网络的具体情况和所使用的路由协议来决定。
到达目的节点之后，再把所有数据片段重新组装好。
这种交换方式的线路使用效率很高。
ATM通信技术将现有的线路交换方式数字通信方式与分组通信方式加以综合。
首先， ATM允许凭借信元标记定义和识别个人通信；就此而论，ATM装配普通的分组传输方式。
第二，ATM与分组方式通信严密相连，因此，它只有当有业务要传送时才利用带宽。
第三，像分组交换一样，在呼叫建立阶段，ATM支持效劳质量(QoS)协商，并通过在多种连接中共享其传输媒体而支持虚电路的利用。
但是也有明显差异，因为分组方式一般利用可变长度的分组，而ATM则将固定长度分组的ATM信元作为其根本的传输媒介。
现代交换原理 第8章 IP交换技术
IP交换的基本原理（3）
3）收到下游节点通知
同时，下游节点要求建立ATM直通链接。通知 下游节点分配的虚通道标识，之后，IP交换机 将属于该数据流的信元在指定虚通道上传送到 下游节点。
ATM直通连接上传送分组
IP交换控制器指示ATM交换机建立相应输入 和输出端口的虚通道连接，建立起ATM直通连 接，属于该数据流的信元就在ATM连接上以 ATM交换的速度在IP交换机中转发。
8.4 多协议标记交换——MPLS 什么是MPLS MPLS网络体系结构及相关基本概念 MPLS基本交换原理 交换节点LSR体系结构及工作原理
什么是MPLS
MPLS是利用标记进行数据转发的。当分组进入 网络时，要为其分配固定长度的短的标记并将标 记与分组封装在一起，在整个转发过程中，交换 节点仅根据标记进行转发。
转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class）
相关概念
标签边缘路由器（TER：Tag Edge Routers）
位于标签交换网络的边缘。负责给进入网络的数据分 组加上标签，并负责将离开网络的数据分组的标签去 除，对数据分组进行第三层转发。
TER使用标准的路由协议来创建转发信息库（FIB）。 TER根据FIB的内容，使用标签分发协议（TDP）向 其它TER或标签TSR分发标签。
0
LSR1
Q（ RE
1
) .8 65
) (2 L BE LA
0 2
LER1
1
出端口
8) EL( LAB
路由表 目的地址前缀 下一跳入端口 LER0 LSR0 LSR2 LER1 65.8 65.8 65.8 65.8 LSR0 LSR2 LER1 0 0 0 0 1 2 1 ----
现代交换原理ATM交换技术
7.2.1 ATM信元及其结构
1、信元结构 信元（53字节）由信头（5字节）和信息段
（48字节）组成。
发送次序 8765432
发 送
信头（5字节）
次
序
…
1 比特 1
5 6
信息段（48字节）
……………….
53 字节
7.2.1 ATM信元及其结构
2、信头结构
B-ISDN
UNI
NNI
UNI
UNI：用户-网络接口，接入流量控制。由于BISDN的UNI接入的终端数量可以很多，需要控制 流向网络的流量，以避免网络的短期过载
➢ 1994年投入运营的美国北卡罗来纳信息高速公路，是美国第一个在 州的范围内的公用ATM宽带网。
➢ 在欧洲由法国、德国、英国、意大利和西班牙等国发起的泛欧ATM 宽带试验网，于1994年11月开始运行，后来扩大到欧洲的十多个 国家，是覆盖面较广的ATM试验网
➢ 在亚洲的日本NTT与邮政省、香港电讯、新加坡电信、韩国电信、 泰国的亚洲电信以及中国的广东、北京和上海电信管理局也进行过 以ATM为基础的宽带网试验。试验的业务平台有基于TCP／IP的宽 带数据、VOD、会议电视。试验的应用系统大致有家庭购物、远程 医疗、远程教学等。
B-ISDN网对传送模式的要求 对信息的损伤要小
o 具有时间透明性 o 具有语义透明性 能灵活地支持各种业务 具有高速传送信息的能力
7.1 ATM与B-ISDN的产生与发展
ATM融合了CTM和PTM的特点 （1）ATM看作CTM的改进 （2）ATM看作PTM的改进
7.1 ATM与B-ISDN的产生与发展
➢ 80年代中期，CCITT也开始了这种新的传送模式的研究。 ➢ 1988年，CCITT 18研究组决定采用固定长度的信元，定名为
现代交换技术ATM交换
现代交换技术
特点：
① 复用基本单位：信元(信元头标记出不同用户的信 元)
② 具有同样标记的信元呈现出一种无规则的再现模式。 (即它不对应某个固定时隙，也不周期性地出现，它和 时域的位置之间没有任何关系，信息只按信头的标记来 区分，为此称为标记复用)
③ 每路信元的再现频次决定于该路业务所要求的比特 率。(比特率高的业务信元再现的频繁，集中；比特率 低的业务信元再现的稀疏)
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现代交换技术
7.1.5. ATM交换原理
ATM是面向连接的，具有电路交换和分组交换的双 重性。
① 它需要在通信双方间建立连接，通信结束后再通过 信令来拆除连接(具有电路交换特点，但却采用了异步时 分复用)。
虚通路VC(Virtual Channel)
表示单向传送ATM信元的逻辑通路
VCI(Virtual Channel Identifier)：虚通路标识，标识一 条具体的VC链路。
VC链路：两个相邻ATM实体间的一条虚通路。
VCC：虚通路连接，级联的VC链路组成
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现代交换技术
7.1 ATM的基本概念
7.1.1 ATM的含义
ATM：异步转移模式（Asynchronous
Transfer Mode ）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。
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ATM交换技术
第一章ATM技术概述1.1引言在现代社会中，人们需要传递和处理的信息量越来越大，信息的种类也越来越多，其中对会议电视、高速数据传输、远程教学、VOD等宽带新业务的需求正迅速增长。
原来的各种网络都只能传输一种业务，如电话网只能提供电话业务，数据通信网只能提供数据通信业务。
这种情况对于用户和网络运营者来说都是不方便和不经济的，人们因此提出了ISDN （Integrated Services Digital Network）的概念，希望能够用一种网络来传送各种业务。
ISDN的概念是于1972年提出的，由于当时的技术和业务需求的限制，首先提出的是窄带ISDN（N-ISDN）。
目前N-ISDN技术已经非常成熟，世界上已经有了许多比较成熟的N-ISDN 网。
但是由于N-ISDN存在着带宽有限、业务综合能力有限、中继网种类繁多、对新业务的适应性差等局限性，要求人们提出有更大的灵活性、更宽的带宽、更强的业务综合能力的新网络。
自80年代以来，一些与通信相关的基础技术，如微电子、光电子技术等的发展和光纤的传输距离和传输容量的提高，为新网络的实现提供了基础。
就是在这种环境下，出现了宽带ISDN（B-ISDN）。
B-ISDN能够满足：①提供高速传输业务的能力。
②网络设备与业务特性无关。
③信息的转移方式与业务种类无关。
为了研究开发适应B-ISDN的传输模式，人们提出了很多种解决方案，如多速率电路交换、帧中继、快速分组交换等。
最后得到了一个最适合B-ISDN的传输模式──ATM（Asynchronous Transfer Mode）。
ATM技术作为B-ISDN的核心技术，已经由ITU-T于1992年规定为B-ISDN统一的信息转移模式。
ATM技术克服了电路模式和分组模式的技术局限性，采用光通信技术，提高了传输质量，同时，在网络节点上简化操作，使网络时延减小，而且采取了一系列其它技术，从而达到了B-ISDN的要求。
1.2 B-ISDN参考模型B-ISDN的协议参考模型如图1-1所示。
现代交换技术重点整理
第1章：绪论交换的基本概念，通信网的三要素：终端设备传输系统交换系统数据通信和话音通信的区别：1，通信对象不同，数据通信实现的是计算机和计算机之间，以及人与计算机之间的通信，而话音通信实现的是人与人之间的通信。
2，传输可靠性不同，数据通信要求更高，话音相对较小3，通信的平均持续时间和通信建立响应不同，数据通信持续时间要短，建立连接的时间也短。
话音通信过程相反。
4，通信过程中信息业务量特性不同电路交换和分组交换的优缺点电路交换的主要优点：1，信息传输时延小，对一次连续而言，传输时延固定不变。
2，信息的传输效率比较高3，信息的编码方法和信息格式有通信双方协调，不受网络的限制缺点：1，电路的连续时间较长，当传输较短信息时，通信通道建立的时间可能大于通信时间，网络利用率低2，电路利用低3，通信双方在信息传输，编码格式，同步方式，通信协议等方面要完全兼容，限制了各种不同速率，不同代码格式，不同通信协议的用户终端的互通4，有呼损，可能出现由于对方用户终端设备忙或交换网负载过重而呼叫不通第2章：交换单元与交换网络1）连接的三种表示形式（函数表示形式，排列表示形式，图像表示形式）及它们间的相互转换2）T、S接线器及TST网络的工作原理3）Clos无阻塞网络基本结构和条件Clos网络结构：两边各有r个对称的m*n矩形交换单元，中间是m个r*r 的正方型交换单元。
每个交换单元都与下一级的各个交换单元有连接且仅有一条连接。
m,n,r是整数决定了交换单元的容量，称为网络参数记作C（m,n,r）三级clos网络无阻塞的条件：m>=2n-1.4）Banyan网的构成方法、自由选路的概念以及阻塞情况判断第3章：电路交换技术及接口电路电路交换呼叫接续过程：三个阶段：1，呼叫建立2，消息传输3，话终释放电路交换系统的基本功能：连接、信令、终端接口、控制功能。
模拟用户接口的七大功能：能对7个基本功能做简单解释。
1、馈电：所有连接在交换机上的电话分机用户，都由交换机向其馈电。
现代计算机网络原理ATM交换技术
3
基于异步传输
ATM交换技术以异步方式传输数据，使得不同类型的数据可以在同一个网络上进 行传输。
ATM交换技术的特点和优势
高速传输
ATM交换技术能够以高速率传输数据，满 足多媒体应用对带宽和实时性的要求。
多路复用
ATM交换技术可以同时传输不同类型的数 据，提供灵活多样的应用支持。
可靠性和可伸缩性
ATM交换技术具有良好的可靠性和可伸缩 性，可以适应不同规模的网络和流量需求。
2 ATM交换技术的背景
ATM交换技术的发展源于对传统电路交换技术的限制和需求的变化，它可以更好地满足多 媒体数据传输的需求。
ATM交换技术的工作原理
1
虚电路交换
ATM交换技术使用虚电路交换模式，通过建立虚电路来实现数据传输。
2
分组交换
数据被分成固定长度的小组（称为ATM单元）进行交换，提供高效的数据传输。
现代计算机网络原理ATM 交换技术
在现代计算机网络原理中，ATM交换技术起着重要作用。本节将介绍ATM交换 技术的定义、背景和工作原理，并探讨它在网络通信中的特点、优势以及应 用领域。同时，还将展望ATM交换技术的未来发展趋势。
ATM交换技术的定义和背景
1 什么是ATM交换技术？
ATM（Asynchro no us Transfer Mo d e）交换技术是一种高速、多路复用的数据传输技 术，应用于计算机网络中。
教育行业
ATM交换技术在教育领域中支持远程学习和在 线教育。
ATM交换技术的未来发展趋势
1
更高带宽和更低延迟
随着技术的进步，ATM交换技术将
网络与云服务融合
现代交换技术简介
程控交换技术与设备（第2版）
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8.1 宽带交换技术 8.1.2 ATM交换原理
1．时分交换结构 常用的时分交换结构包括总线结构和共享存储器结构。 （1）总线结构。
程控交换技术与设备（第2版）
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8.1 宽带交换技术 8.1.2 ATM交换原理
电信号可以改变器件的“透明”程度，使入射的光信号全部通过、部
分通过或全部不通过该器件，以此用做光信号的通断控制。一个光调 制器由二维光控制，并由二维光调制器矩阵构成，它是利用磁光效应 制成的。
程控交换技术与设备（第2版）
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8.2 光交换技术 8.2.6 光交换机的发展
（1）时分复用方法。在时分交换结构中，各路输入信号首先被复用成
一路信号，然后送交换部件。不同输入信号的复用方法不同。 （2）时分交换。在同步时分复用信号中，各单路数字信号由其在时间 上的不同位置予以区别。改变其在时间轴上的相对位置，相当于对各 单路数字信号进行了交换。
1．光空分交换
光空分交换是按空间顺序排列的各路信息进入空分交换网络，网络对
信号的空间位置重新排列后输出，完成交换。 2．光时分交换 在光时分交换中，按时间顺序安排的时分复用各路光信息进入时分交 换网络后，在时间上进行存储或延迟。
程控交换技术与设备（第2版）
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8.2 光交换技术 8.2.3 光交换的基本原理
3．光波分交换 光波分交换中的每个波长代表不同的信道，信息在不同的波长间进行 交换，从而实现波长信道的交换功能。 光波分交换系统具有两大特点： （1）专用波长信道的比特率独立，各种速率的宽带信号能无困难地进行交换。 （2）交换控制电路不必高速运行，传输的低速电子电路可作为控制电路使用。
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N-ISDN和 B-ISDN的区别
2017/7/11
6
8.1 引言
传送模式
通信网中使用的传输、复用和交换方式的整体叫做传送模式
B-ISDN网对传送模式的要求
对信息的损伤要小 具有时间透明性(信息传送的时延和时延抖动要小 ) 具有语义透明性(由传送引起的信息丢失和差错要小) 能灵活地支持各种业务 具有高速传送信息的能力
ATM（异步传递方式：Asynchronous Transfer Mode）
2017/7/11
7
8.1 引言
ATM技术的产生
20世纪80年代后，要求LAN的互联越来越多。同时随着多媒体技术 的出现，人们对可视图文、视频电话、视频会议、图像传输等通信 业务需求迅速增加，对带宽的需求也越来越高。使得B-ISDN (Broadband-ISDN, 宽带综合业务数字网) 标准问世。 当时的电路交换（circuit switching）和分组交换（packet switching ）技术分别以两个独立的网络实体为人们提供两类性质不同的电信 业务，即实时话音和非实时数据业务。但随着信息活动的丰富，人 们越来越迫切需求通信网络把话音、数据和图像结合起来并以一种 统一的接入方式提供综合的多媒体服务。 人们从改进电路交换使其灵活适配不同速率业务以及改进分组交换 满足实时性业务要求的角度出发，研究出了一种结合电路交换和分 组交换两种技术优点的高速传递技术，即ATM交换技术。
2017/7/11 9
8.1 引言
1994 年投入运营的美国北卡罗来纳信息高速公路，是美
国第一个在州的范围内的公用ATM宽带网。
在欧洲由法国、德国、英国、意大利和西班牙等国发起
的泛欧ATM宽带试验网，于1994年11月开始运行，后来扩 大到欧洲的十多个国家，是覆盖面较广的ATM试验网
在亚洲的日本 NTT 与邮政省、香港电讯、新加坡电信、
韩国电信、泰国的亚洲电信以及中国的广东、北京和上海 电信管理局也进行过以 ATM为基础的宽带网试验。试验的 业务平台有基于 TCP／IP的宽带数据、VOD、会议电视。 试验的应用系统大致有家庭购物、远程医疗、远程教学等
2017/7/11 4
8.1 引言
提出用单一网络支持不同类型的业务
随着数字技术的发展，在1976年CCITT(现名为ITU—T)开始研究用 单一网络支持不同类型的业务
ISDN网
N-ISDN的出现 1980年出现了N-ISDN，当时由于技术的限制，提供的业务速率 一般不超过2Mb/s。实现话音和数据在同一网络上的传递。 科技的发展和信息量爆炸式增长——多媒体业务的出现 N-ISDN的局限性 传输速率低，交换模式限制了具有更高速率和可变速率业务 的提供，已不能适应通信网发展的需要。 B-ISDN的提出 ITU-T提出B-ISDN的概念；能够提供具有更高传输速率的传 输信道；更先进的传送模式。
第8章
引言
ATM交换技术 目 录
ATM技术的产生、发展；ATM的标准化组织及其研究热点
异步转移模式基础
异步传送模式 ATM信元结构
ATM体系结构
参考模型
ATM信元传送处理原则 ATM交换技术
ATM交换机的组成、ATM交换的基本原理
பைடு நூலகம்
ATM网接入方式
2017/7/11 1
2017/7/11 5
8.1 引言
B-ISDN的目标
一个综合的、通用的网络来承载全部现有的和将来可 能出现的业务
尽管N-ISDN和 B-ISDN的名称相似，但各自的信息表 示、交换和传输方式根本不同
N-ISDN是以数字式电话网为基础，采用电路交换方式 B-ISDN则是真正意义上的综合，采用信元中继方式， 即ATM技术
2017/7/11 2
第8章
本章重点
ATM交换技术
本章重点难点
ATM基础知识； ATM的特点、ATM信元结构； ATM的体系结构； ATM交换的基本原理； ATM交换系统与电路交换、组交换的比较； ATM网与现有网络的互连方式及用户接入方式。
本章难点
难点是ATM体系结构
2017/7/11 3
8.1 引言
信息的种类
话音、文字、图形、图像 视频、动画
人类信息的多样性与单一业务网络之间的矛盾 20世纪80年代以前电信网的现状
在ISN产生以前，每一种通信网（现在还在应用）都是专为一种特定的业 务而设计的，这些网络往往完全不适应于其它业务。这种业务专门化的一 个重要后果是大量世界范围内的独立网并存，而每一种业务都需要自己的 设计和维护，并且，还会造成资源浪费，因为每一种网络的规模都按照一 种特定的业务类型来设计，即使一个网络中有空闲的资源也不能被其它类 型的业务应用。所以，无论是在经济效益方面，还是应用灵活性方面，专 一的通讯网都不能满足要求 当时电信网按照电信业务的特征组建各种类型的业务网，每个业务网都有 其各自的网络拓扑结构、接口标准、信号规范、编号方案，因此，以往电 信网实际上是由各种业务网混合组成的叠加网。
2017/7/11 8
8.1 引言
ATM与B-ISDN的发展
1983年，美国贝尔实验室提出了快速分组交换（FPS—— Fast Packet Switching）原理，研制了原型机；同年，法 国提出了ATD交换概念，并在法国电信研究中心（CNET） 研制了演示模型。FPS和ATD概念提出以后，很多设备制 造公司、邮电管理部门和标准化组织表示了强烈的兴趣， 进行了深入的研究。 80年代中期，CCITT也开始了这种新的传送模式的研究。 1988年，CCITT 18研究组决定采用固定长度的信元，定 名为ATM，并认定B-ISDN将基于ATM技术。 1990年，CCITT 18研究组制定了关于ATM的一系列建议 ，并在以后的研究中不断地深入和完善。
第8章
ATM交换技术
本章主要内容
ISDN的产生与发展 ATM技术的产生、特点； 异步转移模式； ATM信元结构； ATM的体系结构； ATM信元传递处理原则； ATM交换机的组成以及ATM交换的基本原理； ATM网与现有网络的互连方式及用户接入方式。
本章系统介绍了B-ISDN采用的核心技术—ATM技术