第七章ATM交换技术

问题一： ATM产生的背景。
常用信息传递方式
• （1）电路交换技术
• 电路交换在信息传输时必须先在端与端之间建立一条的信道， 此信道是按时隙周期性分配的，时隙的插入、分解比较简单， 可以用高速的硬件实现。
• 优点：信息在通路中传输时延和时延抖动很小，可提供实时的、 信息连续传送的通信业务。 • 缺点：通路的建立的时间长，存在速率固定、网络利用率低等 缺点。 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。
• 在 ISN 产生以前，通信网都是为某一个特定的业务服务的， 网络之间对不同的业务互不适应，无论从经济效益还是灵活 性，专一网都不能满足电信网发展的要求。 • 在 1980 年，推出了 N-ISDN （综合业务数字网），提供的速 率一般情况下均不超过2Mbit/s。 • 20世纪80年代以后，通过广域网实现LAN互联越来超多，多 媒体业需求的出现使电信网络遇到问题。提出宽带业务数字 网（B-ISDN）。
处理各层间 协调，无分 层结构
物理层
3个平面：用户面、控制面、管理面.3个功能层：物理层、ATM层、ATM适配层
1. 各个层的功能：
上图比较抽象，为了加深理解，我们在 各个层面中放入可能的相关协议。
用户平面(U平面) 负责提供用户信息传送、流量 控制和恢复操作
控制平面(C平面) 负责建立网络连接和管理 连接，以及连接的释放；使 用永久虚电路(PVC)时不需 要控制平面。
•速率为622.08 Mb/s的STM-4。
ITU-T还定义了下列电气和物理接口速率标准，见表7-3。
表7-3 ITU-T制定的接口速率
接口名称 DS1 E1 DS2 E2 E3
速 率 1.544 Mb/s 2.048 Mb/s 6.312 Mb/s 8.448 Mb/s 34.368 Mb/s DS3 E4
• ATM参考模型
呼叫连接 与控制
用户信息传输、流 量控制和差错恢复
面管理 层管理 用户平面 高层 ATM适配层 （AAL）
控制平面 用户业务和信令 上层信息与ATM 信元间的转换 信元交换和复用 解复用 帧结构、物理介 质 高层 ATM适配层 （SAAL）
分别管理各层 协议实体中的 资源和参数
ATM层
VPI/VCI——虚通路标识/虚信道标识：
VPI和VCI是信元结构中的重要部分，用于表示信息的路 由，交换机通过识别VPI和VCI，确定把信元送到哪一条线路 上。 异步传递方式中，使用了虚通路VP和虚信道VC的概念。 虚通路，就是将一条物理通道划分成一定数量的组/群，称 作虚通路(VP)，再把每个VP细分成若干虚信道(VC)。分别用 VPI、VCI进行标记。
PT定义了8种载荷类型，如下：
CLP——信元丢弃优先权 在ATM中，若网络中发生了拥塞，节 点可以丢弃到来的信元。优先级低的信元 先于优先级高的信元丢弃。
CLP=0，表示高优先级； CLP=1，表示低优先级。
HEC——信头差错控制 为8个比特，信头差错控制。用于ATM 信元头差错的检测和纠正以及信元定界。 HEC采用的是一种循环冗余码CRC， 用于信元头校验码，保证正确传输。
网络链路质量高，网络内部没有针对差错的控制措施，只有端到端 的差错控制。
• 2、传输质量高
ATM以面向连接的方式工作，在信息传递前，先建立一个逻辑虚连 接，进行网络带宽资源的预留，若不能提供相应的带宽，则不会建立连接。 传递结束后，拆除虚连接。这种方式可以保证信元的丢失率，保障传输质 量
• 3、带宽高
VPI VPI VPI
图7.8 VPI与VCI的概念
VPI 传输路径 VPI VPI
VCI VCI VCI
VPI/VCI在用户建立连接时分配，并 在信息传输途经的ATM交换结点上建立 输入/输出映射表；传输信元时，交换机 根据信元头的VPI/VCI查映射表，形成新 的VPI/VCI，填入信元头。
PT——载荷类型：
占3个比特，标识ATM信元运载的类型： 当PT=0XX时为用户数据 当PT=1XX 时为操作管理和维护数据 PT第二位： 当首位=0（即用户信息） 第二位用于拥塞指示（0－未拥塞，1－拥塞），由交换机根 据当前状况设置； 当首位=1（即管理信息） 第二位=0表示操作管理信息；第二位=1表示资源管理信息。 PT的第三位： 为0，表示这个信元是用户数据的结束 为1，表示这个信元是用户数据的开始或是中间信元。
VPI ：虚通道标识 PTI ：净荷类型 HEC：信头误码控制
GFC——一般流量控制域：
一般流量控制字段（4个比特），用于共享 传输媒体的多个终端接入的流量控制。
GFC能在保证 通信质量的前题下，公平而有 效的处理各个终端的信元发送请求，控制产生于 用户终端方向的信息流量，减少用户侧的短期过 载。
1、信元差错控制 信元最后一个字节设置为HEC字段，它的功能是检测多比 特错误，纠正单比特错误。HEC是利用生成多项式(x8+x2+x+1) 对信头前4个字节进行除法运算，将其余数与01010101模2加 后所得到的值。在接收端，利用这一算法即可检测出多比特误 码，纠正单比特误码。
问题二： ATM定义及ATM方式的特点。
ATM的概念 ATM的具体定义为：ATM是一种传送模式，在这一模式中
用户信息被组织成固定长度的信元来传递，包含同一用户信息
的信元不需要在传输链路上周期出现（即异步方式）。
在信息转移技术中，传送方式可以分为两类：同步传送 和异步传送。同步是指“为每个连接提供周期性的、固定长度 传输时间的传送方式”，而异步是指用户信息不一定在信道上 周期出现。
• 2、比特定时
物理媒体子层和传输会聚子层这产交换数据流 时需要同步，正常模式下，发送端时钟锁定在接 口收到的定时基准时钟止，在时钟出错时，可采 用独立时钟工作模式。
• 3、线路编码
物理介质子层可以一位位的传送，也可以一次 操作一个组，也就在线路传送前，把每一个位组 转换成另外一个码制
传输汇聚子层TC 主要实现比特流和信元流之间的转换。传输汇聚子层的功 能是传输帧适配、信元速率耦合、信元定界、HEC控制、扰码 等。
问题三： ATM信元及结构？
• ATM的信元结构
一、定义 信元（Cell）又称为ATM信元，是一种53个字节组成的固定 长度的数据分组，由5个字节的信头和48个字节的用户数据 组成. 优点： 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。 从 第字 节 位内 开发 始送 顺 序 1
（1）物理介质子层PM PM在发送方向上从TC取得比特流，并把比特流在链路 上进行透明传输，在接收方向上检测和恢复接收到的比特流， 并把比特流送给TC，便于TC能够从比特流中恢复传输帧和 ATM信元。 其主要功能是提供比特流传输、对比特定时和线路编码 等方面作出了规定，并针对所采用的物理介质(如光纤、同轴电 缆、双绞线等)定义其相应的特性；
8
信元结构：定长，53个字节的信息段
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。 信头中有地址信息和控制功能信息，用于完成信元的复用 及寻路，具有本地的意义，它们在交换节点处会被重新组合。
GFC：一般流量控制 VCI ：虚信道标识 CLP：-信元丢失优先级
• ③在ATM中，采用固定长度的分组，即信元，并使用空闲信元 填充信道，可以使信元像STM时隙一样定时出现，ATM交换通 过硬件选路和信元转移，提高了信息转移的容量和速度。
（2）ATM可以看作是分组传送方式的改进
• ①分组交换中，分组转发采用标记复用，分组长 度在上限内可变，分组在通信线路上的位置是任 意变化的。 • ②分组传送中传送的是分组，ATM信元可以看作 是一种特殊的分组。 • ③用户在申请信道时可以提出业务质量要求 • ④由于传输信道质量改善，ATM不使用逐段反馈 重发，用户必要时可用端到端的差错纠正措施。
• 特殊信元
• （1）信令信元
– 宽带ISDN上传递的信息都是采用的ATM信元， 信令也是用ATM信元来传递，传送信令的ATM 信元叫做信令信元。
• （2）OAM信元
– 为了匹配线路的传输速率，在线路上没有信息 传送时，发送“空闲信元”填充空闲信道。
问题四： ATM参考模型及各平面、各 层的功能？
接口名称
速 率 44.736 Mb/s 139.264 Mb/s 155.52 Mb/s 622.08 Mb/s
STM-1 STM-4
（2） “ATM论坛”制定的接口标准 “ATM论坛”定义了4个物理层接口速率，其中两个适用于 公用网，分别对应于ANSI和ITU-T定义的DS3和STC-3C速率。 下面是用于专用网的3个接口速率和介质：
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) 的物理接口，分别为： •速率为155.52 Mb/s的STM-1;
• （3）帧中继
• 帧中继是分组交换方式的改进，采用数字光纤为 传输介质，在端与端之间采用出错重传的形式进 行纠错，可以以可变速率进行传递数据，动态分 配网络资源，信道利用率高，纠错、重发、流量 控制不由网络完成，提高了网络的吞吐量，减小 了网络的时延。
宽带综合业务数字网（B-ISDN） 支持B-ISDN服务的技术－－ATM
•基于FDDI的100 Mb/s速率；
•基于光纤信道的155.52 Mb/s速率；