第7章寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)與ATM7.1概述7.2ATM通信網(wǎng)技術7.3ATM分層模型7.4ATM交換機7.5ATM通信網(wǎng)接口7.6ATM通信網(wǎng)信令7.7ATM與IP結合技術7.8虛擬專用網(wǎng)VPN7.1概

述

7.1.1交換方式的演進

1)電路交換以電路連接為目的的交換方式是電路交換方式。電路交換是指在任意兩個終端之間建立一條暫時連接電路的交換方式,這個電路是一條實際的物理通路,用戶在通信中自始至終獨占該條通路進行信息傳輸,不許其他終端同時共享該通路,直到連接釋放為止。電路交換方式適用于話音等實時性業(yè)務。

2)分組交換分組交換方式也稱包交換,它不是以電路連接為目的,而是以信息分發(fā)為目的。既然是以信息分發(fā)為目的,那么要傳輸?shù)男畔⒕筒荒苤苯铀偷骄€路上,而是要傳給處理機。分組交換機不是先建立通路再接收分組信息,而是先接收分組信息再等候空閑通路,即按信息存儲→信息處理→信息轉發(fā)方式工作。處理機要將來自用戶的每個信息裁剪并封裝成若干不等長的數(shù)據(jù)塊,以減少存儲時間。在每個數(shù)據(jù)塊中加上必需的控制信息(如地址信息等),然后按規(guī)定的格式進行排列,組成一個個數(shù)據(jù)分組送到輸出隊列上排隊等待處理。交換機根據(jù)每個分組的地址信息,為分組尋找各自獨立的最佳可用輸出路徑將數(shù)據(jù)塊傳輸出去。到目的地后由分組交換機拆包,然后根據(jù)分組頭的附加控制信息(如分組始標志、源地址、目的地址、控制信息、邏輯信道編號、分組編號、最末分組標志等)重新按順序裝配成完整的每個信息。

分組交換方式適用于數(shù)據(jù)業(yè)務。

3)ATM交換

ATM屬于快速分組交換技術的一種方式，它較好地解決了電路交換方式和分組交換方式都不能滿足綜合業(yè)務環(huán)境下使用要求的問題。ATM采用的是一種統(tǒng)計時分復用技術,在這種模式中,雖保持了時隙的概念,但取消了同步傳輸模式(STM)中幀的概念,在ATM時隙中,用戶的信息被裁剪組織成53字節(jié)固定長度的短信元格式,且來自同一用戶的信息(信元)的出現(xiàn)并不需要周期性,在一幀中占用的時隙數(shù)也不固定,可以有1至多個時隙,各時隙之間并不要求連續(xù),純粹是“見縫插針”。從這個意義上來看,這種轉移模式是異步的,電路資源可被多個用戶所共享,信號傳輸速度快,電路利用率高。

表7.1電路交換、分組交換、ATM交換的比較

表7.1電路交換、分組交換、ATM交換的比較

7.1.2ISDN的基本概念

1.ISDN的特性

ISDN有三個主要特性分別如下:

(1)端到端的數(shù)字連接。目前,從電話局到用戶仍然是模擬信號,且向用戶提供的仍只是電話這一單純業(yè)務。ISDN的實現(xiàn),使電話局和用戶之間即使采用一對銅線,也能夠做到數(shù)字化。

(2)廣泛的業(yè)務應用。實現(xiàn)了端到端的數(shù)字連接,就可向用戶開通話音、數(shù)據(jù)、文字、圖像等多種業(yè)務,從而使電話、傳真、數(shù)據(jù)、圖像等多種業(yè)務綜合在一個統(tǒng)一的數(shù)字網(wǎng)絡中進行傳輸和處理。

(3)標準且多用途的入網(wǎng)接口。所謂“多用途”是指入網(wǎng)接口對各種各樣的業(yè)務都可以通用,也就是說不同的業(yè)務或不同的終端可通過同一個接口接入綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)。

2.ISDN的不足

ISDN的初期是窄帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN),其標準經(jīng)ITU-T建議形成了一整套完整的系列標準。然而N-ISDN的發(fā)展卻一直不理想,究其原因主要是N-ISDN體制是建立在雙絞線模擬傳輸?shù)幕A上的,因而帶寬的限制使其無法提供十分吸引人的寬帶新業(yè)務。未來的通信業(yè)務不僅要求通信多樣化、高速化、綜合化等,而對數(shù)據(jù)、圖像、傳真等業(yè)務的要求也會越來越高。只具有基本速率(2B+D)接入和基群速率(30B+D)接入兩種接口的N-ISDN無法綜合傳輸寬帶業(yè)務。在寬帶業(yè)務中,一個傳輸高分辨率視頻要求的速率大約就是150Mb/s量級,若要同時支持多個交互式或分布式服務,一個用戶線的總容量需求可達600Mb/s量級,所以說隨著用戶信息傳輸量和傳輸速率需求的不斷提高,N-ISDN確實難以應付日益復雜多變的網(wǎng)絡環(huán)境。7.1.3B-ISDN的概念

1.B-ISDN技術

B-ISDN在提供綜合業(yè)務服務的基本思想上與N-ISDN完全一致。不同的是N-ISDN支持速率低于2.048Mb／s的業(yè)務,傳遞方式和媒質主要是以準同步傳遞方式(PlesioshronousDigitalHierarchy,PDH)和雙絞線為基礎的。而B-ISDN支持速率高于1.5Mb／s的業(yè)務,傳遞方式以異步轉移模式(AsynchronousTransferMode,ATM)、同步數(shù)字系列(SynchronousDH,SDH)以光纜媒質傳輸為基礎。

ATM技術為什么可以支持B-ISDN呢？在N-ISDN用戶線上,SDH通過同步時分復用的方法向用戶提供兩個64kb／s的信道,用戶只能利用已經(jīng)劃分好的這些子信道進行通信,而不能采用其他通信方式,加上帶寬不夠等原因使業(yè)務的種類受到了限制。B-ISDN的目標是向用戶提供電話、電視、數(shù)據(jù)和圖像等綜合業(yè)務服務,這些業(yè)務要求的通信速率相差懸殊,即使在同一類業(yè)務中也可能有多種不同的通信速率要求。如果B-ISDN也采用N-ISDN的同步時分復用方法,將155Mb／s的信息傳輸按照一種固定的速率分配方案分割成若干個固定子信道,則不可能滿足未來業(yè)務所要求的靈活性,也不能有效傳輸可變比特率信息。由此說明,B-ISDN不能采用同步時間分割方法,只能采用異步時間分割方法,即異步轉移模式。

2.B-ISDN業(yè)務

B-ISDN業(yè)務分交互型業(yè)務和分配型業(yè)務兩種。圖7.1為基于ATM的寬帶多媒體網(wǎng)絡業(yè)務分類。

圖

7.1基于ATM的寬帶多媒體網(wǎng)絡業(yè)務

1)業(yè)務比特率特征

B-ISDN業(yè)務速率跨度大,并且保持時間也相當懸殊。從業(yè)務的自然特性方面來看,用戶希望B-ISDN網(wǎng)絡能夠從速率最低的報警/監(jiān)控系統(tǒng)(幾b/s)數(shù)據(jù)到超高清晰度的圖像業(yè)務(大約500Mb/s)信號,甚至超高速的大容量數(shù)據(jù)(若干Gb/s)都以統(tǒng)一的方式進行傳輸和交換,并實現(xiàn)資源共享。

表7.2給出B-ISDN能支持的業(yè)務速率范圍。

表7.2B-ISDN可支持的業(yè)務速率

圖

7.2寬帶網(wǎng)業(yè)務的比特率與保持時間

2)業(yè)務突發(fā)性特征可變比特率業(yè)務在通信過程中其信息率隨時間而變化,如圖7.3所示。

圖

7.3可變比特率隨時間的波動

在圖7.3中,信號S(t)的突發(fā)持續(xù)時間為t,峰值速率S＝MaxS(t),平均速率,突發(fā)度

表7.3寬帶業(yè)務的平均速率及其突發(fā)度

3)多媒體業(yè)務成分特征許多寬帶業(yè)務由多種媒體成分構成,例如會議電視業(yè)務就包括聲音、圖像及一定的文本數(shù)據(jù)信息,這類業(yè)務稱為多媒體業(yè)務。多媒體業(yè)務要求寬帶網(wǎng)絡同時為其建立多個連接,并且根據(jù)不同的業(yè)務要求動態(tài)地加入新連接或撤消已有連接。除此之外,網(wǎng)絡還應保持各媒體成分之間的交叉同步。

表7.4列出了幾種寬帶業(yè)務及其業(yè)務成分。

表7.4幾種寬帶業(yè)務及其業(yè)務成分

4)應用要求特征

(1)CBR(ConstantBitRate)業(yè)務。這類業(yè)務要求B-ISDN網(wǎng)絡對每一個所建立的連接都傳輸恒定的信息流,而不管所傳輸?shù)男畔⑹遣皇敲繒r每刻都有意義。CBR業(yè)務通常是針對一些實時性的應用,這些應用一般都有非常嚴格的時延限制,并且分組丟失率低。例如,話音業(yè)務和交互式實時圖像業(yè)務等就屬于CBR業(yè)務。

(2)VBR(VaribleBitRate)業(yè)務。這類業(yè)務允許B-ISDN網(wǎng)絡以可變帶寬來傳輸和交換其信息分組,當然信源也是以可變比特率的方式向網(wǎng)絡發(fā)送信息流。一般說來,VBR業(yè)務同樣需要低信息丟失率,但與CBR業(yè)務不同的是該類業(yè)務可容忍更大的延遲。不難想到,由于速率在不停地變化,網(wǎng)絡為VBR業(yè)務所分配的資源(如帶寬、緩沖隊列等)相應地也隨時間變化,這就為系統(tǒng)控制帶來了較大的困難?？勺儽忍芈蔞BR又可進一步劃分為RT-VBR和NRT-VBR。

RT-VBR是為實時傳輸而設立的,主要用來描述具有可變數(shù)據(jù)流并且要求嚴格實時的服務,比如交互式的壓縮視頻(例如電視會議)。NRT-VBR是為非實時傳輸而設立的,主要用于定時發(fā)送的通信場合,在這種場合下,一定數(shù)量的延遲及其變化是可以被應用程序所忍受的,如電子郵件。

(3)ABR(AvailableBitRate)業(yè)務。ABR是惟一一種網(wǎng)絡會向發(fā)送者提供速度反饋的服務類型。當網(wǎng)絡中擁塞發(fā)生時會要求發(fā)送者減小發(fā)送速率。假設發(fā)送者遵守這些請求,采用ABR通信的信元丟失就會很低。這類業(yè)務要求B-ISDN傳輸網(wǎng)絡和交換設備都用有保證的帶寬來傳輸信息分組,通常是針對一些對信息丟失敏感(即不允許信息發(fā)生錯誤),但可以容忍一定時延的應用。例如,銀行的電子資金轉賬(EFT)業(yè)務就要求100%的準確性,因此只有在B-ISDN網(wǎng)絡得到有保證帶寬的情況下,才對此類業(yè)務予以建立連接。

(4)UBR(UnspecifiedBitRate)業(yè)務。非特定比特率UBR業(yè)務并不要求B-ISDN網(wǎng)絡一定為其每個連接分配帶寬,而是只要網(wǎng)絡有剩余帶寬就可傳輸相應的信息分組。一個UBR連接可以在一段時間被分配較大的帶寬,而在另一段時間被分配較小的帶寬,或者在網(wǎng)絡業(yè)務量高峰期間干脆就不占用帶寬。因此,這種方式能最佳地利用寬帶網(wǎng)絡的資源。由此可以說,UBR不做任何承諾,對擁塞也沒有反饋,如果發(fā)生擁塞,UBR信元也會被丟棄,但是并不給發(fā)送者發(fā)送反饋,也不給發(fā)送者希望放慢速度的期望,這種類型很適合于發(fā)送IP數(shù)據(jù)報。相對于以上三種業(yè)務,UBR業(yè)務可能就屬于那些對時延和信息丟失都要求不高的應用。

7.2ATM通信網(wǎng)技術

7.2.1ATM信元

1.ATM信元結構

ATM的基本單位是信元(Cell),每個信元長度固定為53個字節(jié),前五個字節(jié)為信元頭(Header),后48個字節(jié)為信息域(數(shù)據(jù)塊)。信元的大小與業(yè)務類型無關,任何業(yè)務的信息都經(jīng)過切割封裝成相同長度、

統(tǒng)一格式的信息分組。

其格式如圖7.4所示。

圖

7.4ATM信元格式

2.ATM信元復用

信息在通信網(wǎng)上的傳遞方式可分為同步傳遞方式(SynchronousTransferMode,STM)和異步傳遞方式(ATM)兩種。如目前數(shù)字電話網(wǎng)中的數(shù)字信號復用都屬于同步傳遞方式,其特點是在由N路原始信號復合成的時分復用信號中,各路原始信號的出現(xiàn)呈周期性。所以只要根據(jù)時間就可以確定現(xiàn)在傳輸?shù)氖悄囊宦返脑夹盘?如圖7.5(a)所示。

而異步傳遞方式的各路原始信號不一定按照一定的時間間隔周期性地出現(xiàn),每個數(shù)據(jù)單元可以處在任何傳輸幀的任何位置,因而需要另外附加一個標志來表明某一段信息屬于哪一段原始信號。如采用在信元前附加信頭的標志來說明。ATM信元的信頭就是一個例子。來自不同信息源(不同業(yè)務和不同發(fā)源地)的信元匯集到一起,在一個緩沖器內排隊,隊列中的信元逐個輸出到傳輸線路,在傳輸線路上形成首尾相接的信元流。信元的信頭中寫有信息的標志,說明該信元去往的地址,網(wǎng)絡根據(jù)信頭中的標志來轉移信元,如圖7.5(b)所示。

圖7.5ATM與STM信息傳輸結構(a)同步傳遞方式；

(b)異步傳遞方式

異步轉移模式(ATM)本質上是一種尋址型特殊分組轉移模式,它將數(shù)字化話音、數(shù)據(jù)及圖像等所有的數(shù)字信息分割成固定長度的數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)塊前加包含地址等控制信息的信元頭,

從而構成一個信元。

圖7.6為待發(fā)送的用戶信息分解成信元并進行多路復用的示意圖。

圖

7.6用戶信息被分解成ATM信元

3.對ATM交換網(wǎng)的要求對ATM交換網(wǎng)有如下要求:(1)要求有組播和廣播功能,支持點到多點信元拷貝。(2)要求有流量控制和擁塞控制功能。(3)要求提供QoS保證。

7.2.2ATM網(wǎng)絡連接

1.VCI/VPI(虛信道標識符/虛通路標識符)

VPI(VPIdentifier)、VCI(VCIdentifier)是ATM技術中兩個最重要的概念,VCI/VPI用于表示信元的邏輯路由地址。對一個給定的接口,在兩個方向上都將可能存在不同的虛通路VP(鏈路),若干虛通路被復用在一條物理層連接上,而在每條虛通路內部又可能含有許多條虛信道VC(鏈路)。屬于同一VC的信元群擁有相同的虛信道識別符VCI,屬于同一VP的不同VC擁有相同的虛通路識別符VPI。VCI和VPI都作為信元頭的一部分與信元同時傳輸。

VPI、VCI取值規(guī)則:在組成一個連接的各個鏈路上VPI/VCI的取值是相互獨立的,從而達到充分利用VPI/VCI資源的目的。

2.VC/VP(虛信道/虛通路)

VC、VP表示ATM信元傳輸?shù)膬煞N邏輯子信道,都是用來描述ATM信元單向傳輸?shù)穆酚?。在ATM中,一個物理傳輸通道被分成若干個虛通路VP,一個VP又由上千個虛信道VC所復用。每個VP可以用復用方式容納多達65536個VC。

1)虛信道(VirtualChannel,VC)在一個虛通路連接(VPC)中傳輸?shù)木哂邢嗤腣CI的信元所占有的子信道叫做VC。虛信道是ATM網(wǎng)絡鏈路端點之間的一種邏輯聯(lián)系,是在兩個或多個端點之間傳輸ATM信元的通信通路,可用于用戶到用戶、用戶到網(wǎng)絡、網(wǎng)絡到網(wǎng)絡的信息轉移。(注:一個虛信道VC也常稱為一個VC鏈路,簡稱VCL。)

2)虛通路(VirtualPath,VP)在一條通信線路上具有相同的VPI的信元所占有的子信道叫做VP。虛通路VP是一束(組)具有相同端點(Endpoint)的VC鏈路。即虛通路就是一組虛信道的組合。(注:一個虛通路VP也常稱為一個VP鏈路,簡稱VPL。)傳輸通道、虛通路VP、虛信道VC是ATM中的三個重要概念,其關系如圖7.7所示。

圖

7.7ATM中傳輸通道、虛通路VP、虛信道VC的關系

3.VPC/VCC(虛通路/虛信道連接)ATM的連接分為虛通路連接和虛信道連接,如圖7.8所示。

圖

7.8ATM中的虛通路連接和虛信道連接

1)虛信道連接VCC一個或多個級聯(lián)的VC鏈路構成一個VC連接,簡稱VCC。

VCC的作用是為ATM虛信道(VC)建立一條虛電路。該虛電路連接可用在以下三個方面:

(1)用戶到用戶的應用:在這種類型的應用中,VCC跨越連接的兩個端點上的用戶設備,即延伸到每個端點上的S或T參考點。信息將以ATM信元的形式直接從一個用戶設備傳到另一個用戶設備。

(2)用戶到網(wǎng)絡的應用:VCC處在用戶設備和一個網(wǎng)絡節(jié)點之間,實現(xiàn)用戶到某一網(wǎng)絡單元的接入。

(3)網(wǎng)絡到網(wǎng)絡的應用:VCC位于兩個網(wǎng)絡節(jié)點之間。

2)虛通路連接VPC一個或多個級聯(lián)的VP鏈路構成一個VP連接,簡稱VPC。VPC的作用則是為ATM虛通路(VP)建立一條虛電路。該虛電路連接同樣可以應用于用戶到用戶、用戶到網(wǎng)絡和網(wǎng)絡到網(wǎng)絡的信息傳遞。當對信元進行交換或復用時,首先必須在虛通路接續(xù)(VPC)的基礎上進行,然后才是虛信道接續(xù)(VCC)。一個端到端的連接由源和目的地之間的一系列串聯(lián)鏈路(Link)組成。這就是說虛信道連接(VCC)將劃分成若干不同段的虛信道鏈路(VirtualCircuitLinks),每一段虛信道上都標識以惟一的VCI值,從一段虛信道鏈路到另一段虛信道鏈路VCI的值將被翻譯改變。同樣的道理也適合于虛通路連接(VPC)和虛通路鏈路(VPL)。7.2.3虛通路交換與虛信道交換

1.ATM的呼叫接續(xù)過程

ATM的呼叫接續(xù)不是按信元逐個地進行選路控制,而是采用分組交換中虛呼叫的概念,也就是在傳輸之前預先建立與某呼叫相關的信元接續(xù)路由,同一呼叫的所有信元都經(jīng)過相同的路由,直至呼叫結束。其接續(xù)過程是:主叫通過用戶網(wǎng)絡接口UNI發(fā)送一個呼叫請求的控制信號,被叫通過網(wǎng)絡收到該控制信號并同意建立連接后,網(wǎng)絡中的各個交換節(jié)點經(jīng)過一系列的信令交換后就會在主叫與被叫之間建立一條虛電路。虛電路是用一系列VPI/VCI表示的。在虛電路建立的過程中,虛電路上所有的交換節(jié)點都會建立路由表,以完成輸入信元VPI/VCI值到輸出信元VPI/VCI值的轉換。

虛電路建立起來以后,需要發(fā)送的信息被分割成信元,經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸?shù)綄Ψ?。若發(fā)送端有一個以上的信息要同時發(fā)送給不同的接收端,則可建立到達各自接收端的不同虛電路,并將信元交替送出。在虛電路中,相鄰兩個交換節(jié)點間信元的VCI/VPI值保持不變。此兩點間形成一條VC鏈,一串VC鏈相連形成VC連接VCC。相應地,VP鏈和VP連接VPC也以類似的方式形成。

ATM信元的交換既可以在VP級進行,也可以在VC級進行。

當兩個終端建立連接時,根據(jù)信令信息,在該連接中的每個交換節(jié)點上建立轉發(fā)表。該轉發(fā)表包含輸入端口號、輸出端口號。在輸入端口或者輸出端口中,不同的信元流有不同的VCI/VPI值轉換。當某一個信元進入交換模塊時,交換模塊通過識別信元信頭的VCI/VPI查找轉發(fā)表,找出對應的輸出端口以及輸出信元的VCI/VPI值,將輸入信元的VCI/VPI值改變?yōu)橄鄳敵鲂旁腣CI/VPI值,并控制交換網(wǎng)絡將信元交換到對應的輸出線上。

VCI/VPI值在經(jīng)過ATM交換節(jié)點時,該VP交換點根據(jù)VP連接的目的地,將輸入信元的VPI值改為新的VPI值賦予信元并輸出,該過程稱為VP交換?？梢奦P交換完成將一條VP上所有的VC鏈路全部送到另一條VP上,而這些VC鏈路的VCI值保持不變,如圖7.9所示。

圖

7.9VP交換過程

2.VP/VC交換

VC交換要和VP交換同時進行,因為當一條VC鏈路終止時,VP連接(即VPC)就終止了,這個VPC上的所有VC鏈路將各自執(zhí)行交換過程,加到不同方向的VPC中去。

如圖7.10所示。

圖

7.10VP/VC交換過程

3.VP交換與VP/VC交換的比較

對于VP交換,其內部包含的所有VC將捆綁在一起選擇相同的路由,穿過交換節(jié)點后并不拆散。相應地,VP鏈路內的每個VCI的值將保持不變。而VP/VC交換則不同,一個進入交換節(jié)點的VP中的某VC鏈路將被交換到另一輸出VP中去,不但VPI值發(fā)生了改變,而且對應的VCI的值也將被更換。從上述交換過程可以看出,雖然ATM交換是異步時分交換,但其原理與同步時分交換(時隙交換)有許多相似之處,其基本區(qū)別是用VCI/VPI代替了時隙交換中時隙的序號。

7.2.4ATM信頭功能信頭主要用來標志異步時分復用上屬于同一虛通路的信元,并完成適當?shù)倪x擇路由功能。ATM層的全部功能均由信頭來實現(xiàn)。在傳輸信息時,網(wǎng)絡只對信頭進行操作而不處理信息域的內容。接收端對信元的識別不再靠嚴格的參考定時,而是靠信元中的信頭標記信息來識別該信元究竟屬于哪一個連接。圖7.11(a)、(b)分別是用戶—網(wǎng)絡接口(UNI)的信頭結構和網(wǎng)絡節(jié)點接口(NNI)的信頭結構。

圖7.11ATM信頭功能(a)UNI信頭結構;(b)NNI信頭結構

ATM信頭各部分功能分述如下:

(1)GFC(GeneralFloW-Control):一般流量控制,占4bit,只用于UNI接口。在B-ISDN中,為了控制共享傳輸媒體的多個終端的接入而定義了GFC,由GFC控制產(chǎn)生于用戶終端方向的信息流量,減小用戶側出現(xiàn)的短期過載。

(2)VPI(VirtualPathIdentifier):虛通路標識符,對VP進行識別。在UNI信元中,VPI為8bit,表示一條ATM鏈路可以包括最多256個虛通路。在NNI信元中,VPI為12bit,表示一條ATM鏈路可以包括最多212=4096個虛通路。

(3)VCI(VirtualChannelIdentifer):虛信道標識碼,用于虛信道的路由選擇。在UNI和NNI信元中,VCI字段都為16bit,故對每個VP定義了216=65536條虛信道。

VCI和VPI結合,可在UNI信元中標識16777216(256×65536)條連接,在NNI信元中標識268435456(4096×65536)條連接。

(4)PTI(PayloadTypeIdentifer):信息類型指示段,也叫凈荷類型指示段,占3bit,用來標識信息字段中的內容是用戶信息還是控制信息。

(5)CLP(CellLossPriority):信元丟失優(yōu)先級,占1bit,用于表示信元的相對優(yōu)先等級。在ATM網(wǎng)中,接續(xù)采用統(tǒng)計多路復用方式,所以當發(fā)生超限過載和擁塞而必須扔掉某些信元時,首先丟棄的是低優(yōu)先級信元。CLP的意義就是確保重要的信元不丟失。具體應用是CLP＝0,信元具有高優(yōu)先級,應保留;CLP＝1,信元為低優(yōu)先級,應丟棄。

(6)HEC(HeaderErrorControl):信頭差錯控制,占8bit,用于錯誤信頭的監(jiān)測、糾正。HEC還被用于信元定界,這種無需任何幀結構就能對信元進行定界的能力是ATM特有的優(yōu)點。

7.3ATM分層模型

7.3.1基于ATM的B-ISDN協(xié)議模型

圖

7.12基于ATM的B-ISDN協(xié)議分層模型

1.平面的劃分

(1)用戶面(User):它采用分層結構,主要提供用戶信息流的傳輸,以及相應的控制(如流量控制、差錯控制等)。通常的數(shù)據(jù)協(xié)議、語音和視頻等業(yè)務應用都包括在這個區(qū)域。

(2)控制面(Control):它采用分層結構,主要用于信令信息,完成網(wǎng)絡與終端間的呼叫控制、連接控制、建立和撤消有關的功能。

(3)管理面(Management):它是性能管理、故障管理及各個面間綜合管理的網(wǎng)管協(xié)議。它具有兩種功能,即層管理功能和面管理功能。①層管理：它的功能是一個分層的結構,主要用于各層內部的管理,監(jiān)控各層的操作,完成與協(xié)議實體內的資源和參數(shù)相關的管理功能,處理與特定的層相關的操作和管理信息流。②

面管理：它沒有分層結構,負責對各個面間的信息進行綜合管理。

2.層的劃分按照ITU-T的建議,ATM協(xié)議模型共定義了四個層,分別是物理層、ATM層、ATM適配層(AAL)和高層。各層間的數(shù)據(jù)傳輸如圖7.13所示。

圖

7.13ATM協(xié)議模型各層間的數(shù)據(jù)傳輸

7.3.2基于ATM的B-ISDN協(xié)議各層功能

1.物理層物理層是承運信息流的載體,位于B-ISDN的最底層,可等效為OSI模型的第1層。物理層主要負責信元編碼,將ATM層送來的邏輯比特或符號轉換成相應的物理傳輸媒介可傳輸?shù)男盘?并正確地收/發(fā)這些物理信號。為了實現(xiàn)信元的無差錯傳輸,物理層又被分為物理媒體子層和傳輸會聚子層,由它們分別保證信元的正確傳輸。

(1)物理媒體子層(PhysicalMediaSublayer,PM)。PM子層處理具體的傳輸介質,它只支持和物理媒體有關的比特功能,因而它取決于所用的傳輸媒體(光纜、電纜)。其主要功能有:比特傳輸,比特同步,比特定時,比特定位校準,線路編碼和電／光轉換等。其中,比特定時功能主要完成產(chǎn)生和接收適于所用媒質的信號波形并插入或抽取比特定時信息以及線路編碼和解碼。

(2)傳輸會聚子層(TransmissionConveryenceSublayer,TC)。其主要功能是:幀的適配，信元定界，信頭差錯控制校驗等。其功能與物理媒體無關。

TC子層所做的工作實際上是鏈路層的工作。它負責將ATM信元嵌入正在使用的傳輸媒體的傳輸幀中,或用相反的方法從傳輸媒體的傳輸幀中提取有效的ATM層信元,完成ATM信元流與物理媒體上傳輸?shù)谋忍亓鞯霓D換工作,即把從PM子層傳來的光電信號恢復成信元,并將它傳輸給ATM層處理或進行相反的操作。

TC子層中ATM層信元嵌入傳輸幀的過程為:ATM信元解調(緩存)→信頭差錯控制(HEC)產(chǎn)生→信元定界→傳輸幀適配→傳輸幀生成。從傳輸幀中提取有效ATM信元的過程為:傳輸幀接收→傳輸幀適配→信元定界→信頭差錯控制(HEC)檢驗→ATM信元排隊。用于UNI、

NNI的物理層協(xié)議如表7.5所示。

表7.5UNI、NNI的物理層協(xié)議

2.ATM層

ATM層利用信頭中各個功能字段可實現(xiàn)下列四種功能:

(1)信元的復用與分解。ATM層相當于網(wǎng)絡層,主要做路由工作,它提供了虛通路(VP)和虛信道(VC)兩種邏輯信息傳輸線路。信元發(fā)送時由多個VP和VC合成一條信元流。接收時進行相反的操作,由一條信元流分解成多條VP和VC。

(2)利用VPI和VCI尋路。路由功能由虛通路識別碼(VPI)和虛信道識別碼(VCI)完成。在虛通路處理設備(VPHandler,VPH)和虛信道處理設備(VCHandler,VCH)中讀取各個輸入信元的VPI和VCI值,根據(jù)信令建立的路由在ATM交換區(qū)域或ATM交叉節(jié)點處完成對任意輸入的ATM信元的VPI和VCI的數(shù)值變換(每一輸入信元的VPI域值在虛通路節(jié)點被譯為新的輸出VPI域值。虛通路識別符和虛信道識別符值在虛信道交換節(jié)點處也被譯為新域值),更新各輸出信元的VCI和VPI值。路由功能設置VPI、VCI兩層的原因是為了得到一種高效的路由方法,避免為計算路由花費大量的CPU資源,因此,ATM交換機之間可以只用VP交換,ATM與用戶端之間再用VC交換。

(3)信頭的產(chǎn)生和提取。信頭的產(chǎn)生和提取在ATM層和上層的交互位置完成。在發(fā)送端,信頭產(chǎn)生功能從ATM適配層接收信元信息域以后,添加一個相應的ATM信頭(不包括信頭校驗編碼HEC序列);在接收端,信頭提取操作功能抽掉ATM信元頭部分,并將信元信息域內容提交給上一層ATM適配層。簡單地說,就是在將信元遞交給適配層之前去掉信頭,而在相反的方向上加上信頭。

(4)一般流量控制。在用戶-網(wǎng)絡接口上實現(xiàn)流量控制,這個功能是由信頭中的GFC比特支持的。用戶設備中的ATM層與網(wǎng)絡節(jié)點中的ATM層所完成的功能有所區(qū)別。對于用戶設備中的ATM層來講,它所完成的核心功能在于給ATM層適配所形成的信息幀加上信元頭,從而形成能夠在ATM網(wǎng)中傳輸?shù)男旁Ｅc此同時,通過分配與識別信元頭中的VPI與VCI值完成信元的復接與分接功能;對于網(wǎng)絡節(jié)點中的ATM層所完成的核心功能在于信元頭的變換,通過變換信元頭實質上完成了VP交換與VC交換的功能。

3.ATM適配層(AAL)

適配層(AAL)介于ATM層和高層之間,執(zhí)行高層協(xié)議的適配,負責將高層的信令或不同類型業(yè)務的用戶信息分段適配成ATM信元。適配的原因是由于各種業(yè)務(話音、數(shù)據(jù)和圖像)所要求的業(yè)務質量(如時延、差錯率等)不同。ATM網(wǎng)絡要滿足寬帶業(yè)務的需求,使業(yè)務種類、信息轉移方式、通信速率與通信網(wǎng)設備無關,保證網(wǎng)絡傳輸?shù)耐该餍院挽`活性,就要通過AAL完成適配,消除各種業(yè)務信號在質量條件上的差異。換個角度說,ATM層只統(tǒng)一了信元格式,為各種業(yè)務提供了公共的傳輸能力,而并沒有滿足大多數(shù)應用層(高層)的要求,故需用一個適配層來做ATM層與應用層的橋梁。

AAL按其功能可以進一步分為兩個子層:信元拆裝子層和會聚子層。

(1)信元拆裝子層(SegmentationandReassemblySublayer,SAR):SAR子層位于AAL層的下面,其主要目的是將高層信息拆開裝到一個適當?shù)奶撨B接上連續(xù)的ATM信元中去。在相反方向上,將一個虛連接的全部信元內容組裝成數(shù)據(jù)單元并交給高層。

(2)會聚子層(ConvergenceSublayer,CS):CS子層位于AAL層的上面,其作用是根據(jù)業(yè)務質量要求的條件控制信元的延時抖動和信元丟失,在接收端恢復發(fā)送端的時鐘頻率并對幀進行流量控制和差錯控制。

表7.6三個基本參數(shù)、A/B/C/D四種業(yè)務、AAL適配類型以及服務質量的對應關系

①AAL1:第一類AAL,恒定比特率實時業(yè)務適配協(xié)議,用于適配ATM層的A類業(yè)務(恒定比特率業(yè)務CBR)。常見業(yè)務為64kb/s話音業(yè)務、固定碼率非壓縮的視頻通信及專用數(shù)據(jù)網(wǎng)的租用電路。AAL1的功能包括用戶信息的分段和重組、丟失和誤插信元的處理、信息到達延遲時間的處理以及在接收端恢復源端時鐘頻率。

②AAL2:第二類AAL,可變比特率實時業(yè)務適配協(xié)議,用于適配ATM層的B類業(yè)務(可變比特率業(yè)務VBR)。常見業(yè)務為壓縮的分組語音通信和壓縮的視頻傳輸。該業(yè)務具有傳遞介面延遲特性,其原因是接收器需要重新組裝原來的非壓縮語音和視頻信息。AAL2的功能與AAL1相似。

③AAL3/4:第三/四類AAL,數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸適配協(xié)議,由AAL3、AAL4合并,用于適配ATM層的C、D兩類業(yè)務(可變比特率業(yè)務VBR)。支持面向連接和無連接的數(shù)據(jù)業(yè)務和信令,具有可變長度用戶數(shù)據(jù)的分段和重組及誤碼處理等功能。適用于文件傳遞和數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務,其連接是在數(shù)據(jù)被傳輸以前建立的。④AAL5:第五類AAL,高效數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸適配協(xié)議。該協(xié)議對應于ATM層的D類業(yè)務,支持無連接數(shù)據(jù)業(yè)務,常見業(yè)務為數(shù)據(jù)報業(yè)務和數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務。

4.高層高層根據(jù)不同業(yè)務(數(shù)據(jù)、信令或用戶信息)的特點,完成端到端的協(xié)議功能。如支持計算機網(wǎng)絡通信和LAN的數(shù)據(jù)通信,支持圖像和電視業(yè)務、電話業(yè)務等。上述各層(物理層、ATM層、AAL層)的功能全部或部分地呈現(xiàn)在具體的ATM設備中。比如在ATM終端或終端適配器中,為了適配不同的應用業(yè)務,需要有AAL層功能支持不同業(yè)務的接入;在ATM交換設備和交叉連接設備中,需要用到信頭的選路信息,因而必須有ATM層的支持;在傳輸系統(tǒng)中,則需要物理層功能的支持。

表7.7ATM協(xié)議中的各層功能

7.4ATM交換機7.4.1ATM交換機的任務

1.寬帶業(yè)務對ATM交換機的要求寬帶網(wǎng)絡覆蓋業(yè)務的范圍十分廣泛,傳輸速率可以是固定的,也可以是可變的;對業(yè)務特性可以是實時的也可以是非實時的;不同的業(yè)務對于信元丟失率、誤碼率、時延抖動等服務參數(shù)有著特殊的需求。寬帶業(yè)務的這些特性要求ATM交換機具有以下幾種最基本的能力:

(1)多速率交換。從幾kb/s～150Mb/s范圍內的許多速率都要在寬帶交換機中進行交換。

(2)多點交換。要求提供點到點與點到多點的選播／組播／廣播連接功能。

(3)多媒體業(yè)務支持。ATM網(wǎng)絡中允許接入的業(yè)務有不同形式,為了滿足每一種業(yè)務的質量要求,對交換機的性能有很高的要求。①信元丟失／信元誤碼率。要求ATM交換機的信元丟失率應在10-11～10-8范圍之內,即大約每十億個信元才丟失一個。

②連接阻塞率。由于ATM交換機內部并不實際建立路由,只是在其路由表中指出該連接的信元VPI／VCI轉換,所以一旦在交換機的入線和出線之間沒有足夠的可用資源來保證已建立連接的質量,系統(tǒng)就會發(fā)生連接阻塞。要求在盡量擴大ATM交換機入線和出線規(guī)模的同時設計內部無阻塞(Nonblocking)的交換設備,使ATM交換機具有高性能的吞吐量和低指標的阻塞率。③交換時延。它是指通過交換機交換一個ATM信元時所用的時間。要求ATM交換機的交換時延值在100～1000μs之間,時延抖動為幾百微秒。

2.ATM交換機的任務

ATM交換機是ATM寬帶網(wǎng)絡中的核心設備,需要完成物理層和ATM層的功能。對于物理層,它的主要工作是對不同傳輸介質電器特性的適配。對于ATM層,它的主要工作是完成ATM信元的交換,即VP/VC交換。

7.4.2ATM交換機的結構

圖

7.14ATM交換機的功能模塊

1.ATM接口模塊

ATM接口模塊位于ATM交換機的邊緣,為ATM信元的物理傳輸媒質和ATM交換模塊提供對外的接口,完成入線處理和出線處理。其中,入線處理是對各入線上的ATM信元進行處理(如緩沖、信元復制、虛信道識別碼VCI翻譯、多個低速設備的多路信息分流等),使它們成為適合送入ATM交換單元處理的形式。完成的功能類似于B-ISDN協(xié)議模型中將信息由物理層向ATM層的提交過程;出線處理則是對ATM交換單元送出的ATM信元進行處理(如緩沖、VCI翻譯、合并等),使它們成為適合在線路上傳輸?shù)男问?類似于B-ISDN協(xié)議模型中將信息由ATM層向物理層的提交過程。

1)業(yè)務接口模塊業(yè)務接口模塊提供與具體業(yè)務相關的接口,完成業(yè)務接口處理、AAL層和ATM層的功能。業(yè)務接口的處理包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層甚至更高層的功能,如業(yè)務數(shù)據(jù)幀結構的識別、分離或組裝用戶數(shù)據(jù)和信令。業(yè)務信令轉換為ATM信令,由交換機的控制模塊進行處理。業(yè)務數(shù)據(jù)則根據(jù)不同的業(yè)務類型,進行不同類型的ATM適配。

2)ATM接口模塊

(1)輸入模塊：它是信息比特流出入ATM交換系統(tǒng)的入口,包含物理層和ATM層功能。物理層信號要由這一模塊接收并處理SDH附加位,ATM信元也在這里提取。此外,在交換處理以前,輸入模塊要向每一信元附加內部標簽。內部標簽用于信元通過信元交換單元的路由選擇,它包括內部處理信息,如源用戶、終結用戶、信元序號、信元類型、信元信息差錯檢查和時間標記等。這些信息對于交換內部性能的監(jiān)測非常有用,例如時間標記記錄了信元在交換中的處理時間。所以,輸入模塊還要處理信元首標,預處理用戶數(shù)據(jù)信元,識別包含信令和管理信息的信元,并將它們從用戶數(shù)據(jù)信元中分揀出來。

圖7.15輸入模塊功能和信元流(a)輸入模塊功能；

(b)相應的信元流

由圖7.15可知,輸入模塊由六個基本功能塊組成,它們是:①同步數(shù)字系列SDH功能。②信元定界和信頭差錯控制HEC。③占用參數(shù)控制和網(wǎng)絡參數(shù)控制UPC／NPC。④信元處理。⑤輸入模塊系統(tǒng)管理功能IM-SM。⑥

輸入模塊接續(xù)容許控制IM-CAC。

ATM層功能:

UPC／NPC(占用參數(shù)控制/網(wǎng)絡參數(shù)控制)這兩個功能塊負責ATM層功能處理。ATM層處理適用于三種類型的ATM層信息流,即用戶信元、信令信元和管理信元。處理順序為:先占用UPC和NPC,然后是信元處理。信元處理時,它被送到ATM交換系統(tǒng)的不同部分進行處理。

(2)輸出模塊:輸出模塊和輸入模塊類似,它處理交換系統(tǒng)話務量的輸出。它的主要功能是從信元交換單元接收信元,對其預處理,然后送到輸出鏈路進行物理傳輸。輸出模塊支持B-ISDN用戶-網(wǎng)絡接口和網(wǎng)絡節(jié)點接口,呼出話務由映射到SDH信號的ATM信元組成。輸出模塊功能如圖7.16(a)所示,相應的信元流如圖7.16(b)所示。

圖7.16輸出模塊功能和信元流(a)輸出模塊功能；

(b)相應的信元流

①物理層功能。物理層的傳輸會聚TC子層產(chǎn)生SDH信息幀,產(chǎn)生信頭差錯控制HEC,并且把ATM信元映射到SDH信息域。物理媒體PM子層根據(jù)物理媒體處理實際信號的傳輸。傳輸會聚功能塊如圖7.17所示,它反映了ATM信元進行SDH傳輸?shù)奶幚聿襟E。

圖

7.17傳輸匯聚功能圖

圖

7.18SDH功能模塊

②ATM層功能。由于輸入模塊已經(jīng)對輸入信元進行了信元信頭的處理,所以輸出模塊的ATM層功能就簡單多了。首先,輸出模塊必須取掉輸入模塊向每一信元附加的內部標簽。其次,輸出模塊需要翻譯多點傳遞信元的虛通路識別符或虛信道識別符值。輸出模塊還要把從接續(xù)容許控制和系統(tǒng)管理中接收的信令和信元,插入到輸出信元流中。最后,輸出模塊需要對輸出信元計數(shù)以支持計費管理。

圖

7.19信元處理功能

③輸出模塊接續(xù)容許控制(OM-CAC)。當接續(xù)容許控制集中處理時,輸出模塊作用不大。為了減輕接續(xù)容許控制處理負擔,需要把它的一些功能分散到輸出模塊。例如,把高層輸出信令信息封裝到信令信元。④輸出模塊系統(tǒng)管理(OM-SM)。為了減輕系統(tǒng)管理集中處理的負擔,一些系統(tǒng)管理功能可以分散到輸出模塊。例如,輸出模塊系統(tǒng)管理可以處理新操作和維護信元的產(chǎn)生。

2.ATM控制模塊

ATM控制模塊是交換機的中央樞紐,它通過信令和管理軟件完成資源管理、流量控制、交換模塊的動作控制以及設備管理和網(wǎng)絡管理等功能(設備管理和網(wǎng)絡管理通常也在外接的管理維護模塊上完成)?？刂颇K可分為:輸入控制器、輸出控制器和控制單元。

(1)輸入控制器:完成信元定界、信頭有效性檢驗、信元類型分離等功能。

(2)輸出控制器:完成信元形成、速率適配、傳輸幀的形成等功能。

(3)控制單元:完成VPC和VCC的建立和拆除、信令信元的發(fā)送、OAM信元的處理和發(fā)送等功能。

3.ATM交換模塊交換模塊(SwitchingElement)由三部分組成,即互連網(wǎng)絡、對應于每條輸入線的輸入控制器(IC)和對應于每條輸出線的輸出控制器(OC),三者的關系如圖7.20所示。

圖

7.20交換模塊一般模型

1)互連網(wǎng)絡互連網(wǎng)絡即ATM交換網(wǎng)絡,它提供了信元交換的通路,將信元從一個VP/VC交換到另一個VP/VC。交換模塊還完成一定的流量控制功能,主要是優(yōu)先級控制和ABR業(yè)務的流量控制。與傳統(tǒng)的交換網(wǎng)絡一樣,ATM交換網(wǎng)絡也有兩種結構:一種是時分交換結構,另一種是空分交換結構。

(1)空分交換結構如圖7.21所示。

圖

7.21空分交換結構

空分交換結構又叫路由選擇,即信元如何在系統(tǒng)內部從輸入端口經(jīng)過路由選擇到輸出端口。如從端口1輸入的信元a被傳輸?shù)蕉丝冢?而端口３的信元c被傳輸?shù)蕉丝贛。選路方式采用自選路由(SelfRouting)方式或表格控制(TableControlled)選路方式。①自選路由方式。圖7.22是采用自選路由交換單元構成的交換網(wǎng)絡對信頭的處理過程。自選路由方式是通過給信元加一些尋路標識來提供快速的選路功能。利用自選路由模塊時,VPI／VCI的翻譯任務必須在交換網(wǎng)絡的輸入端完成。然后在信頭前插入內部標識符,使得交換網(wǎng)絡內部的信元格式大于53字節(jié)。信頭擴展要求增加內部網(wǎng)絡的速度。每個連接(從輸入到輸出)都有一個特定的交換網(wǎng)內部標識符,這個內部標識符因交換矩陣而異。在一個點到多點的連接中,給VPI／VCI分配一個多路交換標識,根據(jù)它復制信元并選路送往各目的端。

圖

7.22自選路由交換模塊

②表格控制方式。圖7.23是采用表格控制法交換單元構成的交換網(wǎng)絡對信頭的處理過程。在表格控制方式中需要在交換矩陣內存儲大量的路由表,每個表項都包括新的VPI／VCI和對應的輸出端或鏈路號。當信元到達ATM交換機后,如果交換機讀到的VPI／VCI與路由表中的一致,就會很快自動找到輸出口并更新信頭的VPI／VCI值,發(fā)往下一個節(jié)點(信頭必須按輸出端口的要求進行轉換)。

圖

7.23表格控制交換模塊

(2)時分交換結構如圖7.24所示。在時分交換結構中,所有的輸入／輸出端口以時分復用的方式共享一條通信媒體,這條通信媒體就是一條高速的信元流通路。時分交換結構根據(jù)媒體的不同,可分為共享總線和共享存儲器兩種。它完成信元從一個時隙到另一個時隙的轉移。由于ATM的邏輯信道和時隙并沒有固定關系,邏輯信道的身份是靠信頭值來標識的,因此時分交換是靠信頭翻譯來完成的。如時隙i中的信元被切換到時隙j,而時隙k中的信元被傳輸?shù)綍r隙i。時分交換結構的交換能力受到共享媒體的限制,但是由于每個信元都沿著共享媒體傳輸,所以時分交換結構很容易實現(xiàn)點到多點傳輸(Point-to-Multipoint)。

圖

7.24時分交換結構

2)輸入控制器輸入控制器對信元的輸入處理包括包括以下內容。

(1)信元的定界和分離：從信元所在的幀結構中定界各個信元,并將其從幀結構中分離出來,還需要處理幀結構中所攜帶的線路OAM信息。

(2)信元的有效性檢驗和類型分離：對分離出的各個信元進行HEC檢驗,并丟棄無效信元,根據(jù)PTI對信元的類型進行識別。把信息信元送到交換單元,對空閑信元一般予以丟棄,對OAM信元處理其中的OAM信息等。

3)輸出控制器輸出控制器對信元的輸出處理包括以下內容:

(1)由總線收到的信元需要和有關的OAM信元流復合。

(2)速率適配需要對輸出信元速率進行適配,若收到的信元流速率過低,則需要添加空閑信元;若收到的信元流速率過高,則需要用緩存器予以緩沖。

(3)形成輸出線路碼流需要產(chǎn)生相應的幀結構,并把信元嵌入,還需要幀結構中所攜帶的線路OAM信息。

7.5ATM通信網(wǎng)的接口

1.用戶-網(wǎng)絡接口(UNI)用戶-網(wǎng)絡接口是ATM終端設備和ATM通信網(wǎng)間的接口,它完成用戶-網(wǎng)絡接口的信令處理和VP／VC交換操作。用戶-網(wǎng)絡接口功能包括ATM物理層接口技術規(guī)范、ATM層接口技術規(guī)范和暫定本地管理接口技術規(guī)范。

ATM論壇又把UNI分為公用UNI和專用UNI兩種,在ATM網(wǎng)中如果有一個交換機屬于公用網(wǎng)交換機,另一個屬于專用網(wǎng)交換機,則二者的接口就應采用公用用戶-網(wǎng)絡UNI接口。若兩個交換機都屬于專用網(wǎng)時,接口就應采用專用用戶-網(wǎng)絡接口PUNI(PrivateUNI)。公用UNI與專用UNI的區(qū)別如下:

(1)公用UNI是指公用ATM網(wǎng)絡與用戶終端設備的接口,另外,專用網(wǎng)交換機和公用網(wǎng)間的接口也是公用UNI接口,專用UNI則是指專用ATM網(wǎng)絡與用戶終端設備的接口。

(2)在專用UNI中,某些鏈路只能在很短的距離內工作(例如100m以內),顯然,這種鏈路不能用于公用UNI中。

二者的鏈路類型不同。

(3)公用ATM網(wǎng)使用ITU-T的E.164地址方式,而專用ATM網(wǎng)則可使用E.164或基于開放系統(tǒng)互連(OSI)的DCC和ICD地址方式。二者的地址格式不同。

(4)公用UNI由ITU-T規(guī)定,而專用UNI由ATM論壇規(guī)定。

B-ISDN用戶-網(wǎng)絡接口(UNI)物理配置模型如圖7.25所示。

圖

7.25B-ISDN用戶-網(wǎng)絡接口物理配置模型

對圖7.25的配置和參考點解釋如下。

(1)UB、TB:UB、TB都是公用UNI的參考點。①UB是公用網(wǎng)和寬帶用戶終端B-NT1之間的接口。目前,ITU-T對此接口的速率傳媒等特性尚無具體規(guī)定,在各廠商(如AT&T、富士通等)的設備中,通常采用SDH的155Mb/sSTM-1和622Mb/sSTM-4作為物理傳輸系統(tǒng)接口標準。②

TB被ITU-T定義為B-NT1和B-NT2之間的接口標準,目前規(guī)定了五種標準接口速率:1.544Mb/s、2.048Mb/s、51.84Mb/s、155Mb/s和622Mb/s,可采用SDH、PDH傳輸系統(tǒng)或純信元形式的傳輸系統(tǒng)。

(2)SB、R:SB、R都是專用UNI的參考點。①SB接口是B-NT2和B-NT1或寬帶適配器之間的接口,經(jīng)常用于局域網(wǎng)及單位內部網(wǎng)的UNI。例如,為方便局域網(wǎng)的連接,ATM論壇規(guī)定了多種基于現(xiàn)有局域網(wǎng)物理傳輸系統(tǒng)的接口標準,如25Mb/s、51Mb/s、100Mb/s以及155Mb/s接口,傳輸線路可以是非屏蔽雙絞線(UTP)、屏蔽雙絞線(STP)、同軸電纜或光纖。

②R接口與前三種接口的不同之處在于:UB、TB和SB接口的用戶信息是信元形式,而R接口都是非信元形式的終端業(yè)務。R接口標準根據(jù)接入的終端種類來確定。例如,當接入E1業(yè)務時,R接口遵循G.703建議,接入Ethernet時,遵循IEEE802.3建議。

(3)B-NT1(NetworkTerminational)：B-NT1是網(wǎng)絡終端1,具有用戶傳輸線路用戶側的終端功能和B-UNI第一層的功能。

(4)B-NT2是網(wǎng)絡終端2,具有第一層和高層的功能。

(5)B-TE1(TerminalEquipment)是B-ISDN標準功能的終端。

(6)B-TE2是非B-ISDN標準功能的終端。

(7)B-TA(TerminalAdaptor)是終端適配器,對于非標準B-ISDN終端還應加上B-TA,用以提供非標準終端協(xié)議的轉換功能,實現(xiàn)B-TE1的功能。用戶通過UNI可得到多種電信服務業(yè)務?？紤]到與以SDH定義的網(wǎng)絡節(jié)點接口(NNI)的匹配,規(guī)定UNI的速率為155.52Mb/s和622.08Mb/s。UNI在兩個方向上的接口速率可以是對稱的,也可以是不對稱的。

終端比特率由網(wǎng)絡控制。

2.網(wǎng)絡節(jié)點接口(NNI)網(wǎng)絡節(jié)點接口含義較為廣泛,它可以是兩個公用網(wǎng)的界面,也可是兩個專用網(wǎng)的界面。它還可用作交換機間接口,在公用網(wǎng)它是網(wǎng)絡節(jié)點,在專用網(wǎng)它是交換接口。NNI完成網(wǎng)絡節(jié)點接口的信令處理和VP／VC交換操作。其NNI是公用網(wǎng)中交換機的接口,PNNI(PrivateNNI)是專用網(wǎng)中交換機之間的接口。網(wǎng)絡節(jié)點接口標準包括各種物理接口、ATM層接口、管理接口和相關信令的定義。專用網(wǎng)的網(wǎng)絡節(jié)點接口結構PNNI還包括專用網(wǎng)絡節(jié)點接口路由選擇結構的技術規(guī)范。

3.數(shù)據(jù)交換接口(DataExchangeInterface,DXI)

數(shù)據(jù)交換接口技術規(guī)范包括數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議、物理層接口、本地管理接口和管理信息庫的定義。物理層接口處理數(shù)據(jù)終端設備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設備(DCE)間數(shù)據(jù)傳遞,管理信息庫用于ATM數(shù)據(jù)交換接口。數(shù)據(jù)交換接口的目標是:不需要費用較大的硬件更新設備(如光接口)就可接入ATM網(wǎng)。它允許利用路由器等數(shù)據(jù)終端設備和數(shù)據(jù)通信設備與ATM網(wǎng)互連。

4.寬帶互連接口(BroadbandIntercarrrierInterface,B-ICI)寬帶互連接口用于兩個ATM公用網(wǎng)之間,是傳輸?shù)絺鬏數(shù)慕涌?。其技術標準包括各種物理層接口、ATM層管理接口和高層功能接口。寬帶互連接口使各種傳輸網(wǎng)在傳遞不同業(yè)務時可以互通。

圖

7.26ATM網(wǎng)絡接口結構

7.6ATM通信網(wǎng)信令

7.6.1ATM通信網(wǎng)信令的特點

ATM的信令有下列特點:

(1)ATM信令是帶外信令。

(2)ATM使用獨立的信令信道傳輸信令消息。

(3)信令信元以與用戶數(shù)據(jù)信元相同的方式在ATM層傳遞。

(4)對于點到點信令,信令信元被分配到信令虛信道。在信令接入配置中,可以只用一條預先建立的信令虛信道。

(5)點到多點信令結構用于UNI中,如一個用戶-網(wǎng)絡接口被多個用戶分享。點到多點信令接入配置中,需使用元信令管理信令虛信道。元信令只管理用戶-網(wǎng)絡接口信令(UNI),而不涉及網(wǎng)絡節(jié)點信令(NNI)。

(6)廣播式的信令虛信道是從網(wǎng)絡到用戶的單向信道,可用于點至多點方向的呼叫。

(7)ATM網(wǎng)在用戶和網(wǎng)絡間支持接入信令,在各交換機間支持局間信令。

7.6.2ATM通信網(wǎng)信令的分類

1.UNI信令

UNI信令在用戶線上傳輸。包括用戶向交換機發(fā)送的摘機、掛機和被叫地址信令;交換機向用戶發(fā)送的撥號音和鈴流等音信號。UNI信令的處理流程如圖7.27所示。

圖

7.27UNI信令處理流程

2.NNI信令

NNI信令用以控制網(wǎng)絡節(jié)點之間的接續(xù)和拆線,具有局間線路監(jiān)視、選擇和操作功能。NNI信令及其傳輸機制采用了類似No.7信令系統(tǒng)的體系結構。ITU-T建議中,稱B-ISDN網(wǎng)絡信令功能模塊為B-ISDN用戶部分(BISUP),對其傳輸機制仍稱為消息傳輸部分(MTP),利用MTP為其提供服務。

NNI信令連接建立流程如圖7.28所示。

圖

7.28NNI信令連接建立流程

圖

7.29NNI信令連接釋放流程

7.6.3ATM通信網(wǎng)信令體系ATM網(wǎng)絡UNI、

NNI信令的分層體系結構如圖7.30所示。

圖7.30ATM信令協(xié)議體系結構(a)接入信令;(b)ATM網(wǎng)直通局間信令;(c)No.7信令網(wǎng)轉接局信令

在圖7.30中，各層的主要功能如下:

(1)物理層:提供有效信元的傳輸,如實現(xiàn)速率耦合、信頭差錯控制、信元定界、擾碼以及比特適配物理媒體功能。

(2)ATM層:提供信令和用戶信息VCC的連接和釋放。

(3)SAAL:信令ATM適配層。該層支持ATM層以上的可變長度信令信息交換,將高層信令信息適配到ATM信令信元,完成將各種信令信息適配成以48字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)單元,并提供流量控制和差錯控制,保證信息可以在ATM網(wǎng)絡上可靠地傳輸。

(4)Q.2931:高層信令協(xié)議。UNI信令采用了N-ISDN信令協(xié)議Q.931的改進版Q.2931。Q.2931在UNI處提供用戶呼叫建立和釋放以及用戶補充業(yè)務等過程的操作。

(5)MTP-1、MTP-2、MTP-3:分別為No.7信令信息轉移部分1層、2層、3層功能,完成物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層的功能。

(6)BISUP:提供B-ISDN局間業(yè)務呼叫的建立、釋放以及用戶補充業(yè)務的信令程序。有兩種選擇方式支持BISUP。圖7.30(b)表明直接通過ATM鏈路,經(jīng)過SAAL和No.7信令網(wǎng)的信息轉移部分第三層(MTP-3)支持BISUP。圖7.30(c)表明通過現(xiàn)有的No.7信令網(wǎng),即經(jīng)過MTP1至MTP3,支持B-ISUP。

(7)MS:點到多點信令接入配置中,需使用元信令(MS)管理UNI處的信令虛連接。MS元信令協(xié)議是ATM層的一部分,它位于層管理平面中,并受層管理控制。

7.6.4ATM通用信令信息格式

表7.8ATM協(xié)議中的各層功能

1)協(xié)議鑒別符協(xié)議鑒別符是每個消息的第一個8bit,指明使用的協(xié)議標準,用于區(qū)別B-UNI用戶網(wǎng)絡接口信令信息和其他協(xié)議信息類型。

2)呼叫參考

(1)呼叫參考值：呼叫參考值域中第一字節(jié)的高位用作標記位,其他用作呼叫參考。標記位表示呼叫的方向是呼出(1)或呼入(0)。呼叫參考值是每個消息的第二部分,由呼叫發(fā)起方賦值,它在一個特定的信令虛信道中是惟一的,并在呼叫生存期中保持不變,呼叫釋放后其值可以重新使用。

(2)呼叫參考長度：呼叫參考長度域表示呼叫參考的長度。在用戶-網(wǎng)絡接口上識別信令信息適用的呼叫,標識一個本地呼叫,其值由接口的始發(fā)邊分配給某個呼叫,并在呼叫期間固定不變,保持惟一性。

3)信息類型信息類型是每條消息的第三部分。它指明消息的功能,并可明確指明接收方不能識別此信息時應采取的動作。

4)信息長度信息長度是信息內容的字節(jié)數(shù)。根據(jù)需要,信令信息可以包含一個或者多個信息元素。信息元素格式如表7.9所示。

表7.9信息元素格式

7.7IP與ATM的結合技術

7.7.1IP與ATM技術的融合

IP網(wǎng)是一個無保證的盡力傳輸?shù)奶摂M網(wǎng)絡,它依靠IP協(xié)議對各種網(wǎng)絡實現(xiàn)無縫連接,其關鍵設備是IP路由器或網(wǎng)關,其尋址是通過路由器來實現(xiàn)的。隨著網(wǎng)絡數(shù)目的增加,路由器尋址的效能將急劇降低,需要存儲的有關數(shù)據(jù)的規(guī)模增長使其難以負擔,由數(shù)據(jù)業(yè)務增加和網(wǎng)絡規(guī)模擴大引發(fā)的路由器尋址方式的缺陷已成為制約IP發(fā)展的“瓶頸”。對此,尋求ATM技術的支援是必然的。

1.IP與ATM的比較

表7.10ATM與IP的比較

ATM以空前的技術體系除了提供高速交換的能力外,其綜合業(yè)務和可靠的QoS能力使其成為一種頗具潛力的骨干網(wǎng)技術。人們對它的成功應用抱有很大的期望,但是,以下幾個方面使ATM的發(fā)展不夠理想:

(1)在話音通信方面,AAL1電路仿真方式在今天的技術背景下已不再有效,因為不斷發(fā)展和成熟的語音壓縮技術已可以將一路語音信號從64kb/s壓縮到8kb/s甚至更低而不損害語音質量。

(2)采用VBR和AAL2傳輸語音目前標準還不完善。

(3)IP協(xié)議所具有的最大優(yōu)勢在于它可以運行在任何介質和網(wǎng)絡上,即將其他協(xié)議數(shù)據(jù)包封裝在IP包中,保證異種網(wǎng)絡的互通,即“Ipovereverything”。

(4)Web、電子貿易甚至IP語音等應用也不斷地推動著IP領域的不斷擴大。

(5)IP技術順應了計算機不斷普及、功能越來越強這一趨勢。隨著PC應用的擴展,IP在逐步統(tǒng)一局域網(wǎng)和桌面系統(tǒng)之后又開始向ATM的地位發(fā)起挑戰(zhàn)。

(6)最近幾年,POS(PacketOverSDH)技術發(fā)展很快,更使得IP技術如虎添翼。

2.IPoverATM

1)IPOA

IETF標準中,“ClassiclIPoverATM(IPOA)”描述了ATM發(fā)展初期如何用ATM在“典型”IP網(wǎng)絡中代替局域網(wǎng)以及路由器間的IP鏈路,實現(xiàn)IP數(shù)據(jù)在ATM網(wǎng)絡上的傳輸。

IPOA與局域網(wǎng)仿真類似,同樣是在網(wǎng)絡層以上隱去了ATM本身的復雜性,而給用戶提供了一種應用編程接口(API),以使現(xiàn)行的IP能夠運行在ATM上。IPOA與局域網(wǎng)仿真不同的是,局域網(wǎng)仿真是建立在MAC層上的,而IPOA則是建立在IP地址與ATM地址的直接映射上的,這樣可以簡化地址轉換協(xié)議。完成此過程的基礎是IP地址解析協(xié)議(ARP)。

(1)IPOA網(wǎng)絡結構。IPOA也采用了客戶機/服務器的模型,其網(wǎng)絡結構如圖7.31所示。

圖

7.31IPOA網(wǎng)絡結構

(2)IPOA的工作過程如下:①當主機初次加入一個新的邏輯IP子網(wǎng)時,先與該LIS的ARP服務器建立ATM虛連接。②服務器檢測到新的連接后,源客戶向ATMARP服務器發(fā)送一個ATMARP請求,詢問主機的IP地址和ATM地址。③服務器根據(jù)目的客戶的地址信息,完成目的客戶的IP地址與ATM地址間的映射。④

服務器將映射后的ATM地址返還給源客戶。⑤源客戶與目的客戶建立連接。

⑥當目的客戶收到源客戶的第一個數(shù)據(jù)包時,目的客戶向ATMARP服務器發(fā)送請求,以確定源客戶的地址。⑦服務器將源客戶的ATM地址返還給目的客戶。⑧

目的客戶與源客戶建立連接。

(3)IPOA的功能：

IPOA傳輸網(wǎng)絡協(xié)議主要完成兩個功能,即地址解析和數(shù)據(jù)包封裝。①地址解析(ARP)。

IPOA的地址解析實現(xiàn)的是IP地址到相應ATM地址的轉換。路由器A和路由器B通過ATM網(wǎng)連接,如果路由器A的LAN接口收到一個數(shù)據(jù)包,就查看自己的路由表,以確定把這個數(shù)據(jù)包通過哪個端口轉發(fā)到哪個路由器。

②數(shù)據(jù)包封裝。它是對IP數(shù)據(jù)幀進行封裝,將其轉換成適配的ATM信元,或者實現(xiàn)其反變換。封裝的主要目的是實現(xiàn)在同一個ATM虛信道VC上傳輸多種協(xié)議數(shù)據(jù)包。發(fā)送端在IP數(shù)據(jù)包前增加8字節(jié)的LLC頭,其中指明協(xié)議的類型,接收端