ATM交换技术与B-ISDN原理(第4讲)课件.ppt

1、三、窄带综合业务数字网(N-ISDN)N-ISDN:Narrowband-Integrated Services Digital Network1.产生背景(1)80年代中期，国外发达国家数字程控电话交换机广泛采用，电话普及率达到较高的程度。结论是：电话业务趋于饱和，发展曲线相对平稳。(2)对非电话业务的要求逐步提高，如用户电报、数据通信、传真、图像等，相对来讲更调整的业务还有：可视电话，会议电视等。(3)当时(80年代初、中期)网络现状是：电话网与各专业网并存 电话网 用户网 数据网 传真网 电缆电视(CATV)网 这些网络在物理上可能是重叠的，但在逻辑上是分离的。1精选课件1.N-ISDN

2、产生背景/2.基本概念(4)人们要求对已有的业务进行综合(5)未来通信业务的多样化以及人们对新业务的需求是不可预见的。结论结论：导致了：导致了ISDN思的产生思的产生2.ISDN的基本概念ISDN是这样一种网络，它由电话综合业务数字网(IDN)演变而成，提供端到端的数字连接，以支持一系列广泛的业务(包括话音和非话业务)，它为用户进网提供一组有限的标准多用途用户网络接口。2精选课件3.网络结构/基本特征三个基本特征：端到端的数字连接 综合的业务 标准的入网接口ISDNswitchISDNswitchSubscribersite orserviceproviderTerminalequipment

3、(TE)Networktermination(NT)SubscriberpremisesSubscriberinterfaceto ISDNDigital subscriberloop tocentral officeUser-networksignalingUser-usersignaling 64 kbpsnonswitchedcapabilities 64 kbpsswitchedcapabilities 64 kbps circuitnonswitchedcapabilities 64 kbpscircuit-woitchedcapabilitiesPacket-switchingca

4、pabilitlesFrame modecapabilitiesCommon-channetsignalingcapabilitiesNetwork3精选课件4.N-ISDN 用户网络接口（1）基本速率接口BRA（Basic Rate Interface）2B+D16:2*64kb/s+16kb/s=144kb/s 实际192kb/s物理速率（2）一次群速率接口PRI（Primary Rate Interface）T1例：23BD6423*64kb/s+64kb/s 1.544Mb/sE1例：30BD6430*64kb/s+64kb/s 2.048Mb/s（包括64kb/s线路同步）4精选课件

5、N-ISDN用户网络接口(Cont.)UNIUser Network InterfaceBRIPRITelephoneTE1NT-1SwitchTAUS/TRTE1SwitchPBXNT-1TAUTRSTelephone5精选课件N-ISDN-用户网络接口(ISDNGrowth)YEARBRIPRITOTAL1997933K(+30%)49K(+60%)982K(+29%)19981.25M(+35%)79K(+60%)1.229M(+36%)19991.637M(+30%)119K(+50%)1.757M(+30%)20002.047M(+25%)167K(+40%)2.214M(+26%)

6、20012.456M(+20%)217K(+30%)2.674M(+21%)20022.824M(+15%)261K(+15%)3.086M(+15%)引自 Telephony Magazine,July 19986精选课件N-ISDN-用户网络接口配置Network(SS7,packet,cellular,satellite,etc.)TE1LT/ETNT1NT2TE2NT1NT2TALT/ETSTURSTUTypical ISDN topology7精选课件S-T-and U-interface reference points and functional groupsTE2TE1TAN

7、T-2NT-2ISDNSwitchSUTTE2TE1TANT-2NT-1ISDNSwitchSUTNon-ISDNDevicesNon-ISDN Interfaces(same as Basic Rate)May also be Non-ISDN T14-wire1.544 Mbps(23B+D)2.048Mbps(30B+D)4-wireT1 orCEPT/G.703Primary RateBasic RateNon-ISDN Interfacese.g.,RS-232C4-wire2B+D14.4Kbps4-wire2B+D14.4Kbps2-wire(metallic)EchoCance

8、llation8精选课件Function Group and Reference Point功能群：定义了ISDNUNT接口上一些独立(逻辑)的功能实体。如：TE1/TE2，TA，NT2/NT1，LT/ET等。NT-1(Network Termination 1):NT-1 provides the physical interface between the CPE and the carriers network NT-2(Network Termination2):NT-2 handles the logical interface between the customers premi

9、ses and the carriers network;it may offer provisions for channel switching and multiple access.NOTE:Functional groupings of NT-1 and NT-2 can easily be provided by the same physical device;this device can be called NT-12(NT-one-two),or simply,NT.9精选课件功能群和参考点(Cont.)TA(Terminal Adapter):TA is any devi

10、ce that allows terminals and telephones that dont conform to ISDN standards to connect to the ISDN.TE(Terminal Equipment):TE is any voice,data,or other terminal that conforms to ISDN interface requirements.LT:Line Termination ET:Exchange Termination 10精选课件参考点(Cont.)参考点：功能群之间的相对逻辑/物理接口点 R、S、T、U R：ISD

11、N非标准终端（TE2）与终端适配器（TA）之间的接口 S/T：U：NT1的工线侧接口：国际标准接口NT1/2TE1TANT1/2TE2T/STSFour Wire(two Twisted Pair)11精选课件Definition of ReferenceU:The interface at reference point U is the two-wire connection between the customers premises(NT-1)and local exchange office.The standard for the U interface specifies a s

12、pecial compressed transmission format called 2B 1Q.S:The interface at reference point S connects NT-2(or NT)with ISDN terminal equipment(TE or TA).Signals and data formats at the S interface and the T interface are identical.T:The interface at reference point T connects NT-1 and NT-2.It method.Where

13、 NT-1 and NT-2 are implemented in the same device,on T1-interface is required.12精选课件5.N-ISDN LayersISDN的C、U、M平面结构主体的分离平面模型OSIC、U、M单平面模型带外信令带内信令(out-band signaling)(in-band signaling)B信道：U平面D信道：平面/signalingD信道：分组平面(packet)M平面：负责管理和沟通C、U两平面PHY Medium12345677654321C(control)U(User)M(management)13精选课件IS

14、DN协议的相互关联用 户应用用户设备A7A6A5A3A4A2A1用户网络接口网络用户平面U用户观点用户协议用户数据流(B信道)信令协议信令流(D信道)控制平面C网络观点用户之间交换的数据信令协议信令信息控制应用64Kbit/s交换网络C3C1C2C1C2C3连接控制14精选课件ISDN协议参考模型(B信道的电路连接)联络AS/TS/TNT1NT1UCMUCMCCMCCM终端S/T终端联络B联络D联络C分组交换网络123765412312376541231231237654765476547654UUUU15精选课件ISDN协议参考模型(D信道的电路连接)联络AS/TS/TNT1NT1UCMUC

15、MCCMCCM终端S/T终端联络B联络D联络C网络123765412312376542311231237654765476547654UUUU16精选课件用户网络接口协议结构应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层端到端用户信令呼叫控制I.451X.25分组级待研究LAP-D(I.441)I.430，I.431信令X.25分组级X.25LAP-B分组遥测电路交换租用电路分组交换D信道B信道telemetryleasedcircalit17精选课件6.N-ISDN协议单元User DefinedQ.931LAPDBRII.430PRII.431Protocl StackNetwork(I.

16、4N呼叫控制)Data Link(Q.921I.441)PhysicalLAPD:Link access procedure for D channel18精选课件ISDNPDU(LAPD 帧格式)EAEAC/RSAPITEIFlagAddressControlInformation(ISDN Layer 3)FCSFlagLink ControlField(Sequence No.,ACK,NAK,flowaddress,SAPin the terminal)Q.9331 Message foresfablishment/disertablishment of BchannelSAPI:Se

17、rvice access point identififier(业务接入点)TEI:Terminal endpoint identifier(终端端点标志)FA:地址扩展比特C/R:Command/Response19精选课件Why TE1?TEI0-6364-126127(Before logging on)固定TEI/P-to-P(During logon Dro.)动态自动分配/multipointA broadcast connectionAll Is20精选课件Why TEI?Using TEI identify terminalsTEP-to-PNodeTEI=64P-to-MPN

18、odeTEI=65TEI=126BRI最多允许接8 个T E，3个a cti v e/同时21精选课件Why SAPI?SAPI=0SAPI=16SRPIOtrafficSAPI16trafficSAPI0SAPI16signalinguserSAPI=7SAPI=21SAPI=7trafficSAPI=21T(a)from TE to Node(b)from Node to TE22精选课件SAPI ValueSAPI ValueFrame Carrier0Signaling(call control)Information1-15Reserved16User traffic17-31Res

19、erved63Management InformationOthersNot available for Layer 2 operations23精选课件7.N-ISDN Layer 3,Location of ISDN layer 3User of ISDNISDNLayer 3User of ISDNISDNLayer 3ITU-TQ.93124精选课件Modeling of Basic and Supplementary ServicesTermnal callprocessingBasic serviceprotocol(Q.931)Supplementaryservicesproto

20、col(facility)Q.931 messagesLAPDI.430/I.431Exchange callprocessingSupplementaryservicesprotocol(facility)Q.931 messagesLAPDI.430/I.431Basic serviceprotocol(Q.931)25精选课件The Q.931 Message format/structure bit8 7 6 5 4 3 2 1协议鉴别语Protocoldiscrimnator0 0 0 0length of callReferonce ValueCall Reforence Valu

21、e0消息型(m e sage type)Other Inro.elements(as reguired)信息单元1234n26精选课件三个重要参数 1)协议鉴别语(Protocol Discriminator)用于区分是ISDN用户-网络呼叫控制消息呢？还是其它类型的消息(如 X.25呼叫)。对Q.931 ISDN000010002)呼叫参考(Call Reference)用于标记Local ISDN的某一个特定的ISDN呼叫。亦即：在一个UNI接口上每个呼叫仅存在唯一的一个标识符(identifier)3)消息类型(Message Type)该参数用于标记消息的功能类型，如：Setup,di

22、sconnect,.etc.27精选课件ISDN Layer3 MessageCall Establishment MessagesCall Disestablishment MessagesALERTINGDETACHCALL PROCEEDINGDETACH ACKNOWLENGECONNECTDISCONNECTCONNECT ACKNOWLEDGERELEASESETUPRELEASE COMPLETESETUP ACKNOWLEDGECall Information Phase MessagesMiscellaneous messagesRESUMECANCELRESUME ACKN

23、OWLEDGECANCEL ACKNOWLEDGERESUME REJECTCANCEL REJECTSUSPENDCONGESTION CONTROLSUSPEND ACKNOWLEDGE FACILITYSUSPEND REJECTFACILITY ACKNOWLENGEUSER INFORMATIONFACILITY REJECTINFORMATIONREGISTERREGISTER ACKNOWLEDGEREGISTER REJECTSTATUSSTATUS ENQUIRY28精选课件例1.正常的ISDN呼叫过程PersonCallingTerminalETETCallingTermi

24、nalPersonOff-nook&DtatRing backIndicationStopRing backSETUPSETUP ACKINFOCALLPROCEEOINGALERTINGCONNECTCONNECTACKSETUPRongingALERTINGCONNECTACKCONNECTOff-nookPick-upOngoing connectionHang-upDISCONNECTRELEASEDISCONNECTRELEASERELEASERELEASECOMPLETECOMPLETEExample of an ISDN connection establishmetn andt

25、ormination29精选课件例2.ISDN的keypad 协议过程AISDNBCACTIVE CALLA-B ACTIVEINFOINFOKeypadHOLDKeypadHOLDINFORMDisptayHOLD ACKCall progresstonesProceedindicationA-B HELDINFO(Keypad-Addressdigrts)INFOINFOCall progresstonesDisplayALERTINGDisplayALERTINGSETUPALERTINGCONNECTCONNECTACKACTIVE CALLA-B HELDA-C ACTIVEThe

26、keypad protocol operation30精选课件N-ISDN参考阅读1.William Stallings,ISDN and Broadband ISDN,Ind Ed,MacMillan Publishing Company,199231精选课件N-ISDN的优点(1)提供电路交换与分组交换两种通信模式(2)通过一组有限的标准多用途用户网络接口(UNI)提供 各种通信业务(3)提供智能化的通信业务32精选课件N-ISDN的局限性1.传输速率低，1.5Mb/s2Mb/s。然而，最吸引人们的业 务2Mb/s，包括视频通信和高速LAN互连2.中继网络种类繁多 仅仅实现了用户网络接口上

27、的综合，而在网络内部仍 由许多分离的网络实体来为各种对应的业务提供服务。网络综合不彻底。3.灵活性差 只能以64Kb/s为单位(n*64Kb/s)提供恒定比特率(CBR)的 业务，很难适应未来业务的变化，如编码变化，PCM 64Kb/sADPCM 32Kb/s 16Kb/s 8Kb/s(移动通信编码 信道13Kb/s)结论结论：需要有新的传输、交换体制诞生33精选课件B-ISDN的基本概念1.宽带综合业务数字网的思想 四大方面的原因产生B-ISDN：各专业网单一服务有优势，但是提供综合服务有缺陷 N-ISDN有局限性 不能采取单纯的层次式信道速率分配带宽的方法 对未来的宽带网有新的要求34精选

28、课件各专业网并存多套技术多套管理维护体制资源不能共享35精选课件N-ISDN有局限性(1)支持的业务带宽有限(2.048Mb/s)，有限的带宽不能传送 电视信号，因此需要专门的电视网，包括CATV网和卫 星广播。各网之间不能互通、共享资源。(2)N-ISDN仅仅实现了用户网络接口处的综合，而在网络 内部仍由多个分离的物理网络为用户提供性质不同的服务。(3)N*64Kb/s交换能力仍不够灵活。革命尚未成功，同志仍需努力。36精选课件SDH不能作为交换技术，现有局域网需要延伸1.SDH的层次式带宽分配方法不灵活，适合作为底层网络传 输体制，如果把SDH作为交换技术将会造成网络交换资源 的低效率，网

29、络交换要求：无级变倍式的为用户应用提供 服务。2.原有/现有局域网(LAN)虽然大于2Mbit/s，但有问题：不能延伸到广域范围内。不能把业务“Integrated”。37精选课件技术进步对B-ISDN网络会产生重大影响 压缩技术 编码算法 芯片制造技术38精选课件未来宽带网的开放性人们要求未来的宽带网络要做到与业务独立 灵活与未来安全 有效的利用资源 收费低廉B-ISDN应能体现出三大特征 宽带(bandwidth)Broad band 交换式(switched)智能(Intelligent)39精选课件B-ISDN是一元化网络于是人们寻求一种集业务表示、网络传输、利用和交换于一体的一元化网

30、络，这个网络不仅能满足现在通信业务的要求，而且能在未来相对较长的时间内满足新(出现)的业务通信的要求，这样一个理想的网络称之为宽带综合业务数字网络，即B-ISDN。40精选课件B-ISDN业务的分类 居民(Residential Subscriber)：如电视、可视 电话、多媒体(视频点播VOD)、其它视频业 务etc.宽带业务 商业(Business Subscriber)：如LAN互连、分 布协同工作.etc.ITU-T I.113建议中明确规定：宽带(Broad band)为要求传输信道的速率起过一次群速率 的或系统41精选课件B-ISDN业务分类I.211建议把宽带业务交互型业务(in

31、teractive)分配型业务(distributive)宽带业务交互型业务分配型业务会话型业务消息型业务检索型业务可由用户参与控制型分配业务不能由用户参与控制型业务Conversational ServicesMessagingServicesRetrialserviceswith user-individualpresentation controlwithout user-individual control42精选课件B-ISDN业务的特征/业务比特率(Bit Rate)宽带业务的速率跨度大，突发性强，实时性要求严格。业 务 名 称速 率（bit/s）报 警/监 控 系 统4计 算 机

32、 终 端 应 用256K数 字 化 电 话 编 码16-64KS0接 口144KS1接 口1536KS2接 口 或 图 像 电 话2M块 文 件 送8-32M处 理 机 总 路16-64M彩 色 电 视34MFDDI互 连100MHDTV140M(未 压 缩)超 高 清 晰 度 的 图 像 业 务512MHIPPI接 口800-1600M43精选课件B-ISDN业务的特征/业务比特率(Bit Rate)High QualityVideoHigh Speed Data Hifi SoundVideophonyVoiceTelemetrylow speeddata10010010810710610

33、5104103102101103104105106102101109holding time(s)Fig.Range of services Expected in Brodband Network bit rate(bit/s)44精选课件B-ISDN业务的特征/突发特性(Burstiness)ServiceEsltBVoiceInteractive dataBulk dataStandard quality videoHigh definition TV(HDTV)High quality video telephony32Kbit/s1-100Kbit/s1-10Mbit/s1.5-15

34、Mbit/s15-150Mbit/s0.2-2Mbit/s2101-102-31-2545精选课件B-ISDN业务的特征/多媒体业务成份(Multimedia Components)宽带业务由多种媒体成份组成，如会议电视(宽带)由声音(Voice)、图像(Image)、文本(Text)和视频(Video)等组成；个呼叫对应多个连接、并且多个连接之间需要保持交叉同步。ComponentServiceDataTeletextAudioStandardvideoHighdefinitionvideooverheadTelephonyXVideo telephonyXXXStandard defini

35、tion TVXXXXHigh definition TV(HDTV)XXXXXVideo libraryXXXHigh quality ratioXXHigh speed dataX46精选课件B-ISDN业务的特征/多媒体业务成份(Cont.)图文电视超高分辩率高分辩率中等分辩率低分辩率HDTV16/9-4/3纵横比HIFi音响实况广播声音层次化非层次化HDTV广播质量一般通信质量监视图像同步Fig.Architectural Model for Video Services47精选课件B-ISDN业务的特征/应用要求宽带业务差别悬殊大，分门别类划成四类：恒定比特率(CBR)业务可变比特率

36、(VBR)业务，rt-VBR,nrt-VBR可得到比特率(ABR)业务非特定比特率(UBR)业务48精选课件ATM异步传递方式/(Spectrum of Switching Technologies)1.为什么需要ATM(Asynchronous Transfer Mode)简单小（快）复杂慢电路交换XMRCSXFCS？ATMFPSFRFSwitehig X.25Fig.Spectrum of Switching Techniques固定比特率可变比特率49精选课件传递方式的变更电路交换(Circuit Switching)STMSynchronous Transfer Mode,采用时隙(T

37、ime Slot)交换的概念XbaXbaVZVZfcfcYYYVXZYVX时隙帧t帧同步afbaI1I2InO1O2On时 隙 /链 路翻 译 表 翻翻译译表表输入链路时隙输出链路时隙I1123mO2O1OnO223m1I2123mIn12mO1O1On”21250精选课件电路交换用固定资源分配方式对速率变化大的宽带业务是不合适的电路交换很不灵活简单的电路交换方式对通用宽带网是完全不合适的51精选课件传递方式的变更多速率电路交换(Multirate Circuit Switching)MRCS两种方式：完全多速率电路交换，nx基本信道速率，如N-ISDN(突出特征是一个基本速率)改进型MRCS

38、，H1，H2Hn多个信道等级 (特征是多个基本速率)52精选课件MRCS多速率并行交换器H4H1H130B+D64SYNCNISDNSynchronigationS tereo soundH igh Speed data.Video phone/TVdistribution139.264Mbit/s8*2.048Mbit/s1.024Kbit/s156.672Mbit/sFig.Multirate Circuit Switching with different Basic Rates53精选课件MRCS多速率并行交换器EOSubscriber line156.672Mbit/sMux/DeM

39、uxH4H1NISDNControlH4H1NISDNFig.Switch Architecture for Multirat Circuit Switching with different Basic Channel Rates54精选课件传递方式的变更快速电路交换(Fast Circuit Switching)FCS 有信息接通资源无信息断开资源要求交换机处理信令的能力非常强大 信令开销大 +多速率快速电路交换(MRFCS)55精选课件传递方式的变更分组交换(Packet Switching)非实时存储转发机制不能满足实时业务的要求 不能工作于调整链路中变长分组复杂的缓冲器管理(过去)软

40、件方法，X.25 2Mb/s 将来用软件方法不行56精选课件传递方式的变更帧中继与帧交换Frame Relaying,Frame SwitchingTerminalTerminalB BD DC CTerminationTerminationR RA A10-10(BER)10-10(BER)-6-9差错控制移到端端57精选课件Frame Relaying,Frame Switching帧中继可以工作在比较高的比特率，但是它仍然采用可变比特率(可变分组)来传送信息，并且做CRC检查，这样做还不能适合B-ISDN中所要求的高速处理。58精选课件传递方式的变更快速分组交换FPSFast Packe

41、t Switching,最小网络功能的交换技术 网络功能进一步简化简化得简直有点像电路交换了简化得简直有点像电路交换了(cell slot),做到了业务不依赖于传递技术做到了业务不依赖于传递技术321321321321终端交换节点终端(a)packet switching网采用逐段链路差错控制(link-by-link)32b2a132b2a12a12a1有限差错控制有限差错控制完全差错控制(b)帧中继(F R)网 的 有 限差错控制321b1a1b1a1b1a安全差错控制(c)ATM网络信元交换321b1a59精选课件FPS采用面向连接的方式工作 像打电话一样 ATM信令起重要作用 预防为主

42、、解除拥塞为辅的连接方式60精选课件FPS分组长度较短(优点)交换节点内部缓冲器的容量 信息打包的时延 控制字段的种类 分组头功能在网络(设备)中能做到调整化处理61精选课件快速分速交换ATM快速分组交换做到了：(1)与业务无关 (2)具有未来安全(1)+(2)是BISDN网络的理想模式欧洲：ATDAsynchronous Time Division,32Bytes(原因是减少 打包时延)美国、日本：FPSFast Packet Switching,64Bytes(传输效率)CCITT=232+64=48Bytes+5Bytes信头53BytesATM cell(ATM信元)62精选课件ATM CellProblems?对于未来的光交换2N(入波长存储器)如何处理 53 Byte?HEADERPAYLOAD48 bytes5 bytes53 bytesFigure:The ATM cell63精选课件