1、第五章 ATM交换技术第五章第五章 ATMATM交换技术交换技术5.1 ATM技术介绍技术介绍 5.2 B-ISDN协议参考模型协议参考模型 5.3 物理层物理层 5.4 ATM层协议层协议 5.5 ATM适配层适配层(AAL)协议协议 5.6 ATM交换技术交换技术 5.7 ATM信令信令 5.8 ATM网络的业务量管理网络的业务量管理 思考题思考题 第五章 ATM交换技术5.1 ATM技术介绍技术介绍5.1.1 ATM基础知识基础知识 1ATM诞生的背景诞生的背景 在电话网中，呼叫一旦建立起来，通信的双方以64 kb/s的速率独自占有该连接，这种独占性使得话音或数据信息传递的实时性非常好。
2、但由于用户的独占性，大大影响了设备资源的利用率，即使通信的双方无话音或者数据传递，也不能供其它用户使用该带宽；另一方面，电路交换不适合速率变化很大的数据通信业务。第五章 ATM交换技术 在分组交换通信网中，信息的传递都是以分组为单位进行传输、复接和交换的。分组交换一方面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。这种控制措施保证了数据的正确传递，但同时也致使传输数据产生附加的随机时延。第五章 ATM交换技术 随着通信技术和通信业务需求的发展，电信网络必须向宽带综合业务数字网(B-ISDN)方向发展，这就要求通信网络和交换设备
3、既要容纳非实时性的数据业务，又要容纳实时性的电话和电视信号业务，还要考虑到满足突发性强、瞬时业务量大以及业务通信速率可变的要求。在这样的通信业务条件下，传统的电路交换和分组交换都不能胜任，一种新的传送模式“异步传送模式”出现了。异步传送模式是相对传统电路交换采用的同步传送模式STM(Synchronous Transfer Mode)而言的，同步传送模式的主要特征是采用了时分复用技术，各路信号都是按一定时间间隔周期性出现的，可根据时间识别每路信号。异步传送模式则采用统计时分复用，各路信号不是按照一定时间间隔周期性出现的，要根据标志来识别每路信号。采用该传送模式后，大大提高了网络资源的利用率。第
4、五章 ATM交换技术 2ATM的概念的概念 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，信元随机占用信道资源，也就是说，信元不按照一定时间间隔周期性地出现。从这个意义上来看，这种传送模式是异步的(统计时分复用也叫异步时分复用)。ATM的信元具有固定的长度，从传输效率、时延及系统实现的复杂性考虑，ITU-T规定ATM的信元长度为53字节。信元的结构如图5.1所示。第五章 ATM交换技术图5.1 ATM信元的结构Cell HeaderPayload信头净荷5字节48字节第五章 ATM交换技术 信元的前5个字节为信头(Cell Header)，包含有各种控制
5、信息，主要是表示信元去向的逻辑地址，还有一些维护信息、优先级以及信头的纠错码。后面48字节是信息字段，也叫信息净荷(Payload)，它承载来自各种不同业务的用户信息。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)。第五章 ATM交换技术5.1.2 ATM技术的特点技术的特点 1采用固定长度的短分组采用固定长度的短分组 在ATM中采用固定长度的短分组，称为信元(Cell)。固定长度的短分组决定了ATM系统的处理时间短、响应快，便于用硬件实现，特别适合实时业务和高速应用。第五章 ATM交换技术 2采用统计复用采用统计复用
6、传统的电路交换中，同步传送模式(STM)将来自各种信道上的数据组成帧格式，每路信号占用固定比特位组，在时间上相当于固定的时隙，任何信道都通过位置进行标识。ATM是按信元进行统计复用的，在时间上没有固定的复用位置。统计复用是按需分配带宽的，可以满足不同用户传递不同业务的带宽需要。第五章 ATM交换技术 3采用面向连接并预约传输资源的方式工作采用面向连接并预约传输资源的方式工作 电路交换通过预约传输资源保证实时信息的传输，同时端到端的连接使得在信息传输时，在任意的交换节点不必作复杂的路由选择(这项工作在呼叫建立时已经完成)。分组交换模式中仿照电路方式提出虚电路工作模式，目的也是为了减少传输过程中交
7、换机为每个分组作路由选择的开销，同时可以保证分组顺序的正确性。但是分组交换取消了资源预定的策略，虽然提高了网络的传输效率，但却有可能使网络接收超过其传输能力的负载，造成所有信息都无法快速传输到目的地。第五章 ATM交换技术 ATM方式采用的是分组交换中的虚电路形式，同时在呼叫建立时向网络提出传输所希望使用的资源，网络根据当前的状态决定是否接受这个呼叫。其中资源的约定并不像电路交换那样给出确定的电路或PCM时隙，只是给出用以表示将来通信过程中可能使用的通信速率。采用预约资源的方式，可以保证网络上的信息在一个允许的差错率下传输。另外，考虑到业务具有波动的特点和交换中同时存在的连接的数量，根据概率论
8、中的大数定理，网络预分配的通信资源肯定小于信源传输时的峰值速率。可以说ATM方式既兼顾了网络运营效率，又能够使接入网络的连接进行快速数据传输。第五章 ATM交换技术 4取消逐段链路的差错控制和流量控制取消逐段链路的差错控制和流量控制 分组交换协议设计运行的环境是误码率很高的模拟通信线路，所以执行逐段链路的差错控制；同时由于没有预约资源机制，所以任何一段链路上的数据量都有可能超过其传输能力，所以有必要执行逐段链路的流量控制。而ATM协议运行在误码率很低的光纤传输网上，同时预约资源机制保证网络中传输的负载小于子网络的传输能力，所以 ATM取消了网络内部节点之间链路上的差错控制和流量控制。第五章 A
9、TM交换技术 但是通信过程中必定会出现的差错如何解决呢？ATM将这些工作推给了网络边缘的终端设备完成。如果信元头部出现差错，会导致信元传输的目的地发生错误，即所谓的信元丢失和信元错插，如果网络发现这样的错误，就简单地丢弃信元。至于如何处理由于这些错误而导致信息丢失后的情况则由通信的终端处理。如果信元净荷部分(用户的信息)出现差错，判断和处理同样由通信的终端完成。对于不同的传输媒体可以采取不同的处理策略。例如，对于计算机数据通信(文本传输)，显然必须使用请求重发技术要求发送端对错误信息重新发送；而对于话音和视频这类实时信息发生的错误，接收端可以采用某种掩盖措施，减少对接收用户的影响。第五章 AT
10、M交换技术 5ATM信元头部的功能降低信元头部的功能降低 由于ATM网络中链路的功能变得非常有限，因此信元头部变得异常简单。其功能包括：(1)标志虚电路，这个标志在呼叫建立阶段产生，用以表示信元经过网络中传输的路径。依靠这个标志可以很容易地将不同的虚电路信息复用到一条物理通道上。(2)信元的头部增加纠错和检错机制，防止因为信元头部出现错误导致信元误选路由。第五章 ATM交换技术 (3)很少的维护开销比特，不再像传统分组交换中那样，包含信息差错控制、分组流量控制以及其它特定开销。因此ATM技术既具有电路交换的“处理简单”、支持实时业务、数据透明传输、采用端到端的通信协议等特点，又具有分组交换的支
11、持变比特率(VBR)业务的特点，并能对链路上传输的业务进行统计复用。第五章 ATM交换技术5.1.3 虚信道、虚通道、虚连接虚信道、虚通道、虚连接 虚信道VC(Virtual Channel)表示单向传送ATM信元的逻辑通路，用虚信道标识符VCI(Virtual Channel Identifier)进行标识，表明传送该信元的虚信道。虚通道VP(Virtual Path)表示属于一组VC子层ATM信元的路径，由相应的虚通道标识符VPI(Virtual Path Identifier)进行标识，表明传送该信元的虚通道。虚信道、虚通道与传输线路的关系如图5.2所示。VC相当于支流，对VC的管理粒度
12、比较细，一般用于网络的接入；VP相当于干流，将多个VC汇聚起来形成一个VP，对VP的管理粒度比较粗，一般用于骨干网。与VC相比较，对VP进行交换、管理容易得多。第五章 ATM交换技术图5.2 VP、VC与传输线路的关系VPVCVPVCVPVCVCVCVC传输线路VPVPVP第五章 ATM交换技术 虚连接是通过ATM网络在端到端用户之间建立一条速率可变的、全双工的、由固定长度的信元流构成的连接。该连接由虚信道、虚通道组成，通过VCI和VPI进行标识。VCI标识可动态分配的连接，VPI标识可静态分配的连接。VCI、VPI在虚连接的每段链路上具有局部意义。第五章 ATM交换技术5.2 B-ISDN协
13、议参考模型协议参考模型5.2.1 协议参考模型协议参考模型 在ITU-T的I.321建议中定义了B-ISDN协议参考模型，如图5.3所示。它包括三个面：用户面、控制面和管理面。用户面、控制面都是分层的，分为物理层、ATM层、AAL层和高层。第五章 ATM交换技术图5.3 B-ISDN协议参考模型物理层ATM层面管理层管理ATM适配层(AAL)高层高层控制面用户面管理面第五章 ATM交换技术 B-ISDN协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能：用户平面：采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时也具有一定的控制功能，如流量控制、差错控制等；控制平面：采用分层结构，完成呼叫控制和连接控制功能，利用
14、信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放；管理平面：包括层管理和面管理。层管理采用分层结构，完成与各协议层实体的资源和参数相关的管理功能，如元信令；同时层管理还处理与各层相关的OAM信息流。面管理不分层，它完成与整个系统相关的管理功能，并对所有平面起协调作用。第五章 ATM交换技术5.2.2 模型分层介绍模型分层介绍 B-ISDN协议参考模型中，从下到上分别是：物理层PHY、ATM层、ATM适配层和高层。用户面和控制面在高层和AAL层是分开的，在ATM层和物理层采用相同的方式处理信息。表5.1列出了与B-ISDN协议参考模型对应的各层功能。第五章 ATM交换技术表表5.1 B-ISDN协议参考模型
15、的分层功能协议参考模型的分层功能 层功能 层 号 会聚 CS 拆装 SAR AAL 一般流量控制 信头处理 VPI/VCI 处理 信元复用和解复用 ATM 信元速率耦合 HEC 序列产生和信头检查 信元定界 传输帧适配 传输帧的创建和恢复 TC 层 管 理 比特定时 物理介质 PM PHY 第五章 ATM交换技术 1物理层物理层 物理层主要是提供ATM信元的传输通道，将ATM层传来的信元加上其传输开销后形成连续的比特流，同时，在接收到物理介质上传来的连续比特流后，取出有效的信元传给ATM层。物理层要实现的功能有：(1)提供与传输介质有关的机械、电气接口；(2)从接收波形中恢复定时；第五章 AT
16、M交换技术 (3)提供ATM层信元流和物理层传输流之间的映射关系，包括传输结构的生成/恢复及传输结构的适配；(4)从物理层比特流中找出信元的起始边界(信元定界)；(5)一般情况下，从ATM层中来的信元流速率低于物理层提供的用来传输信元流的净荷速率，因此，物理层还要插入空闲信元，以使两者适配，同时，接收时还要扣去这些空闲信元。第五章 ATM交换技术 2ATM层层 ATM层在物理层之上，利用物理层提供的服务，与对等层之间进行以信元为信息单位的通信。ATM层与物理介质的类型以及物理层的具体实现是无关的，与具体传送的业务类型也是无关的。各种不同的业务经AAL适配后形成固定长度的分组，ATM层利用异步时
17、分复接技术合成信元流。第五章 ATM交换技术 3ATM适配层适配层 ATM适配层AAL(ATM Adaptation Layer)位于ATM层的上层，这一层是和业务类别相关的，即针对不同的业务类别，其处理方法不尽相同，但都要将上层传来的信息流(长度、速率各异)分割成48字节长的ATM_SDU传给ATM层，同时，将ATM层传来的业务数据单元ATM_SDU组装、恢复再传递给上层。由于上层的信息种类繁多，AAL层处理比较复杂，因此分了两个子层：汇聚子层CS(Convergence Sublayer)和拆装子层SAR(Segmentation and Reassembly)。第五章 ATM交换技术 4
18、高层高层 高层信息包括用户面的高层和控制面的高层。控制面的高层是信令协议，考虑到与N-ISDN的兼容，ITU-T对N-ISDN的信令协议Q.931和ISUP做了修改，制定了Q.2931和B-ISUP。第五章 ATM交换技术5.3 物物 理理 层层 物理层为ATM提供两种功能：一种是传送有效信元；另一种是传送定时信息，以实现较高层的服务。ATM的物理层包括两个子层，即物理介质子层PM(Physical Media)和传输会聚TC(Transmission Coverage)子层。其中：物理介质子层提供比特传输能力，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
19、绞线等)定义其相应的特性；传输会聚子层的主要功能是实现比特流和信元流之间的转换。第五章 ATM交换技术5.3.1 物理介质子层物理介质子层 1物理介质子层提供的物理接口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;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5.2。第五章 ATM交换技术表表5.2 ITU
20、-T制定的接口速率制定的接口速率接口名称 速 率 接口名称 速 率 DS1 1.544 Mb/s DS3 44.736 Mb/s E1 2.048 Mb/s E4 139.264 Mb/s DS2 6.312 Mb/s STM-1 155.52 Mb/s E2 8.448 Mb/s STM-4 622.08 Mb/s E3 34.368 Mb/s 第五章 ATM交换技术 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：基于FDDI的100 Mb/s
21、速率；基于光纤信道的155.52 Mb/s速率；基于屏蔽双绞线的155.52 Mb/s速率。第五章 ATM交换技术3)ANSI制定的接口标准 表表5.3 ANSI制定的接口标准速率制定的接口标准速率接口名称 速 率 STS-1 51.84 Mb/s STS-3c 155.52 Mb/s STS-12c 622.08 Mb/s DS3 44.736 Mb/s 第五章 ATM交换技术 2比特定时和线路编码比特定时和线路编码 正常工作模式下，发送端时钟锁定在接口处收到的基准时钟上。在基于信元的传输系统或网络供给时钟出错时，可以采用独立时钟工作模式，即时钟由用户本地设备供给，此时时钟允许偏差为210-
22、6。对线路码，G.703建议规定155 Mb/s电接口采用CMI(Code Mark Inversion)码。光接口采用不归零码，光纤线路编码采用4B/5B(100 Mb/s)、8B/10B(155 Mb/s)码。第五章 ATM交换技术5.3.2 传输汇聚子层传输汇聚子层 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。1传输帧适配传输帧适配 传输帧适配就是完成ATM信元与物理介质上传送的特定格式(比如SDH、PDH或其它帧格式)的比特流之间的转换。在发送端，传输汇聚子层将信元映射成时分复用的帧格式。在接收端，将信元从接收的比特流中分离出来。第五章 ATM交换技术
23、2信元速率耦合信元速率耦合 信元速率耦合即速度匹配功能。为了使信元流适应于物理介质上传输的比特率，我们引入空信元(idle cell)的概念。空信元在发送端插入和在接收端删除称为信元速率耦合。空信元由信头的标准模式确定，如图5.4所示。空信元净荷域中的每个字节都用01101010填充。图5.4 空信元的格式字节 1 字节 2 字节 3 字节 4 字节 5 净荷(48 字节)00000000 00000000 00000000 00000001 HEC 有效码 01101010 第五章 ATM交换技术 3信元差错控制信元差错控制 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
24、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。第五章 ATM交换技术 4信元定界信元定界 信元定界就是在比特流中确定一个信元的开始。信元定界的方法是基于信头的前4个字节与HEC字段的关系来设计的。如果在比特流中连续的5个字节满足HEC字段产生的算法，即认为是某个信元的开始。图5.5表示了信元定界的过程。信元定界开始时处于捕捉状态，此时进行比特搜索；一旦发现5个字节之间存在HEC关系，就进入预同步状态，然后进行逐信元验证；如果发现有连续次正确的HEC关系
25、存在，则认为进入同步状态；一旦发现错误的HEC，则返回捕捉状态。在同步状态，如果发现连续次不正确的HEC关系，则认为失去定界并返回捕捉状态。ITU-T规定：对基于SDH的信元定界，=7，=6；对基于信元方式的定界，=7，=8。第五章 ATM交换技术图5.5 信元定界流程图捕捉同步预同步按比特逐个检测正确的HEC不正确的HEC连续次不正确的HEC按信元逐个检测连续次正确的HEC按信元逐个检测第五章 ATM交换技术 5扰码扰码 为了增强用HEC字节对信元进行定界算法的安全性，同时使信元的信息字段假冒信头的概率减至最低，需要通过扰码增强信元流净荷字段中数据的随机性。ITU-T建议通过扰码使信元中的数
26、据随机化。第五章 ATM交换技术5.4 ATM 层层 协协 议议5.4.1 ATM信元的信头结构信元的信头结构图5.6 ATM信元的信头结构(a)UNI格式；(b)NNI格式bit 8 7 6 5 4 3 2 1GFCVPIVPIVCIVCIVCIPTI CLPHEC12345bit 8 7 6 5 4 3 2 1VPIVPIVCIVCIVCIPTI CLPHEC12345(a)(b)第五章 ATM交换技术 下面介绍ATM信元中各域的意义及它们在ATM网络中的作用。l)GFC(一般流量控制)GFC占4 bit，是UNI信头中第一字节的高4位。GFC域未使用时，缺省值为全0。GFC机制帮助控制A
27、TM连接流量，对消除网络中常见的短期过载现象十分有效。具体的GFC功能在ITU-T I.150建议中规定。第五章 ATM交换技术 2)VPI/VCI(虚通道/虚信道标识符)在ATM网络中，由于信头中只有5字节，不可能把全部地址信息放入信头中，因此采用标识符(VPI/VCI)代替具体地址的方法。(1)虚通道标识符(VPI)。在UNI(User Network Interface，用户网络接口)信元中，VPI域占8 bit，位于信头中第一字节的低4位以及第二字节的高4位，可以标识256条虚通道。在NNI(Network Network Interface，网络网络接口)信元中，VPI域占12 bi
28、t，覆盖了GFC域，位于信头中第一字节和第二字节的高4位，可以标识4096条虚通道。第五章 ATM交换技术 (2)虚信道标识符(VCI)。B-ISDN的UNI和NNI信元中，VCI域都为16位，占第二字节的低4位、第三字节以及第四字节的高4位。VCI域用于标识ATM虚信道，最多可标识 65536条虚信道。VCI和 VPI结合，可在UNI信元中标识16 177 216条连接，在NNI信元中标识268 435 456条连接。VCI域也可以使用预定义值，未定义值为0。“ATM论坛”规范规定：VCI值从第四字节第5位开始连续分配，未分配值为0。VCI015用于ATM管理功能，VCI16留作临时本地管理
29、接口ILMI(Interim Local Management Interface)，VCI1731预留给其它一些功能，其余的VCI值用户才可使用。因为每一个连接都与VPI和VCI相关，所以用户可以使用的第一个连接是VPIl，VCI32。第五章 ATM交换技术 3)PTI(净荷类型指示)PTI占3 bit，位于信头第四字节的第2位到第4位，用于指明同一虚信道上信元净荷的信息是用户信息还是网络控制信息。对于用户信息信元，ATM层一般先将信头剥离，再上交给ATM适配层(AAL)。对于网络控制信息信元，将启动相应的管理功能进行处理。PTI的第1位用于指明信元净荷的信息是用户信息还是网络控制信息。如果
30、是用户信息，那么第2位为阻塞指示，表示信元在传输的过程中是否经历过阻塞，第3位为ATM用户到用户指示(AUUI)，指明ATM的用户之间交换的信息；如果是网络控制信息，那么后两位表示传输数据的类型。具体定义如表5.5所示。第五章 ATM交换技术表表5.5 ATM信元头部信元头部PTI值的含义值的含义PTI 值 第 1 位 第 2 位 第 3 位 含 义 000 0：用户数据 0：未经阻塞 0：0 类型 用户数据、未经阻塞、ATM 用户指示数据类型位 0 001 0：用户数据 0：未经阻塞 1：1 类型 用户数据、未经阻塞、ATM 用户指示数据类型位 1 010 0：用户数据 1：经过阻塞 0：0
31、 类型 用户数据、经过阻塞、ATM 用户指示数据类型位 0 011 0：用户数据 1：经过阻塞 1：1 类型 用户数据、经过阻塞、ATM 用户指示数据类型位 1 100 1：网络数据 00：段(节点之间)维护 OAM F5 和段有关信元 101 1：网络数据 01：端到端维护 OAM F5 和端到端有关信元 110 1：网络数据 10：网络资源管理 用于资源管理 111 1：网络数据 11：保留 用于将来开发功能 第五章 ATM交换技术 从表中可以看出，用户信元分为0类信元和1类信元。在传输连续数据时，0类信元表示不是最后一个信元，1类信元表示是该连续数据的最后一个信元。源端AAL信元使用这两
32、种信元来通知目的端AAL该信息段的接收是否结束。源AAL把信息传给ATM层时，将最后的用户信元的PTI域置为1类信元，其它的置为0类信元。目的ATM层收到信元后可知是否为末尾信元，在上交用户信息的同时告诉AAL。PTI域不存在指示信息段开始的标志，但如果信息一段接一段地发送，可以认为在一个PTI指示为1类信元的后面所跟的一个PTI指示为0类的信元就是另一信息段的起始信元。第五章 ATM交换技术 4)CLP(信元丢失优先级)CLP只有一位，位于信头第四字节的最低位，指示在网络发生拥塞时该信元被丢弃的优先级。高优先级信元CLP0，低优先级信元CLPl。对于高优先级信元，网络应分配足够的资源来保证其
33、可靠地按时到达。对于低优先级信元，在发生拥塞时可以被丢弃。一般来讲，具有恒定速率的信元应赋予高优先级。对于一些在一段短时间内有较高峰值速率的可变比特率服务，在这段时间内，信元也应赋予高优先级。第五章 ATM交换技术 5)HEC(信头差错控制)HEC域为8 bit，占信头的第五个字节。它采用8位循环冗余编码方式，只检测信头的错误，而不检测48字节的净荷域。具体的应用在物理层功能中已作了介绍。第五章 ATM交换技术5.4.2 ATM层功能层功能 ATM信元的信头结构体现了ATM层的功能，在信元的信头结构中进行了部分介绍，现再补充如下。1VPI/VCI交换交换 一个具体的VPI/VCI只是表示相邻网
34、络节点(ATM交换机)之间信元的逻辑通路。一个终端设备到另一个终端设备之间信元的虚连接，可能是由多个不同的VPI/VCI所表示的逻辑通路通过网络节点连接起来的。所以信元在通过网络节点时，VPI/VCI可能要发生变化，即网络节点要将输入端口信元信头中的VPI/VCI转换成相应输出端口的VPI/VCI。第五章 ATM交换技术 2信头的生成信头的生成/删除删除 ATM层将从高层(ATM适配层)接收的信息作为净荷封装在ATM层信元内，并根据ATM适配层提供的信息加上相应的信头形成信元，然后把信元交给物理层传送。另外，因ATM层只是将信元中的净荷信息往上层(ATM适配层)传送，所以ATM层在从物理层收到
35、上传的信元后，必须在上传之前将信元的信头删除。信头中的信息由ATM层进行处理。第五章 ATM交换技术 3信元的识别和丢弃信元的识别和丢弃 根据信元信头中的净荷类型指示(PTI)在传送信令和OAM信息时，区分控制面的信元和含有用户信息的用户面的信元，同时根据丢失优先级指示(CLP)来识别高优先级信元和低优先级信元，在下列情况下丢弃信元：(1)具有无效的信头差错控制域的信元。(2)到达一条还未建好的链路的信元。如信元经过交换机后经转发表匹配而获得VPI2、VCI2039的连接，但该设备并不存在VPI2、VCI2039的连接，说明该传送信元的链路尚未建好。第五章 ATM交换技术(3)VPI、VCI值
36、超出设备可提供VPI、VCI值范围的信元。(4)占用了系统VPI、VCI预留值的信元。(5)链路发生拥塞时到达的信元。(6)违反流量协议的信元。第五章 ATM交换技术 4网络的流量控制和拥塞控制网络的流量控制和拥塞控制 流量控制就是使用户网络接口上流入网络的比特流(信元流)速率要符合通信建立前用户和网络协商的速率。拥塞控制就是当流向某一条链路的信元流量超过该链路本身的容量时，网络必须采取措施，使流入该条链路的信元流量在该链路本身的容量范围内。第五章 ATM交换技术5.5 ATM适配层适配层(AAL)协议协议5.5.l AAL的结构、功能、业务类别及协议类型的结构、功能、业务类别及协议类型 1A
37、AL的协议结构的协议结构 如图5.7所示，AAL分为分段与重装(SAR)子层(也称拆装)和汇聚子层(CS)。汇聚子层又分为特定业务汇聚子层(SSCS)和公共部分汇聚子层(CPCS)。对信令适配层(S-AAL)，SSCS又分为特定业务协调功能(SSCF)和特定业务面向连接协议(SSCOP)两部分。第五章 ATM交换技术图5.7 AAL结构SSCFSSCOPSSCSCPCSCSSAR第五章 ATM交换技术 2AAL的功能的功能 AAL的主要功能是将来自高层的协议数据单元(PDU)先映射为AAL的服务数据单元(SDU)，然后映射成48字节的信元净荷负载，以达到为不同要求的用户提供特定的服务的目的，保
38、证ATM层与业务类型无关；同时还要将从ATM层上传的信元净荷进行相反的操作，映射成高层的协议数据单元。如图5.8所示，CS子层对来自用户面的高层信息单元作好分割前的准备，使接收方CS子层能将这些分组再还原成原始高层信息，即将控制信息作为标头和后缀或只是后缀添加在用户信息上。控制信息由AAL服务类型确定，它是ATM信元净荷的一部分。CPCS检查信元的丢失和错插，提供误码的保护。SSCS对不同业务提供不同功能，如时延处理等。SAR子层将来自CS子层的CS_PDU(汇聚子层协议数据单元)分割为ATM信元的净荷，或将ATM信元的净荷重装为CS_PDU。分段重装时要维持SAR_PDU的传输顺序，提供误码
39、检查与保护功能。第五章 ATM交换技术图5.8 AAL一般功能有效净荷头有效净荷头尾有效净荷头尾有效净荷头有效净荷头尾AAL-SDU去/来高层协议AALAAL CS子层AAL SAR子层ATM子层第五章 ATM交换技术 另外，AAL还提供如下服务：(1)处理信元的丢失、误传，向高层用户提供透明的顺序传输。(2)处理信元的延迟变化，使连续发送的信元在网络中的延迟尽量保持一致，即使延迟抖动达到最小。(3)差错处理。ATM层只对信头进行纠错，由AAL对信元净荷进行差错控制。(4)在接收端恢复源端定时信息，保证信息以源端的比特率向高层递交。(5)层管理实体功能，启动和控制对ATM的连接请求，协调递交给
40、ATM层的用户数据和控制信息。第五章 ATM交换技术 3AAL的业务类别和协议类型的业务类别和协议类型 ITU-T建议书I.362定义了AAL功能的基本概念和分类，其业务类别的属性取决于以下三个要素：信源和信宿之间要求的定时关系；比特率是均匀的还是可变的；连接模式是面向连接的还是非连接的。这三个要素，每个要素有两种选择，可以形成8类业务。但实际上某些组合是不可能实现的业务，如速率恒定的、实时的、面向非连接的业务就是不可能实现的。ITU-T定义了A、B、C、D四类业务如表5.6所示。第五章 ATM交换技术表表5.6 AAL业务属性分类业务属性分类业务类别 属 性 A 类 B 类 C 类 D 类
41、信源和信宿之间的定时关系 要求 不要求 比特率 均匀 可变 连接方式 面向连接 无连接 ATM 适配层协议 AAL1 AAL2 AAL3/4 或者 AAL5 AAL3/4 或者 AAL5 第五章 ATM交换技术 A类业务：具有恒定的比特率，面向连接的实时信息传递业务。主要用于电路仿真。B类业务：具有可变的比特率，面向连接的实时信息传送业务。主要用于可变比特率的话音和视频传输。C类业务：具有可变的比特率，面向连接的非实时信息传送业务。主要用于面向连接的数据传输。D类业务：具有可变的比特率，面向非连接的非实时信息传送业务。主要用于面向非连接的数据传输。第五章 ATM交换技术 除ITU-T定义的四类
42、业务外，“ATM论坛”又提出X类和Y类业务。X类业务为未指定比特率(UBR)业务，Y类业务为可用比特率(ABR)业务。它们都是比特率可变，面向连接的非实时信息传送业务的一部分。为了支持以上各类业务，ITU-T提出了四种AAL协议类型：AAL1、AAL2、AAL3和AAL4，分别支持A、B、C、D四类业务。而“ATM论坛”定义了六种AAL协议类型，分别记为AAL0AAL5，其中：AAL0表示AAL为空，主要用于信元中继业务，表示信元中继应用与ATM层的信息表示形式之间无须任何适配；AAL5又称 SEAL(Simple and Efficient Adaptive Layer)，主要用于ATM网上
43、帧中继业务或TCP/IP数据报传输，以及其它面向连接的数据传输业务。第五章 ATM交换技术 由于AAL3用于帧中继、TCP/IP等面向连接的数据传输，AAL4用于支持CLNS(无连接业务)、SMDS(交换多兆比数据业务)等无连接的数据传输，二者惟一的不同体现在对一个特定域的使用上，因此一般将AAL3、AAL4融合成一个综合协议类型AAL3/4。而AAL3/4开销很大，AAL5简单高效，所以使AAL3/4更少用于C类业务中。第五章 ATM交换技术5.5.2 AAL1 AAL1支持A类业务，因为AAL1从高层接收或向高层传送具有均匀比特流的SDU。1AAL1的功能的功能AAL1的功能包括：(1)用
44、户信息的分段和重装。(2)信元时延抖动的处理。(3)信元净荷重装时延的处理。(4)丢失信元和错插信元的处理。第五章 ATM交换技术(5)接收端对信源时钟频率的恢复。(6)接收端对信源数据帧的恢复。(7)监控AAL协议控制信息PCI的误码并进行误码处理。(8)监控用户信息域的误码和对误码的纠错。这些功能是由 AAL1的 SAR子层和 CS子层来实现的。第五章 ATM交换技术 2AAL1的的SAR子层子层 发送时，SAR子层从CS子层接收CS_PDU，然后在CS_PDU上加上一些控制信息(SAR_PDU头)，构成SAR_PDU，再将48字节的SAR_PDU下传给ATM层。接收时，SAR子层接收上传
45、的ATM层信元的有效净荷，并进行处理，构成SAR_SDU，作为CS_PDU送到CS子层。所以SAR子层的主要功能是对顺序传送的数据块增加一个序号字段(SAR_PDU头中)，也叫SAR_PCI(协议控制信息)。第五章 ATM交换技术 SAR_PDU的格式如图5.9所示，它的净荷为47字节，SAR_PDU的头为1字节，其中的4 bit序列编号(SN)分成1 bit CS指示(CI)和3 bit序列计数(SC)。CI用于传输CS子层之间的信息，SC对传输数据单元进行模8编号，防止出现数据单元的丢失、重复以及其它信息错插入。另外4 bit为序列编号保护(SNP)，分为3 bit循环冗余校验(CRC)和
46、1 bit保护位P。CRC的生成多项式为x3+x+1，具有“纠1检多”功能，保护位P用于对前面7 bit进行偶校验编码。第五章 ATM交换技术图5.9 AAL1的SAR_PDU格式CI SCCRC PSNSNPSAR-SDUSAR-PCISAR-PDU4bit4bit47字节第五章 ATM交换技术 3AAL1的会聚子层的会聚子层(CS)CS子层的功能包括信元延时抖动处理、信元丢失和错插处理、传送时钟信息和结构信息以及进行纠错处理。(1)信元延时抖动处理：采用缓冲区的方法，当缓冲区溢出时，丢弃多余的比特，当缓冲区不满时，在信息流中插入一个特定的比特组成的信元。第五章 ATM交换技术 (2)丢失和
47、错插入信元的处理：发送时，CS子层在向SAR子层提供SAR_SDU的同时，提供一个模8的序号。接收时，CS子层根据SAR子层提供的序号，判断是否发生了SAR_PDU的丢失和错插入，从而采取相应的处理措施。如丢弃错插数据单元，用一个特定比特模式组成的单元代替错误数据单元等。第五章 ATM交换技术 (3)定时信息的传送：AAL1规定了两种方法实现业务时钟的同步。一种叫做同步剩余时间标签(SRTS)法。在这种方法中，发送端将应用业务时钟和网络标准时钟比值的偏差值(即剩余时间标签)通过CI域传送到接收端，剩余时间标签用4 bit传送。由于CI位是1 bit，故需要4个SAR_PDU的CI域来传送剩余时
48、间标签信息。因为CI域还要用于传送结构信息，SAR_PDU又是以模8编码的，所以AAL1中规定使用8个SAR_PDU(07)中的奇数号的SAR_PDU的CI域传送剩余时间标签信息。这种定时信息的传送方式要求收发双方都具有非常精准的网络标准时钟。第五章 ATM交换技术 另外一种方法为自适应时钟法，实现方法是在接收端设置一个缓冲区，存放收到的数据，以发送方业务时钟写入，接收方业务时钟读出。根据缓冲区中数据的多少，便可以间接地知道接收方时钟和发送方时钟的偏差，并依次调整接收方式，使之与发送方时钟同步。第五章 ATM交换技术 (4)结构信息的传送(SDT)：在AAL1中，可以传送具有某种结构的数据流的
49、结构信息，如8 kHz的帧结构业务。结构信息的传送是通过将SAR_PDU的负荷区分为两种格式来实现的。其中一种是47字节负荷区全部为用户信息，即47字节的AAL1的用户信息；另一种是47字节负荷区只有46字节的AAL用户信息，另外1字节作为指针域传送结构信息。这两种格式分别称为非P格式和P格式。P格式中的指针用于指示用户信息结构的起始位置，8 bit指针域的第l bit保留，其它7 bit用于存放位置信息，同时用CI指明SAR_PDU是P格式(CIl)还是非P格式(CI0)。为了防止和时钟信息传送发生矛盾，AAL1规定只允许偶数编号数据块传送结构信息。第五章 ATM交换技术 (5)前向纠错编码
50、(FEC)：因在实时通信过程中无法采用时延较大的自动请求重发来保证信息的正确传送，所以AAL1中规定可以采用Reed-Solomen编码方法保证高质量的音频和视频信息的可靠传送。具体是将124个CS_PDU排成12447字节矩阵，对每行124字节信息添加4字节的FEC编码，形成12847字节矩阵，作为 128个信元发送。这种编码方法记为RS(128，124)，它可以纠正两个错误字节或恢复4个已知位置的丢失字节，也可采用RS(94，88)来减小因编码引起的时延。第五章 ATM交换技术5.5.3 AAL2 AAL1是针对简单的、面向连接的实时数据流而设计的，除了具有对丢失和错插信元的检测机制外，它
