现代交换原理 教学课件 作者李生红 第6章 ATM交换

现代交换原理第6章ATM交换*第6章ATM交换6.1ATM交换概述6.2ATM信元结构和协议分层结构6.3ATM交换原理6.4ATM交换系统6.5ATM网络信令6.6流量控制与拥塞控制*现代交换原理第6章ATM交换*6.1ATM交换概述ATM（asynchronoustransfermode，异步传送模式）是B-ISDN（宽带综合业务数字网）的核心技术，B-ISDN的网络节点即ATM交换机。基本电路交换和分组交换各有优点及局限性，分别适用于不同的专用网络。随着通信技术的发展，在一个高速网络上承载诸多业务类型且可以满足诸多业务QOS 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 的需求日益增长。在这种背景下，B-ISDN概念得以出现。对于B-ISDN，基本电路交换和分组交换都不能满足其要求。虽然B-ISDN最终没有占有预期的市场份额，但是ATM技术却得到了广泛使用，尤其用于骨干网络。可以说，ATM技术仍然是宽带通信领域中的一种重要技术手段。*现代交换原理第6章ATM交换*6.1ATM交换概述ATM结合了基本电路交换和分组交换两者的优点，采用对定长信息单元(ATM的基本信息单元cell，称为信元)进行异步时分复用的方式可靠传输各种类型业务信息，并能对业务信息进行高速交换处理。在整个ATM交换技术框架下，诸多技术环节都与基本电路交换和分组交换有着本质的区别。例如，分组交换使用LCGN/LCN在分组层（亦即OSI七层数据通信分层中的网络层）实现交换，而为了提高处理速度，ATM使用虚通道标示符VPI/虚信道标示符VCI在ATM层（即OSI七层数据通信分层中的数据链路层）实现交换；等等。总体来说，ATM交换机制是面向可以提高链路带宽利用率的异步时分复用方式，能够支持具有不同业务QOS需求的各种业务类型。*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构一、ATM信元结构ATM信元是ATM交换机制下信息传输和交换的基本组成单元，其大小为53字节，由5字节信元头部（信头header）和与用户数据有关的48字节信息体（净荷payload）组成。*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构一、ATM信元结构GFCVPIVPIVCIVCICLPVCIPTHEC信息体（48B）8765432112345653UNI信元结构VPIVPIVCIVCICLPVCIPTHEC信息体（48B）8765432112345653NNI信元结构信息比特发送顺序信息比特发送顺序发送顺序*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构一、ATM信元结构（1）GFC（genericflowcontrol），通用流量控制。占用4比特，只在UNI信元中含有该字段，NNI信元中不包含该字段。其功能是用于控制ATM接续的业务流量，减轻用户边出现的短期过载现象。该功能实现单向控制业务，即只控制用户终端流向网络方向的信息流量，而不控制网络流向用户终端方向的信息流量。 编码 说明 0000 终端是非受控的，信元是空闲信元，或者信元处于ATM非受控接续方式 0001 终端是受控的，信元是空闲信元，或者信元处于ATM非受控接续方式 0101 终端是受控的，信元处于ATM受控排队A接续方式 0011 终端是受控的，信元处于ATM受控排队B接续方式*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构一、ATM信元结构（2）VPI/VCI（virtualpathidentifier/virtualchannelidentifier），虚通道标识符/虚信道 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示符。VCI字段在信元头部占有16比特。VPI在UNI信元结构中占有8比特，在NNI信元结构中占用12比特。VPI/VCI用于路由选择和交换节点接续。*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构一、ATM信元结构（3）PT（payloadtype），净荷类型。占用3比特，用于区分信元信息体中是用户数据信息、操作/管理/维护（OAM）信息，还是网络资源管理（RM）信息。。 PT字段编码（从高位到低位） 说明 000 用户数据信息信元，不经历拥塞，SDU=0 001 用户数据信息信元，不经历拥塞，SDU=1 010 用户数据信息信元，经历拥塞，SDU=0 011 用户数据信息信元，经历拥塞，SDU=1 100 分段OAM相关信息流信元 101 端到端OAM相关信息流信元 110 RM信元 111 目前尚未定义，保留位*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构一、ATM信元结构（4）CLP（celllosspriority），信元丢失优先级表示符。占用1比特。在ATM信元头中，定义了CLP字段。CLP=0，表示该信元具有高优先级，反之，CLP=1，表示该信元具有低优先级。当发生拥塞需要丢弃信元时，低优先级别的信元将首先被丢弃。该字段的数值可由用户或者业务提供者加以设置。（5）HEC（headererrorcontrol），信头差错控制。占用8比特，用于检测信元头部的差错并进行改正，并用于进行信元定界。HEC字段由后续将介绍的ATM协议分层结构中的物理层产生。*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构1、分层结构ATM适配层（AAL）ATM层物理层高层高层控制面用户面管理面面管理层管理*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构2、AAL层AAL层（ATM适配层）主要负责高层与ATM层之间的适配。划分为4类，AAL层定义了AAL1、AAL2、AAL3/AAL4和AAL5四种适配层协议。AAL1协议支持A类业务；AAL2协议支持B类业务；AAL3协议和AAL4协议早期分别定义，后期融合为一种协议AAL3/AAL4，用于支持C/D类业务；AAL5协议用于支持C类业务，也支持ATM网络信令。A类B类C类D类连接方式是否是面向连接的比特率是否固定源与目的地之间是否需要定时关系需要不需要固定可变面向连接面向无连接业务属性业务类型*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构2、AAL层AAL层中各子层的位置关系如图。高层CSSSCSCPCSSARATM层AAL层*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构2、AAL层AAL1协议下数据的封装。高层用户数据流47字节用户数据AAL层CS子层ATM层47字节SAR净荷47字节SAR净荷1字节SAR头1字节SAR头47字节用户数据SAR子层48字节信息体5字节信元头48字节信息体5字节信元头*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构3、ATM层ATM层独立于用于传输信元的物理媒体，是ATM适配层和物理层的接口。通过ＡＴＭ层的操作，各种业务信息都会以统一的信元形式进行复用／解复用以及交换。ATM层主要具有4大功能，即一般流量控制、信元头的产生和提取、信元VPI/VCI翻译以及信元多路复用/解复用。1）流量控制。通过信元头中的GFC字段控制用户终端流向网络方向的信息流量。2）信元头的产生和提取。AAL层汇聚拆装的对象是属于信息本体，尚不是信元。在ATM网络发送终点，ATM层为AAL层送来信息本体内容添加信元头部，形成信元。在接收终点，ATM层去除信元头部，将信元信息体部分的内容送给AAL层。*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构3、ATM层3）信元VPI/VCI翻译。ATM网络中的转接节点在ATM层具有该功能，用于完成路由选择和交换。ATM网络以面向连接的方式工作，但是由于其采用异步时分复用机制传输信息，因此其连接是虚连接。ATM网络定义了虚通道（VP）和虚信道（VC）两个概念，相应的分别用虚通道标识符（VPI）和虚信道标识符（VCI）来表示。在一个物理通道中可以包含多个VP，而每一个VP中又可以包含若干个VC，如图。物理通道VPVPVPVPVCVCVCVC*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构3、ATM层ITU-T定义了两个虚连接概念：虚通道连接（VPC）和虚信道连接（VCC）。一个VCC由若干条VC链路组成，其起止于执行ATM层与上层交换信元中信息体内容的节点---VC端节点。一个VPC由若干条VP链路组成，其起止于VCI值发生变换的节点---VP端节点。两者的关系如图所示。带有VCIi的VC链路带有VCIj的VC链路带有VCIk的VC链路带有VCIl的VC链路带有VPIm的VP链路带有VPIn的VP链路带有VPIy的VP链路VC端节点VC端节点VP端节点VP端节点VCCVPC*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构3、ATM层ITU-T定义了两种交换类型：VP交换和VC交换。在VC交换方式下，交换节点对信元头中的VPI和VCI值都要进行翻译，在交换节点输出端，该二值都发生了改变。在VP交换方式下，交换节点只对信元头中的VPI进行翻译，在交换节点输出端，VPI值发生改变，而VCI值却不变。4）信元多路复用/解复用。在发送方向，该功能将各个VP/VC上的ATM信元异步时分复用到一个信元流中。在接收方向，其从一个信元流中根据不同的VPI/VCI值，将各信元送到不同的VP/VC上。。*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构4、物理层物理层可划分为物理媒体子层（PM）和传输汇聚子层（TC）。（1）PM直接面向物理媒体线路，其与具体的物理媒体有关，主要负责提供与传输线路媒体有关的机械和电气接口、面向比特定时的定时信息的插入和提取、线路编码和解码、光/电和电/光转换等功能。经常使用的是具有155.52Mb/s和622.08Mb/s高速率的SDH和纯信元两类接口。*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构4、物理层典型的ATM物理接口。 接口 传输速率（Mb/s） 传输系统 传输线路媒体 T1 1.544 PDH 同轴电缆 T3 44.736 PDH 同轴电缆 E-1 2.048 PDH 同轴电缆 E-3 34.368 PDH 同轴电缆 E-4 139.264 PDH 同轴电缆 SDHSTM-1,SONETSTS-3c 155.52 SDH 单模光纤 SDHSTM-4c,SONETSTS-12c 622.08 SDH 单模光纤 光纤通道 155.52 信息块编码 多模光纤 信元 155.52 信息块编码 单模光纤 信元 622.8 信息块编码 单模光纤 信元 51.84 SONET UTP-3 STS3C 155.52 SONET UTP-3*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构4、物理层（2）TC层位于ATM层和PM子层之间，主要负责信元速率耦合/解耦、信元定界、传输帧产生与提取、传输帧适配、HEC的产生与校验等功能。1）信元速率耦合/解耦。使ATM层生成的信元流速率和物理媒体线路传输系统的速率能够达到匹配。2）信元定界。用于在连续比特流中定位出信元的边界，从而确认各个信元。*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构4、物理层3）传输帧产生与提取及适配。对于信元的传输问题，ATM使用了两种方式，即：帧结构方式和纯信元流方式。4）HEC的产生与校验。在发送方向，ATM信元头中的HEC字段值由TC层产生。在接收方向，该值由TC层提取并加以校验，以检验所收到的信元头部的完整性。*现代交换原理第6章ATM交换*6.2ATM信元结构和协议分层结构二、ATM分层结构4、物理层ITU-T建议I.432中给出了基本的信元定界方法，其通过检查HEC字段是否正确以及定义搜索状态、预同步状态、同步状态三个状态及其间的状态转移来完成，具体处理过程如图。搜索状态预同步状态同步状态检测到一个正确的HEC未检测到正确的HEC检测到连续N个正确的HEC检测到连续M个不正确的HEC*现代交换原理第6章ATM交换*6.3ATM交换原理二、ATM分层结构ATM交换系统具有多条入线和多条出线，且每一个线路上采取统计时分复用方式通过信元传输多路通信信息，每路信息占用一个逻辑信道，逻辑信道利用ATM信元头中的VPI/VCI来标识。ATM交换原理就是利用交换系统中所有的路由翻译表，将任一入线上任一逻辑信道上的信元映射交换到任一出线上的任一逻辑信道中去，完成信元在入线和出线间的时间和空间交换。其中，空间交换是明显的，用于实现将任一入线上的信元交换到任一出线上去，也就是进行路由选择，而时间交换是通过信元头中的VPI/VCI值的翻译来完成。*现代交换原理第6章ATM交换*6.3ATM交换原理二、ATM分层结构ATM基本交换原理示意图。在该图中，以入线IM上带有VPI/VCI=c的信元的交换为例，其通过查找路由翻译表，被交换到出线O1上，且VPI/VCI值被翻译变换为VPI/VCI=k。交换网络adaeebdcckkfqyymfj缓冲器输入信元流输出信元流O1ONI1I2IM信元路由翻译表入线VPI/VCI出线VPI/VCII1adfjO1ONI2bemyO1ON........................IMcdkqO1ON............*现代交换原理第6章ATM交换*6.3ATM交换原理二、ATM分层结构ATM交换网络还具有组播（multicast）、优先级控制等功能。优先级控制功能是保障发生竞争时，高优先级的信元首先被通过交换网络接续出去，而低优先级的信元需要在缓冲器中暂时缓存，当竞争现象解除后再通过交换网络接续出去。组播功能是指点到多点通信，交换网络利用此功能，可以将一个信元复制为所需的多个信元，并令其从不同的逻辑信道上发送给不同的目的端。*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换系统一、ATM交换系统硬件组成从硬件组成角度来看，ATM交换系统硬件组成如下图6-10所示，由ATM交换网络、接口及处理机控制部件组成。ATM交换网络处理机控制部件UNI接口UNI接口NNI接口NNI接口*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换系统一、ATM交换系统硬件组成1、ATM交换网络它是交换系统入线和出线间信息传输的接续部分。其根据具体需求，可以支持点到点连接接续，也可以支持点到多点连接接续（即支持组播），并还可望支持多点到点以及多点到多点连接接续。一些典型的ATM交换网络有共享存储器、共享总线等基于时分结构的交换网络和Crossbar网络、Banyan网、缓冲Banyan网等单通路的基于空分结构的交换网络以及排序-banyan网、多链路Banyan网、多平面Banyan网、Benes网、Clos网等多通路的基于空分结构的交换网络。*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换系统一、ATM交换系统硬件组成2、接口从面向的对象来看，这些接口可以划分为两大类。一类是用户线和交换系统之间用户线的接口，称为UNI接口；一类是面向相邻交换机之间中继线的接口，称为NNI接口。ATM交换系统的一些典型的接口如前述表6-3所述。*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换系统一、ATM交换系统硬件组成3、处理机控制部件用于控制整个ATM交换系统的运行，包括呼叫接续控制、业务流管理等等。ATM交换系统的控制部件中一般也采取多处理机架构，各处理机之间既可以采用功能分担方式，也可以采用负荷分担方式。通常，在一个实际的ATM交换系统中，上述两种分工方式被结合使用。这一点与数字程控交换系统很类似。*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换原理二、ATM交换系统功能结构组成ATM交换系统的功能结构包括：输入模块（IM）、输出模块（OM）、信元交换结构（CSF）模块、接入允许控制(CAC)模块、系统管理（SM）模块等功能模块。其组成关系如图。CSFOMCACSMOM......OMOM......*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换原理二、ATM交换系统功能结构组成1、IM模块IM模块主要负责接收输入信号，抽取信元流，并在此基础上为信元流准备通过CSF的路由选择。对于前者，IM模块需要处理光电信号转换、数字比特流恢复、信元描述、丢弃发送方插入的空闲信元等诸多功能，对于后者，IM模块需要处理信元头部差错检查、VPI/VCI值的有效性确定及翻译、交换系统输出端口确定、信令信元与接入允许路由选择的排序、管理信元和系统管理路由选择的排序、内部标识符的加入、一般流量控制、各VPC/VCC的UPC/NPC控制、话务量配置等诸多功能。这些功能可以通过图6-12所示的功能结构得以实现。*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换原理二、ATM交换系统功能结构组成1、IM模块IM模块功能结构。信元头内容检查话务量配置UPC/NPCGCRA（1/Rp,0）信元流GCRA（1/Rs,0）UPC/NPC机制信元头差错计数非一致性信元计数SDH功能信元定界管理信元筛选VPI/VCI翻译信元处理ATM/SDHUPC/NPC数据库IM-CAC信令信元筛选管理信元信令信元IM-SMVP/VC数据库IMCACSM*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换原理二、ATM交换系统功能结构组成2、OM模块OM模块主要负责执行许多与IM模块相反的功能，为信元在物理链路上的输出做好准备。OM模块所涉及的功能包括内部标识符的提取与处理、VPI/VCI翻译、HEC字段的产生及将其封装进信元头部、信令信元/管理信元/用户数据信元的混合、填充空闲信元、光电信号转换等功能。这些功能可以通过图6-13所示的功能结构得以实现。*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换原理二、ATM交换系统功能结构组成2、OM模块OM模块的功能结构信元编码信元映射及信元率重组ATM/SDH用户数据信元信令信元管理信元HEC产生传输汇聚SDH功能信令信元插入内部信息处理OM-SM管理信元插入管理信元信令信元OM-CACVP/VC数据库OMCACSM*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换原理二、ATM交换系统功能结构组成3、CSF模块CSF模块的功能是在交换系统各功能模块之间传递信元，并主要负责在IM和OM之间传递信元，即进行入线和出线间的信元交换接续。从硬件角度来看，即是交换网络。ATM的交换网络功能要比一般交换网络功能要更复杂，除了一般交换网络所通常具有的路由选择功能外，还具有话务集中/多路复用、话务扩展/话务组合、用于多点接续的信元复制、故障容错冗余、信元缓冲与存取、包括信元延迟和丢失选择/信元调度处理/拥塞监测和指示等在内的缓冲器管理功能等。*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换原理二、ATM交换系统功能结构组成3、CSF模块CSF模块功能结构。路由选择缓冲存取配置控制缓冲器管理话务集中信元复制信元传递话务扩展话务冗余话务组合............入出SM*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换原理二、ATM交换系统功能结构组成4、CAC模块CAC模块除了执行最主要的VPC/VCC接续请求的允许或拒绝功能外，还执行高层信令协议、信令信元的产生及翻译、信令网络接口、VPC/VCC交换资源的分配、UPC/NPC相关参数的产生等诸多相关辅助功能。从前述各模块图可见，涉及CAC环节之处，都存在多条实或者虚连接线，并还存在IM-CAC、CAC、OM-CAC等模块。其原因在于，CAC模块在实际系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中可以采取两种部署处理方式，即集中式部署处理方式和分散式部署处理方式，如下图，其中，集中式部署处理方式还可以采取两种形式，一是不通过CSF的处理，如下图a中的虚线所示，一是通过CSF的处理，如下图a中的实线所示。*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换原理二、ATM交换系统功能结构组成4、CAC模块对于集中式部署处理方式，所有的CAC功能都由一个CAC模块实体加以统一处理。而对于分散式部署处理方式，CAC功能被分散在IM模块、OM模块等模块中。CAC功能模块的两种部署处理方式图。CSFIMATM/SDHIMOM......OMCAC内部信元流ATM/SDH(a)集中式部署处理方式IM-CACCSF..IMOM-CACATM/SDH........ATM/SDHATM/SDHOM-CACIMATM/SDHATM/SDHOM......OMIM-CACATM/SDH(b)分散式部署处理方式IMATM/SDHIM-CACCACIMATM/SDHIM-CACCAC..*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换原理二、ATM交换系统功能结构组成5、SM模块SM模块具有物理层操作和管理、ATM层操作和管理、交换网络管理、交换数据库安全控制、交换资源的利用测量、通信管理、管理信息库管理、用户网管理、操作系统接口、网络管理支持等诸多功能。在实际设计时，类似于CAC模块，SM模块也可以两种方式：1）集中式部署处理，所有的SM功能都由一个SM模块实体加以统一处理，其还可以进一步采取两种形式，一是不通过CSF的处理，如下图a中的虚线所示，一是通过CSF的处理，如下图a中的实线所示。2）分散式部署处理方式，SM功能被分散到IM模块、OM模块等交换系统各部分中，*现代交换原理第6章ATM交换*6.4ATM交换原理二、ATM交换系统功能结构组成5、SM模块SM模块一般功能结构示意。监测与协调结构管理性能管理故障管理安全管理计费管理业务管理内部通信外部通信IM/OMCSFCAC系统管理数据库*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令一、信令协议结构简介1、ATM信令方式信令方式通常有两种：1）带内信令是指传送业务信息的信道同时也传送信令信息，如一般公用网所采取的信令方式。2）带外信令是指有专用的信道传送信令信息，公共信道信令的控制信号通过信令链路传送，该链路只传送信令信息，不传送业务信息。ATM信令是带外信令，ATM网络呼叫和接续由ATM信令控制，ATM网信令分两种：用户和网络间接入信令、交换机间局间信令。*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令一、信令协议结构简介2、用户-网络接口间接入信令在用户-网络接口（UNI）处为接入信令，图中SAAL（signalingATMadaptationlayer）为信令ATM适配层，位于ATM层之上，支持ATM层以上的可变长度信令信息交换，将Q.2931高层信令信息适配到ATM信令单元，适配信令传送的功能由该层完成。Q.2931前身是Q.93B，是一种确立、维护和清除BISDN网络连接的ITU-T信令规范，其为国家电联定义的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 高层信令协议。Q.2931SAALATM物理层*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令一、信令协议结构简介3、局间信令在网络节点接口（NNI）处为局间信令，图中BISUP（broadbandISDNuserpart）含义为ITU-T标准宽带综合业务数字网用户部分，是高层的局间信令协议，来源于7号信令的ISDN用户部分ISUP。MTP-3（messagetransferpart）是7号信令网的信息转移部分第三层.对BISUP的支持有两种方式，左图是通过ATM层，经过SAAL和MTP-3支持BISUP，右图是通过7号信令网支持BISUP。局间信令7号信令转接局间信令MTP-3SAALATM物理层BISUPMTP-3MTP-2MTP-1物理层BISUP*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令一、信令协议结构简介3、局间信令BISUP信息元素组成如下：1）路由选择标识：4或7字节，表示发送起始点和结束点，指示路由信息。2）信息类型码：1字节，指示信息的功能和格式。3）信息长度：1或2字节，表示信息字节长度。4）信息兼容信息：1字节，区别协议版本信息。5）信息内容：用于表示可变长度的信息特定参数。ATMPVC（永久虚连接）中是由管理试题控制呼叫接续，PVC通过预定或预分配的方式建立起连接。ATMSVC（交换虚连接）中需要信令，SVC通过动态分配方式建立起连接，ATM信令的传送过程就是SVC的建立、管理与释放过程，ATM信令是封装在信元中传送的。*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令二、接入信令1、概述及信令信息类型ATM接入信令就是用户-网络接口信令，它是在ATM网络中用户终端和通信网界面进行的动态建立、维护和中止的协议，可用于建立点到点VC、点到多点VC。接入信令规定了信令信息的类型、格式与编码，以及ATM接续的控制过程。信令信息类型包括呼叫建立、呼叫清除、点到多点及其它类型。*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令二、接入信令2、信令信息格式呼叫引用值0呼叫引用值00呼叫引用长度协议识别符87654321比特bit标记0呼叫引用值信息类型信息类型信息长度信息长度可变长度的信息元素123456789其它字节byte*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令二、接入信令2、信令信息格式信令格式说明：1）协议识别符：1字节，用于识别用户-网络信令信息，Q.2931的协议识别语的编码为00001001。2）呼叫引用：4字节，第2到第5个字节为呼叫引用，用于识别本地用户-网络接口的呼叫。其中第2个字节的1~4比特为呼叫引用长度，5～8比特固定为0000，第3到第5字节为呼叫引用值。3）信息类型：2字节，第6到第7字节，用于表示信息的类型，其识别发送信息的功能。4）信息长度：2字节，用于表示信息中信息内容的字节数。5）可变长度的信息元素：表示可变长度的特定信息元素，可包含一个或多个信息元素。前4个字段是每个信令信息都包含的固定部分，而最后一个字段可根据其功能，含有不等数量、可变长度的信息元素。点到点处理呼叫处理。*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令二、接入信令3、点到点呼叫接续点到点ATM接续的信令信息交换和处理过程图如下图所示，主叫用户和被叫用户与网络节点相连到ATM网络。SetupUNI1主叫用户UNI2SetupCallProceedingCallProceedingReleaseCompleteATM网络ConnectConnectAcknowledge被叫用户Connect用户交换数据ReleaseConnectAcknowledgeReleaseReleaseComplete*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令三、局间信令ATM网络局间信令主要是指B-ISUP，即宽带综合业务数字网用户部分，B-ISUP信令功能的集合，是7号信令系统用户部分协议，其功能结构见图。CCASEBCASEMCASEUIASESACFSUBASECUGASECLIP/CLIRASECOLP/COLRASEU-U信令ASESACFB-ISUP交换应用处理MTP-3*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令三、局间信令图中“交换应用处理”表示ATM交换机中应用层的功能，MTP-3表示用于B-ISDN的信息转移部分第三层。B-ISUP由一个SACF和若干各ASE构成，SACF为单路联系控制功能，ASE为应用业务元素，CCASE为呼叫控制ASE，BCASE为承载控制，SUBASE为子寻址ASE，UIASE为不识别信息ASE，CUGASE为闭合用户群，MCASE为维护ASE，CLIP/CLIRASE为主叫用户线识别显示/ 主叫用户线识别限制 ASE，COLPASE为接通线路识别显示ASE，COLRASE为接通线路识别限制ASE，U-U（usertouser）ASE为用户到用户ASE。*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令三、局间信令1、B-ISUP信令信息B-ISUP的业务指示语为1001。信息格式中，路由选择标记包含源点、终点编码和信令链路选择域。信息类型，1个字节，定义了B-ISUP信息的功能和格式，用来区分不同的信息。信息长度用来指示B-ISUP兼容性信息和信息内容的字节数。信息兼容性信息用来兼容不同版本的信令协议。信息内容由许多参数组成，每个参数内容包含特定子域，如被叫用户号码、被叫用户子地址、AAL参数等。B-ISUP信息格式图B-ISUP参数格式图路由选择标记信息类型信息长度信息兼容性信息信息内容参数名参数兼容信息长度指示符参数内容*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令三、局间信令2、呼叫建立过程图中SID为信令识别符，A局分配SIDA，B局分配SIDB，在起始地址IAM信息中，A局将OSID（源SID）告诉B局，B局回送IAA信息，IAA信息包括OSIDB和DSID，DSID是B局将收到的SIDA作为其目的SID，A局和B局的SID通过IAA成为SID关联，可方便用于后续呼叫的查询，在后续的信息中，只需要包括对方的SID即可。B局A局IAM(OSID=A)IAA(OSID=B,DSID=A)REL(DSID=B)RLC(DSID=A)ACM(DSID=A)ANM(DSID=A)分配SID=A释放SID=A分配SID=B释放SID=B*现代交换原理第6章ATM交换*6.5ATM网络信令三、局间信令3、端到端呼叫建立过程发端局主叫用户SetupCallProceedingReleaseComplete被叫用户ConnectAcknowledgeReleaseComplete终端局SetupCallProceedingConnectConnectConnectAcknowledge用户交换数据ReleaseReleaseIAMIAMIAAIAAACMACMANMANMRELRELRLCRLC转接局*现代交换原理第6章ATM交换*6.6流量控制与拥塞控制一、业务类别、流量参数及协议规范1、业务类别ATM论坛在业务流管理规范TM4.0中，为ATM层定义了5种业务类别：1）CBR业务。其是恒定比特率业务。2）Rt-VBR业务。其是变比特率业务，并且是实时的业务。3）Nrt-VBR业务。其也是变比特率业务，但是非实时的业务。4）ABR业务。其是可用比特率业务。5）UBR业务。其是未定比特率业务。*现代交换原理第6章ATM交换*6.6流量控制与拥塞控制一、业务类别、流量参数及协议规范2、流量参数ATM论坛及ITU-T给出了流量参数规范。该规范提出了标准化的流量参数，如：峰值信元速率、平均信元速率、可持续信元速率、最小信元速率、平均突发时间、最大突发尺寸、连接平均保持时间等，用于定量描述业务流的特性，以保证CAC及UPC/NPC控制机制的有效执行。CBR业务使用了峰值信元速率来进行定量表征，Rt-VBR和Nrt-VBR业务使用了峰值信元速率、可持续信元速率、最大突发尺寸等流量参数来加以定量表征，ABR业务使用了峰值信元速率、最小信元速率等流量参数加以定量表征，而UBR业务不用规定速率要求，使用ATM网络剩余带宽来传输这类业务。*现代交换原理第6章ATM交换*6.6流量控制与拥塞控制一、业务类别、流量参数及协议规范2、流量参数在ATM网络通信中，一个ATM连接的各预定流量参数可以通过查找一张流量参数总表来得到，该总表称为ATM流量描述器。在流量参数规范中，也给出了两种典型的业务一致性定义和测试方法：1）统计流量测试法。基于平均信元速率、平均突发时间等随机流量参数，是业务量分析理论中的传统方法。利用这种方法，可以对基于这些统计参数描述的各种排队系统的性能进行分析。2）计算流量测试法。CCITTI.371中定义了两个通用信元速率算法：虚调度算法（VS）和连续状态漏桶算法（LB）。这两个算法是等价的，对于任何信元实际到达的时间序列{}，它们都能决定同样的信元是否是一致的。*现代交换原理第6章ATM交换*6.6流量控制与拥塞控制一、业务类别、流量参数及协议规范3、流量协议说明ATM论坛及ITU-T也给出了流量参数规范。在该规范中，指明连接建立期间所需要协商的流量协议包括：连接流量描述器、QOS要求以及一致性连接定义。（1）连接流量描述器连接流量描述器是在呼叫请求连接建立阶段，由用户通过信令等方式进行传送的。对于一个ATM连接请求，连接流量描述器使用源流量描述器以及其应用于UNI/NNI的容限加以定义，包括峰值信元速率（必选参数）、维持信元速率及突发容限（任选参数）等参数。*现代交换原理第6章ATM交换*6.6流量控制与拥塞控制一、业务类别、流量参数及协议规范3、流量协议说明（2）QOS要求1）信元丢失率（CLR）。丢失的信元数与发送的总信元数的比值。2）信元传输时延（CTD）。是信元传输的最大时延容限。3）信元时延变化（CDV）。是由于ATM交换系统的一些操作。4）信元差错率（CER）。是发生差错的信元数与发送的总信元数的比值。5）信元误插率（CMR）。是一定时间内发生误插的信元数与发送的总信元数的比值。6）严重差错信元块比率（SECBR）。严重差错是指针信元块中出现差错、丢失、误插的信元数超过了一定门限值。SECBR是指发生严重差错的信元块数与发送的总信元块数的比值。*现代交换原理第6章ATM交换*6.6流量控制与拥塞控制一、业务类别、流量参数及协议规范3、流量协议说明（3）一致性连接定义ATM网络中所采取的CAC和UPC/NPC机制应当同时考虑连接流量描述器和业务QOS要求等两方面因素。当CAC判决接受一个新的连接请求时，只要其与预定的流量协议一致，那么网络就应该为该请求提供所需的QOS质量。这就涉及到连接一致性的问题。对于一个连接，如果在其上所检测到的不一致信元数与该连接发送的信元总数的比例低于某一预先给定的门限值，则认为连接是一致性的连接，反之，是非一致性的连接。对于前者，网络要遵循并支持协商好的QOS要求，而对于后者，网络可以不遵循所协商的QOS要求，并在发生拥塞时，网络有权释放非一致性的连接。。*现代交换原理第6章ATM交换*6.6流量控制与拥塞控制二、流量控制1、CACCAC是呼叫请求建立阶段ATM网络所采取的一系列操作，用于确定一个呼叫请求是被接受还是被拒绝，并在接受情况下，为其分配相应的网络资源，且将有关协商好的业务流参数送给UPC。CAC机制对呼叫请求判决接受或拒绝的原则是：只有当ATM网络具有足够的可用资源，在能够支持该新呼叫连接的业务类型、业务特性以及所需的QOS要求的同时，还能够保障网络中已经建立的连接的通信质量不受影响时，才接受该新呼叫请求；反之，拒绝该呼叫请求。*现代交换原理第6章ATM交换*6.6流量控制与拥塞控制二、流量控制2、UPC/NPCUPC/NPC机制分别位于用户-网络接口和网络节点接口处，负责执行一系列操作，主要用于在通信过程中，对各个VPC和VCC上的业务流进行信元流量大小、信元选路有效性等方面的监视和控制，以保障每个VPC或者VCC上的业务流与连接建立阶段所协商好的流量协议之间的一致性，避免某个VPC或VCC连接违约滥用网络资源。UPC/NPC机制中通常采用LB算法，甚至是采用双漏桶算法，来对一致性进行检测，其中，一个漏桶用于控制峰值信元速率，另一个用于控制可维持信元速率。*现代交换原理第6章ATM交换*6.6流量控制与拥塞控制二、流量控制3、业务成形（TrafficShaping）业务成形是一种用于降低业务突发性、峰值信元速率及CDV，以平滑发送出去的信元流并减轻信元丢失程度的方法。其可以基于流量描述器及网络预先约定的相关参数值，并通过在时间轴上适当的位置重新放置信元来实现。通过业务成形，根据信元峰值信元速率或者适当的业务形式，一个ATM连接上的所有信元会被重新隔开。但是需要说明的是，业务成形机制并不破坏一个ATM连接上的原有信元顺序。业务成形机制是ATM网络通信中的一种可选功能，并可用在网络上的不同位置。*现代交换原理第6章ATM交换*6.6流量控制与拥塞控制三、拥塞控制拥塞控制机制是网络发生拥塞时，为了减小拥塞程度甚至解除拥塞，所采取的被动应对性措施。代表性的包括：优先级选择性信元丢弃、前向显示拥塞指示、明显前向拥塞指示、ABR流量控制等。（1）优先级选择性信元丢弃优先级选择性信元丢弃机制利用了ATM信元头中的CLP字段。如前所述，该字段占1比特，当CLP=0时，表示该信元具有高优先级，而当CLP=1时，表示该信元具有低优先级。（2）前向显示拥塞指示（EFCI）利用信元头中的PT拥塞指示位。当发生拥塞时，交换系统可以对信元头中的PT进行拥塞指示置位，然后将信元向前传送，直至使接收端获悉拥塞情况，并采取措施以降低发送端的信元发送速率。*现代交换原理第6章ATM交换*6.6流量控制与拥塞控制三、拥塞控制（3）明显前向拥塞指示利用了OAM信元。当发生拥塞时，发生拥塞的交换系统向接收端发送明显前向拥塞指示OAM信元，接收终端收到该信元后，将会借助高层功能通知发送终端，让其降低信元发送速率，缓解消除拥塞。（4）ABR流量控制ABR适合用于丢失率低且不可预测带宽的业务。对于这类业务，可以利用RM信元实现拥塞控制。*现代交换原理第6章ATM交换*本章小结本章介绍了ATM交换所涉及的一些基本概念、ATM交换原理以及ATM交换系统等。******************************************************************