以太網連接數據高速公路、DH485、RIO和廠區通信網絡，執行TCP/IP協議。它利用羅克韋爾和微軟公司的成熟技術和數據庫實現系統信息的集成。
在信息層已經組成可以通過以太網TCP/IP協議連通PLC-5可編程序控制器、網關、人機接口和軟件至信息系統。
ISDN即綜合業務數字網，目前中國電信推出的“壹線通”業務是窄帶綜合業務數字網（N-ISDN），該網可以把各種電信業務（電話、電報、傳真、數據圖象等）綜合在同壹個網內處理並傳輸，並可在不同的業務終端之間實現互通。用戶只要用 壹個電話端口即可實現電話、傳真與圖象的同時傳送。用戶可以經過壹根電話線 ，壹邊在因特網（INTERNET）上漫遊，壹邊打電話，或者壹邊發傳真，因此被稱“壹線通”，使用64kb/s至128kb/s的帶寬電路還可以為您提供多媒體業務。並且，用戶終端的設備十分便宜。現在，ISDN網上已開發了多種類型的業務。真正實現了“壹線多能 萬事皆通”。
ISDN的特點：
高速：上網速度64KB/s-128KB/s,更快於modem；
多能：通過壹條普通用戶線，連接8個相同或不同的終端；允許2個終端同時通信：邊上網邊打電話，兩部電話同時使用，邊上網邊發傳真；還可實現語音數據傳真桌面會議局域互聯網租用專線的備分等；
“壹線通”業務應用
壹線二用：可以實現壹條普通電話線上連接的兩部終端同時使用，可邊上網邊打電話，邊上網邊發傳真，或者兩部計算機同時上網，兩部電話同時通話。
高速上網：支持64k-128k的速率接入中國計算機互聯網CHINANET和中國公眾多媒體通信網CNINFO(實際接入速率與網絡狀況有關)。
“壹線通”業務還可提供桌面會議電視系統、租用數據專線備份、局域網互聯等應用。並能確保數據傳輸的準確、暢通和安全。具有低價、高速、實時，方便的特點。此外還可提供多用戶號碼，用戶子地址，主叫線識別提供，主叫線識別限制，被叫線識別提供，被叫線識別限制，呼叫轉移等補充業務。
用戶/網絡接口
ISDN采用兩種標準的用戶/網絡接口，即基本速率接口（BRI）和基群速率接口（PRI）。
1.基本速率接口：是把現有電話網的普通用戶作為“壹線通”用戶線而規定的接口，即2B+D接口，B信道為64kbit/s。
2.基群速率接口：主要面向會議電視等高速通信業務，為企業用戶或集團用戶提供服務的接口可提供速率為2.048Mbit/s或1.544Mbit/s的通信如30B+D接口，B信道為64kbit/s,D信道為64kbit/s。
ATM基本原理
目 錄
ATM技術概述
1.1引言
在現代社會中,人們需要傳遞和處理的信息量越來越大,信息的種類也越來越多,其中對會議電視,高速數據傳輸,遠程教學,VOD等寬帶新業務的需求正迅速增長.原來的各種網絡都只能傳輸壹種業務,如電話網只能提供電話業務,數據通信網只能提供數據通信業務.這種情況對於用戶和網絡運營者來說都是不方便和不經濟的,人們因此提出了ISDN(Integrated Services Digital Network)的概念,希望能夠用壹種網絡來傳送各種業務.
ISDN的概念是於1972年提出的,由於當時的技術和業務需求的限制,首先提出的是窄帶ISDN(N-ISDN).目前N-ISDN技術已經非常成熟,世界上已經有了許多比較成熟的N-ISDN網.但是由於N-ISDN存在著帶寬有限,業務綜合能力有限,中繼網種類繁多,對新業務的適應性差等局限性, 要求人們提出有更大的靈活性,更寬的帶寬,更強的業務綜合能力的新網絡.自80年代以來,壹些與通信相關的基礎技術,如微電子,光電子技術等的發展和光纖的傳輸距離和傳輸容量的提高,為新網絡的實現提供了基礎.
就是在這種環境下,出現了寬帶ISDN(B-ISDN).B-ISDN能夠滿足:①提供高速傳輸業務的能力.②網絡設備與業務特性無關.③信息的轉移方式與業務種類無關.為了研究開發適應B-ISDN的傳輸模式,人們提出了很多種解決方案,如多速率電路交換,幀中繼,快速分組交換等.最後得到了壹個最適合B-ISDN的傳輸模式——ATM(Asynchronous Transfer Mode).
ATM技術作為B-ISDN的核心技術,已經由ITU-T於1992年規定為B-ISDN統壹的信息轉移模式.ATM技術克服了電路模式和分組模式的技術局限性,采用光通信技術,提高了傳輸質量,同時,在網絡節點上簡化操作,使網絡時延減小,而且采取了壹系列其它技術,從而達到了B-ISDN的要求.
1.2 ATM信元(Cell)
ATM信元是ATM傳送信息的基本載體.ATM信元采用了固定長度的信元格式,只有53字節,其中5個字節為信頭,其余的48個字節為信元凈荷.信元的主要功能為確定虛通道,並完成相應的路由控制.
ATM信元的格式如圖1-1所示:
圖1-1 ATM信元
信頭內容在UNI(用戶網絡接口)和NNI(網絡節點接口)略有區別,主要由以下幾部分構成:
GFC:壹般流量控制,4比特.只用於UNI接口,目前置為"0000"將來可能用於流量控制.
VPI:虛通道標識,其中NNI為12比特,UNI為8比特.
VCI:虛通路標識,16比特,標識虛通道內的虛通路,VCI與VPI組合起來標識壹個虛連接.
PTI:凈荷類型指示,3比特,用來指示信元類型,如表1所示.
表1 凈負荷類型
編碼
意義
000
用戶數據信元無擁塞 SDU類型=0
001
用戶數據信元無擁塞 SDU類型=1
010
用戶數據信元 擁塞 SDU類型=0
011
用戶數據信元 擁塞 SDU類型=1
100
分段OAM信息流相關信元
101
端到端OAM信息流相關信元
110
RM信元 資源管理用
111
保留
CLP:信元丟失優先級,1比特.用於信元丟失級別的區別,CLP是1,表示該信元為低優先級,是0則為高優先級,當傳輸超限時,首先丟棄的是低優先級信元.
HEC:信頭差錯控制,8比特,監測出有錯誤的信頭,可以糾正信頭中1比特的錯誤.HEC還被用於信元定界.
下面附上UNI信元信頭預賦值(表2)和NNI信元信頭預賦值(表3),信元信頭預賦值用於區別ATM層使用的信元和物理層使用的信元.
表2 UNI ATM信元信頭預賦值
八位組1
八位組2
八位組3
八位組4
用法
GFC
VPI
VCI
PT
CLP
0
0
0
0
1
空閑信元
0
0
0
100
1
物理層OAM信元
P
0
0
PPP
1
預留給物理層
GFC
0
0
XXX
0
無賦值信元
Y
0
XXX
0/1
無效信元
×
0
0001
0AA
C
無信令
×
0
0010
0AA
C
廣播信令
×
0
0101
0AA
C
點到點信令
×
0
0011
0A0
A
段OAM F4
×
0
0100
0A0
A
端到端OAM F4
×
0
0110
110
A
VP資源管理
×
0
0111
0AA
A
保留VP未來功能
×
0
1SSS
0AA
A
保留未來功能
×
000000000001
SSSS
0AA
A
保留未來功能
×
Z
100
A
段OAM F5
×
Z
101
A
端到端OAM F5
×
Z
110
A
VC資源管理
×
Z
111
A
保留VC未來功能
註: P 留給物理層使用 X 任意值 X=0時為本地
A 由ATM層使用 Y 除0外任意值
C 始端為0,可由網絡改變 S(SSS) 0(000)-1(111)任意值
Z 除0,011,0100,0110,0111外的任意值
表3 NNI ATM信元信頭預賦值
八位組1
八位組2
八位組3
八位組4
用法
VPI
VCI
PTI
CLP
0
0
0
1
空閑信元
0
0
100
1
物理層OAM信元
0
0
PPP
1
預留給物理層
0
0
X
0
無賦值信元
Y
0
X
0/1
無效信元
X
0
0101
0AA
C
NNI信令
X
0
0011
0A0
C
段OAM F4信元
X
0
0100
0A0
C
端到端OAM F4
X
0
0110
110
A
VP資源管理
X
0
0111
0AA
A
保留VP未來功能
X
0
1SSS
0AA
A
保留未來功能
X
000000000001
SSSS
0AA
A
保留未來功能
X
Y
100
A
段OAM F5信元
X
Y
101
A
端到端OAM F5
X
Z
110
A
VC資源管理
X
Y
111
A
保留VC未來功能
註: P 留給物理層使用 X 任意值X=0時為本地
A 由ATM層使用 Y 除0外的任意值
C 始端為0,由網絡改變 Z 除0,0110外的任意值
S(SSS) 0(000)-1(111)的任意值
ATM信元中信頭的功能比分組交換中分組頭的功能大大簡化了,不需要進行逐鏈路的差錯控制.只進行端到端的差錯控制,HEC只負責信頭的差錯控制,另外只用VPI,VCI標識壹個連接,不需要源地址,目的地址和包序號,信元順序由網絡保證.
1.3 B-ISDN參考模型
B-ISDN的協議參考模型如圖1-2所示.它包括壹個用戶平面,壹個控制平面和壹個管理平面.用戶平面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 ) .控制平面主要是完成呼叫控制和連接控制的功能,通過處理信令來建立,管理和釋放呼叫與連接.管理平面提供兩種功能,即層管理和面管理功能.面管理完成與整個系統相關的管理功能,並提供所有平面間的協調功能.層管理完成與協議實體內的資源和參數相關的管理功能,處理與特定的層相關的操作和管理(OAM)信息流.
圖1-2 B-ISDN協議參考模型
用戶平面又分為物理層,ATM層,AAL層及高層,其各層間的數據傳輸如圖1-3所示.下面介紹各層功能.
1.3.1 物理層
物理層是承運信息流的載體,物理層有傳輸會聚TC和物理媒體連接兩個子層.
傳輸會聚TC子層
TC子層負責將ATM信元嵌入正在使用的傳輸媒體的傳輸幀中,或相反從傳輸媒體的傳輸幀中提取有效的ATM層信元.ATM層信元嵌入傳輸幀的過程如下:ATM信元解調(緩存)信頭差錯控制HEC產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
圖1-3 ATM網絡協議分層之間的數據傳輸
層信元的過程如下: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.傳輸會聚TC子層的主要功能是信元定界和信頭差錯控制HEC.
(2)物理媒體主要由ITU-T和ATM F建議的規範執行,***有以下類型的連接:
基於直接信元傳輸的連接
基於PDH網傳輸的連接
基於SDH網傳輸的連接
直接信元光纖傳輸
UTOPIA接口(通用測試和運行物理接口)
管理和監控信息流OAM傳輸接口
1.3.2 ATM層
ATM層利用物理層提供的信元(53字節)傳送功能,向外部提供傳送ATM業務數據單元(48字節)的功能.ATM業務數據部分(ATM-SDU)是任意的48字節長的數據段,它在ATM層中成為ATM信元的負載區部分.如圖1-3所示.
1.3.3 AAL層
AAL層的主要作用是將高層的用戶信息分段裝配成信元,吸收信元延時抖動和信元丟失,並進行流量控制和差錯控制.網絡只提供到ATM層為止的功能.AAL層的功能由用戶本身提供,或由網絡與外部的接口提供.
AAL用於增強ATM層的能力,以適合各種特定業務的需要.這些業務可能是用戶業務,也可能是控制平面和管理平面所需的功能業務.在ATM層上傳送的業務可能有很多種,但根據三個基本參數來劃分,可分為四類業務.三個參數是:源和目的之間的定時要求,比特率要求和連接方式.業務類劃分為A,B,C,D四類.
A 類 : 固定比特率(CBR)業務:ATM適配層1(AAL1),支持面向連接的業務,其比特率固定,常見業務為64Kbit/s話音業務,固定碼率非壓縮的視頻通信及專用數據網的租用電路.
B類: 可變比特率(VBR)業務:ATM適配層2(AAL2).支持面向連接的業務, 其 比特率是可變的.常見業務為壓縮的分組語音通信和壓縮的視頻傳輸.該業務具有傳遞介面延遲物性, 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.
C類: 面向連接的數據服務:AAL3/4.該業務為面向連接的業務,適用於文件傳遞和數據網業務,其連接是在數據被傳送以前建立的.它是可變比特率的,但是沒是介面傳遞延遲.
D 類:無連接數據業務:常見業務為數據報業務和數據網業務. 在傳遞數據前, 其連接不會建立.AAL3/4或AAL5均支持此業務.
參數,業務類別和相應的AAL適配類型可由圖1-4所示.
業務
參數
A類
B類
C類
D類
源和目的定時
需要
不需要
比特率
固定
可變
連接方式
面向連接
無連接
AAL類型
AAL 1
AAL 2
AAL 3
AAL 4
AAL 5
用戶業務舉例
電路仿真
運動圖象視頻聲頻
面向連接數據傳輸
無連接數據傳輸
服務質量
QoS1
QoS2
QoS3
QoS4
註:
AAL1:恒定比特率實時業務適配協議 AAL2:可變比特率實時業務適配協議
AAL3/4:數據業務傳送適配協議 AAL5:高效數據業務傳送適配協議
圖1-4 業務分類,AAL類型和服務質量
各種ATM服務類型的特性比較如表4所示.
表4 ATM服務類型的特性比較
服務特性
CBR
rt-VBR
nrt-VBR
ABR
UBR
帶寬保證
是
是
是
可選
不
適用於實時通信
是
是
不
不
不
適用於突發通信
不
不
是
是
是
有關於擁塞的反饋
不
不
不
是
不
根據ATM層傳送業務量的要求,ITU-T和ATMF按業務要求的比特率各自提出了業務的分類.相互關系可參見圖1-5.
圖1-5 ATM層承載業務分類方式
恒定比特率CBR(constant bit rate)主要用來模仿銅線或者光導纖維.沒有差錯校驗,沒有流量控制,也沒有其余的處理.這個類別在當前的電話系統和將來的B-ISDN系統中作了壹個比較圓滑的過渡,因為話音級的PCM通道,T1電路以及其余的電話系統都使用恒定速率的同步數據傳輸.
可變比特率VBR(variable bit rate)被劃分為兩個子組別,分別是為實時傳輸和非實時傳輸而設立的.RT-VBR主要用來描述具有可變數據流並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用於主要是定時發送的通信場合,在這種場合下,壹定數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.
可用比特率ABR(available bit rate)術語是為帶寬範圍已大體知道的突發性信息傳輸而設計的.ABR是唯壹壹種網絡會向發送者提供速度反饋的服務類型.當網絡中擁塞發生時會要求發送者減小發送速率.假設發送者遵守這些請求,采用ABR通信的信元丟失就會很低.運行著的ABR有點象等待機會的機動旅客:如果有空余的座位(空間),機動的旅客就會無延遲地被送到空余座位處;如果沒有足夠的容量,他們就必須等待(除非有些最低帶寬是可用的).
未指定比特率UBR(unspecified bit rate)不做任何承諾,對擁塞也沒有反饋,這種類型很適合於發送IP數據報.如果發生擁塞,UBR信元也會被丟棄,但是並不給發送者發送反饋,也不給發送者希望放慢速度的期望.
以上各層的功能與協議參考模型的關系如表5所示.
表5 B-ISDN各層的功能與協議參考模型的關系
高層
高層功能
AAL層
CS子層
會聚功能,即將業務數據變換成CS數據單元
SAR子層
分段與重組,在此層以信元為單位對CS數據分段或重組
ATM層
通用流量控制
信頭頭的產生/提取
信元VP/VC變換
信元復用與分解
物理層
TC子層
信元速率解耦
HEC信頭序列產生/檢驗
信元定界
傳輸幀適配
傳輸幀產生/恢復
PM子層
比特定時
物理媒體
1.4 ATM標準
ATM標準主要是由國際電信聯盟ITU-T開發和制定的.ATMF主要目的是通過可互操作的技術規範,加速ATM產品的開發和擴展.
用於ATM交換系統,由ITU-T提供的協議可參見圖1-6,至今為止,有關的建議還在繼續研究和制訂過程中.尤其是關於多媒體信令的建議,當前大致完成能力集CS-1的部分,即關於點到點的基本呼叫連接控制.能力集CS-2即擴展到點到多點,並增附加業務參量,服務質量QoS等控制功能的協議族,部分已通過,部分等待審議,部分需重新制訂.能力集CS-3即能實現ATM交換全部六種連接類型的信令協議族,尚在研究過程中.
ATMF所制定的技術規範集中在寬帶互連接口B-ICI;各類物理層接口,如DS1,DS3,E1,E3,155.52Mbit/S,622.08Mbit/S和通用測試和運行物理接口Utopia等;各類互通接口,如局域網仿真,電路仿真和幀中繼仿真等;ATM用戶網絡接口技術規範,用戶網絡接口信令UNI 4.0;專用網絡網絡接口PNNI等.此外還制訂了相應的測試規範.
1.5 ATM地址格式
ATM有3種地址格式.如圖1-7所示.第1字節指明該地址是3種地址格式中的哪壹種.數據國家代碼(DCC)有20字節長,是基於OSI地址格式的;第2和第3字節指明國家;第4字節給出了基於地址部分的格式,其他包括3字節指明權限,2字節指明域(domain),1字節指明區域,還有6字節的地址,以及其他壹些信息項.在國際代號設計碼(IC)地址格式中,第2和第3字節指定壹個國際組織,而不是國家;地址的其余部分和格式與第1種相同.另壹種是舊的使用15位十進制數的ISDN電話號碼(ITU-T E.164)作為地址的格式.
圖1-7 ATM地址格式
圖1-7中:AFI——格式標識符(缺省)
DCC——2個字節的數據國家代碼
DFI——1個字節,與特定區域相關的格式標識符
AA——3個字節的管理授權標誌
RD——2個字節的路由區域標識
Area——2個字節的地區標識
ES1——6個字節的末端系統標識,它實際是IEEE 802規定的MAC地址
Sel——1字節的網絡訪問點(NSAP)選擇標識
ICD——2字節 的國際代號設計碼
E.164——8字節的綜合業務數字網(ISDN)中的電話號碼
第二章 ATM交換原理
ATM交換技術是ATM網絡技術的核心.交換結構的性能將決定ATM網絡的性能和規模.交換機設計的方法將影響交換吞吐量,信元阻塞,信元丟失和交換延時等,交換結構不僅影響交換機的性能和擴展特性,而且也影響交換機支持廣播方式和點到點方式的能力.
現代通信網中廣泛應用的交換方式有兩種:電路交換方式和分組交換方式.電路交換方式包括傳統電路交換,多速率電路交換,快速電路交換等,分組交換方式包括幀交換,幀中繼,快速分組交換等.電路交換方式適用於話音等實時性業務,而分組交換方式適用於數據業務.在綜合業務環境下,不同業務對網絡的要求不同,電路交換方式和分組交換方式都不能滿足綜合業務環境下的使用要求.ATM交換技術是壹種融合了電路交換方式和分組交換方式優點而形成的新型交換方式.
2.1 ATM交換的特點
ATM交換具有以下特點:
(1)采用統計時分復用
傳統的電路交換中用STM(Synchronous Transfer Mode)方式將來自各種信道上的數據組成幀格式,每路信號占固定比特位組,在時間上相當於固定的時隙,即屬於同步時分復用.在ATM方式中保持了時隙的概念,但是采用統計時分復用的方式,取消了STM中幀的概念,在ATM時隙中存放的實際上是信元.
(2)以固定長度(53字節)的信元為傳輸單位,響應時間短
ATM的信元長度比X.25網絡中的分組長度要小得多,這樣可以降低交換節點內部緩沖區的容量要求,減少信息在這些緩沖區中的排隊時延,從而保證了實時業務短時延的要求.
(3)采用面向連接並預約傳輸資源的方式工作
在ATM方式中采用的是虛電路形式,同時在呼叫過程向網絡提出傳輸所希望使用的資源.考慮到業務具有波動的特點和網絡中同時存在連接的數量,網絡預分配的通信資源小於信源傳輸時的峰值速率(PCR).
(4)在ATM網絡內部取消逐段鏈路的差錯控制和流量控制,而將這些工作推到了網絡的邊緣
X.25運行環境是誤碼率很高的頻分制模擬信道,所以X.25執行逐段鏈路的差錯控制.又由於X.25無法預約網絡資源,任何鏈路上的數據量都可能超過鏈路的傳輸能力,因此X.25需要逐段鏈路的流量控制.而ATM協議運行在誤碼率較低的光纖傳輸網上,同時預約資源保證網絡中傳輸的負載小於網絡的傳輸能力,ATM將差錯控制和流量控制放到網絡邊緣的終端設備完成.
(5)ATM支持綜合業務
ATM充分綜合了電路交換和分組交換的優點,既具有電路交換"處理簡單"的特點,支持實時業務,數據透明傳輸,在網絡內部不對數據作復雜處理,采用端-端通信協議;又具有分組交換的特點,如支持可變比特率業務,對鏈路上傳輸的業務采用統計時分復用等.所以ATM支持話音,數據,圖象等綜合業務.
2.2 VP/VC交換
在ATM中壹個物理傳輸通道被分成若幹的虛通路VP(Virtual Path),壹個VP又由上千個虛通道VC(Virtual Channel)所復用.ATM信元的交換既可以在VP級進行,也可以在VC級進行.虛通路VP和虛通道VC都是用來描述ATM信元單向傳輸的路由.每個VP可以用復用方式容納多達65536個VC,屬於同壹VC的信元群擁有相同的虛通道識別符VCI(VC Identifier),屬於同壹VP的不同VC擁有相同的虛通路識別符VPI,VCI 和VPI都作為信元頭的壹部分與信元同時傳輸.傳輸通道,虛通路VP,虛通道VC是ATM中的三個重要概念,其關系如圖2-1所示.
圖2-1 傳輸通道,虛通路VP,虛通道VC的關系
ATM的呼叫接續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,也就是在傳送之前預先建立與某呼叫相關的信元接續路由,同壹呼叫的所有信元都經過相同的路由,直至呼叫結束.其接續過程是:主叫通過用戶網絡接口UNI發送壹個呼叫請求的控制信號,被叫通過網絡收到該控制信號並同意建立連接後,網絡中的各個交換節點經過壹系列的信令交換後就會在主叫與被叫之間建立壹條虛電路.虛電路是用壹系列VPI/VCI表示的.在虛電路建立過程中,虛電路上所有的交換節點都會建立路由表,以完成輸入信元VPI/VCI值到輸出信元VPI/VCI值的轉換.
虛電路建立起來以後,需要發送的信息被分割成信元,經過網絡傳送到對方.若發送端有壹個以上的信息要同時發送給不同的接收端,則可建立到達各自接收端的不同虛電路,並將信元交替送出.
在虛電路中,相鄰兩個交換節點間信元的VCI/VPI值保持不變.此兩點間形成壹條VC鏈,壹串VC鏈相連形成VC連接VCC(VC Connection).相應地,VP鏈和VP連接VPC也以類似的方式形成.
VCI/VPI值在經過ATM交換節點時,該VP交換點根據VP連接的目的地,將輸入信元的VPI值改為新的VPI值賦予信元並輸出,該過稱為VP交換.可見VP交換完成將壹條VP上所有的VC鏈路全部送到另壹條VP上,而這些VC鏈路的VCI值保持不變(如圖2-2所示).VP交換的實現比較簡單,往往只是傳輸通道的某個等級數字復用線的交叉連接.
圖2-2 VP交換
VC交換要和VP交換同時進行,因為當壹條VC鏈路終止時,VP連接(即VPC)就終止了,這個VPC上的所有VC鏈路將各自執行交換過程,加到不同方向的VPC中去.如圖2-3所示.
圖2-3 VC交換過程
2.3 ATM交換原理
ATM交換結構應該能夠完成兩方面基本功能,壹是空間交換,即將信元從壹條傳輸線上交換到另壹條上,又叫路由選擇;另壹功能是時間交換,即將信元從壹個時隙轉移到另壹時隙.下面介紹ATM交換的原理.
ATM交換機從基本構成上可分為接口模塊,交換模塊,和控制模塊,如圖2-4所示.
圖2-4 ATM交換機的功能模塊
接口模塊位於交換機的邊緣,為交換機提供對外的接口.接口模塊可分為兩大類,壹類是ATM接口模塊,提供標準的,ATM接口;另壹類是業務接口模塊,提供與具體業務相關的接口.
ATM接口模塊完成物理層,ATM層的功能.業務接口模塊完成業務接口處理,AAL層和ATM層的功能.業務接口的處理包括物理層,數據鏈路層甚至更高層的功能,如業務數據幀結構的識別,分離或組裝用戶數據和信令.業務信令經過分析轉換為ATM信令,由交換機的控制模塊進行處理,業務數據則根據不同的業務類型,進行不同類型的ATM適配.
交換模塊是整個交換機的核心模塊,它提供了信元交換的通路,通過交換模塊的兩個基本功能(排隊和選路),將信元從壹個端口交換到另壹個端口上去,從壹個VP/VC交換到另壹個VP/VC.交換模塊還完成壹定的流量控制功能,主要是優先級控制和ABR業務的流量控制.
控制模塊是交換機的中央樞紐,它完成ATM信元處理,資源管理和流量控制中的連接接納控制,以及設備管理,網絡管理等功能,在實現時,設備管理和網管多在外接的管理維護平臺上完成.
2.4 基本排隊機制
ATM交換結構的基本排隊機制有輸入排隊,輸出排隊和中央排隊.如圖2-5所示.
圖2-5 基本排隊方式
2.4.1 輸入排隊
在這種情況下采用如圖2-5所示的方法來解決輸入端可能出現的競爭問題.在煤炭輸入線上設置隊列,對信元進行排隊,由壹個仲裁機構根據各輸出線的忙閑,輸入隊列的狀態,交換傳輸媒體的狀態來決定那些隊列中的信元可以進行交換.輸入排隊的特點有:
①存在信頭阻塞(HOL),如線1隊列上的第壹個信元要到出線2上,若出線忙,隊列的第壹個信元出不去,則它後面的信元的出線即使空著,這些信元也不能輸出,這就是信頭阻塞(HOL).HOL降低了交換傳輸媒體的利用效率.
②需要專門的仲裁機制.仲裁機制越復雜,交換傳輸媒體的利用率就越高,但系統的實現就越復雜.
③從隊列本身的結構和實現方法來看,輸入隊列是比較簡單的,可以用簡單的FIFO來實現,對存儲器速度的要求較低.
2.4.2 輸出排隊
輸出排隊中,交換傳輸媒體本身可保證輸入的任壹個信元都可以被交換到輸出端,但輸出線的速率是有限的,所以要在輸出端進行排隊,解決輸出線的競爭.輸出隊列有以下特點.
①輸出隊列的控制比較簡單,在輸出隊列中,只需判斷信元的目的輸出線,由交換傳輸媒體將信元放到相應的輸出隊列中就可以了.
②輸出隊列本身的管理比較簡單.輸出隊列可以由FIFO實現,擔它要求存儲器的速度較高,極端的情況是,N個入線的信元都要求輸出到同壹條出線,為保證無信元丟失,要求存儲器的寫速率是入線速率的總和.
③輸出隊列的利用率較低.為達到同樣的信元丟失率,輸出隊列要求更大的存儲空間,因為壹個輸出隊列只為壹個輸出線利用,每個隊列都需要按照最壞的情況設計存儲容量.
2.4.3 中央排隊
中央排隊機制中,交換傳輸媒體分為兩部分,隊列設在兩個交換傳輸媒體中間,所有入線和出線***用壹個緩沖器,所有信元都經過這壹個緩沖器進行緩存.
中央排隊的特點是:
①存儲管理復雜.由於存儲器不再由壹個輸入,輸出線所用,所以隊列不能用簡單的FIFO實現,而必須用隨機尋址的存儲器來實現,還有壹套復雜的管理機制.
②存儲器利用率高.由於存儲器有所有虛連接***享,相當於對每壹個輸入,輸出線都有壹個長度可變的隊列.
③對存儲器的速度要求是三種方式中最高的.輸入,輸出端的存儲器讀寫速度都必須是所有的端口速率之和.
2.5 ***享存儲器交換機的模型
2.5.1 ATM交換結構
ATM交換結構(Switching Fabric)是ATM交換單元的核心.大型交換機的交換單元由多個交換結構互連而成,小的交換機有單個交換結構構成.ATM交換結構分為時分交換結構和空分交換結構兩種,下面分別介紹.
2.5.1.1 時分交換結構
在時分交換結構中,各接口以時分復用的方式***享壹條通信媒體.根據媒體不同,可分為***享總線和***享存儲器兩種.時分交換結構的交換能力受到***享媒體的限制,但是由於每個