第3章寬帶綜合業務數字網寬帶ISDN（B-ISDN）3.1.2B-ISDN與ATM概述3.1.1窄帶ISDN(N-ISDN)3.1.3ATM的概念

3.1.4ATM的優勢3.1窄帶ISDN(N-ISDN)3.1.11．N-ISDN的概念N-ISDN（簡稱ISDN）是以電話IDN為基礎發展演變而成的通信網，能夠提供端到端的數字連接，支持包括話音和非話在內的多種電信業務，用戶能夠通過一組有限的標準的多用途用戶-網絡接口接入網內。從N-ISDN的定義可以看出，它有三個基本特性：

①端到端的數字連接②綜合的業務③標準的多用途用戶-網絡接口窄帶ISDN(N-ISDN)3.1.12．N-ISDN的局限性N-ISDN的局限性主要體現在：①由于信息傳送速率受到限制，N-ISDN不能提供電視信號、視頻業務等許多更新業務。②

N-ISDN是在數字電話網的基礎上演變而成的，因此它的主要業務仍是64kbit／s電路交換業務，這種業務對技術發展的適應性很差。N-ISDN雖然也綜合了分組交換業務，但是這種綜合僅在用戶-網絡接口處實現，在網絡內部仍由分開的電路交換和分組交換實體來提供不同的業務，這種綜合是不完全的。B-ISDN與ATM概述3.1.21.B-ISDN

隨著用戶對于信息傳送量和傳送速率的要求的不斷提高，N-ISDN已無法滿足用戶需要。例如，要傳送高清晰度電視圖像要求達到155Mbps量級的速率，要支持多個交互式或分布式應用，一個用戶線的總容量需求可能達到622Mbps的數量級。在此情況下，人們提出了寬帶ISDN，即B-ISDN。所謂寬帶是指要求傳送信道能夠支持大于基群數量的服務。B-ISDN可以提供視頻點播（VOD）、電視會議、高速局域網互聯以及高速數據傳輸等業務。B-ISDN要支持如此高的速率，要處理很廣范圍內各種不同速率和傳輸質量的需求，需要面臨兩大技術挑戰：一是高速傳輸；二是高速轉移模式。3.1.2B-ISDN的信息傳送方式、交換方式、用戶接入方式、通信協議都是全新的。B-ISDN中不論是交換節點之間的中繼線，還是用戶和交換機之間的用戶環路，一律采用光纖傳輸。這種網絡能夠提供高于PCM一次群速率的傳輸信道，能夠適應全部現有的和將來的可能的業務，從速率最低的遙控遙測(幾個比特每秒)到高清晰度電視HDTV（100Mbit／s～150Mbit／s)，甚至最高速率可達幾個吉比特每秒。B-ISDN與ATM概述ATM的概念3.1.3

ATM是一種采用固定長度信元傳送數字信息的快速分組交換技術。信元持續以異步方式傳遞信息，在時間上不占用固定位置（因此稱為異步）。這與在固定位置時隙發送信息的電路交換技術不同。ATM也不同于X.25或TCP/IP那樣的分組交換技術，ATM運行于很高的速度，面向連接，信元長度固定，在網絡層不重傳。服務質量根植于協議之中。人們習慣上把電信網分為傳輸、復用、交換、終端等幾個部分，其中除終端以外的傳輸、復用和交換三個部分合起來統稱為傳遞方式(也叫轉移模式)。ATM的優勢3.1.4選擇ATM作為B-ISDN的轉移模式有如下優勢：（1）綜合業務

采用單一寬帶連接，利用信元傳送話音和非話音信息。（2）透明業務ATM網絡可以簡單的通過與網絡協商所需帶寬和服務質量向用戶提供附加的業務，而中心局不需額外為提供這些新業務而增加硬件。（3）復用增益

由于ATM的復用本性和在時間域的獨立性，可以允許用戶在同樣的物理線路上同時進行數據通信和話音通信。ATM信元可以傳遞話音樣點，而在靜默期，透明地傳送數據。數據信元簡單地在隊列中等待，以復用的方式傳送。對隊列的管理是該連接所需的服務質量功能。話音信元對時間敏感，從隊列取出時有優先權。ATM基本原理3.2.1ATM信元3.2.2異步（統計）時分復用3.2.4ATM的特點3.2.3ATM的虛連接3.2ATM信元3.2.11．ATM信元ATM信元長度為53字節，其中信頭占5字節，信息字段為48字節。

2．ATM信頭結構ATM信元的信頭結構如圖3-2所示。

圖3-2ATM信元的信頭結構圖中

GFC——一般流量控制。它為4bit，用于控制用戶向網上發送信息的流量，只用在UNI(其終端不是一個用戶，而是一個局域網)，在NNI不用。

VPI——虛通道標識符。UNI上VPI為8bit，NNI上VPI為12bit。

VCI——虛信道標識符。UNI和NNI上，VCI均為16bit。VPI和VCI合起來構成了一個信元的路由信息，即標識了一個虛電路。

PT——凈荷類型(3bit)。它指出信頭后面48字節信息域的信息類型。

CLP——信元優先級比特(1bit)。CLP用來說明該信元是否可以丟棄。CLP=0，表示信元具有高優先級，不可以丟棄；CLP=1的信元可以被丟棄。

HEC——信頭校驗碼(8bit)。采用循環冗余校驗CRC，用于信頭差錯控制，保證整個信頭的正確傳輸。ATM信元3.2.1ATM信元3.2.1ATM傳輸是面向連接（1）當用戶有通信需求時，首先發送建立連接請求，請求中包括被叫用戶地址、本次通信所需要的帶寬和服務質量(QoS)。請求消息從源端沿著信令VC傳送到目的端。沿途各交換節點依據網絡資源決定是否接納呼叫。（2）若接受呼叫，就給各段鏈路分配VPI/VCI，并在各交換機內建立控制轉發的轉發表，路由選擇算法決定消息要通達目的地的路徑，從而也決定了虛連接的路徑。（3）信元傳送階段，高層用戶信息經過切割封裝成信元送給入源端交換機，交換機按已確定的轉發表轉發信息至目的地。目的地將一個個信元重新恢復成原始信息遞交給高層用戶。在通信期間沿途各交換機要監視和管理連接，預防網絡內流量過載。（4）通信結束后，用呼叫結束請求拆除VPC和VCC，釋放分配的VPI和VCI。連接建立和拆除由控制平面使用的Q.2931協議處理。異步時分復用3.2.2異步時分復用技術（ATD）ATM的最大特點，就是能適配任何類型的業務并都能達到最佳的網絡資源利用率。要達到這一目標就要對網絡資源進行統計復用。

統計復用就是根據各種業務的統計特性，在保證業務質量要求的前提下，在各業務間動態地分配網絡資源，以達到最佳的資源利用率。

異步時分復用3.2.2用戶信息其它用戶信元信元裝入用戶信息的信元

異步時分復用（如圖所示）只要信道上存在空位置就可將發送信息組成的信元加入信道，顯然，信元的復用無周期性和固定位置。由于它依靠信頭內的通路標記進行信元的識別、傳送和交換，因此又將異步時分復用稱作標記復用或統計復用。

雖然X.25或以太網、令牌環等分組交換中也采用標記復用，但分組長度可變，而ATM信元的長度固定，使信元像TDM時隙一樣定時出現。因此，可以采用硬件電路高速地對信頭進行識別、復分接和交換處理，由此可見，ATM復用技術融合了電路模式和分組模式的優點。1．虛通路VC和虛通道VP

VC(VirtualChannel)——虛通路是描述ATM信元單向傳送能力的概念，是傳送ATM信元的邏輯信道(子信道)。

VCI——虛通路標識符。ATM復用線上具有相同VCI的信元是在同一邏輯信道(即虛通路)上傳送。

VP(VirtualPath)——虛通道是在給定參考點上具有同一虛通道標識符(VPI)的一組虛通路(VC)。實際上VP也是傳送ATM信元的一種邏輯子信道。

VPI——虛通道標識符。它標識了具有相同VPI的一束VC。一條物理鏈路可以劃分成～=256～4096個VP，而每個VP又可分成=65536個VC。也就是一條物理鏈路可建立～個虛連接(VC)。ATM的虛連接3.2.32．虛通路VC和虛通道VP的關系ATM的虛連接3.2.3傳輸線路VCI1VCI2VCI3VCI4VPI1VPI2圖3-4傳輸線路和VP、VC的關系

多個虛信道(VC)組成虛通道（VP），VP由VPI進行標識。VC由VCI進行標識。VP與VC的關系如圖3-4所示。

3．虛信道連接VCC和虛通道連接VPCVC鏈路(VClink)——兩個存在點(VC連接點)之間的link，經過該點VCI值轉換。虛通路連接VCC(VirtualChannelConnection)——由多段VC鏈路鏈接而成。

VP鏈路(VPlink)——兩個存在點(VP連接點)之間的link，經過該點VPI值改變。虛通道連接VPC(Virtual

ParthConnection)——由多條VP鏈路鏈接而成。ATM的虛連接3.2.3

圖3-5VCC與VPC的關系4．VP交換(虛通道)和VC交換（虛信道）(1)VP交換(虛通道交換)它僅對信元的VPI進行處理和變換，或者說經過VP交換，只有VPI值改變，VCI值不變。VP交換可以單獨進行。(2)VC交換(虛信道交換)VC交換同時對VPI，VCI進行處理和變換，也就是經過VC交換，VPI，VCI值同時改變。VC交換必須和VP交換同時進行。

ATM的虛連接3.2.3

1．ATM以面向連接的方式工作；2．ATM采用異步時分復用；3．ATM網中沒有逐段鏈路的差錯控制和流量控制；4．信頭的功能被簡化；5．ATM采用固定長度的信元，信息段的長度較小。ATM的特點3.2.4ATM網的網絡結構3.3.2B-ISDN用戶-網絡接口

3.3.1ATM網絡結構

3.3

ATM網絡結構3.3.1

圖4-10ATM網絡的概念性結構ATM網絡結構3.3.1ATM網絡包括公用ATM網絡和專用ATM網絡兩部分。公用ATM網絡——由電信部門建立、運營和管理，組成部分有公用ATM交換機、傳輸線路及網管中心等。公用ATM網絡內部交換機之間的接口稱為網絡節點接口(NNI)。公用ATM網與專用ATM網及與用戶終端之間的接口稱為公用用戶-網絡接口(publicUNI)。專用ATM網絡——某一部門所擁有的專用網絡，包括專用ATM交換機、傳輸線路、用戶端點等。其中用戶終端與專用ATM交換機之間的接口稱為專用用戶-網絡接口(privateUNI)。B-ISDN用戶-網絡接口3.3.21．B-ISDN用戶-網絡接口參考配置

圖3-11B-ISDN用戶-網絡接口(UNI)參考配置B-ISDN用戶-網絡接口3.3.2B-ISDN用戶-網絡接口參考配置與N-ISDN用戶網絡接口參考配置是相同的。其中各個功能群是：

B-TEl：第1類寬帶終端設備(即B-ISDN標準終端)；

B-TE2：第2類寬帶終端設備(即非B-ISDN標準終端)；

TE2：N-ISDN標準終端；

B-TA：寬帶終端適配器；

B-NTl：第1類寬帶網絡終端；

B-NT2：第2類寬帶網絡終端；

B-LT：寬帶線路終端；

B-ET：寬帶交換終端。參考點是R，SB，TB和UB，其中TB定為用戶與網絡的分界點，當無B-NT2時，SB與TB合為一點。ATM標準3.4.2B-ISDN（ATM）協議參考模型3.4.1CCIT（ITU-T）關于B-ISDN的建議

3.4.3ATM物理層規范3.4.4ATM層規范3.4.5AAL層規范(用戶平面的AAL層規范)3.4CCIT（ITU-T）關于B-ISDN的建議3.4.11990年6月，CCITT第18研究組主持通過了下列13個關于B-ISDN的建議。I．113B-ISDN方面的術語詞匯；I．121B-ISDN概貌；I．150B-ISDN的ATM功能特性；I．211B-ISDN的業務概貌；I．311B-ISDN的網絡概貌；I．321B-ISDN的協議參考模型及其應用；I．327B-ISDN的功能體系；I．361B-ISDN的ATM層規范；I．362B-ISDN的ATM自適應層(AAL層)功能描述；I．363B-ISDN的ATM自適應層(AAL層)規范；I．413B-ISDN的用戶-網絡接口；I．432B-ISDN的用戶-網絡接口物理層規范；I．610B-ISDN接入的OAM原則。1992年6月，第18研究組對上述協議進行了修訂和補充并增加了兩個新建議：I．371B-ISDN的業務流量控制和擁塞控制；I．cls(I．364)B-ISDN對寬帶無連接型數據業務的支持。B-ISDN（ATM）協議參考模型3.4.2

圖4-13ATM協議參考模型B-ISDN（ATM）協議參考模型3.4.2

1．用戶平面UP用戶平面UP（UserPlane）提供用戶信息的傳送功能，采用分層結構，有：物理層、ATM層、ATM自適應層（AAL層）及高層。2．控制平面CP控制平面CP（ControlPlane）提供呼叫和連接的控制功能，也采用分層結構，各層名稱與用戶平面的相同。3．管理平面MP管理平面MP（ManagementPlane）提供兩種管理功能：●面管理（不分層）：實現與整個系統有關的管理功能，并實現所有平面之間的協調。●層管理（分層）：主要用于各層內部的管理：實現網絡資源和協議參數的管理，處理OAM信息流。ATM物理層規范3.4.3

物理層又可進一步劃分為物理媒介相關（PM）子層和傳輸會聚（TC）子層。1．物理媒介相關（PM）子層功能物理媒介相關（PM）子層位于物理層的下半部，它的主要功能有：定義物理傳送接口，進行線路編碼，保證比特流的定時、同步等。2．傳輸會聚(TC)子層功能TC子層的主要功能是實現比特流和信元流之間的轉換，即在發送側將信元流按照傳輸系統的要求組成比特流；在接收側將比特流中的信元正確地識別出來。ATM層規范3.4.4

ATM層功能(1)ATM層核心功能①用戶設備ATM層的核心功能用戶設備ATM層的核心功能有兩個：●信頭產生／提取●信元的復接／分接②網絡節點ATM層核心功能網絡節點ATM層的核心功能是信頭的變換，從而完成VP交換和VC交換的功能。(2)ATM層的其他功能①保證一定的服務質量②凈荷類型的有關功能③流量控制的有關功能AAL層規范(用戶平面的AAL層規范)3.4.5

1．AAL層功能ATM自適應層，也叫ATM適配層，簡稱AAL層(ATMAdaptationLayer)，其功能是將高層信息適配成ATM信元。AAL層又分為兩個子層（1）會聚子層CS會聚子層CS對來自高層的業務進行處理，其具體功能與用戶業務類型有關。

（2）拆裝子層SAR拆裝子層SAR的主要功能是在發送側將高層信息單元(CS-PDU)切割成48字節的ATM信元凈荷段；在接收側將各ATM信元凈荷段重新組裝成高層信息單元。2．AAL業務種類AAL業務的分類是按照源和終端的定時關系、比特率和連接方式三個基本參數來決定的。具體分類情況如表4-5所示。AAL層規范(用戶平面的AAL層規范)3.4.5

A類B類C類D類源與終端的定時關系需要需要不需要不需要比特率恒定可變可變可變連接方式面向連接面向連接面向連接無連接典型例子ATM網中傳輸的64kbit／s話音業務和固定比特率的圖像業務采用可變比特率的圖像和音頻業務面向連接的數據傳送和信令傳送業務無連接的數據傳送業務，如SMDS(幾兆比特數據交換業務表4-5AAL業務分類AAL層規范(用戶平面的AAL層規范)3.4.5

3．AAL協議分類

（1）AALlAAL1用于適配A類業務。AALl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，信元到達時間的處理，以及在接收端恢復源時鐘頻率。

（2）AAL2AAL2用于適配B類業務。AAL2的功能與AALl的相似。（3）AAL3／4AAL3／4用于適配C和D兩類業務。AAL3／4具有可變長度用戶數據的分段和重組及誤碼處理等功能。（4）AAL5AAL5主要用于適配C和D兩類業務及ATM信令,類似于簡化的AAL3／4。ATM交換3.5.2ATM交換的基本原理3.5.1AT