【文章內(nèi)容簡介】 可用資源來保證已建立連接的質(zhì)量，系統(tǒng)就會發(fā)生連接阻塞。ATM的吞吐量衡量ATM交換機的容量，其內(nèi)部連接數(shù)量和使用帶寬決定了連接阻塞率，要求在盡量擴大ATM交換機入線和出線規(guī)模的同時設(shè)計內(nèi)部無阻塞（Non－blocking）的交換設(shè)備，使ATM交換機具有高性能的吞吐量和低指標的阻塞率。（3）交換時延交換時延是指通過交換機交換一個ATM信元時所用的時間。要求ATM交換機的交換時延值在 100～1000 μs之間，時延抖動為幾百微秒。10．3．2 ATM交換機的任務(wù)ATM交換機是ATM寬帶網(wǎng)絡(luò)中的核心設(shè)備，需要完成物理層和ATM層的功能。對于物理層，它的主要工作是對不同傳送介質(zhì)電器特性的適配。對于ATM層，它的主要工作是完成ATM信元的交換，即VP/VC交換。用戶發(fā)送或接收的信息（如圖片、語音、數(shù)據(jù)）是按照ATM信元格式，在交換機的入端與出端通過使用虛路徑（VP）、虛信道（VC）完成傳輸與交換的。VC在終端間建立，在交換機上對VPI／VCI進行變換。VP在交換機與終端建立，在交叉連接設(shè)備（XC）上對VPI進行變換。VPI和 VCI的賦值方法是：由終端對VPI和 VCI賦值，交換機對VPI賦值并對VCI變換，XC只對VPI進行變換?？梢?，ATM交換實際上就是信頭中相應(yīng)的VPI／VCI交換。歸納ATM交換機的主要任務(wù)應(yīng)是： VPI／VCI變換； 信元從輸入端交換到指定輸出端。為了完成上述任務(wù)，ATM交換機的交換路由選擇方式普遍采用兩種控制方法：自選路由（Self－Routing）法和表格控制（Table－Controlled）法。目前還有一種自適應(yīng)控制法，正在試用中。1．自選路由法通過給信元加一些尋路標識來提供快速的選路功能。利用自選路由模塊時，VPI／VCI的翻譯任務(wù)必須在交換網(wǎng)絡(luò)的輸入端完成，然后在信頭前插入內(nèi)部標識符，使得交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的信元格式大于53 Byte。信頭擴展要求增加內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的速度。每個連接（從輸入到輸出）都有一個特定的交換網(wǎng)內(nèi)部標識符，這個內(nèi)部標識符因交換矩陣而異。在一個點到多點的連接中，給VPI／VCI分配一個多路交換標識，根據(jù)它復制信元并選路送往各目的端。圖10－7是自選路由交換單元構(gòu)成的交換網(wǎng)絡(luò)對信頭的處理過程。2．表格控制法在表格控制方法中需要在交換矩陣（SF）內(nèi)存儲大量的路由表，每個表項都包括新的VPI／VCI和對應(yīng)的輸出端或鏈路號。當信元到達ATM交換機后，如果交換機讀到的VPI／VCI與路由表中的一致，就會很快自動找到輸出口并更新信頭的VPI／VCI值，發(fā)往下一個節(jié)點（信頭必須按輸出端口的要求進行轉(zhuǎn)換人圖 10－8是表格控制法交換單元構(gòu)成的交換網(wǎng)絡(luò)對信頭的處理過程。 圖10－7 自選路由交換模塊圖10－8 表格控制交換模塊上述兩種方法中，自選路由方法在很大程度上減少了控制的復雜性，因此對于大規(guī)模的多級交換網(wǎng)絡(luò)，自選路由方法更可取一些。10．3．3 ATM交換機模塊ATM交換機的基本單元是交換模塊（Switching Element）。交換模塊通常由三部分組成：互連網(wǎng)絡(luò)、對應(yīng)于每條輸入線的輸入控制器（IC）、對應(yīng)于每條輸出線的輸出控制器（OC），如圖10－9所示。 圖10－9 交換模塊一般模型一般來說，單個交換模塊便可實現(xiàn)交換機的基本結(jié)構(gòu)，但對于ATM這種大規(guī)模節(jié)點容。量的交換機來說需要多個交換模塊組合構(gòu)成。為了避免多個信元因同時競爭同一個輸出所造成的信元丟失，每個交換模塊內(nèi)部還應(yīng)具 有緩沖器。ATM交換模塊的結(jié)構(gòu)常有下列幾種類型：1．矩陣型交換結(jié)構(gòu)下面以矩陣型結(jié)構(gòu)為例，介紹緩沖器的幾種不同配置位置。（l）輸入緩沖型交換結(jié)構(gòu)圖10－10表示的是輸入緩沖型交換結(jié)構(gòu)。圖10－10 輸入緩沖型交換結(jié)構(gòu)在這種結(jié)構(gòu)中，信元緩沖器放置在輸入控制器之后。所有由該線進入系統(tǒng)的信元，首先被暫存在緩沖器中，當出線空閑時依次被送到交換單元，使交換機內(nèi)的互連部分和出線上的信元不會發(fā)生沖突。圖10－11 輸出緩沖型交換結(jié)構(gòu)（2）輸出緩沖型交換結(jié)構(gòu)圖10－11表示的是輸出緩沖型交換結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，信元緩沖器放置在每條線路的輸出控制器之前。信元不必因為發(fā)生沖突而在輸入緩沖區(qū)中等待。為了避免多個輸入端口同時向一個輸出端口送出的信元發(fā)生沖突，輸入信元對高速總線進行復用。另外當矩陣連接點的操作速度與輸入線的速度相同時，也可能發(fā)生沖突。解決的辦法是減少緩沖器訪問時間并提高交換矩陣速度。（3）共享緩沖型交換結(jié)構(gòu)圖10－12表示的是共享緩沖型交換結(jié)構(gòu)。圖10－12 共享緩沖型交換結(jié)構(gòu)在這種方式中，來自多條入線上的信元寫入共享緩沖器。在緩沖器中分別管理各條出線隊上信元的傳送順序，并按此順序向各個目的端口讀出信元，送往各條出線。在這種結(jié)構(gòu)中需要加一個控制電路來控制各條進線和出線對共享緩沖器的訪問。此在，由于是共享緩沖器，所以要求對緩沖器高速操作。（4）交叉緩沖型交換結(jié)構(gòu)圖10－13表示的是交叉緩沖型交換結(jié)構(gòu)。圖10－13 交叉緩沖型交換結(jié)構(gòu)圖10—14 輸入／輸出緩沖型交換結(jié)構(gòu)在這種結(jié)構(gòu)中，緩沖器放置在矩陣的各個交叉接點上，因而能夠防止內(nèi)部阻塞。當?shù)竭_ 交叉點上的信元發(fā)生竟爭時，未被服務(wù)的信元暫存在緩沖器中。如果多個隊列的信元要去同 一輸出線，而且這些信元的長度又超過了一個緩沖器的容量，那么控制邏輯需選擇一個緩沖器先被服務(wù)，由于此結(jié)構(gòu)以線路速率對緩沖器進行讀寫，所以適合線路的高速化。（5）輸入／輸出緩沖型結(jié)構(gòu)輸入／輸出緩沖型結(jié)構(gòu)見圖10－14所示。在這種結(jié)構(gòu)中，由于在輸入／輸出線上都放置了緩沖器，使得交換單元內(nèi)部的交換速度高于入線和出線的傳輸速率，所以能避免內(nèi)部沖突。也可從輸入緩沖器中重傳被阻塞的信元來挽回信元的丟失。以上介紹的5種交換結(jié)構(gòu)各自具有其優(yōu)缺點，讀者可自己思考，作出判定。2．總線型交換結(jié)構(gòu)總線型交換結(jié)構(gòu)見圖10－15所示?？偩€型交換結(jié)構(gòu)是指所有交換模塊間的連接都通過一個高速時分復用（TDM）總線提供的通道完成。其特點是：總線機制完成輸入／輸出線上的信息交換，總線通過總線管理器進行管理。在總線型中，只有當總線的總?cè)萘恐辽俚扔谒休斎腈溌啡萘恐蜁r，才能保證信元無沖突地傳輸，當然，如果總線系統(tǒng)技比特位并行方式進行數(shù)據(jù)傳輸，還可得到高質(zhì)量傳輸。3．今牌環(huán)交換結(jié)構(gòu)今牌環(huán)交換結(jié)構(gòu)見圖10－16所示。在這種結(jié)構(gòu)中，所有輸入和輸出控制器通過環(huán)形網(wǎng)絡(luò)相連。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)按時降方式進行工作，為每個入線分配時隙以減少開銷。入線占用相應(yīng)的時限將其上的信元送上環(huán)路，而在任意出線上進行VCI／VPI判斷，看信元是否由該出線接收。令牌環(huán)的優(yōu)越性在于如果采用合適的策略安排出線和入線位置，并且不將時固定分配給特定的入線，同時出線可以強制將接 收時隙釋放，所以一個時隙可以在一次回環(huán)中多次利用，提高時隙實際利用率。圖10－15 總線型交換結(jié)構(gòu)圖10－16 令牌環(huán)交換結(jié)構(gòu)10．3．4 ATM交換機結(jié)構(gòu)我們已經(jīng)知道，ATM交換機的功能就是進行相應(yīng)的 VC/VP交換，即進行 VPI／VCI轉(zhuǎn)換和將來自于特定 VP／VC的信元根據(jù)要求輸出到另一特定的 VP/VC上。為了完成傳送ATM信元的工作，ATM交換機的核心部件應(yīng)該由三部分組成：l ATM線路接口部件；l ATM交換網(wǎng)絡(luò)；l ATM控制結(jié)構(gòu)。三者的關(guān)系如圖10－17所示。 圖10－17 ATM交換機基本結(jié)構(gòu)1．ATM線路接口部件ATM線路接口部件的作用是為ATM信元的物理傳輸媒質(zhì)和ATM交換結(jié)構(gòu)提供接口，完成入線處理和出線處理。其中入線處理是對各入線上的 ATM信元進行處理（諸如緩沖、信元復制、虛信道識別碼VCI翻譯、多個低速設(shè)備的多路信息分流等），使它們成為適合送入ATM交換單元處理的形式。完成的功能類似于BISDN協(xié)議模型中將信息由物理層向ATM層的提交過程；出線處理則是對ATM交換單元送出的ATM信元進行處理（諸如緩沖、VCI翻譯、合并等），使它們成為適合在線路上傳輸?shù)男问剑愃朴贐ISDN協(xié)議模型中將信息由ATM層向物理層的提交過程。為了適應(yīng)各種現(xiàn)有的和將來的業(yè)務(wù)，ATM線路接口部件必須有多種規(guī)格，以便能夠靈活地提供各種業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)配置。2．交換網(wǎng)絡(luò)ATM交換網(wǎng)絡(luò)完成的工作是將特定入線的信無根據(jù)交換路由選擇指令輸出到特定的輸出線路上。要求ATM交換網(wǎng)絡(luò)具有：緩沖存取、話務(wù)集中和擴展、處理多點接續(xù)、容錯、信元復制、調(diào)度、信元丟失選擇和延遲優(yōu)先權(quán)等功能。ATM交換網(wǎng)絡(luò)由基本交換模塊構(gòu)成。與傳統(tǒng)的交換網(wǎng)絡(luò)一樣，ATM交換網(wǎng)絡(luò)也可分為時分和空分兩大類。時分結(jié)構(gòu)是指所有的輸入／輸出端口共享一條高速的信元流通路，這條共享的高速通路可以是共享介質(zhì)型的，也可以是共享存儲型的?？辗纸Y(jié)構(gòu)是指在輸入和輸出端之間有多條通路，不同的ATM信元流可以占用不同道路而同時通過交換網(wǎng)絡(luò)。其選路方式就是前面所敘述的自選路由方式和表格控制選路方式。空分結(jié)構(gòu)與時分結(jié)構(gòu)相比，前者不依賴于共享設(shè)施。3．管理控制處理器管理控制處理器的功能是指與端口控制器通信，從而對ATM交換單元的動作進行控制和對交換機操作管理。其控制結(jié)構(gòu)由線路板軟件以及其它兩層高級控制功能組成，對應(yīng)ATM協(xié)議參考模型。控制結(jié)構(gòu)基于分布式處理，以便實現(xiàn)交換能力的模塊式擴展。為了可靠性要求，控制結(jié)構(gòu)都是雙重配置，而且采用的信元處理算法可實現(xiàn)激活／不激活單元之間的無損傷或無差錯倒換。10．4 ATM通信網(wǎng)接口10．4．1 ATM通信網(wǎng)接口概念A(yù)TM作為BISDN的支撐技術(shù)的原因之一是因為同步傳遞方式（STM）接口結(jié)構(gòu)難以應(yīng)付日益復雜多變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，而ATM接口結(jié)構(gòu)才可在一個單一的主體網(wǎng)絡(luò)上攜帶多種信息媒體進行多種業(yè)務(wù)通信，即在業(yè)務(wù)的信息速率方面，既可以適應(yīng)低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（幾個至幾十kb／s），也可以適應(yīng)高速數(shù)據(jù)或圖像業(yè)務(wù)（10～150 Mb／s），還可以適應(yīng)可變速率的業(yè)務(wù)。用戶通過寬帶用戶—網(wǎng)絡(luò)接口（B—UNI）可得到多種電信服務(wù)業(yè)務(wù)?？紤]到與以SDH定義的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口（NNI）的匹配，規(guī)定 B－UNI的速率為 155．52 Mb／s和 622．08 Mb／s。ATM通信網(wǎng)通過實現(xiàn)用戶—網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口（NNI）、數(shù)據(jù)交換接口（DXI）和寬帶互聯(lián)接口（B－ICI）的功能和信令，為用戶提供包括信元中繼在內(nèi)的各種業(yè)務(wù)的傳送。10．4．2 ATM通信網(wǎng)接口結(jié)構(gòu)1．用戶—網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）UNI完成用戶—網(wǎng)絡(luò)接口的信令處理和 VP／VC交換操作。UNI是ATM終端設(shè)備和ATM通信網(wǎng)間的接口，根據(jù)ATM專用網(wǎng)和公用網(wǎng)不同，UNI接口分別稱為公用用戶一網(wǎng)絡(luò)接口和專用用戶—網(wǎng)絡(luò)接口 PUNI（Private UNI）。在ATM網(wǎng)中如果有一個交換機屬于公用網(wǎng)交換機，另一個屬于專用網(wǎng)交換機，則二者的接口就應(yīng)采用公用用戶—網(wǎng)絡(luò)接口。若兩個交換機都屬子專用網(wǎng)時，接口就應(yīng)采用專用用戶—網(wǎng)絡(luò)接口 PUNI。用戶—網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)規(guī)范包括各種物理接口、ATM層接口、管理接口和相關(guān)信令的定義。ITU－T對BISDN的用戶—網(wǎng)絡(luò)接口的參考配置定義與ISDN的接口參考配置的定義相似，見圖10－18所示。 圖 10－18 ISDN／BISDN用戶一網(wǎng)絡(luò)接口的參考配置圖10－18中的B－UNI的功能描述如下：（1）B—NT 1（Network Terminational）。B－NT 1是網(wǎng)絡(luò)終端1，具有用戶傳輸線路用戶側(cè)的終端功能和B－UNI第一層的功能。（2）B—NT 2。B－NT 2是網(wǎng)絡(luò)終端2，具有第一層和高層的功能。（3）B－TE 1（Terminal Equipment）。B－TE 1是BISDN標準功能的終端。（4）B—TE 2。B－TE 2是非BISDN標準功能的終端。（5）B—TA（Terminal Adaptor）。B－TA是終端適配器，對非標準終端提供協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。即非標準BISDN終端加上B－TA就可實現(xiàn)B－TE 1的功能。B－UNI在兩個方向上的接口速率可以是對稱的，也可以是不對稱的。例如兩個方向可均為 155．52 Mb/s或是一個方向上為 622．08 Mb/s，另一個方向上為 155．52 Mb／s。終端比特率由網(wǎng)絡(luò)控制。2．網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口（NNI）NNI完成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口的信令處理和VP/VC交換操作。其NNI是公用網(wǎng)中交換機的接口，PNNI（Private NNI）是專用網(wǎng)中交換機之間的接口，NNI也可以用在兩個專用網(wǎng)或兩個公用網(wǎng)中，在公用網(wǎng)中它是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，在專用網(wǎng)中它是交換接口。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口標準包括各種物理接口、ATM層接口、管理接口和相關(guān)信令的定義。專用網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口結(jié)構(gòu)PNNI還包括專用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口路由選擇結(jié)構(gòu)的技術(shù)規(guī)范。3．數(shù)據(jù)交換接口（DXI—Data Exchange Interface）ATM數(shù)據(jù)交換接口允許利用路由器等數(shù)據(jù)終端設(shè)備與ATM網(wǎng)互連，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶接入ATM公用網(wǎng)時可用公用UNI標準接口。數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備協(xié)議提供用戶—網(wǎng)絡(luò)接口。數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)規(guī)范包括數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議、物理層接口、本地管理接口和管理信息庫的定義。物理層接口處理數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳遞，管理信息庫用于ATM數(shù)據(jù)交換接口。4．寬帶互連接口（B－ICI一Broadband－Interlinkage Interface）寬帶互連接口用于兩個ATM公用網(wǎng)之間，其技術(shù)規(guī)范包括各種物理層接口、ATM層管理接口和高層功能接口。高層接口用于ATM和各種業(yè)務(wù)互通，如交換的多兆比特數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、幀中繼、電路仿真和信元中繼。5．LAN接口（LANI—Local Area Network Interface）ATM論壇近年來對PUNI上的第二代局域網(wǎng)（ATM—LAN）的物理接口進行了標準化。ATM—LAN用作校園網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)時可采用 100 Mb/s多模光纖接口，即傳統(tǒng)的 FDDI（基于光纖分布式數(shù)據(jù)接口）的物理規(guī)范。ATM網(wǎng)絡(luò)接口結(jié)構(gòu)見圖 10－19所示。圖10－19 ATM網(wǎng)絡(luò)接口結(jié)構(gòu)在AT