基于分组交换网络ATM

交换原理作业姓名：唐昊班级：通信131班学号：基于分组交换网络——ATM唐昊1（1.青岛理工大学通信与电子工程学院，山东青岛266033）摘要：介绍了分组交换技术的产生和发展,描述了分组交换技术的最新发展,即快速分组交换技术,重点讨论了异步传输模式ATM技术。最后,本文简单展望了分组交换技术的发展和应用前景。关键词：分组交换计算机网络分组交换网帧中继异步传输模式1分组交换技术和X.25协议的产生和发展分组交换技术和X.25协议的产生和发展分组交换技术是伴随着计算机网络的发展而发展的,另一方面,分组交换技术的发展与成熟又反过来进一步促进了计算机网络的发展。分组交换的概念最初是在1964年8月由Baran在美国Rand公司的“论分布式通信”的研究报告中提出来的。但直到1969年12月,美国国防部高级研究计划局DARPA(DefenseAdvancedResearchPlanAgency)资助的4结点分组交换网ARPANET投入运行,分组交换技术才真正第一次被应用到计算机网络中。分组交换也称为包交换,本质是将数据流分割成一系列具有固定大小的数据单位(即分组),然后这些数据分组就在通信子网中进行存储—转发,直到最后将数据分组递交到目的主机,并将数据分组重新组装ACCESS面向对象的程序设计思想完全体现在对象和事件的概念上,在ACCESS中Table、Query、Form、Report、Macro、Module都是对象,而用户维护的每一个信息又都可以用Form上的图形控件实现,因此每一个图形控件都有其属性和允许该图形控件发生的事件列表,这些事件ACCESS预先已经定义,每个图形控件都有不同的事件,例如:窗体Form有28种可能发生的事件,它们是:OnCurrent、BeforeInsert、AfterIn-sert、BeforeUpdate、AfterUpdate……等等;而TextBox则有16种可能发生的事件。一个事件是能被一个对象识别的动作,例如刷新记录,关闭数据库等等;另外,系统也可以产生事件,例如一个定时事件。无论什么时候,当一个事件被当前对象识别后,ACCESS就执行与该事件对应的函数,或者说,使某一个事件发生的办法就是编写函数或者是编写宏,在函数或者宏中实现对象功能,使应用程序中的对象对事件作出反应。在事件过程结束后,应用程序返回一个空状态。ACCESS以缺省方式处理任何事件。如果对某一缺省设置满意的话,不用编写代码。ARPANET网的成功向人们展示了分组交换技术的实用性,自70年代初以来,各大公司纷纷投入人力物力研制各自的网络体系结构。由于当时各大公司网络体系结构很不一致,给不同网络的互连造成了极大不便。为了解决这一问题,国际电报电话咨询委员会(CCITT)根据美国Telenet、Tymnet和加拿大的Data-pac分组交换网的经验和它们使用的协议,于1974年颁布了X.25的初稿,并经1976、1978、1980、1984、1988年多次修改形成了如今的X.25协议。X.25协议定义了数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备(DCE)之间的接口规程即分组交换数据网PSDN(PacketSwitchingDataNetwork)向用户提供服务的接口协议。X.25协议定义了3层协议,即物理层、链路层和分组层。X.25协议一经提出来就被世界许多国家广泛接受和普遍应用,自70年代中期以来,分组交换网开始在世界各国迅速普及。美国早在1976年,就拥有了全世界当时仅有的3个公用分组交换网中的两个:TE-LENET(现名为SprintNet)和TYMNET。另一个是加拿大的DATAPAC。1978年法国的公用分组交换网TRANSPAC开放业务,随后欧洲其它国家也相继开放了公用分组交换网业务。在亚洲较早建立公用分组交换网是日本的DDX—P(1979年开放业务),其后是新加坡、韩国、以及台湾、香港等国家和地区的分组交换网。上述这些分组交换网已相互连接形成了全球性的分组交换数据网络。80年代以来,几乎所有工业发达国家和部分发展中国家都已建立了自己国家的公用分组交换数据网络。这些网络已相互连接,形成了世界范围的公用分组交换数据网。根据国际电报电话咨询委员会的统计,全世界共有87个国家和地区的214个数据网络在运行,其中2/3属于公用分组交换网,至于利用分组交换技术建立的专用网络更是不计其数。由此可见,分组交换技术在数据通信网络中所占有的重要地位。与发达国家相比,我国的分组交换数据网络的研究与开发应用起步较晚,距世界先进水平还有一定的差距。为了满足一些国内用户及科研单位的急需,邮电部曾于1989年引进了法国SESA公司的DPS25分组交换系统,建成了我国第一个公用分组交换数据试验网(CNPAC)。随着我国改革开放和经济的高速发展,要入网的用户急剧增加,原有的网络无论从覆盖面积、端口数、通信速率到所支持的规程等方面都不能满足需要。为了适应我国数据通信事业的发展,90年代以来,邮电部投巨资引进了加拿大北方电信公司的DPN—100分组交换系统,于1993年9月建成了新的国家分组交换主干网(CHINAPAC)。相信CHINAPAC的组建,将使我国分组交换技术的应用跨上一个新台阶。2快速分组交换技术FPS快速分组交换技术FPS随着分组交换技术的发展,分组交换网性能不断提高、功能不断完善,分组交换机的处理能力由起初的每秒100个分组发展今天的每秒30000个分组,分组交换机的时延从数十毫秒缩短到不到一毫秒,分组交换机之间的中继线速率由9600bps提高到E1(2.048Mbps)。到了90年代,用户对数据网的通信速率提出了更高的要求,而采用现有分组交换技术的分组交换系统的交换能力几乎达到了极限,因此,人们又开始研究新的分组交换技术。CCITT制定X.25协议是在通信网以模拟通信为主的时代,可提供用于传送数据的信道大多是频分制的电话信道,这种信道的传输率最高到9600bps,误码率为10-4～10-5。这样的误码率是很难满足数据通信的要求的。通过X.25协议的控制,一方面实现了信道的多路复用,同时把误码率降低到小于10-11的水平,满足了绝大多数数据通信的要求。但是,这些优点的得来是有代价的。X.25协议增加了分组交换机的处理负担,使分组交换机的分组吞吐率及中继线速率的提高受到限制,从而很难满足语音、图象及高速数据通信的需要。为了进一步提高分组交换网的分组吞吐能力,需要发展新的分组交换技术。光纤通信技术取得的巨大成就为分组交换技术的发展开辟了新路。光纤通信速度高、误码率低,通常提供2Mbps到2.4Gbps的信道,误码率小于10-9。在这种通令条件下,产生了快速分组交换技术FPS(FastPacketSwitching)。快速分组交换技术的特点是:在发展高速交换机的同时,简化通信协议。目前,国际上广泛采用的快速交换技术有两种,一种称为帧中继(FrameRelay);另一种称为异步传输模式ATM(AsynchronousTransferMode)。前一种和X.25的关系比较密切,它是在OSI传统的链路层协议HDLC的基础上发展起来的,便于实现X.25网与帧中继网的互连;也便于实现局域网(LAN)和广域网(WAN)的互连;而后一种(ATM)是宽带综合业务数字网(B—ISDN)的关键技术,用于提供语音,电视和数据等综合传输业务。3异步传输模式ATM随着技术的不断进步,人们对通信提出了更高的要求,用户希望用一条线路及一种网络接口就可进行语音、数据、图形及图象等信息的综合传输。于是,从70年代后期人们开始研究和开发综合业务数字网(ISDN)。ISDN是建立在数字通信业务基础上的,它较好地解决了话音和数据传输的综合问题,与原来的多种通信业务需要多种通信网络相比,是一个很大的进步。但窄带ISDN的致命弱点是其通信速率太低,难以适应高速数据通信(如宽带图象信息)。因此人们开始研究和开发宽带综合业务数字网络B—ISDN(Broadband-IS-DN)。B—ISDN网络接口速率从64kbps的话音信道到150Mbps的宽带图象信息传送信道,更好地适应了多种通信业务的要求,例如,LAN的远程互连、活动图象、高清晰度静止画面、3维活动图形、电视会议等等。ATM是CCITT为B—ISDN定义的一种分组交换及复用技术。主要特点有:把需要传输的信息分装在若干称为信元(cell)的固定长度的分组中传送，信元由信元头(header)及信息域(informationfield)组成,网络使用信元头中的路由信息完成交换功能;»由于采用了固定长度的信元,可支持硬件交换技术,从而大大提高了交换速度，带宽可按需分配。3.1ATM协议参考模型为了传输信元,ATM使用物理层(PL)提供的服务,同时,ATM接收来自物理层的信元,并把信元中的用户信息(payload)传输到高层,有时需要完成一些转换功能,例如转换一些有序的信元流成为字节流,这是由ATM适配层(AAL)来完成,同时AAL提供各类服务。物理层向ATM层提供的服务是:¹传输有效的信元;º为电路仿真向高层传输定时信息。物理层又划分为物理介质子层(physicalmedia)和传输集中(Trans-missionConvergence)子层。物理介质子层提供了按位传输及对物理介质的存取。目前,CCITT定义了两种传输速率,这两种速率既适用了基于信元的(cellbased)传输系统,也适用于基于同步数字分层SDH(Syn-chronousDigitalHierarchy)的传输系统。这两种速率分别为:STM—1155.520Mbps和STM3622.080Mbps。TC子层的功能是把ATM层传送下来的信元打包为PM子层所需的格式(cellbased或SDHbased的格式)。此外,TC也发送一些空信元(idlecell),用以提供连续的信元流。信元的分界和信元头的校验也是由TC子层完成的。AAL层进一步划分为两个子层,一个称分段合段(SegmentationAndReassembly)子层,另一个称为集中子层(ConvergenceSublayer)。SAR子层完成从高层接收的数据单元(帧)裁剪为若干片段(segmentation)后,放入信元中发往下层;当从下层收到信元后,把信元重新组合成数据单元(帧)送给高层等功能。CS子层完成的功能是:信道的复用、解复用,信元的路由、检测有否信元丢失以及定时码元恢复(Timingrecovery)等。AAL可向高层提供4类服务:A类——电路仿真;B类——在发送与接收之间提供时间同步的变速率(vari-ablebitrate)服务;C类——面向连接的数据服务和D类——无连接的数据服务。3.2ATM信元格式及标号交换ATM信元由53个字节组成,其中5个字节是信元头,它用来表示与目的地址有关的路由信息及与传输协议有关的信息,余下的48个字节为用户信息,其格式如图3所示。信元头中的路由信息称作标号(Label),标号由VPI及VCI组成,标号不是一个显式地址,这与X.25中的LCN类似。不使用显式地址的一个原因是:一个显式地址不可能存储于如此短小的信元之中。ATM标号交换的过程是这样的:当一个交换机从某个输入通道I得到一个标号为M的信元后,它首先检查交换路由表,以得到输出通道J及标号N,新的标号由下一个得到该信元的交换机使用。交换路由表是预先建立的,它或是预先定义或是动态分配。由于交换及复用需要路由表,所以ATM信元的传输需要连接,连接的建立类似于帧中继连接的建立,只不过它的呼叫信号使用的是扩展的Q.931协议。一个ATM的连接既可以是点到点的也可以是点到多点的。CCITT为ATM定义了两种层次的连接,即虚拟信道连接(virtualchannelconnections)和虚拟路经连接(virtualpathconnections)。虚拟信道连接(VC)是一种虚拟类型的连接,它是由若干定义于两交换结点间的虚拟信道链(virtualchannellinks)组成的。虚拟信道链是信元头的路由信息,即VCI