ATM交换网络介绍

ATM交换网络介绍【摘要】ATM交换技术是B-ISDN中的关键技术之一，ATM交换网络作为ATM交换机的核心部件，已经得到了广泛和深入的研究。本文从ATM基本结构出发，对它们的重要特点和性能做出了讨论。关键词：ATM交换，交换网络，缓冲结构一、引言自从提出了异步时分复用交换（AsynchronousTime-Division,ATD）的概念以来，尤其是吧异步传送模式（AsynchronousTransferMode,ATM）确定为BISDN的统一传送模式以后，ATM交换技术作为核心技术之一得到了广泛的研究。ATM异步转移模式，是一种采用异步时分复用方式、以固定信元长度为单位、面向连接的信息转移（包括复用、传输与交换）模式。是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术。它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。ATM将数据分割成固定长度的信元，通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体，在复用上采用的是异步时分复用方式，通过信息的首部或标头来区分不同信道。二、ATM交换的特点ATM交换网络分为单级和多级，多级交换网络又分为单路径和多路径两大类。单级ATM交换网络主要有三种实现方法，它们是扩充式交换矩阵、漏斗形交换网络和层叠式交换网络。随着ATM交换技术的发展，现在企业网络中越来越多在高速网络主干或边缘网络采用ATM交换技术。根据现有企业计算的发展要求，适应数据网络交换的技术趋势，我们有必要了解ATM。ATM的数据交换由一个一个固定长度的ATM信元组成。每个ATM信元都是53字节长（5个字节长的信头和48字节长的信体）。信头包括虚拟通路（VP）和虚拟电路（VC）标识等地址信息。ATM根据VP和VC来确定信元的发送源地址和接收目的地址。ATM交换机中的连接分为永久虚拟电路（PVC）和交换虚拟电路（SVC）两种。PVC是在源地址与目的地址之间的永久性硬件电路连接。SVC是根据实时交换要求建立的临时交换电路连接。两者的最大区别是：PVC不论是否有数据传输，它都保持连接；而SVC在数据传输完成后就自动断开。两者的应用区别是：在通常的ATM交换中，有一些PVC用于保持信号和管理信息通讯，保持永久连接；而SVC主要用于大量的具体数据的传输。ATM交换另一个特点是：ATM本身就是全双工的。发送数据和接收数据在不同虚拟电路中同时进行，保持双向高速通讯。为了满足以太网帧（Frames）与ATM信元（Cells）的相互通讯要求，ATM协议标准规定了针对数据应用的ATM适配层（ATMAdaptionLayer），它工作在帧交换和信元交换之间，将以太帧的逻辑电路层的地址信息对应得转换为虚拟电路VC、虚拟通路VP地址信息，完成帧-信元转换和信元-帧转换工作。ATM交换的广泛应用，也给交换网络的网络监视和管理带来了新的挑战。三、ATM交换机构大容量ATM交换机的交换机构是由很多基本交换单元按照一定的拓扑结构组合而成。一般都采用多级互连网络MIN（MultistagcIntcronncctionNetwork）.在电路交换网络中，C.Clos曾经提出无阻塞网络概念，即所有的外部呼叫在呼叫期间可以实现内部连接而无阻塞。在分组交换网络中，最著名的MIN是Banyan网络，其主要特征是任何一条入线之间存在并且仅存在一条通路。另外，Delta网络也是一种具有代表性的多级互连网络。它具有自选路由的特性，也就是说，不论心愿从哪一条线进入Delta网，它总能到达正确的出线。多级互连网络主要存在两个问题：第一个问题是多个信元同时去同一个出线发生碰撞；另一个问题是交换网络存在内部阻塞。对第一个问题可以在输出端添加缓冲队列来解决。对第二个问题通常有以下集中方法来解决：在每个基本交换单元设置缓冲器；提高链路速率；在出线和入线之间增加几个网络平面以增加内部通路。为了实现多级互连网络内部信元不丢失，可以内部设置缓冲或者内部为缓冲方式。如果是内部有缓冲的交换网络需采用内部反压机制以防止内部队列溢出为丢失信元。其中最著名的是St.Louis交换。它由拷贝网，分配网，选路网和多个广播与群组翻译器组成，所有网络都是自选路由。当缓冲区快要满的时候发送一个非认可信号进行流量控制。因此反压法保证缓冲区满时不会信元到达。由于交换单元之间的内部速率是外部链路速率的两倍，相当于内部附件二是外部负荷的一半，因此也降低了反压空竹使用频率和信元传输时延。如果多级互连网络内部不设置缓冲而且有要使得心愿不丢失，那么久要保证在任何时刻任何地方多个信元都不能竞争同一个资源。Batcher-Banyan网就是这样特殊的多级互连网络。这种MIN由两部分网络互连组成：Batcher网和Banyan网。Batcher网是一个排序网，根据信元目的地址从小到大顺序地排在出线上，使得Batcher我那个输入端无序的到大心愿将在输出端呈现有序的单调排队。Banyan网是一个简单的资源路由网，排好序的信元进入Banyan网的输入端，以心愿的目的地址为路由标签，每一级交换单元根据路由标签“0”或“1”强信元送往正确的目的地。由于Banyan网人线上的信元已经通过Batcher网排好序，因此因元在Banyan网内不会发生冲突儿丢失。但是多个信元同时去一个出线时，任然会发生竞争问题。为了这个问题，Batcher-Banyan网在实际使用过程中任然需要有所改进。例如Starlite法和Moonshine法都提出了解决竞争问题的方法。参考文献1、戎骏谢希仁ATM交换技术[j]军事通信技术1997年2、刘亚社刘增基胡征ATM交换网络结构及其性能[j]电子学报1998年3、樊昌信汪斌强ATM交换结构综述电路与系统学报[j]电路与系统学报1996年03期