从电路交换到分组交换——TDM、ATM

在通信网络发展过程中,出现了多种信息传输方式,它们分别适应不同业务速率,如下图所示。这里只对比电路传送模式和分组传送模式两个极端情况,对其他模式,读者可以自行参照下图和相关资料。

TDM---ATM简介

图 1

i. 电路传送模式,也就是电路交换模式(CSM:Circuit Switching Mode)+时分复用传输(TDM:Time Division Multiplexing)。其基本特点是,对任意特定的通话呼叫,为其分配一个固定速率的信道资源,且在整个通话期间专用。在数字模式下,通信双方的信息以周期出现的固定时隙为传输载体,故称为同步转移模式(STM:Synchronous Transfer Mode)。

TDM---ATM简介

图 2

缺点:由于STM下每个通路长期占有固定带宽的资源,而几乎所有通信类型的数据率都是可变的,所以资源利用率低,极不经济。

ii. 分组传送模式:这里是指传统的分组交换网X.25等。任何通信双方间都无需保持固定的通信链路,仅在需要发送数据时才向网络提交数据,甚至数据块的大小(Packet Size)可变。所以该模式(在物理设备传输容量下)可以适应任意的传输速率,且基于统计复用模式极大地提高了资源利用率。缺点:分组交换网的固有优点同时也是它的固有缺点,它虽然实现了资源利用率的极大提高,但其中流控、差错控制等程序复杂,同时同一通信进程中的数据传输是异步的、时延大。所以不适应对时延敏感的通信业务,如电话、图像、视频通信等。


TDM简介
Time Division Multiplexing -- 时分复用 

TDM就是时分复用模式。时分复用是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲,同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信


号等的技术。电信中基本采用的信道带宽为DS0,其信道宽为64kbps。


每一个时隙的速率为一个标准的PCM(Pulse-Code-Modulation)话路64Kbps。每通道时隙的重复频率为Ts=8KHz,即帧周期为125us。


电话网络(PSTN)基于TDM技术,通常又称为TDM访问网络。电话交换通过一些格式支持TDM:DS0、T1/E1TDM以及BRITDM。E1TDM支持2.048Mbps通


信链路,将它划分为32个时隙,每间隔为64kbps。T1TDM支持1.544Mbps通信链路,将它划分为24个时隙,每间隔为64kbps,其中8kbps信道用于


同步操作和维护过程。E1和T1TDM最初应用于电话公司的数字化语音传输,与后来出现的其它类型数据没有什么不同。E1和T1TDM目前也应用于广


域网链路。BRITDM是通过交换机基本速率接口(BRI,支持基本速率ISDN,并可用作一个或多个静态PPP链路的数据信道)提供。基本速率接口具


有2个64kbps时隙。TDMA也应用于移动无线通信的信元网络。


时分复用器是一种利用TDM技术的设备,主要用于将多个低速率数据流结合为单个高速率数据流。来自多个不同源的数据被分解为各个部分(位


或位组),并且这些部分以规定的次序进行传输。这样每个输入数据流即成为输出数据流中的一个“时间片段”。必须维持好传输顺序,从而输


入数据流才可以在目的端进行重组。特别值得注意的是,相同设备通过相同TDM技术原理却可以执行相反过程,即:将高速率数据流分解为多个


低速率数据流,该过程称为解除复用技术。因此,在同一个箱子中同时存在时分复用器和解复用器(Demultiplexer)是常见的。

TDM回顾

  • 复用

  TDM就是时分复用模式。它把若干不同通道(Channel)的数据按照固定位置分配时隙(TimeSlot:8Bit数据)合在一定速率的通路(Path)上。每一个时隙的速率为一个标准的PCM(Pulse-Code-Modulation)话路64Kbps。每通道时隙的重复频率为Ts=8KHz,即帧周期为125us。如图2所示。通常把若干通话复用在一起以后的通路组称为一个基本群路,然后更大的通路均在此基础上进一步复用(4倍)为高次群。其中的时隙数即复用的通道数与时钟有关。国际上有两个不同的基群标准(PRI:Primary Rate Interface)。美国和日本采用24支路标准,我国采用欧洲标准,使用32路标准,分别记为:

  E1:32路,32×64Kbps=2.048Mbps,
  T1:24路,24×64Kbps=1.544Mbps。

  • 交换

  直接把要交换的Channel的对应时隙的数据拷贝到通路(或另一通路)中要交换的时隙位置即可。下图3显示了两个E1支路上不同通道(Channel)间的交换情况。

TDM---ATM简介

图 3

ATM网络

ATM是Asynchronous Transfer Mode(ATM)异步传输模式的缩写,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。它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网广域网,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采用面向连接的传输方式,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

技术特点

ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术 。它是一项信元中继技术,数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备,能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小,不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法,预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样,可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。

优缺点

其特征:基于信元的 分组交换技术; 快速交换技术;面向连接的信元交换;预约 带宽。
其优点:吸取电路交换实时性好, 分组交换灵活性强的优点;采取定长分组(信元)作为传输和交换的单位;具有优秀的服务质量;目前最高的速度为10gb/s,即将达到40gb/s.。
其缺点:信元首部开销太大;技术复杂且价格昂贵。

ATM的连接

ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。但它摈弃了电路交换中采用的 同步时分复用,改用 异步时分复用,收发双方的时钟可以不同,可以更有效地利用 带宽。

ATM的传送单元

ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL(信元),其中5B为信元头,用来承载该信元的控制信息;48B为信元体,用来承载用户要分发的信息。信头部分包含了选择 路由用的 VPI(虚通道 标识符)/ VCI(虚通路标示符)信息,因而它具有 分组交换的特点。它是一种高速分组交换,在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成,降低了网络时延,提高了交换速度。

ATM的交换设备

交换设备是ATM的重要组成部分,它能用作组织内的Hub,快速将数据分组从一个 节点传送到另一个节点;或者用作广域通信设备,在远程LAN之间快速传送ATM信元。 以太网、 光纤分布式数据接口(FDDI)、 令牌环网等传统 LAN采用共享介质,任一时刻只有一个节点能够进行传送,而ATM提供任意节点间的连接,节点能够同时进行传送。来自不同节点的信息经 多路复用成为一条信元流。在该系统中,ATM 交换器可以由公共服务的提供者所拥有或者是组织 内部网的一部分。

网络详细

由于ATM网络由相互连接的 ATM交换机构成,存在交换机与终端、交换机与交换机之间的两种连接。因此交换机支持两类接口:用户与网络的接口UNI(通用网络接口)和 网络节点间的接口 NNI。对应两类接口,ATM信元有两种不同的信元头。
在ATM网络中引入了两个重要概念: VP(虚通道)和VC(虚通路),它们用来描述ATM信元单向传输的 路由。一条物理链路可以复用多条虚通道,每条虚通道又可以复用多条虚通路,并用相同的 标识符来标识,即VPI和VCI。VPI和VCI独立编号,VPI和VCI一起才能唯一地标识一条虚通路。
相邻两个交换 节点间信元的VPI/VCI值不变,两节点之间形成一个VP链和VC链。当信元经过交换节点时,VPI和VCI作相应的改变。一个单独的VPI和VCI是没有意义的,只有进行链接之后,形成一个VP链和VC链,才形成一个有意义的链接。在ATM交换机中,有一个虚连接表,每一部分都包含物理端口、VPI、VCI值,该表是在建立虚电路的过程中生成的。
ATM用作公司主干网时,能够简化网络的管理,消除了许多由于不同的编址方案和 路由选择机制的网络互连所引起的复杂问题。ATM 集线器能够提供集线器上任意两端口的连接,而与所连接的 设备类型无关。这些设备的地址都被预变换,例如很容易从一个节点到另一个节点发送一个 报文,而不必考虑节点所连的网络类型。ATM管理软件使用户和他们的物理工作站移动地方非常方便。
通过ATM技术可完成企业总部与各办事处及公司分部的 局域网互联,从而实现公司内部 数据传送、企业邮件服务、话音服务等等,并通过上联INTERNET实现电子商务等应用。同时由于ATM采用统计复用技术,且接入 带宽突破原有的2M,达到2M-155M,因此适合高带宽、低延时或高数据突发等应用。
ATM是作为下一代多媒体通信的主要高速 网络技术出现的,从其开发的一开始,ATM就被设计成能提供声音、视频和数据传输,而 计算机电话集成(CTI)技术是额外的优点,它使IT管理人员能将通常是分开的、陈旧的电话网络(电话和传真)与计算机结合起来。

异步转移模式ATM定义,归结为:

(1) 面向连接的快速分组交换技术(Connection-oriented, high-speed packet switching)。

(2) 基于固定长度信元的异步传输技术(53-byte celled streaming)。各种类型的信息流(包括语音、数据、视频等)均被适配成固定长度的(53字节)的"信元"(Cell)中进行传输。信元是同步定时发送的,但信元所包含的信息之间却是异步,即不保证原来的信息顺序到达目的地。

ATM技术规范由ATM论坛和ITU-T标准给出。

3. ATM的特点

  • 可同时传送包括语音、数据、视频等多种话音和非话业务。
  • 可提供各种可能的服务质量选择(QoS:Quality of Services),包括不变速率传输、可变速率传输:

    • i. 根据传输业务类型选择信息速率。
    • ii. 在每次连接发起时临时协商确定一个所需的速率(并且可变),通常称为未定速率。
  • 可提供Mbps到Gbps的各种速率。
  • 可用于同轴缆、光纤和普通双绞线缆介质。

ATM和TDM的比较

a. TDM是同步传输模式。

TDM是为实时话音数据传送而设计的,因此, TDM以基本带宽为固定的64Kbps信道为单元,

  • 在复用过程中各信道的位置(时隙:TimeSlot)固定,而且各通信双方在通信中独占信道,故而,
  • TDM在传输对时延不敏感的数据流时效率很低。

b. ATM本质上是一个异步传送技术

  • ATM能同时传输实时数据和非实时数据;
  • 没有特定时隙或专用信道的概念;
  • 灵活的带宽分配和高的信道资源使用率;
  • 同时对不同的业务能提供相应的QoS保证。

你可能感兴趣的:(网络)