综合业务数字网
通信专业职业水平考试辅导
太原理工大学 王华奎 教授
2
综合业务数字网的基本概念
众所周知，通信网的两个重要组成部分是传输系统
和交换系统。当一种网络的传输系统和交换系统都
采用数字系统时，就称为综合数字网（Integrated
Digital Network，IDN）。这里的“综合”是指将
“数字链路”和“数字结点”合在一个网络中。如
果将各种不同的业务信息经数字化后都在同一个网
络中传送，这就是综合业务数字网（Integrated
Services Digital Network，ISDN）。这里的“综合
”既指“综合业务”，也指“综合数字网”。
3
IDN的概念
综合数字网（ IDN）是以64kbit/s的PCM信道为基
础，把数字时分电话交换和数字时分复用传输综合
起来的数字电话网。
IDN实现从本地交换节点至另一端本地交换节点间
的数字连接，但并不涉及用户接续到网络的方式，
IDN概念示意图如图6-1所示。
图6-1 IDN示意图
4
IDN通信网
图6-2 IDN通信网
5
IDN的缺点
1. 经济性差：各种网络互不兼容，终端和接入设备专
用，增加用户投资；
2. 效率低：专网专用，难以互通，资源利用率低;
3. 用户使用不方便：各种网络标准不同、号码不同、
接入过程不同；
4. 管理复杂：不同网络由不同的网络管理部门管理，
增加业务困难。
为了克服IDN的上述缺点，必须从根本上改变网络
的分立状况，用一个单一的网络来提供各种不同类
型的业务，由此发展了综合业务数字网(ISDN )。
6
ISDN的构想
ISDN的构想是：
将多种信息业务的传输和交换综合在一个网内;
向用户提供一组标准的用户－网络接口；
用户只需提出一次申请使用一条用户线就可将
多种业务终端接入网内；
按统一的规程进行通信；
实现业务的综合。
ISDN的产生不是一次新的传输和交换技术革
命，它是将新的技术注入到传统通信网，对
原有网络技术的综合和发展。
7
ISDN定义
1984年CCITT通过了I系列建议书，对综合业务数字网
ISDN的定义为：“ISDN是由电话IDN发展起来的一个
网络，它提供端到端的数字连接以支持广泛的服务，
包括声音和非声音的，用户的接入是通过有限的多用
途用户网络接口标准实现的”。
ISDN定义强调的要点是：
(1)ISDN是以电话IDN为基础发展起来的通信网；
(2)ISDN支持各种电话和非电话业务，包括话音、数据传
输、可视图文、智能用户电报、遥测和告警等业务；
(3)提供开放的标准接口；
(4)用户通过端到端的共路信令，实现灵活的智能控制。
8
ISDN提供的开放系统
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ISDN的基本网络结构
用户信息 用户信息ISDN
交换机
ISDN
交换机
终
端
分组交换能力
电路交换能力
无交换连接能力
公共信道信令能力
终
端
用户－用户信令
用户－网络信令 用户－网络信令
ISDN网络
图6-4 ISDN示意图
10
ISDN的基本特性（一）
端到端的数字连接
ISDN是一个数字网络
在这种网络中，一切信号（信令及信息）都以数字形式进
行传输和交换。
与现有PSTN不同，原始信号在终端就完成了数字化。
ISDN完全可以由现有的电话综合数字网(IDN)演
变而来
电话网是目前世界上发展最快、最普及、最成熟的网络。
电话综合数字网（IDN）除了用户环路以外均采用了数字
传输和数字交换技术，最易扩展成完全的数字网络。
IDN向ISDN的转变最首要的工作便是实现用户环
路的数字化
11
ISDN的基本特性（二）
综合的业务
ISDN实现了端到端的数字连接，因此从理论上
讲，任何形式的原始信号，只要可转换成（且是
由用户转化成）数字信号，就可利用ISDN进行
传送和交换，完成用户间的通信。
ISDN不仅可支持现有各种网络的全部业务，而
且还以可支持多种多样的新型业务和一些未知业
务。
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ISDN的基本特性（三）
标准的多用途用户网络接口
多用途：入网的接口对于多种多样的业务是通用的，即
不同的业务和不同的终端可通过同一接口接入网络。
通用性：ISDN接口的信道结构、速率、插座的形状以及
控制信号的格式和通信过程都有明确的标准可遵循。
同一接口可接多个终端：所有的信息（话音、数据、图
象、信令）均以数字复用形式出现在ISDN用户－网络接
口上。因此，同一接口上存在多个时间分割的信道，每
个信道均可独立地传送信息，向用户提供不同的业务，
即同一接口上可接多个终端。
标准的接口使终端的携带转移以及终端类型的变更方便
易行。
13
ISDN给用户带来的好处
实现了高速数据通信
PSTN
ISDN 64kb/s 128kb/s
实现了高可靠性的数据通信
抗干扰能力强、易于检错和纠错、误码率低
实现了高质量的通信
全程数字化、失真小、串音消失
使用灵活方便
购买方便：统一标准的设备，用户的选择范围宽
使用方便：同一接口可接入多种业务设备而只需用一个
号码，并可同时享用多种业务
费用相对低廉
单网内多业务费用小于多网中各个不同单一业务的费用
14
ISDN给运营商带来的好处与不足
好处
网络资源利用率高：单一网络、提供多种业务
维护方便：数字化和综合化的单一网络，网管和
维护更方便
便于新业务的接入：不必增加新的网络
利于网络的发展：接口标准化，使得网络的变更
不至影响到用户设备
不足
初期成本较大
可能产生垄断经营
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ISDN的标准化
国际电信联盟电信标准化组织（ITU-T）关于
ISDN协议的描述见下表。
协议系列 协议的用途
E 这些协议为建议的ISDN电话网络标准。如，协议描述
了ISDN的国际地址。
I 这些协议主要涉及概念、术语和一般的方法。系列包
括了ISDN的基本概念和其他I系列建议的结构；系列涉
及有关ISDN服务的方面；系列描述了网络结构和运行；
系列描述了用户-网络接口特性；系列描述了维护
原则以及操作和其他特性。
Q 这些协议覆盖了有关交换和信令的运行部分。 “信令”在
这里的意思是指呼叫设置的处理。描述了ISDN D信道
上链路访问规程(LAPD)的数据链路进程，类似于OSI模型的
第2层功能。制定了OSI参考模型的第3层功能。
16
ISDN的网络结构（一）
ISDN的一般结构如图6-4所示。它由用户网络、局
域网络和传输网络三部分组成。
图6-4 ISDN的一般结构
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ISDN的网络结构（二）
(1) 用户网络：用户所在地的设备及接口，如终端设
备TE、终端适配器TA、网络终接设备NT等。
(2) 局域网络：包括一个本地交换机（即用户环路）
内放置的一组设备，其中有网络终端NT和线路
终端LT的传输系统，远端复用和分接器（集中器）
及交换单元。一个ISDN业务局，它由本地交换
机和相关的其他设备构成。
(3) 传输网络：包括各种功能的传输网络，即窄带传
输网、宽带传输网、公共信令传输网以及分组交
换网等。64kbit/s 电路交换连接的是ISDN的基本
功能，此外，还有 384kbit/s 的中速电路交换功
能及大于 的高速电路交换功能。
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ISDN的用户－网络接口
基本速率入口－BA（Basic Access）
信道结构：（2B＋D）
B：64kb/s D：16kb/s
净速率：2B＋D＝2×64kb/s＋16kb/s=144kb/s
实际速率＝净速率＋控制信息
U接口＝160kb/s S/T接口＝192kb/s
基群速率入口－PRA（Primary Rate Access）
信道结构：（30B＋D）或（23B＋D）
B：64kb/s D：64kb/s
净速率：30B＋D＝1984kb/s 23B＋D＝1536kb/s
T/U接口实际速率＝净速率＋控制信息
30B＋D＝2048kb/s 23B＋D＝1544kb/s
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ISDN的网络功能
低层功能
电路交换功能
64kb/s 的电路交换连接功能
64kb/s~2Mb/s的电路交换连接功能
分组交换功能
分组处理功能群（PH）
网间互通功能群（PHI）
公共信道信令功能
交换机之间的信令处理能力
无交换连接能力
64kb/s和64kb/s~2Mb/s的永久或半永久电路连接(租用线)
高层功能
消息处理系统或某些服务中心
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ISDN用户网络接口参考配置
图6-5给出ISDN用户/网络接口的参考配置。参考配
置是指用参考点和功能群的概念规定了ISDN用户系
统的标准结构，是制定ISDN用户出入口的根据。
图6-5 ISDN用户网络接口的参考配置
21
ISDN的两个重要术语
功能群---用户接入ISDN所需的一组功能，
这些功能可以由一个或多个物理设备来完成。
它是一个抽象的概念，不一定与实际的装置
一致。
参考点---不同功能群的分界点，在不同的
实现方案中一个参考点可以对应也可以不对
应于一个物理接口。
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功能群（一）
1类终端设备（TE1）
ISDN标准终端设备，符合ISDN用户－网络接口标准
用户侧1~7层协议处理功能
维护功能
接口功能
4类传真、ISDN多功能终端
2类终端设备（TE2）
非ISDN标准终端设备，不遵循ISDN用户－网络接口标
准
1~7层协议处理功能
维护功能
接口功能
模拟电话、终端
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功能群（二）
网络终端1（NT1）
ISDN网络在用户处的物理和电气终端装置，包含OSI 1层的功能
线路维护（环路测试和性能监测）
2/4线变换
第1层上的多路复用（同步时分）
受电和供电、同步
解决D信道接入竞争
网络终端2（NT2）
智能网络终端，包含OSI 1~3层的功能(ISPBX、集中器、局域网)
ISDN第2、3层的协议处理和多路复用
交换、集线控制
解决D信道接入竞争
维护功能、供电、同步等
ISDN附加业务的处理功能
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功能群（三）
线路终端 LT
网络侧线路终端
第1层的维护和性能监测
定时、时钟同步
2/4线变换
多路复用
向用户终端的应急供电
交换终端ET
第2、3层协议处理功能
第2、3层上的多路复用
交换、集线控制
维护功能
ISDN补充业务的处理功能
终端适配器TA
具有OSI 1~7层的功能
接口特性变换
速率适配
协议转换
必要时的A/D变换
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5个参考点
R
TE2与TA之间的分界点
无统一标准
S
TE1/TA与NT2/NT1之间的分界点
与TE1或TA一一对应
T
NT1与NT2之间的分界点
NT2不存在时T与S相重合，称S/T参考点
S/T参考点是ISDN标准的对象
U
NT1与交换机之间的分界点，描述用户线上的双向信号传送
V
交换机内部接口（LT与ET间）
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ISDN业务的分类
承载业务（Bear Service）
单纯的信息传送业务
由网络提供
任务是将信息由一个地方搬运到另一个地方而不作任何处理
包含OSI模型1~3层的功能
用户终端业务（Tele Service）
面向用户的通信或信息处理业务
由网络和终端设备共同提供
包含OSI模型1~7层全部功能
补充/附加业务（Supplementary Service）
在承载业务或用户终端业务基础上附加的业务性能
给用户提供更多 更方便的服务
不能单独存在
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ISDN业务的功能范围
ISDN终端
承载业务（电路、分组）
用户终端业务（电报、传真、可视图文）
终端
（1～3层），在用户－ 网络接口
处提供，网络用电路交换方式或分
组交换方式将信息从一个用户－网
络接口透明地传送到另一个用户－
网络接口
（1～7层），在终端设备的人机接口处提供，是面向用户的业务
用户网络接口 用户网络接口
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ISDN应用举例（一）
广域网
ISDN交换机ISDN终端ISDN数字电话
本地
回路
电信公司的设备
NT1
用户的设备
用户家庭 电信公司
家庭用的ISDN
TE1 TE1 TE1
T U
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ISDN应用举例（二）
广域网
ISDN交换机
TE1
本地
回路
电信公司的设备
NT1
用户的设备
用户办公室 电信公司
大型商用的ISDN
TE1
TE1
TE2
TA
NT2
UT
S
S
S
R
PBX
30
窄带ISDN展望（一）
窄带ISDN（N-ISDN）是一种试图以数字系统代替
模拟电话系统的巨大尝试，这种数字系统既要能适
应于话音通信，又要能适应于非话音通信。由于基
本速率的接口标准已在世界范围内达成了一致，所
以人们以为这将导致对ISDN设备的大量需求，因
此会出现大规模生产、规模经济以及廉价的VLSI
ISDN芯片。不幸的是，这一标准化过程花了许多
时间，而这一领域内的技术发展非常迅速，因此当
标准最终制定出来时，它已经过时了。
31
窄带ISDN展望（二）
对家庭应用，需求量最大的新服务无疑是视频点播
(VOD)。但是，ISDN基本速率比需要的带宽小两个
数量级；现在LAN能提供10Mkbps的速率，且正在
被100Mkbps的LAN取代。商用ISDN的前景更加暗
淡，但却是用在完全没有料到的领域——因特网访
问。现在很多公司正在销售把2B+D信道合为一个
144kbps数字信道的适配器。这样用户可以通过
144kbps数字信道来访问因特网，而不是
的模拟调制解调器线路。对于许多因特网用户，能
以5倍的速度下载图像是值得的。虽然B-ISDN的
155Mbps更好，但N-ISDN的144kbps却是可以支付
得起的，这将是它在以后数年中存在的根本支柱。
32
从N-ISDN到B-ISDN（一）
前述N-ISDN能够提供2Mbit/s以下数字综合业务，具有较好
的经济和实用价值。但在当时（即20世纪80年代），鉴于
技术能力与业务需求的限制，N-ISDN存在以下局限性：
(1)信息传送速率有限，用户－网络接口速率局限于2048kbit/s
或1544kbit/s以内，无法实现电视业务和高速数据业务，难
以提供更新的业务。
(2)其基础是IDN，所支持的业务主要是64kbit/s的电路交换业
务，对技术发展的适应性很差。例如，如果信源编码使得
话音传输速率低于64kbit/s，由于网络本身传输和交换的基
本单位是64kbit/s，故网络分配的资源仍为64kbit/s，使用
先进的信源编码技术也无法提高网络资源的利用率。
33
从N-ISDN到B-ISDN（二）
(3) N-ISDN的综合是不完全的。虽然它综合了分组
交换业务，但这种综合只是在用户入网接口上实
现，在网络内部仍由分开的电路交换和分组交换
实体来提供不同的业务。即在交换和传输层次，
并没有很好地利用分组业务对于不同速率、变比
特率业务灵活支持的特性。
(4) N-ISDN只能支持话音及低速的非话音业务，不
能支持不同传输要求的多媒体业务，同时整个网
络的管理和控制是基于电路交换的，使得其功能
简单，无法适应宽带业务的要求。
34
从N-ISDN到B-ISDN（三）
所以需要一种以高效、高质量支持各种业务的，不
由现有网络演变而成，采用崭新的传输方式、交换
方式、用户接入方式以及网络协议的宽带通信网，
以提供高于PCM一次群速率的传输信道，能够适应
从速率最低的遥测遥控(十几bit/s到几十bit/s )，到
高清晰度电视HDTV(100Mbit/s～150Mbit/s)或近
Gbit/s的宽带信息检索业务，都以同样的方式在网
络中传送和交换，共享网络资源。同时与提供同样
业务的其他网络相比，它的生产、运行和维护费用
都比较低廉，当时CCITT将这种网络定名为宽带
ISDN或称B-ISDN 。
35
从N-ISDN到B-ISDN（四）
要形成B-ISDN，其技术的核心是高效的传输、交
换和复用技术。人们在研究分析了各种电路交换和
分组交换技术之后，认为快速分组交换是唯一可行
的技术。国际电联(ITU-T)于1988年把它正式命名
为ATM(Asynchronous Transfer Mode )，并推荐为
B-ISDN的信息传递模式，称为“异步传递方式”
。ITU-T在建议中定义：ATM是一种传递模式，
在这一模式中，信息被组成信元(Cell)；“异步”
是指发时钟和收时钟之间容许“异步运行”，其差
别用插入/取消信元的方式去调整；“传递模式”
是指信息在网络中包括了传输和交换两种方式。
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基于ATM的B-ISDN的特性（一）
(1)可以实现网络业务的完全综合化
在采用ATM技术的B-ISDN中，不仅可以在用户－
网络接口上实现物理线路的综合化，而且在网络
内部采用同一交换方式实现不同类型、不同速率
的信息交换，通过有效地均衡各种业务所需要的
通信带宽，达到支持多媒体通信所需要的多种多
样的通信速率。
(2)支持高速率的用户信息传输
B-ISDN用户－网络接口上用户的最高通信速率可
以达到155Mbit/s或622Mbit/s，是N-ISDN的100倍
以上，可以提供如HDTV的高速图像业务。
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基于ATM的B-ISDN的特性（二）
(3) 能提供丰富多彩的通信业务
N-ISDN主要提供点对点的双向通信（交互通信）
业务，B-ISDN除提供交互通信业务外，还提供分
配型业务，如电视广播、视频点播(VOD)等。
(4) 传输及处理的成本低
ATM网络得到高速大容量的同步光纤网(SONET)或
同步数字系列(SDH)的支持。采用光传输方式，不
仅可提供巨大的传输容量，而且可利用波分复用
(WDM)技术，使同一根光纤上传输的容量成倍增加，
使得相同容量的光纤传输系统比铜线传输系统成
本低得多。另外，ATM网络简化了分组通信方式
的协议，网络节点不进行流量控制和差错控制处
理，大大节省了网络传输处理的成本。
38
ATM的基本概念
人们习惯上把电信网分为传输、复用、交换、终端
等几个部分，其中除终端以外的传输、复用和交换
三个部分合起来统称为传递方式(也叫转移模式)。
目前应用的传递方式可分为两种：
同步传递方式(STM)：主要特征是采用时分复用，
各路信号都是按一定时间间隔周期性出现，接收端
可根据时间（或者说靠位置）识别每路信号。
异步传递方式(ATM)：采用统计时分复用，各路信
号不是按照一定时间间隔周期性地出现，接收端要
根据标志识别每路信号。
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ATM的定义（一）
ATM是一种传递模式，在这种模式中，信息被分成
信元来传递，而包含同一用户信息的信元不需要在
传输链路上周期性地出现。因此这种传递模式是异
步的。
从这个意义上来看，ATM是采用统计时分复用，各
路信号不是按照一定时间间隔周期性地出现，要根
据标志识别每路信号。这种转移模式是异步的（统
计时分复用也叫异步时分复用）。
40
ATM的定义（二）
图图6-8 STM6-8 STM和和ATMATM的时分方式的区别的时分方式的区别
ATM则是用
单元字头内
的标记符识
别信道(标记
多路复用)。
STM要求有固
定的帧周期，
用电路交换复
用技术，靠帧
内时隙的相对
位置识别信道
41
ATM技术的特点
(1)ATM按信元进行统计复用。统计复用是按需分配带宽的，
可以满足不同用户传递不同业务的带宽需要。
(2)采用固定长度的短分组。定长比可变长信元的控制与交换
更容易用硬件实现，利于向高速化方向发展。
(3)采用面向连接并预约传输资源的工作方式。确保网络上的
信息可在一定允许的差错率下传输，既兼顾了网络运营效
率，又能满足接入网络的连接进行快速数据传输。
(4)ATM信元头部功能降低。由于ATM网络中链路的功能变得
非常有限，故信元头部变得异常简单，依靠信元头部的虚
电路标志可以很容易地将不同的虚电路信息复用到一条物
理通道上。
(5)取消逐段链路的差错控制和流量控制。ATM协议运行在误
码率很低的光纤传输网上，同时预约资源机制保证网络中
传输的负载小于子网络的传输能力，所以ATM取消了网络
内部节点之间链路上的差错控制和流量控制。
42
ATM协议体系结构
分为三层，对应于OSI的物理层和数据链路层
ATM物理层：在物理介质上以位为单位传输信元，包括
用于ATM的电气接口和物理接口。
ATM层：构造信元，错误控制，建立/撤销虚电路。
ATM适配层：对数据进行分割和重组，对不同的数据传
输类型赋予正确的QoS标准。
物理层
数据链路层
ATM层 ATM层
汇聚子层CS
分段和重组子层SAR
ATM适配层(AAL)
传输汇聚子层TC
物理介质相关子层PMD
ATM物理层
OSI ATM
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ATM网络的构成
最简单的ATM网络
规模大一些的ATM网络
ATM交换机 ATM交换机
插有ATM网卡
的计算机
插有ATM网卡
的计算机
LAN
ATM
Router
LAN
ATM
Router
ATM
交换机
ATM
交换机
插有ATM网卡的服务器
WAN
44
ATM信元结构（一）
ATM信元实际上就是
分组，只是为了区别
于的分组，才将
ATM的信息单元叫做
信元。ATM的信元具
有固定的长度，从传
输效率、时延及系统
实现的复杂性考虑，
CCITT规定ATM信元
长度为53字节。信元
的结构如图所示。
45
ATM信元结构（二）
每个信元长度为53个字节。
前5个字节为信头（header）；包含有各种控制信
息，主要是表示信元去向的逻辑地址，还有一些维
护信息、优先级以及信头的纠错码。
后面48字节是信息段，也叫信息净负荷，它载荷来
自各种不同业务的用户信息。
信元的格式与业务类型无关，任何业务信息都经过
切割封装成相同长度统一格式的信元分组，在每个
分组中加上头标，以到达目的地。信元通过一条虚
信道进行传输，路由的选择由信头中的标号决定。
46
ATM信头结构
ATM信头结构有两种类型，如图所示。
用于用户---网络接口的信头(UNI信头)
用于网络节点接口的信头(NNI信头)
47
ATM信头各部分功能
GFC：一般流量控制，4bit。在B-ISDN中，为了控制共享传
输媒体的多个终端接入而定义了GFC，由GFC控制产生于用
户终端方向的信息流量，减小用户侧出现的短期过载。
VPI：虚路径标识码。UNI和NNI中的VPI字段分别含有8bit
和12bit，可分别标识28条和212条虚路径。
VCI：虚信道标识码，16bit。用于虚信道路由选择，它既适
用于用户－网络接口，也适用于网络节点接口。故对每个
VP定义了216条虚信道。
PT：净荷类型指示段，3bit，标识信息字段中的内容是用户
信息还是控制信息。
CLP：信元丢失优先级，1bit，表示信元的相对优先等级。
HEC：信头差错控制码，8bit，用于信头差错的检测、纠正
以及信元定界。
48
ATM基本工作原理（一）
1. 异步时分复用
ATM技术是采用异步时分复用方式的。异步时分复用的概
念是：来自不同信源的信息信元用异步时分复用的方式复用，
具有同样标志的信元在传输线上并不对应着某个固定的时隙，
也不是按周期出现的。也就是说信息和它在时域中的位置没
有固定的关系，信息只是按信头中的标志来区分的，这种复
用方式称为异步时分复用。
ATM的复用方式不是固定时隙分配，而是非周期的信元复
用，所以ATM具有动态分配带宽的特点。它适合于传输突
发性数据，也就是，如果某一信源的信息量大时，就分配给
它较多信元；反之，信息量较小时，就分配给它较少信元；
如果没有信息时，就不分配给它信元。所以，异步时分复用
又称为统计时分复用。
49
ATM基本工作原理（二）
2. ATM虚连接
ATM是采用面向连接的技术。面向连接的特点是通信过程的
实现要有三个阶段，即建立电路连接、数据传输、电路连接
的拆除。ATM的电路连接不是固定物理电路的连接，而是
采用虚电路连接，称为虚连接。虚连接也称为逻辑信道。
ATM的虚连接是由虚通路VC和虚通道VP来实现的。
(1) 虚通路VC和虚通道VP
VC：描述ATM信元单向传送能力，是传送ATM信元的逻辑信道，
即子信道。
VCI：虚通路标志符。具有相同的VCI的信元是在同一个逻辑信道
（即虚通路）上传送的。
VP：传送ATM信元的一种逻辑子信道。一个VP中包含一组VC。
VPI：虚通道标志符。它标识了具有相同VPI的一束VC。
50
ATM基本工作原理（三）
VC、VP与物理媒介之间的关系如图(a)所示，图
(b)所示是VP与VC的时分复用关系。
(b)
图 VC 、VP与物理媒体的关系示意图
51
ATM基本工作原理（四）
(2) 虚通路连接VCC和虚通道连接VPC
VCC是由多段VC链路链接而成，VPC是由多段VP
链路链接而成，如图所示。
由图可知，虚连接是由虚通道标识符VPI和虚
通路标识符VCI表示的。虚连接建立后，需要传送
的信息即被分割成字节信元，经网络传送到对方。
若发送端有多个信源信息同时传送，则应根据相同
程序建立到达各自接收端的不同虚连接，信息便可
交替地送出。
52
图6-10 虚通道连接与虚信道连接
53
ATM 交换技术
ATM 交换的定义
从一条逻辑 ATM 信道到一条或多条逻辑 ATM 信道的信
息交换；而在该交换过程中，选择可以在许多逻辑 ATM
信道中进行。
逻辑 ATM 信道
以物理端口以及该物理端口上的逻辑信道来表征：
逻辑 ATM 信道 = 物理端口 + 物理端口上的逻辑信道
– 物理端口号：表征了物理入线或出线
– 物理端口上的逻辑信道：由虚通路/虚信道标识 (VPI/VCI) 表
征
ATM 交换功能的组成
时分交换、空分交换、信元头交换（翻译）
54
ATM交换基本原理
ATM交换基本原理
55
ATM 交换的基本功能
空分交换功能
一条物理入线上的信息交换到另一条物理出线上。
时分交换功能
将物理入线上一个逻辑信道上的信息交换到对应物理出
线上的另一个逻辑信道上。
信元头交换（翻译）
一个逻辑 ATM 信道上的信元被交换到另一个逻辑 ATM
信道上时（利用空分交换和时分交换），其输入信元的
信元头内容也将同时会被翻译成一个与输出逻辑 ATM
信道相对应的信元头输出值。
56
空分交换功能
空分交换功能
将信息从一条物理入线交换到到另一条物理出线上
空分交换中的关键问题 —— 路由选择（routing）
在交换机内部，信息如何选择一条路由从入线到达出线
空分交换
a
b
:
:
1
2
3
N
c4
b
a
:
:
1
2
3
Mc
4
57
时分交换功能
时分交换功能
入线上某逻辑信道的信息被交换到出线上另一个逻辑信道
是逻辑信道（VP/VC）的交换（而不是固定帧时隙）
存在竞争问题
• 存在多个逻辑信道竞争物理出线上同一时间片的情况，
必须引入排队来解决竞争问题。
排队功能 —— ATM 交换的一个重要功能
时分交换
a b c c a b
Frame Frame
逻辑信道 逻辑信道
58
传统交换与 ATM 交换的差异
ATM 出现以前的交换方式
电路交换：基于 STM 原理的交换（如电话交换）；
分组交换（、帧中继等）。
这些技术不能直接适用于 ATM 交换，主要原因是
ATM 信息流的统计行为；
ATM 具有极高的信息处理速度；
ATM 信元的固定长度；
有限的信元头功能；
不同用途的 ATM 交换系统差异很大。
59
ATM交换机
ATM交换机由 5 大功能模块组成：入线处理模块、
出线处理模块、交换模块，如图所示。
图 ATM交换机的组成结构
60
输入缓冲排队
传输
交换
媒体
仲
裁
逻
辑
1
2
N
1
2
N
出
线
入
线
输入队列
每条入线一个缓冲队列
信元在入线排队
交换传输媒体
是一个无阻塞的传输网络
仲裁逻辑
决定可以得到服务的入线
仲裁策略
轮流服务、具有优先级(固
定优先级或队列长度优先等
)
61
输出缓冲排队
传输
交换
媒体
1
2
N
1
2
N
出
线
入
线
输出队列
交换传输媒体
无阻塞的传输网络，信元通过传输媒体时无需仲裁逻辑
每出线配置一个缓冲队列
信元在出线处排队，采用 FIFO 原则，保证信元的顺序
62
中央缓冲排队
交换
传输
媒体
I
1
2
N
1
2
N
出
线
入
线
中央队列
传输
交换
媒体
II
共享的中央队列被入线和出线所公用
交换传输媒体分为两部分
输入信元通过交换传输媒体 I 进入中央队列排队；再通过
输入信元通过交换传输媒体 II 输出到出线。信元通过传
输媒体时无需仲裁逻辑。
