《ATM傳輸技術》PPT課件

1,*第10章異步傳輸模式ATM,本章主要介紹ATM的基本概念、ATM協(xié)議及工作原理，并對ATM的參考模型及各層次的功能予以描述，對于IP與ATM的結合問題也予以涉及。通過本章學習，重點了解以下內容：了解ATM技術的產生背景了解ATM的基本概念理解ATM協(xié)議的參考模型及各層次功能了解ATM與IP的結合,2,10.1ATM技術概述,10.1.1ATM的產生20世紀70年代出現(xiàn)的ISDN（IntegratedServicesDigitalNetwork）是綜合服務數字網,它是通過單一線路發(fā)送數字語音呼叫和數據的一種電信標準。,3,20世紀80年代以來，跨越廣域網實現(xiàn)LAN的互聯(lián)越來越多。同時隨著多媒體技術的出現(xiàn)，人們對可視圖文、視頻電話、視頻會議、圖像傳輸等通信業(yè)務需求迅速增加，對帶寬的需求也越來越高。結果是B-ISDN(Broadband-ISDN,寬帶綜合業(yè)務數字網)標準的問世。ATM是支持B-ISDN服務的一種交換技術。,4,10.1.2傳統(tǒng)的交換和信息傳遞方式,網絡上傳統(tǒng)的交換方式有兩種：電路交換和分組交換。電路交換電路交換長期以來用于電話網，目前仍然在N-ISDN中使用。在這種傳統(tǒng)方式中，整個通信連接期間始終有一條電路被建立，并按照時分復用（TDM）原理將信息從一個結點傳遞到另一個結點。當通信結束后，連接被撤銷。這種技術也叫同步傳遞模式STM。,5,分組交換在分組交換網中，用戶信息封裝在分組中。分組中有分組頭，其中包含一些附加信息。這些附加信息用來在網絡中進行路由選擇、差錯檢驗、流量控制。分組交換有兩種方式：面向連接方式和無連接方式。,6,10.1.3快速分組交換和異步傳輸模式ATM,快速組成交換的方式有很多，其最基本的特征就是具有最小網絡功能的分組交換。最常見的是幀中繼和ATM。我們介紹ATM。,7,異步傳輸模式ATM(AsynchronousTransferMode)是建立在電路交換和分組交換基礎上的一種新的交換技術。ATM是面向連接的，它是通過建立虛電路來進行數據傳輸的。ATM采用固定長度的數據包。每個ATM數據為信元。固定長度的ATM信元具有以下的優(yōu)點：,8,固定長度的數據信元使得連網和交換的排隊延遲更容易預測。同時，較小的信元長度降低了交換結點內部緩沖器的容量，限制了信息在這些緩沖的排隊延遲。與可變長度的數據包相比，ATM信元更便于簡單可靠地進行處理。ATM的信元頭只包括5個字節(jié)，其主要功能是用來根據虛電路標志識別虛連接。,9,ATM采用統(tǒng)計時分復用的方式來進行數據傳輸。統(tǒng)計復用就是根據各種業(yè)務的統(tǒng)計特性，在保證業(yè)務質量要求的情況下，在各個業(yè)務之間動態(tài)地分配網絡帶寬，以過到最佳的資源利用率。這種方式可以解決STM中出現(xiàn)的帶寬浪費的問題。,10,10.1ATM技術概述,同步光纖網絡SONET和同步數字系列SDHATM的物理基礎目前主要是采用標淮的光纖傳輸網絡。SONET和SDH是以光纜作為傳輸媒體的數字傳輸速率標準。美國首先在1988年推出了標準同步光纖網SONET(SynchronousOpticalNetwork)，為光纖傳輸系統(tǒng)定義了線路速率的等級結構，其傳輸速率以51.84Mb/s為基礎，大約對應于T3E3的傳輸速率。,11,ITU-T以美國標準SONET為基礎，制訂出國際標準同步數字系列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)，即1988年通過的G.707709等三個建議書。SDH/SONET定義了標準光信號，規(guī)定了波長為1310nm和1550nm的激光源。在物理層為寬帶接口并使用了幀技術以傳遞信息，為數字信號的復用和操作過程定義了幀結構。,12,10.2ATM的基本概念和原理,ATM采用面向連接的傳輸方式，將數據分割成固定長度的信元，通過虛連接進行交換。一個ATM的傳輸過程可以包括三個階段：連接建立，數據傳輸和連接終止。,13,10.2ATM的基本概念和原理,ATM網絡的構成ATM網絡是網狀拓撲結構，包括兩種網絡元素，即ATM端點和ATM交換機。ATM端點就是在網絡中能夠產生或接收信元的源站或目的站。ATM端點與ATM交換機相連。ATM交換機與ATM交換機相連，構成ATM網絡。,14,10.2ATM的基本原理,ATM網絡的構成,15,10.2ATM的基本原理,ATM網絡的構成用戶網絡接口UNI(User-NetworkInterface)這是ATM端點與它們所連接的ATM交換機之間的接口。網絡結點接口NNI(Network-NodeInterface)這是在ATM網絡中兩個ATM交換機之間或兩個ATM網絡之間的接口。,16,ATM中的虛連接由虛通路（VP：VirtualPath）和虛通道（VC：VirtualChannel）組成，分別用VPI和VCI來標識。多個虛通道可以復用一個虛通路，而多個虛通路又可以復用一條傳輸鏈路。虛連接有兩種：永久虛連接（PVC）和交換虛連接（SVC）。,17,ATM中的信息傳輸采用固定格式，一律為53字節(jié)。其中包括48個字節(jié)的數據和5個字節(jié)的信元頭。,18,10.2ATM的基本原理,10.2.1ATM的體系結構ITU-T制定的ATM參考模型借鑒了ISO的OSI參考模型，但同時引入了“平面”的概念。為了便于理解，我們暫時略去“平面”的問題，先給出ATM的分層結構，如圖。,19,20,B-ISDN的ATM協(xié)議模型如圖所示它包括三個平面：用戶平面支持數據傳送、流量控制、差錯檢測以及其他的用戶功能；控制平面主要用于連接管理，包括對信令信息的管理；管理平面用來維護網絡和執(zhí)行操作功能。在每個平面中，采用了OSI分層方法，各層相對獨立。分為物理層、ATM層、ATM適配層（AAL）和高層。CCITT在ATM層之上定義了ATM適配層，即AAL層。,21,10.2.2ATM高層,ATM高層實際上泛指高層與業(yè)務相關的功能。ATM網絡提供的服務分為A、B、C、D和X五類。A類服務為面向連接的恒定比特率（CBR）服務，主要提供恒定比特率的語音和圖像業(yè)務，DSI/EI電路仿真業(yè)務；B類服務為可變比特率（VBR）服務，主要用來傳輸可變比特率的語音、視頻服務，同時還用來傳輸優(yōu)先級較高的數據；C類服務定義為ATM上的幀中繼，主要提供面向連接的數據服務；D類服務表示ATM上的無連接的數據服務；X類服務許可用戶或廠家定義他們自己的服務類型。,22,ATM為用戶提供的服務主要包括如下幾類。CBR（恒定比特率）：這類服務又分為兩個子類，分別稱為RT-VBR（實時可變比特率）和NRT-VBR（非實時可變比特率）。RT-VBR主要用來提供具有嚴格實時要求的可變比特率服務，如實時視頻會議等。,23,在NRT-VBR服務中，及時傳送很重要，但應用中可以容忍一定量的抖動。例如，多媒體電子郵件。ABR（可用比特率）：這類服務主要是為帶寬并不確定的突發(fā)式的通信設計的。UBR（不定比特率）：這類服務不對用戶做出任何承諾，同時，也不對網絡阻塞做出任何反饋。用它來傳送IP包是合適的。,24,25,10.2ATM的基本原理,10.2.3ATM適配層AALATM適配層記為AAL(ATMAdaptationLayer)，其作用是增強ATM層所提供的服務功能，并向上面高層提供各種不同的服務。AAL的主要功能是：將用戶的應用數據單元ADU劃分為信元或將信元重裝成為應用數據單元ADU；對比特差錯進行監(jiān)控和處理；處理丟失和錯誤交付的信元；流量控制和定時控制。,26,10.2ATM的基本原理,10.2.3ATM適配層AAL為實現(xiàn)上的方便，AAL層又劃分為兩個子層，即CS子層和SAR子層。匯聚子層CS(ConvergenceSublayer)使ATM系統(tǒng)可以對不同的應用(如文件傳送、點播視像等)提供不同的服務。每一個AAL用戶通過服務訪問點SAP(即應用程序的地址)接入到AAL層。在CS子層形成的協(xié)議數據單元叫做CS-PDU。,27,會聚子層CS是與業(yè)務相關的，它負責為來自用戶平面的信息（如IP包）做分割準備，以使CS層能將這些信息再拼成原樣。CS層將一些控制信息子網頭或尾附加到從上層傳來的用戶信息上，一起放在信元的有效負載中。,28,拆裝子層SAR(SegmentationAndReassembly)在發(fā)送時，將CS子層傳下來的協(xié)議數據單元CS-PDU劃分成為長度為48字節(jié)的單元，交給ATM層作為信元的凈負荷。在接收時，SAR子層進行相反的操作，將ATM層交上來的48字節(jié)長的凈負荷裝配成CS-PDU。這樣，SAR子層就使得ATM層與上面的應用無關。,29,10.2ATM的基本原理,AAL子層協(xié)議數據單元,30,10.2ATM的基本原理,10.2.4ATM層ATM層主要完成交換和復用功能。在ATM層構成53字節(jié)的信元并實現(xiàn)網絡傳輸。ATM層提供的基本服務是完成ATM網上用戶和設備之間的信息傳輸。其功能主要有：信元頭生成和去除、一般流量控制、連接的分配和取消、信元復用和交換、網絡阻塞控制、匯集信元到物理接口以及從物理接口分檢信元等。,31,ATM層接收到AAL層提供的信元載體后，必須為其加上信元頭以生成信元，這樣信元才可以成功地在ATM網絡上進行傳輸。當ATM層將信元載體向高層AAL層傳輸時，必須去除信元頭。信元載體提交給AAL層后，ATM層也將信元頭信息提交給AAL層。所提交的信息包括用戶信元類型、接收優(yōu)先級以及阻塞指示。,32,10.2ATM的基本原理,10.2.4ATM層1ATM信元,33,10.2ATM的基本原理,10.2.4ATM層1ATM信元GFC（GenericFlowControl）字段(一般流量控制)PTI(PayloadTypeIndicator)字段（負載類型標志）CLP(CellLossPriority)字段（信元丟失優(yōu)先級）HEC(HeaderErrorControl)字段（信元頭差錯控制）,34,10.2ATM的基本原理,10.2.4ATM層1ATM信元VPI/VCI（VirtualPathIdentifier/VirtualChannelIdentifier）字段：VPI稱作虛通道標識符，VCI稱作虛通路標識符。一個虛通路VC是在兩個或兩個以上的地點之間的一個運送ATM信元的通信通路；一個虛通道VP是一組具有相同端點的虛通路，而這一組虛通路使用同一個虛通道標識符VPI。,35,36,10.2ATM的基本原理,10.2.4ATM層2ATM交換,37,38,10.2ATM的基本原理,10.2.4ATM層2ATM交換,39,40,10.2ATM的基本原理,10.2.5ATM物理層ATM物理層又分為與媒體有關的物理媒體子層PMD(PhysicalMediumDependent)和傳輸匯聚子層TC(TransmissionConvergence)。PMD子層的作用是在適當的物理媒體上正確地發(fā)送和接收比特以及負責比特在物理媒體上的正確傳輸。,41,TC子層的作用是為其上的ATM層提供一個統(tǒng)一的接口。在發(fā)送方，它從ATM層接收信元，組裝成特定的形式(如信元、SONET數據幀、FDDI數據幀等)以使其在物理媒體子層上傳輸。在接收方，TC從來自PMD子層的比特或字節(jié)流中提取信元，驗證信元頭，并將有效信元傳遞給ATM層,42,10.2ATM的基本原理,10.2.5ATM物理層TC子層具有OSI模型中數據鏈路層的功能，主要功能如下：信元頭驗證：每個信元中包含5個字節(jié)的頭部。信元頭中的最后一個字節(jié)，也就是HEC字段，其功能是進行信元頭的差錯控制。信元有效負載中的傳輸錯誤由高層控制。傳輸幀適配：TC子層的另一個重要作用是為傳輸媒體子層生成幀格式。,43,在基于信元的傳輸方式中，傳輸幀中剛好含有一個信元。信元被連續(xù)地傳輸、不存在任何規(guī)則的時間幀同步。在基于SONET、FDDI、T1、T3等傳輸幀的傳輸方式中，傳輸幀的有效負載不是信元大小的整數倍，信元被嵌在傳輸幀的有效負載內，信元邊界沒有固定位置，信元邊界由信元劃分功能決定。,44,10.2ATM的基本原理,10.2.5ATM物理層信元定界：在接收端，TC子層接收輸入的比持流，對信元的邊界進行定位，驗證信元頭，拋棄錯誤的信元，對OAM信元進行處理，將數據信元傳送給ATM層。在這個過程中，最復雜的過程就是信元定界。在TC子層，使用有限狀態(tài)機來完成信元定界。,45,次連續(xù)的不正確HEC,次連續(xù)正確的HEC,46,10.3ATM的連接管理,10.3.1ATM參考模型ITU-T制定的ATM參考模型不但具有層次結構，還具有平面的概念，是一個立體的體系結構,用戶平面用來傳送用戶數據、流量控制、差錯控制和其他用戶功能信息；控制平面處理為建立和釋放連接所需的信令；管理平面提供層管理和平面管理兩種不同的功能；,47,10.3ATM的連接管理,10.3.2ATM地址ATM是面向連接的，通信之前需要首先建立虛電路。虛連接建立時，源站點需要指明需要建立連接的目的站點的地址。由ATM論壇根據開放系統(tǒng)互連OSI的網絡服務訪問點NSAP(NetworkServiceAccessPoint)格式定義了ATM專用UNI的ATM地址。它采用20個字節(jié)。,48,ATM地址包括三個部分：AFI(AuthorityandFormatIdentifier)字段授權和格式標識符，用于指出起始域標識符(IDI)的類型和格式，指明地址命名方式；IDI(InitialDomainIdentifier)字段起始域標識符，指明地址的位置和管理權限；DSP(DomainSpecificPart)字段域特定部分，指明專用網UNI的識別信息。,49,10.3ATM的連接管理,10.3.2ATM地址,字節(jié)121061,字節(jié)121061,字節(jié)18461,DCC格式的ATM地址,ICD格式的ATM地址,E.164格式的ATM地址,IDI,IDI,IDI,50,10.3ATM的連接管理,10.3.3ATM虛連接機制,51,源站點通過缺省虛連接(通常為VPI=5，VCI=0)向目的站點發(fā)出連接建立(Setup)請求。該請求中包含源站點ATM地址、目的站點ATM地址、傳輸特性以及QoS參數等。網絡向要求建立連接的源站點回送呼叫確認(CallProceeding)，表明呼叫建立已啟動。并不再接收呼叫建立信息。Setup沿網絡向目的地站點傳播。在傳播的每步，目的都會返回CallProceeding確認。,10.3ATM的連接管理,10.3.3ATM虛連接機制,52,目的站點接收到連接建立請求后，若連接條件滿足，則返回連接(Connect)，表明接受呼叫。然后，網絡用連接(Connect)響應源站點，源站點被接受。在Connect返回源站點過程中，每一步均會產生連接確認(ConnectAck)，最后源站點用連接確認(