異步傳輸模式

1、第七章 異步傳輸模式 本章將討論異步傳輸模式(ATM)協(xié)議, 內(nèi)容包括ATM信元、UNI、NNI、ATM多路復(fù)用和路由選擇操作等, 并且分析了53字節(jié)的合理性, 討論了延遲、糾/檢錯(cuò)和同步問題. 17.1 ATM的用途 ATM的用途是提供高速、低延遲、多路復(fù)用和交換網(wǎng)絡(luò), 以支持各種類型的用戶業(yè)務(wù), 如語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻應(yīng)用.ATM將用戶業(yè)務(wù)分成定長(zhǎng)的單元,大小為53字節(jié),其中5個(gè)字節(jié)為頭部. 每個(gè)信元用頭部的虛電路標(biāo)識(shí)符來(lái)區(qū)別.ATM提供有限的糾/檢錯(cuò)工作, 以面向連接方式工作.ATM的流量控制和擁塞控制和低速網(wǎng)絡(luò)有較大的不同.ATM網(wǎng)絡(luò)不但對(duì)現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)兼容, 也能適應(yīng)未來(lái)新業(yè)務(wù)的要求.ATM

2、網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)B-ISDN的一種選擇. 27.2 相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn) ATM的標(biāo)準(zhǔn)大部分有ITU-T、ANSI ATM和FORUM頒布, 表7.1. 37.3 一種ATM拓?fù)?ATM是B-ISDN的一部分, 它的設(shè)計(jì)是用來(lái)支持公共或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò), 相應(yīng)有兩種形式的用戶到網(wǎng)絡(luò)接口(UNI). 4圖7.2中給出了一個(gè)可能的拓?fù)? 57.4 VPI和VCI標(biāo)號(hào) VCI 虛信道標(biāo)識(shí)符VPI 虛路徑標(biāo)識(shí)符ATM網(wǎng)絡(luò)用面向連接的方式工作, 用VPI+VCI來(lái)標(biāo)識(shí)虛電路, 以提供PVC和SVC的服務(wù).與VPI+VCI類似的有: 幀中繼中的DLCI和X.25中的LGN+LCN等.67.5 ATM的層 圖7.3表示了ATM的層

3、. ATM適配層AAL的目的是匹配不同類型的業(yè)務(wù)到ATM 層. 7圖7.4是兩個(gè)對(duì)等實(shí)體的層配合. 網(wǎng)絡(luò)中不涉及到用戶AAL操作, 用戶AAL操作在網(wǎng)絡(luò)的邊界發(fā)生, 由接入的ATM交換機(jī)完成.在網(wǎng)絡(luò)中, 對(duì)于非用戶業(yè)務(wù), 如信令消息和網(wǎng)絡(luò)管理消息, AAL被用來(lái)接收信元并重裝這些消息, 以使交換機(jī)知道對(duì)這些消息作和處理.8B-ISDN參考模型基于OSI和ISDN標(biāo)準(zhǔn), 圖7.5. 9圖7.6是圖7.5另外一種描述. 控制平面含有Q.2931協(xié)議, 用于在ATM網(wǎng)絡(luò)中建立連接.Q.2931下面是SAAL, SAAL有三個(gè)子層構(gòu)成, AAL5、SSCOP和SSCF.用戶平面包含和應(yīng)用特定協(xié)議, 如

4、語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)等.管理平面提供管理服務(wù).107.6 ATM協(xié)議數(shù)據(jù)單元(信元) ATM信元在UNI和NNI略有不同, 圖7.7.其中的類型標(biāo)識(shí)符PT在ATM論壇中得到了比較大的擴(kuò)展, 可用于擁塞通知操作, 類似幀中繼中的擁塞告知位(FECN和BECN). 117.7 ATM操作詳述 7.7.1 物理層接口 標(biāo)準(zhǔn)化組織為ATM在以下媒體上制定了規(guī)范： (a) SONET/SDH; (b)44.736Mbit/s載波; (c)100Mbit/sFDDI系統(tǒng); (d)銅纜等.12 為了使ATM在DS3載波系統(tǒng)上運(yùn)行, ATM論壇制定了物理層會(huì)聚協(xié)議(PLCP), 圖7.8. 每幀由12行ATM信元

5、組成, 每行有4個(gè)字節(jié)的開銷. 開銷用于組幀、差錯(cuò)檢驗(yàn)、比特填充、告警條件、路徑開銷標(biāo)志以及保留字節(jié).13ATM論壇規(guī)定了100Mbit/s多模光纖系統(tǒng)接口. 在FDDI中, 助記符JK表示線路空閑, TT用來(lái)表示信元開始, QQ用于對(duì)信元信號(hào)丟失進(jìn)行編碼. 同時(shí)這些操作不使用MAC層, 直接使用FDDI的物理層. 147.7.2 銅纜上的ATM ATM論壇制定了在3類非屏蔽雙絞線上運(yùn)行的ATM規(guī)范, 其速率為(a)51.84Mbit/s, (b)25.92Mbit/s, (c)12.96Mbit/s. 表7.3總結(jié)了針對(duì)第3類和第5類電纜的允許速率和傳輸距離. 15 7.7.3 信元大小的基

6、本原理 信元長(zhǎng)度有以下特點(diǎn)：(a)適合于語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò),(b)有助于前向糾錯(cuò)操作,(c)使在出錯(cuò)情況下必須傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)減到最小, (d)與現(xiàn)在的載波傳輸設(shè)備協(xié)同運(yùn)行. 小信元避免了處理長(zhǎng)PDU使固有的延遲.信元長(zhǎng)度的選取應(yīng)考慮：(a)與現(xiàn)有設(shè)備配合, (b)提供可接受的傳輸效率, (c)不至于過于復(fù)雜而難以實(shí)施. 167.7.4 網(wǎng)絡(luò)透明操作 本節(jié)討論ATM信元及其與出錯(cuò)、延遲、信元大小的關(guān)系. 對(duì)于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU), 要考慮三個(gè)重要概念.語(yǔ)義透明: 不出錯(cuò)地把用戶SDU從信源傳送到目的地;SDU大小透明: 適應(yīng)用戶的變長(zhǎng)SDU;時(shí)間透明: 在信源和目的地之間以固定的延遲傳送用戶SDU. 17

7、出錯(cuò)和出錯(cuò)率 誤碼的概率特性是非常重要的, 光纖的誤碼特性見圖7.9. 由于光纖很少出錯(cuò), ATM不進(jìn)行復(fù)雜的重發(fā), 它可以糾正出錯(cuò)單比特的信元頭部而丟棄那些出現(xiàn)多比特差錯(cuò)的頭部. 18差錯(cuò)糾正和檢測(cè) ATM的HEC操作用于保護(hù)信元的頭部. 它可以糾單比特錯(cuò)并檢測(cè)多比特差錯(cuò). 圖7.10表示了糾/檢錯(cuò)的邏輯. ATM 的HEC是非常精致的設(shè)計(jì), 還可以用于信元的同步.19可變和固定大小的負(fù)載 SDU采用定長(zhǎng)或變長(zhǎng)取決于 (a)傳輸效率, (b)交換速度和網(wǎng)絡(luò)延遲. 經(jīng)過仔細(xì)考慮, 在1989年日內(nèi)瓦大會(huì)時(shí)ITU-T決定將信元大小定為48字節(jié). 20下面考慮傳輸延遲, 圖7.11. 某些用戶通信

8、之間需要可預(yù)測(cè)和固定的時(shí)延, 它們有AAL層來(lái)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn). 下面通過一個(gè)示例來(lái)說(shuō)明各部分時(shí)延的相對(duì)關(guān)系, 圖7.11. C/S 12000s(信源和信宿各一半); PD 2000s(信源和信宿之間的距離500公里); SD 72s(三個(gè)交換機(jī)); QD 225s(三個(gè)交換機(jī)). 合計(jì)為14.297ms, 符合ITU-T對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的要求. 21 同時(shí)應(yīng)該看到, 打包和傳播時(shí)延為主要部分. 上面的示例為一個(gè)純ATM網(wǎng)絡(luò), 也可能經(jīng)過幾次轉(zhuǎn)接, 時(shí)延估計(jì)會(huì)復(fù)雜一些. 227.7.5 ATM標(biāo)號(hào) 在ATM網(wǎng)絡(luò)中, 將不同的虛電路復(fù)用在一條物理電路中. 根據(jù)Q.2931可以為用戶提供預(yù)先建立的PVC或按需

9、連接的SVC.同時(shí)可能要考慮建立點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的連接. 23 7.7.6 多路復(fù)用VCI和VPI 圖7.13中表示了VPI和VCI的相對(duì)概念. 247.7.7 ATM按需連接 SVC需要一個(gè)連接建立和拆除的過程. ATM的連接控制規(guī)程被稱為Q.2931. 在UNI處, 需要支持的功能見表7.3. 表7.4中是一些連接控制消息. 25 需要指明, X類規(guī)程是一個(gè)用戶自己定義的服務(wù)質(zhì)量(QOS)操作. QOS不能在用戶之間協(xié)商. 26 下面簡(jiǎn)單討論建立(SETUP)消息, 這個(gè)消息中包含了建立連接所必須的參數(shù).ATM的AAL參數(shù)業(yè)務(wù)類型;業(yè)務(wù)子類型;AAL 3/4的最大SDU長(zhǎng)度;CBR速率;A

10、AL1的時(shí)鐘恢復(fù)類型;AAL5中的模式(消息模式或流模式);AAL1的糾錯(cuò)方法.27 7.7.8 ATM交換 ATM交換的難點(diǎn)在于綜合交換, 必須使排隊(duì)和交換延遲最小化. ATM交換所面臨的業(yè)務(wù)流的特征是不確定的, ATM交換的實(shí)現(xiàn)可以由不同的交換結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn). 28圖7.14中表明了VPI和VCI交換機(jī)的不同.29在圖7.15中繼續(xù)說(shuō)明了這種情況. 30圖7.16說(shuō)明了ATM交換機(jī)是如何運(yùn)行的. 31 在交換結(jié)構(gòu)中, Banyan 網(wǎng)絡(luò)是經(jīng)常用到的結(jié)構(gòu). 這種網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)在于唯一和自選路由, 并且可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的連接. 經(jīng)過一些處理后, 可以解決交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部沖突, 出線沖突和入線沖突.

11、 現(xiàn)代交換機(jī)的信元丟失率可達(dá). 32 在圖7.19中是地址解析示例, 表明如何自選路由. 33 圖7.20表明為了解決三種沖突, 可以有不同的排隊(duì)模式. 34 在圖7.21中為一臺(tái)并行交換模型, 能十分有效 解決各種沖突和提高吞吐率. 357.7.9 業(yè)務(wù)種類 AAL的設(shè)計(jì)是支持不同類型的業(yè)務(wù)和應(yīng)用, 表7.5對(duì)業(yè)務(wù)類型進(jìn)行了總結(jié). 相應(yīng)有A,B,C,D四類業(yè)務(wù), X類業(yè)務(wù)的QOS和計(jì)時(shí)要求由用戶自己定義. 在下面要討論的不同AAL將配合不同的業(yè)務(wù), 不過現(xiàn)在這些分類有了不小的變化. 367.7.10 AAL類型 AAL1 目標(biāo)支持CBR的應(yīng)用, 并且要完成: (a)對(duì)用戶信息的分段和重裝,(

12、b)處理可變信元延遲, (c)檢測(cè)失序和丟失的信元, (d)在接收端恢復(fù)源時(shí)鐘的頻率, 圖7.22.37AAL2AAL3/4 這是一個(gè)合并的類型. 圖7.23表示了AAL3/4的PDU.38AAL3/4的各層功能類似MAN和SMDS的相應(yīng)部分, 圖7.24 39 AAL3/4由CS和SAR組成, CS主要負(fù)責(zé)檢錯(cuò), SAR負(fù)責(zé)分段和重裝. AAL3/4可以接收和處理達(dá)到65536字節(jié)的用戶PDU, 支持兩種類型的數(shù)據(jù)傳輸: (a)報(bào)文模式業(yè)務(wù), (b)流模式業(yè)務(wù). 40AAL5 AAL5的設(shè)計(jì)目的是為了ATM與幀中繼的互通. 后來(lái)被用來(lái)支持所有的高速數(shù)據(jù)應(yīng)用, 相對(duì)于AAL3/4減少了開銷.

13、圖7.25為AAL5的PDU 格式.41 在ATM與幀中繼互連中, 應(yīng)考慮: 保證幀中繼QOS的端到端完整性;幀中繼用戶意識(shí)不到ATM操作;幀中繼DLCI必須映射為ATM的VPI/VCI, 反之亦然;幀中繼的DE位必須映射為ATM的CLP位;保證QOS的端到端完整性;保證幀的順序從端到端不變;保證擁塞和流量控制從端到端的一致性; 427.7.11 ATM網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)管理 一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的ATM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能公平地管理業(yè)務(wù), 并能為不同種類的應(yīng)用(如語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù))有效地分配容量. ATM網(wǎng)絡(luò)必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶要求的服務(wù)水平(QOS)提供高性能價(jià)格比的服務(wù), 并能夠支持各種應(yīng)用對(duì)延遲的不同要求.ATM網(wǎng)

14、絡(luò)應(yīng)能適應(yīng)一些不可預(yù)見的情況. 43網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能夠監(jiān)視用戶業(yè)務(wù), 用戶和網(wǎng)絡(luò)必須共同承擔(dān)QOS操作. 為了能夠說(shuō)明業(yè)務(wù)多樣性, 表7.6給出了可變比特率的一些特征.44自然比特率 圖7.26給予了一定的描述. 45ITU-T建議I.35B定義了許多基于ATM網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù), 圖7.27對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行了總結(jié), 它們是:(a)成功傳輸?shù)男旁?(b)丟失的信元,(c)插入的信元,(d)嚴(yán)重?fù)p壞的信元.46 在圖7.28中, 假定用戶和ATM網(wǎng)絡(luò)之間達(dá)成了一個(gè)服務(wù)合同, 其中規(guī)定一些QOS參數(shù). ATM網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商可以在出現(xiàn)擁塞時(shí)確定如何處理業(yè)務(wù). 47傳輸監(jiān)視機(jī)(TMM) 圖7.29給出了另外一種業(yè)務(wù)

15、監(jiān)督和管理策略. 487.7.12 ATM論壇和ITU-T業(yè)務(wù)控制和擁塞控制 ATM論壇和ITU-T對(duì)UNI處的CBR、VBR業(yè)務(wù)定義了監(jiān)視業(yè)務(wù)的算法. 使用的參數(shù)為: (a)CBR連接的PCR,(b)VBR連接的PCR, SCR和最大的突發(fā)長(zhǎng)度(MBS). 另一個(gè)參數(shù)是突發(fā)容限(BT), 它限制了在把業(yè)務(wù)標(biāo)記為過多業(yè)務(wù)之前能以高于SCR的速率傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)量. 49通用信元速率算法(GCRA) 用于監(jiān)視用戶業(yè)務(wù). 在圖7.30中給出了描述.關(guān)于帶寬分配和管理的方案遠(yuǎn)沒有得到解決, 事實(shí)上這是ATM最困難之處. 50 7.8 ATM B-ISDN交換運(yùn)營(yíng)商 接口(B-ICI) ATM網(wǎng)絡(luò)互通規(guī)范由

16、ITU-T在G.708推薦標(biāo)準(zhǔn)中以網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)接口(NNI)的方式頒布, 而由ATM論壇頒布的相應(yīng)部分則被稱作寬帶交換運(yùn)營(yíng)商接口(B-ICI)1.0版. 這兩種規(guī)范的主要差別在物理層: NNI規(guī)定采用SDH, 而B-ICI規(guī)定采用SONET或DS3. 51圖7.31給出了B-ICI和其他接口和協(xié)議之間的關(guān)系.ATM B-ICI的功能強(qiáng)大, 是一個(gè)可以發(fā)送和接收來(lái)自不同系統(tǒng)的業(yè)務(wù)的互通單元. 52 7.8.1B-ICI的物理層要求B-ICI的物理層要求與ATM NNI一致. 7.8.2B-ICI的業(yè)務(wù)管理B-ICI在網(wǎng)絡(luò)之間規(guī)定業(yè)務(wù)合同, 對(duì)于每個(gè)方向業(yè)務(wù)合同包括如下幾個(gè)參數(shù)(a)連接業(yè)務(wù)描述符,

17、(b)請(qǐng)求的QOS種類, (c)對(duì)所屬的ATM連接的定義. 這些參數(shù)包括: 峰值信元速率、持續(xù)信元速率、突發(fā)容限、信元延遲變異容限以及基于GCRA的一致定義 53 7.8.3參考業(yè)務(wù)負(fù)載B-ICI規(guī)范就網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商如何按照業(yè)務(wù)合同中的性能目標(biāo)來(lái)確定和管理業(yè)務(wù)負(fù)載, 提供了準(zhǔn)則. 表7.7列出了3種業(yè)務(wù)類型的參考業(yè)務(wù)負(fù)載. 54 7.8.4B-ICI的層管理操作B-ICI層管理操作使用B-ISDN /SONET/ SDH F4,F5的運(yùn)行、管理和維護(hù)(OAM)信息流. 557.9 ATM需要注意的其他方面 7.9.1 ATM網(wǎng)絡(luò)的尋址ATM地址模仿OSI的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問點(diǎn)(NSAP), NSAP在I