《ATM傳輸技術(shù)》課件

ATM傳輸技術(shù)異步傳輸模式(ATM)是一種用于高帶寬、低延遲網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議。ATM使用固定大小的單元(稱為單元)來傳輸數(shù)據(jù)，這些單元通過網(wǎng)絡(luò)以恒定的速率發(fā)送。ATM技術(shù)概述ATM技術(shù)是一種基于異步傳輸模式的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它通過使用固定長度的單元格傳輸數(shù)據(jù)，并在網(wǎng)絡(luò)中使用高帶寬、低延遲的傳輸通道，從而可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。ATM技術(shù)主要應(yīng)用于寬帶網(wǎng)絡(luò)中，例如互聯(lián)網(wǎng)、視頻會議、遠程教育等。ATM技術(shù)的主要優(yōu)勢在于其高速數(shù)據(jù)傳輸能力和低延遲。ATM技術(shù)也能夠有效地支持各種不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，例如語音、視頻、數(shù)據(jù)等。ATM協(xié)議結(jié)構(gòu)ATM協(xié)議層級ATM協(xié)議由多個層級組成，包括物理層、ATM層、AAL層等。協(xié)議棧ATM協(xié)議棧定義了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸方式，確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中高效傳遞。標(biāo)準化ATM協(xié)議遵循國際標(biāo)準，確保不同廠商設(shè)備之間的互操作性。ATM層次體系1物理層ATM網(wǎng)絡(luò)的物理層負責(zé)數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)上的傳輸，如光纖、銅纜等。2ATM層負責(zé)ATM信元的封裝和解封裝，包括信元頭部的處理和信元負載數(shù)據(jù)的傳輸。3AAL層負責(zé)將上層協(xié)議的數(shù)據(jù)分割成ATM信元，并進行數(shù)據(jù)壓縮、錯誤檢測和糾正。4上層協(xié)議包括各種應(yīng)用層協(xié)議，如TCP/IP、FTP、HTTP等，用于實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。ATM物理層ATM物理層負責(zé)數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)上的傳輸。定義了傳輸介質(zhì)、信號編碼、傳輸速率、接口標(biāo)準等。常用的ATM物理層標(biāo)準包括SONET/SDH、Ethernet、無線接口等。ATMAAL層AAL適配層ATMAAL層位于ATM層之上，負責(zé)將上層協(xié)議數(shù)據(jù)封裝成ATM信元，并進行錯誤檢測和流量控制。AAL類型ATMAAL層定義了兩種主要類型：AAL1和AAL5，它們分別適用于不同的應(yīng)用場景。AAL1AAL1主要用于實時數(shù)據(jù)傳輸，例如語音和視頻，它提供較低的延遲和較高的可靠性。AAL5AAL5主要用于非實時數(shù)據(jù)傳輸，例如數(shù)據(jù)文件和電子郵件，它提供更高的吞吐量和更靈活的流量控制。ATMATM層11.虛電路連接ATM層提供面向連接的服務(wù)，建立虛電路，在源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之間建立一條邏輯路徑。22.邏輯信道ATM層使用VPI和VCI來標(biāo)識邏輯信道，每個信道對應(yīng)一條虛電路連接。33.流量控制ATM層通過流量整形和擁塞控制機制，確保網(wǎng)絡(luò)流量的平穩(wěn)流動，防止擁塞。44.信元復(fù)用ATM層將不同用戶的數(shù)據(jù)封裝成固定大小的信元，并進行復(fù)用，以提高網(wǎng)絡(luò)效率。ATMVCI/VPI虛擬通道標(biāo)識符(VCI)和虛擬路徑標(biāo)識符(VPI)用于在ATM網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)識特定的連接。VCI用于標(biāo)識連接中的特定虛擬通道，而VPI用于標(biāo)識連接所處的虛擬路徑。每個ATM單元格都包含VCI和VPI，它們共同確定了單元格的目的地。VCI和VPI的組合在ATM網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，從而確保了單元格能夠正確地路由到其目的地。ATM單元格格式ATM單元格是ATM網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的基本單位，通常稱為信元。它是一個固定長度的包，包含53個字節(jié)的頭部和48個字節(jié)的負載。信元頭部包含控制信息，用于標(biāo)識信元所屬的虛擬通道，以及信元類型等信息。信元負載則包含用戶數(shù)據(jù)或控制數(shù)據(jù)。ATM單元格頭部單元格頭部長度ATM單元格頭部占5個字節(jié)，共48位，包含所有必要信息，用于標(biāo)識和路由單元格。頭部字段GFC:全局流量控制，用于流量控制和擁塞管理VPI:虛擬路徑標(biāo)識，用于區(qū)分不同的虛擬路徑VCI:虛擬通道標(biāo)識，用于區(qū)分不同的虛擬通道PTI:優(yōu)先級和保留位，用于優(yōu)先級調(diào)度和保留位CLP:單元格丟失優(yōu)先級，用于指示單元格丟失的優(yōu)先級HEC:頭部錯誤校驗，用于檢測頭部數(shù)據(jù)傳輸錯誤ATM單元格負載數(shù)據(jù)包ATM單元格負載包含用戶數(shù)據(jù)。用戶數(shù)據(jù)根據(jù)不同的應(yīng)用場景具有不同的格式，例如語音、視頻、數(shù)據(jù)等。應(yīng)用層數(shù)據(jù)ATM單元格負載中的用戶數(shù)據(jù)可以是各種應(yīng)用層協(xié)議的數(shù)據(jù)包，例如IP數(shù)據(jù)包、TCP數(shù)據(jù)包等。負載大小ATM單元格的負載大小為48字節(jié)，可以用于傳輸各種類型的數(shù)據(jù)。ATM信元交換過程到達交換機ATM信元到達交換機，攜帶目標(biāo)地址信息。查找路徑交換機根據(jù)目標(biāo)地址，查詢路由表，查找最佳傳輸路徑。轉(zhuǎn)發(fā)信元交換機將ATM信元轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳設(shè)備，沿路徑繼續(xù)傳輸。到達目的地ATM信元通過交換機網(wǎng)絡(luò)傳輸，最終到達目的地。ATM接入技術(shù)ATM接入技術(shù)ATM接入技術(shù)是指用戶終端設(shè)備通過各種方式接入ATM網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。接入設(shè)備ATM接入設(shè)備包括ATM終端適配器、ATM交換機等，用于連接用戶終端設(shè)備和ATM網(wǎng)絡(luò)。接入方案常見的ATM接入方案有點對點接入、共享接入、虛擬LAN接入等，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求選擇合適的接入方案。ATM交換機功能信元交換ATM交換機負責(zé)接收、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)ATM信元。它根據(jù)信元的VCI和VPI信息將信元路由到正確的輸出端口。流量管理交換機通過對網(wǎng)絡(luò)流量進行監(jiān)測和控制，確保網(wǎng)絡(luò)性能，避免擁塞，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的優(yōu)先級。資源管理ATM交換機管理網(wǎng)絡(luò)資源，包括帶寬、緩沖區(qū)和連接，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)效率，實現(xiàn)資源分配和控制。安全管理ATM交換機可以實現(xiàn)安全功能，例如訪問控制、加密和身份驗證，以保護網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全。ATM交換機結(jié)構(gòu)ATM交換機通常采用多級結(jié)構(gòu)，包括交換模塊、控制模塊和管理模塊。交換模塊負責(zé)處理ATM單元格的交換和路由，控制模塊負責(zé)管理交換機資源和流量，管理模塊負責(zé)監(jiān)控和配置交換機。ATM交換路由ATM交換機根據(jù)目的地址和虛擬通道標(biāo)識符（VCI）進行路由，將數(shù)據(jù)包從源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)節(jié)點。1固定路由預(yù)先設(shè)定路由表，效率高，適合固定連接。2自適應(yīng)路由根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動態(tài)調(diào)整路由，靈活，適合動態(tài)連接。3多路徑路由選擇多個路徑傳輸數(shù)據(jù)，提高可靠性。4源路由源節(jié)點決定數(shù)據(jù)包的路由路徑。ATM交換機采用多種路由算法來優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸效率和可靠性，例如最短路徑算法、最小費用算法等。ATM流量管理流量控制ATM網(wǎng)絡(luò)流量管理是保證網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵。流量控制通過限制用戶流量，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)丟失。流量控制機制包括：流量整形、速率限制和優(yōu)先級管理，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源利用，提高效率。擁塞管理ATM擁塞管理是指在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時，采取措施防止網(wǎng)絡(luò)性能下降，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。擁塞管理機制包括：丟棄策略、流量重路由和優(yōu)先級調(diào)整，以有效應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)擁塞，確保關(guān)鍵流量優(yōu)先通過。ATM資源管理11.虛擬電路管理ATM網(wǎng)絡(luò)利用虛擬電路（VC）實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，資源管理的關(guān)鍵在于高效分配和管理VC資源。22.帶寬分配根據(jù)不同用戶需求和服務(wù)質(zhì)量要求，合理分配網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，確保不同用戶間公平競爭。33.緩存管理ATM交換機中的緩存用于存儲單元格，有效管理緩存資源可以提高網(wǎng)絡(luò)效率和性能。44.擁塞控制ATM網(wǎng)絡(luò)通過流量控制和擁塞避免機制，有效管理網(wǎng)絡(luò)資源，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞。ATM帶寬分配分配策略說明靜態(tài)帶寬分配預(yù)先分配固定帶寬，適用于實時應(yīng)用。動態(tài)帶寬分配根據(jù)流量需求動態(tài)調(diào)整帶寬，適合突發(fā)流量場景。ATM帶寬分配是資源管理的重要組成部分。根據(jù)流量需求，合理分配帶寬，保證服務(wù)質(zhì)量。ATM擁塞控制流量控制ATM網(wǎng)絡(luò)采用基于信元的流量控制機制，對不同類型用戶分配帶寬，確保網(wǎng)絡(luò)性能和穩(wěn)定性。信元排隊當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時，ATM交換機采用信元排隊機制，將過多的信元放入隊列，避免網(wǎng)絡(luò)崩潰。反饋機制ATM網(wǎng)絡(luò)通過反饋機制，將網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)通知源節(jié)點，源節(jié)點可調(diào)整發(fā)送速率，減輕網(wǎng)絡(luò)壓力。優(yōu)先級控制ATM網(wǎng)絡(luò)支持不同服務(wù)質(zhì)量(QoS)的業(yè)務(wù)，優(yōu)先級控制機制可以保障重要業(yè)務(wù)的傳輸效率。ATM服務(wù)類型1恒定比特率（CBR）適用于實時數(shù)據(jù)流，如語音和視頻，提供穩(wěn)定的帶寬保障。2可變比特率（VBR）適用于數(shù)據(jù)流量變化較大的應(yīng)用，如文件傳輸，支持帶寬動態(tài)分配。3非實時可變比特率（nRT-VBR）適用于對延遲要求不高的數(shù)據(jù)流，如電子郵件，支持帶寬動態(tài)分配。4可用比特率（ABR）適用于對帶寬要求靈活的應(yīng)用，如網(wǎng)頁瀏覽，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況自動調(diào)整帶寬。ATMQoS保證帶寬保證ATM網(wǎng)絡(luò)可以保證特定用戶或流量的帶寬分配，保證預(yù)期的數(shù)據(jù)傳輸速度和性能。延遲控制ATM支持實時流量，通過優(yōu)先級機制和流量控制，保證對時延敏感的應(yīng)用的低延遲傳輸。抖動控制ATM可以通過調(diào)整流量調(diào)度和緩沖機制，減小數(shù)據(jù)包到達時間的波動，提高視頻和音頻等實時應(yīng)用的傳輸質(zhì)量。錯誤率控制ATM通過信元丟失檢測和恢復(fù)機制，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腻e誤率，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。ATM可靠傳輸錯誤檢測與糾正ATM使用CRC校驗碼來檢測傳輸過程中的錯誤。ATM協(xié)議支持多種糾錯機制，例如FEC和ARQ。流量控制ATM采用流量控制機制來防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。ATM流量控制主要基于速率控制和信元丟棄。數(shù)據(jù)完整性ATM層通過使用信元序列號和確認機制來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕_保每個信元都能按順序到達接收端。重傳機制當(dāng)數(shù)據(jù)包丟失時，ATM層會使用重傳機制來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｖ貍鳈C制可以有效地處理網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)丟失。ATM安全機制數(shù)據(jù)加密ATM網(wǎng)絡(luò)使用加密算法，確保數(shù)據(jù)傳輸過程中不被竊取或篡改。身份認證ATM網(wǎng)絡(luò)采用身份驗證機制，確保只有合法用戶可以訪問網(wǎng)絡(luò)資源。安全審計ATM網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控用戶行為，記錄所有操作，識別安全威脅，并進行安全預(yù)警。ATM接口標(biāo)準ATM接口標(biāo)準ATM接口標(biāo)準定義了ATM設(shè)備之間互連的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范。物理層標(biāo)準包括SONET/SDH、以太網(wǎng)、光纖通道等，提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢磉B接方式。數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準包括ATM協(xié)議、AAL層、ATM層，定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷?、控制和管理機制。ATM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用ATM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛，適用于各種場景。從語音和視頻傳輸?shù)綌?shù)據(jù)通信和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，ATM技術(shù)都能提供高帶寬、低延遲和高質(zhì)量的通信服務(wù)。ATM網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于電信運營商、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、金融機構(gòu)、視頻會議、廣播電視等領(lǐng)域。ATM網(wǎng)絡(luò)部署拓撲ATM網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)多種多樣，常見的有星型、環(huán)型、網(wǎng)狀型等。星型拓撲結(jié)構(gòu)中心節(jié)點為交換機，其他節(jié)點連接到交換機，簡單易管理，但可靠性較低。環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)所有節(jié)點組成環(huán)狀，數(shù)據(jù)沿環(huán)傳播，可靠性較高，但成本較高。網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)節(jié)點之間有多條連接路徑，可靠性最高，但復(fù)雜度也最高。ATM技術(shù)優(yōu)缺點11.優(yōu)點ATM具有高帶寬、低延遲、高可靠性等優(yōu)勢。它支持多種服務(wù)類型，并提供QoS保證。22.優(yōu)勢ATM網(wǎng)絡(luò)可以有效地利用帶寬，并提供良好的安全性。它適合于各種應(yīng)用，例如視頻會議、遠程醫(yī)療和高性能計算。33.缺點ATM技術(shù)的復(fù)雜性較高，成本也比較高。它需要專門的硬件和軟件，并需要進行大量的配置工作。44.劣勢ATM的部署和維護難度較大，需要專業(yè)的技術(shù)人員。它在一些情況下也可能難以適應(yīng)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。ATM技術(shù)發(fā)展趨勢向下一代網(wǎng)絡(luò)演進ATM技術(shù)正在向下一代網(wǎng)絡(luò)演進，例如以太網(wǎng)和光纖通道，并與這些技術(shù)融合。服務(wù)質(zhì)量(QoS)增強ATM技術(shù)不斷發(fā)展，以提供更高級別的QoS，滿足各種應(yīng)用的需求，例如視頻流和語音通信。安全性和可靠性提升ATM技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全和可靠性方面持續(xù)改進，包括加密、身份驗證和錯誤檢測機制。網(wǎng)絡(luò)虛擬化和軟件定義網(wǎng)絡(luò)