现代交换原理第8章1ATM.ppt

1）B-ISDN的提出通信网的发展N-ISDN的局限性：传输速率和交换模式限制了具有更高速率和可变速率业务的提供，已不能适应未来通信网发展的需要。B-ISDN的提出：能够提供具有更高传输速率的传输信道；更先进的传送模式。,1、ATM与B-ISDN的产生与发展,第八章 ATM交换技术8.1 ATM的基本概念,2）B-ISDN网对传送模式的要求 对信息的损伤要小具有时间透明性(信息传送的时延和时延抖动要小)具有语义透明性(由传送引起的信息丢失和差错要小)能灵活地支持各种业务 具有高速传送信息的能力,1994年投入运营的美国北卡罗来纳信息高速公路，是美国第一个在州的范围内的公用ATM宽带网。在欧洲由法国、德国、英国、意大利和西班牙等国发起的泛欧ATM宽带试验网，于1994年11月开始运行，后来扩大到欧洲的十多个国家，是覆盖面较广的ATM试验网在亚洲的日本NTT与邮政省、香港电讯、新加坡电信、韩国电信、泰国的亚洲电信以及中国的广东、北京和上海电信管理局也进行过以ATM为基础的宽带网试验。试验的业务平台有基于TCPIP的宽带数据、VOD、会议电视。试验的应用系统大致有家庭购物、远程医疗、远程教学等。,4）公用网的ATM交换系统 公用网ATM骨干交换系统必须具有高吞吐量和可扩展性，吞吐量通常为40160G。应能支持各种接口、业务和连接类型，并具有保证服务质量（Qos）的业务流控制功能。富士通FETEX-150、爱立信的AXD301、西门子的Main Street Xpress、AT&T的Globe View 2000、阿尔卡特的1000AX、北电的Magellan Concorde等。,5）研究热点 ATM交换结构 ATM网的业务流控制 话音通过ATM（VOA）IP与ATM的融合 ATM与智能网（IN）的结合 光ATM交换,2.信息交换方式与ATM概念 1）电路交换方式 在数字通信中,电路交换传输主要是应用同步转移模式(STM-SynchronousTransferMode)来实现的。,2）分组交换方式 分组交换是将用户的信息划分成一些可变长度的分组,在每个分组的前面加一个分组头(标题),用以指明该分组传送的地址,然后由交换机将这些分组存储起来,在有空闲通路时,根据各个分组的地址标志将它们转发至目的地。,3）ATM方式概念 ATM技术是以分组交换传送模式为基础,并融合了电路交换传送模式高速化的优点发展而成的。ATM方式克服了电路交换模式不能适应任意速率业务,难以导入未来新业务的缺点;简化了分组交换模式中的协议,并用硬件对简化的协议进行处理和实现;交换节点不再对信息进行差错控制,从而极大地提高了网络的通信信息的处理能力。,2.ATM的特点,免除了差错控制和流量控制,大大简化了网络控制。使用固定长度的小信元面向连接支持多业务可适应于局域网和广域网,信元,话音,数据,视频,5 字节信元头,48 字节负荷,ATM 信元,53 字节,8.2 ATM信元,信元头,GFC一般流量控制仅仅在UNI信元中VPI/VCI标识虚通道和虚通路PTI负荷类型标识3比特:1.用户/控制数据2.拥塞3.末尾CLP丢失优先级1 BitHEC信元头差错校验8比特CRC,GFC,比特 8 7 6 5 4 3 2 1,VPI,VPI,VCI,VCI,VCI,PT,HEC,CLP,1 2 3 4 5,1）UNI的信头结构：GFC（Generic Flow Control）：一般流量控制字段（4个比特）及相应的GFC功能用于接入的流量控制。由于B-ISDN的UNI接入的终端数量可以很多，需要控制流向网络的流量，以避免网络的短期过载。,VPI/VCI（Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier）：选路信息。,PT（Payload Type）：有3个比特，表示净荷类型。,CLP（Cell Loss Priority）：表示信元丢失优先级，只有一个比特，CLP=0，表示高优先级；CLP=1,表示低优先级，若遇到拥塞要丢弃信元时，CLP=1的信元将首先丢弃。,HEC（Head Error Control）：为1个字节，用于信头差错控制。,2）NNI的信头结构：NNI信头不需要GFC字段，从而使VPI扩展为12比特。,若在某个时刻线路排空了队列中所有信元,则此时线路上就出现未分配信元(空信元)。反过来,若在某时刻线路上找不到可传送信元的机会(线路上信元已分配完),而队列已充满缓冲区,这时后面来的信元就可能丢失,信元丢失会导致业务质量降低。为了尽量减少信元丢失对业务质量的影响,在信元的信头中写有优先度标志,首先被丢弃的总是那些优先度低、不太重要的信元。,8.3 ATM分层参考模型,1.从纵向看由三个功能面:用户面(userplane)、控制面(controlplane)、管理面(managementplane)组成。,1).用户平面(U平面),用户平面（User Plane）：采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时也具有一定的控制功能，如流量控制、差错控制等；,2).控制平面(C平面),控制平面（Control Plane）：采用分层结构，完成呼叫控制和连接控制功能，利用信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放；(使用（PVC)是不用控制平面),3).管理平面（M平面),管理平面（Management Plane）：包括层管理和面管理。层管理(layermanagement):采用分层结构，实现网络资源和相关协议参数的管理功能,如元信令。同时层管理还处理与各层相关的OAM信息流；面管理(planemanagement):主要是协调各面之间的运行,实现与整个系统有关的管理功能,面管理不分层。,2.从横向看,ATM协议模型按功能又可分成四层:物理层(PL-PhysicalLayer):完成传输信息的功能。ATM层(ATMlayer):它是ATM协议中最重要的一层,主要完成信元交换、信元复用/分解和选路,这些工作是通过对信元头进行处理而实现的。ATM自适应层(AAL-ATMAdaptationLayer):AAL介于ATM层和高层之间,主要是为它们做适配工作,以适应高层的需要。高层(HighLayer):根据不同的业务特点完成高层功能,如完成对信息编码等服务性功能。,一般流量控制、信头产生/提取信元VPI/VCI翻译、信元复用和分路,信元速率解耦、HEC产生/验证信元定界、传输帧适配传输帧产生/恢复,AAL,CS,SAR,ATM层,TC,PMD,比特定时、物理媒体,汇聚,分段与重组,物理层,负责通过物理媒体正确、有效地传送信元。它可划分为个子层：物理媒体相关子层（PM：Physical Medium Dependent Sublayer）传输汇聚子层（TC：Transmission Convergence Sublayer）物理媒体相关子层（PM）的功能：提供与传输媒体有关的机械和电气接口，正确地发送和接收数据比特，负责线路编码、比特定时等功能。传输汇聚子层（TC）的功能：传输帧的产生/恢复与适配 在发送端要将信元流封装成适合传输系统要求的帧结构送到PMD子层，在接收端则将PMD子层送来的比特流（传输帧）恢复成信元流；并在信元流与传输帧转换时完成格式的适配。,1).物理层,信头差错控制（HEC:Header Error Control）信元的信头中含有控制选路及其他的重要信息，必须对信头信息进行差错控制。为此，对信头前个字节作循环冗余校验（CRC）。在发送端是按CRC算法生成字节的HEC码，在接收端按同样算法进行检验。信元定界和扰码 信元定界（Cell delineation）是用一定的方法来识别信元的边界。为防止信元的信息段出现伪HEC码而影响正确的定界，可对信息段进行扰码(scrambling)操作，在接收端再以相反的操作进行解扰（descrambling）。信元速率去耦 为了使ATM层传送信元的速率不受传输媒体速率的影响，可以在发送端物理层插入空闲信元（idle cell），以将ATM层信元流的速率适配成传输媒体的速率。在接收端，通过特定的预分配信头值，可以识别出空闲信元予以丢弃，并不送往ATM层。,ATM层的主要功能是负责信元的交换、选路和复用。具体为：信元的复用与交换服务质量保证实现净荷类型有关的功能一般流量控制,2).ATM层,ATM层:建立连接并通过ATM网络传递信元;ATM层和传输媒介无关,它给ATM信元流建立起一条传送通路,这个通路是建立在虚信道和虚路径概念上的。（1）虚信道和虚路径。（2）信头格式。（3）VP交换和VC交换。（4）ATM层主要功能。Cell 头的插入/移动 Cell中继复用/去复用不同连接的信元,ATM 层,提供信元头的VPI/VCI值确保信元处于正确的序列,Virtual Channel Connection(VCC),Virtual PathConnection(VPC),VPSwitch,VCSwitch,VCSwitch,NNI,NNI,VPI=12VCI=44,VPI=0VCI=38,VPI=26VCI=44,VPI=0VCI=36,UNI,UNI,3)ATM 适配层,AAL介于ATM层和高层之间,它是为了使ATM层能适应不同类型业务的需要而设置的。AAL不仅支持用户面的高层功能,也支持控制面和管理面的高层功能。,1）AAL的功能：主要功能是将高层业务信息或信令信息适配成ATM信元流。它是ATM层与高层应用（包括用户面、控制面和管理面）之间的适配层，并支持高层与ATM层之间的适配：将高层的协议数据单元（PDU）映射到ATM信元的信息段或反之。AAL实体与对等层的AAL实体之间要交换信息，以实现AAL的功能。2）AAL的业务分类：AAL的功能和规程与业务有关，不同的业务需要不同的AAL规程。为了减少AAL规程的数量，将业务按照以下个特性进行分类：源与终点之间的定时关系：需要或不需要；比特率：固定或可变；连接方式：面向连接或无连接。,AAL的目标是向应用提供有用的服务，并将它们与在发送端（方）将数据分割为信元、在接收端（方）将信元重新组织为数据的机制隔离开来。它按照3个坐标轴来组织服务空间：1、实时服务和非实时服务。2、恒定比特率服务和变化的比特率服务。3、面向连接的服务和非连接的服务。,）AAL类型：为了适应不同业务类型的需要，ITU-T定义了类AAL：AAL1、AAL2、AAL3/4、AAL5。AAL1规程用于支持类业务。AAL2规程用于支持类业务，适用于时延敏感的低速、可变长度的短分组的传送。AAL3与AAL4原来是分开的，后来合并为一类：AAL3/4，用来支持C/D两类业务，即包括面向连接与无连接的数据业务。AAL5可以看成是简化的AAL3/4，用来支持面向连接的C类业务（如帧中继），传送大的数据分组时效率较高，ATM网络信令也采用AAL5。高层：则相当于各种业务的应用层或信令的高层处理。,SAR,CS,AAL,AAL=QoS+SARCS：分配不同的服务质量的业务以不同的流量类型SAR：信元 包,会聚子层,ATM适配层的上面部分称为会聚子层(cenvergence sublayer)。其作用是向应用程序提供一个接口。它又是由两个子部分组成：一个是对所有应用程序都通用的公共部分（相对于给定的AAL协议），另一个是与应用程序相关的子部分。其中每个部分的作用都是与协议相关的，但是可以包括报文分帧和错误检测。,在发送端，会聚子层负责接收来自于应用程序的比特流（数据）或随机长度的报文，并将它们分为4448字节的单元以便传输。确切的大小有赖于所用的协议，因为一些协议要占用48字节ATM载荷中的一部分作为自己的头。在接收端，该子层将信元重组为原始的报文。,分割和重组SAR子层,AAL下面的部分称为SAR(segmentation and reassembly)子层。它将会聚子层交给它的数据单元加上头和尾从而构成信元有效载荷。接着，这些载荷被交给ATM层进行传送。在接收端，SAR子层将信元重组为报文。SAR子层基本上只涉及信元，而会聚子层则与报文打交道。,3）AAL的基本结构：AAL的功能可以分为两个逻辑子层：汇聚子层（CS：Convergence Sublayer）汇聚子层的主要功能是在AAL业务接入点（SAP）对高层提供AAL的服务，其具体功能与业务类型有关。分段和重组子层（SAR：Segmentation And Reassembly）分段和重组子层可简称为拆装子层，其主要功能是将高层信息进行分割，以适合于装入ATM信元的信息段，或者反之。不同的CS和SAR的组合，可得到不同的业务适配功能。按照不同业务类型的需要，CS还可以进一步划分为子层。,ATM 负荷处理,TCP,IP,LLC/SNAP,AAL,ATM,PHY,TCP 数据包,IP 数据包,增加 5字节信元头带VPI/VCI和CLP,汇聚子层(CS),SAR,分段到48字节信元中或汇聚到PDU中,传输汇聚(STS,STM,DS),物理介质(MMF,SMF,STP,UDP,由数据包创建信元,目的地址,源地址,数据,帧校验,负荷,头,包,信元,负荷,头,负荷,头,负荷,头,5 字节头,48 字节负荷,ATM Cell,53字节,