异步传输模式(ATM)课件

A A T TM MA A T TM M原原理理原原理理ATM原理1 学习目标学习目标nl掌握掌握ATM交换的特点和方式交换的特点和方式nl掌握掌握ATM信元的结构和信元的结构和ATM的一的一n些基本概念些基本概念nl了解了解ATM 协议栈的结构掌握协议栈的结构掌握nAAL2和和AAL5的适配过程的适配过程nl掌握掌握ATM在在WCDMA中的应用中的应用 学习目标l掌握ATM交换的特点和方式2什么是什么是ATMnATM即异步转移模式即异步转移模式:n综合了传输复用交叉连接和交换的技术综合了传输复用交叉连接和交换的技术nATM是快速分组交换技术采用统计复用方式是快速分组交换技术采用统计复用方式n一种结合了电路交换和分组交换的各自优点的一种结合了电路交换和分组交换的各自优点的 技术技术nATM能传送所有类型的业务量能传送所有类型的业务量(话音数据图像等话音数据图像等)什么是ATM3传统交换方式的优缺点传统交换方式的优缺点传统交换方式传统交换方式n电路交换电路交换(Circuit Switching)因同一连接的信息经过相同的路由所以时延抖动小因同一连接的信息经过相同的路由所以时延抖动小 易于高速率的交换易于高速率的交换 采用固定时隙分配电路交换只能支持单一速率采用固定时隙分配电路交换只能支持单一速率 带宽浪费带宽浪费n分组交换分组交换(Packet Switching)分组交换可以支持多种速率的交换分组交换可以支持多种速率的交换 系统延迟不确定性系统延迟不确定性 分组交换的交换速率不易提高分组交换的交换速率不易提高传统交换方式的优缺点传统交换方式4ATM交换方式的特点交换方式的特点ATM交换方式的特点交换方式的特点:n以信元为单位的异步转移模式异步意味着来自任以信元为单位的异步转移模式异步意味着来自任意用户的信息信元流不必是周期性的便于实现线意用户的信息信元流不必是周期性的便于实现线路带宽的共享和统计复用路带宽的共享和统计复用nATM网络能同时传送多种类型的信息承载多种通网络能同时传送多种类型的信息承载多种通信业务并且能够提供信业务并且能够提供QoS Quality of Service 服服务务n信元长度固定容易实现硬件交换实现高速交换信元长度固定容易实现硬件交换实现高速交换ATM交换方式的特点ATM交换方式的特点:5ATM 异步多路技术n Asynchronous MultiplexingCABBCCCBBAABBBBCCCCASynchronous MultiplexingCABBCABBBAABBBBCCCCABCATM 异步多路技术Asynchronous Multip6ATM技术的优点技术的优点ATM技术的优点技术的优点n目前唯一实现目前唯一实现QoS的技术的技术n同时支持话音数据图象业务等宽带业务同时支持话音数据图象业务等宽带业务n技术成熟标准化程度高技术成熟标准化程度高n业界广泛的支持业界广泛的支持n良好的网络互联和互通能力良好的网络互联和互通能力n不断演进适应不断出现的新业务不断演进适应不断出现的新业务ATM技术的优点ATM技术的优点7ATMATM简述简述Asynchronous Transfer ModeAsynchronous Transfer ModeATM：异步转移模式是一种快速分组交换技术、采用统计复用方式；利用ATM信元作为载体传送信息；能传送所有类型的业务量(话音、数据、图像)固定比特率简单可变比特率 复杂电路交换多速率 电路交换快速电路交换ATM快速分组交换 帧中继 分组交换交 换 技 术ATM简述Asynchronous Transfer Mo8使用固定长度的信元面向连接采用统计复用方式支持多速率、多业务可适应于局域网和广域网信元信元话音话音数据数据视频视频ATMATM的基本特点的基本特点使用固定长度的信元信元话音数据视频ATM的基本特点9ATMATM技术的关键内容技术的关键内容采用采用 53-byte 固定长度的信元固定长度的信元=48B 净荷净荷+5B 信元头信元头信元使用连接标识信元使用连接标识VPI/VCI通过通过ATM交换机交换交换机交换面向连接：在通信前先建立端到端的虚连接面向连接：在通信前先建立端到端的虚连接(VCs)建立连接时就定义业务（或连接）的建立连接时就定义业务（或连接）的QoS属性属性48-Byte PayloadContractATM技术的关键内容48-Byte PayloadCont10ATMATM信元格式（一）信元格式（一）ATM信元格式（一）11ATM信元格式（二）ATM信元格式（二）12公共公共 UNIB-ICIUNINNINNINNIATM公网公网ATM专网专网ATMATM信元信元格式（三）格式（三）UNI=用户到网络接口NNI=网络到网络接口信头内容在用户-网络接口（UNI）和网络节点接口（NNI）中略有差别nVPI：NNI中为中为12比特，比特，UNI中为中为8比特。比特。nGFC：4比特，只用于比特，只用于UNI接口，目前置为接口，目前置为0000，将来可能用于流量控制或标示，将来可能用于流量控制或标示不同的接入。不同的接入。公共 UNIB-ICIUNINNINNINNIATM公网A13ATM交换分类交换分类nATM的交换本质上是分组交换的交换本质上是分组交换nATM交换分为交换分为VP Virtual Path 交换和交换和VC Virtual Channel 交换两种交换两种nVPI和和VCI仅在两个物理节点间只有局部意仅在两个物理节点间只有局部意义义ATM交换分类ATM的交换本质上是分组交换14虚通道虚通道VPVP与虚通路与虚通路VCVCATM物理连接物理连接虚通路连接虚通路连接(VCC)虚通道虚通道(VP)包括多条包括多条VC虚通路连接虚通路连接(VCC)包括多条包括多条VP虚通路虚通路(VC)ATM端节点之间的端节点之间的逻辑通路逻辑通路虚通路虚通路(VC)虚通路虚通路(VC)E3OC-3OC-12虚通道虚通道(VP)虚通道虚通道(VP)连接标识连接标识=VPI/VCIVPI/VCI虚通道VP与虚通路VCATM物理连接虚通道虚通路连接虚通路15ATMATM交换的实现交换的实现nATM 交换机翻译 VPI/VCI值n每个接口的VPI/VCI值唯一1/353/643 32 21 12/401/351/351/352/403/64121 13 31/351/353/64 2/40213 31 1VPI/VCI端口端口VPI/VCI端口端口输入输入输出输出ATM交换的实现ATM 交换机翻译 VPI/VCI值1/3516VPVP交换和交换和VCVC交换交换(一）一）VCI 1VCI 2VCI 3VCI 4VPI 2VPI 2VPI 3VPI 3VPI 1VPI 1VPI 2VPI 2VPI 3VPI 3VPI 5VPI 1VPI 1VPI 4端口端口端口端口1 1端口端口端口端口2 2端口端口端口端口3 3VCI 1VCI 2VCI 1VCI 2VP交换交换VC 交换交换VP交换和VC交换(一）VCI 1VCI 2VCI 3VCI17VPVP交换和交换和VCVC交换（二）交换（二）VP交换交换仅对信元的VP进行处理和变换，功能较为简单，通常用在交叉连接器和集中分配器。VC交换交换要同时对VPI、VCI进行处理和变换，功能较为复杂，通常用在ATM交换机、复接分接器。VPI和VCI只有局部意义，每个VPI/VCI在相应的VP/VC交换节点被处理，相同的VPI/VCI值在不同VP/VC链路段并不代表同一个“虚连接”。VP交换和VC交换（二）VP交换18虚通路连接虚通路连接(VCC)虚通道连接虚通道连接(VPC)VP交换交换VC交换交换VC交换交换NNINNIVPI=2VCI=44VPI=1VCI=1VPI=26VCI=44VPI=20VCI=30UNIUNI这种逐跳转发被称为信元转发VPVP交换和交换和VCVC交换（三）交换（三）虚通路连接(VCC)虚通道连接(VPC)VP交换VC交19高层高层高层高层ATM 层层物理层物理层控制面控制面用户面用户面层管理层管理面管理面管理ATM 适配层（适配层（AAL）用户业务,信令等高层信息与ATM信元 的转换信元中继与复用 方式帧结构，物理媒介ATMATM的协议参考模型的协议参考模型高层高层ATM 层物理层控制面用户面层管理面管理ATM 适配20ATMATM各层功能各层功能ATM各层功能21ATMATM物理层物理层ATMATMATMATM交换机对外接口中最常见的是交换机对外接口中最常见的是交换机对外接口中最常见的是交换机对外接口中最常见的是STM-1STM-1STM-1STM-1的的的的155M155M155M155M光口（单光口（单光口（单光口（单/多模）多模）多模）多模）ATM物理层主要是提供ATM信元的传输通道：将ATM层传来的信元加上其传输开销后形成连续的比特流，同时在接收到物理媒介上传来的连续比特流后，取出有效的信元传给ATM层。ATM物理层ATM交换机对外接口中最常见的是STM-1的1522ATM ATM 交换交换交换交换P PH HY YA AT TMMPort 1P PH HY YA AT TMMPort 2PortPortVPIVPIVCIVCI1 11 151512 23 33939ATM 层层ATM ATM 交换交换交换交换P PH HY YA AT TMMPort 1P PH HY YA AT TMMPort 2PortPortVPIVPIVCIVCI1 12 237372 21 15151ATM 层层P PH HY YA AT TMMA AA AL LP PH HY YA AT TMMA AA AL LVPI 2VCI 37VPI 3VCI 39NNIUNIUNIATMATM层完成信元交换层完成信元交换ATM 交换PHYATMPort 1PHYAT23SARCSAALnATM适配层（AAL）位于ATM层之上不同类型的业务需要不同的适配，处理比较复杂，所以分了两个子层：汇聚子层（CS）和拆装子层（SAR）。nCS：分配不同的服务质量的业务以不同的流量类型nSAR：信元 包ATMATM适配层的功能适配层的功能SCAALATM适配层（AAL）位于ATM层之上不同类型的业24ContractContractATM 网络网络流量控制流量控制在业务特性上，有流量参数：在业务特性上，有流量参数：PCRPCR、SCRSCR、MCRMCR、MBSMBS、在业务的服务质量上，有在业务的服务质量上，有QoS QoS 参数：参数：MCTDMCTD、CLRCLR、CDVT CDVTATMATM流量控制流量控制ContractContractATM 网络流量控制ATM流25峰值信元速率PCRPCR：最大数据速率在不丢失数据的情况下一条连接能够传递的速率可维持速率SCRSCR：应用产生的平均信元速率最大突发长度MBSMBS：最大的信元突发长度 最小信元速率最小信元速率MCRMCR：应用应付延迟的能力流量参数流量参数峰值信元速率PCR：最大数据速率在不丢失数据的情况下一条连26最大信元传递时延MCTD 信元从一个端点到另一个端点所需要的时间信元抖动容限：CDVT（信元时延变化容限）信元间隔的上限信元丢失率CLRCLR 可以接受的因网络拥塞而导致信元丢失比例QoSQoS参数参数最大信元传递时延MCTD 信元从一个端点到另一个端点所需要27AALAAL层的业务分类层的业务分类ATM论坛从流量控制的角度出发，将ATM分成五类：CBR Constant bit rate VBR-RT Variable bit rate-real time VBR-NRT VBR-nonreal time UBR Unspecified bit rate ABR Available bit rateAAL层的业务分类ATM论坛从流量控制的角度出发，将ATM分28ATMATM业务类型与流量参数业务类型与流量参数ATM业务类型与流量参数29ATMATM网络的网络的OAMOAM功能功能ATM网络的OAM功能30ATMATM流控技术流控技术假设一用户向网络申请一项业务所申请的最大网络带宽为PCR，单位为信元/秒，记T=1/PCR，则T意味着用户每隔不小于T的时间向网络发送1个信元，网络将所有信元以流体的形式倒进一个漏桶中，这个漏桶预先设置的时间容限为LT（一般LT），如下图3，信元在通过漏桶时以对应于PCR的速率向下漏，正常情况下，每隔T时间收到1个信元，同时从漏桶注出1个信元，如果信元有突发，假设信元B提前到达，而此时上一个信元还没有流尽，若此时L有足够大，漏桶能容纳信元B的体积，则信元B不违约，如继续突发，直至漏桶中还没有流尽的信元数L，导致信元在漏桶中溢出被认为违约，这些信元将被丢弃或打标签。这种算法称也作通用信元速率算法，简称GCRA。ATM流控技术假设一用户向网络申请一项业务所申请的最大网络带31