ATM原理培训胶片-20020404-C

76,网络技术培训之,ATM,原理,宽带产品技术支持部,2002/3,ATM,概述,ATM,技术的基本概念,ATM,协议栈,ATM,业务类型,流量控制和拥塞控制与算法,IPOA,协议和,RFC1483,ATM,信令,IMA,协议,ATM,网络维护,ATM概述,ATM Forum,IETF,ITU-T,ATM的标准化组织,ATM概述,传统的交换方式：,电路交换（Circuit Switching）,浪费带宽,分组交换（Packet Switching）,系统延迟的不确定性,ATM与传统交换方式比较-1,ATM概述,ATM（Asynchronous Transfer Mode）是一种以信元为单位的异步转移模式，异步意味着来自任一用户的信息信元流不必是周期性的。,ATM结合了电路交换和分组交换的优点，能在单一的主体网络中携带多种信息媒体，承载多种通信业务，并且能够保证Qos。,ATM与传统交换方式比较-2,ATM概述,转移模式:,综合了传输、复用、交叉连接和交换的技术,ATM是快速分组交换技术、采用统计复用方式,一种结合了电路交换和分组交换的各自优点的技术,ATM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与传统交换方式比较-3,ATM,网,面向连接，有,N,2,问题,靠链路层选路，基于,VPI/VCI,或标记,有阻塞通知与信元丢失优先级指示,业务质量有保证，可保证实时业务,网络,ATM,化进程的重新定位,IP,网,无连接，无,N,2,问题,基于网络层选路，基于,IP,地址,无业务量控制与阻塞控制,业务质量无保证,ATM网与IP网的比较,ATM概述,ATM,概述,ATM,技术的基本概念,ATM,协议栈,ATM,业务类型,流量控制和拥塞控制与算法,IPOA,协议和,RFC1483,ATM,信令,IMA,协议,ATM,网络维护,PTI - 净荷类型,CLP - 信元丢失优先级,HEC - 信头误码控制,Payload - 载荷,48 字节,信头5字节(包括GFC,VPI, VCI, PTI,CLP,HEC),GFC - 一般流量控制,VPI - 虚通道标识,VCI - 虚通路标识,8 7 6 5 4 3 2 1,1,2,3,4,5,.,.,.,53,VPI,VCI,VCI,VCI,PTI,CLP,HEC,PAYLOAD,GFC,VPI,1,2,3,4,5,.,.,.,53,UNI 信元格式,NNI 信元格式,8 7 6 5 4 3 2 1,VPI,VCI,VCI,VCI,PTI,CLP,HEC,PAYLOAD,VPI,ATM信元格式,ATM技术的基本概念,ATM信元类型,信元包括,空闲信元：VPI=0，VCI=0，PTI=0，CLP=1，用于速率适配,未赋值信元：VPI=0，VCI=0，PTI=任意值，CLP=0。,OAM信元,信令信元,VP子层：VCI=3用于VP链路，VCI=4用于VP连接,VC子层：PTI=4用于VC链路，PTI=5用于VC连接,元信令信元：VPI=任意值，VCI=1,一般广播信元信令：VPI=任意值，VCI=2,点对点信令信元：VPI=任意值，VCI=5,用户信元,ATM技术的基本概念,虚通道VP与虚通路VC,ATM物理连接,虚通路连接(VCC),虚通道,(VP)包括多条VC,虚通路连接,(VCC)包括多条VP,虚通路(VC)ATM端节点之间的,逻辑通路,虚通路 (VC),虚通路 (VC),E3,OC-3OC-12,虚通道 (VP),虚通道(VP),连接标识 =,VPI/VCI,ATM技术的基本概念,ATM交换的实现,ATM 交换机翻译 VPI/VCI值,每个接口的VPI/VCI值唯一,45/26,37/18,3,2,1,64/12,29/33,29/33,64/12,1,1,45/26,37/18,2,3,VPI/VCI,端口,VPI/VCI,端口,输入,输出,ATM技术的基本概念,VP交换和VC交换-1,VCI 1,VCI 2,VCI 3,VCI 4,VPI 2,VPI 3,VPI 1,VPI 2,VPI 3,VPI 5,VPI 1,VPI 4,端口1,端口2,端口3,VCI 1,VCI 2,VCI 1,VCI 2,VP交换,VC 交换,ATM技术的基本概念,虚通路连接 (VCC),虚通道连接(VPC),VP交换,VC交换,VC交换,NNI,NNI,VPI = 2VCI = 44,VPI = 1VCI = 1,VPI = 26VCI = 44,VPI = 20VCI = 30,UNI,UNI,这种逐跳转发被称为信元转发,VP交换和VC交换-2,ATM技术的基本概念,无连接：包路由,路径,1 =,S1, S2, S6, S8,路径,2 =,S1, S4, S7, S8,数据能够走不同的路径、不按照顺序到达,面向连接：信元交换,VC = S1, S4, S7, S8,数据沿着相同的连接按照顺序到达,时延比较固定、易控制,S2,S6,S4,S7,S3,S5,S1,S8,1,1,1,2,2,2,S2,S6,S4,S7,VC,S1,S8,S3,S5,面向连接的特点,ATM技术的基本概念,ATM是一种面向连接的技术,Setup,Setup,Setup,Setup,无连接,逐段转发,数据报较长,不固定长度,网络服务质量无法保证,面向连接,一次呼叫,高速转发,信元53字节,固定长度,服务质量(Qos)保证,无连接交换网络,面向连接ATM网络,ATM技术的基本概念,ATM技术的基本概念,ATM的统计复用,ATM,概述,ATM,技术的基本概念,ATM,协议栈,ATM,业务类型,流量控制和拥塞控制与算法,IPOA,协议和,RFC1483,ATM,信令,IMA,协议,ATM,网络维护,面管理,层管理,控制平面,用户平面,高层,高层,SAAL,AAL,ATM,层,物理层,信令,信息,ATM协议参考模型,ATM协议栈,ATM 适配层,(AAL),ATM 层,物理层,2个子层:,传输汇聚 (TC),Framing,HEC,物理媒介(PM),物理媒介译码,ATM,物理层,ATM协议栈,信元头的产生和提取；,信元丢失优先级处理，处理CLP；,载荷类型指示处理，通过PTI提取EFCI信息，区分F5 OAM信元，RM信元与用户信元,通用流量控制，GFC；,信元接续标识处理，VPI/VCI值验证、识别、变换等处理，信元交换；,UPC/NPC算法等；,F4，F5 OAM功能。,ATM 适配层,(AAL),ATM 层,物理层,ATM层,ATM协议栈,ATM,层功能,ATM 交换,PHY,ATM,Port 1,PHY,ATM,Port 2,Port,VPI,VCI,1,1,51,2,3,39,ATM 层,ATM 交换,PHY,ATM,Port 1,PHY,ATM,Port 2,Port,VPI,VCI,1,2,37,2,1,51,ATM 层,PHY,ATM,AAL,PHY,ATM,AAL,VPI 2VCI 37,VPI 3VCI 39,NNI,UNI,UNI,ATM,层完成信元交换,ATM协议栈,2个子层：,汇聚子层 (CS),分段和重组 (SAR),ATM 适配层,(AAL),ATM 层,物理层,ATM,适配层,ATM协议栈,S,A,R,C,S,AAL,AAL = 流量参数 + QoS参数 + SAR,CS：分配不同的服务质量的业务以不同的流量类型,SAR：信元 包,ATM适配层的功能,ATM协议栈,ATM适配层等级,ATM协议栈,ATM协议栈,ATM适配层-AAL1,AAL1,主要适用于信源和信宿间有严格定时关系且面向连接的,CBR,类业务；,CSI,标识不同的应用，如时钟信号传递和结构化数据传递等；,SC,放置每个信元的序号，用于检测信元丢失及误插入。,CRC-3,和奇偶校验位用来保证序号域中信元序号的正确传输；,ATM协议栈,ATM适配层-AAL5,AAL5,用于信源和信宿间不要求时间同步的业务，以提供面向连接或非面向连接的数据传输，且传输速率可变；,CPCS-PDU,载荷，用于承载,CPCS,用户信息，如,SSCS-PDU；,PAD，0,到47字节，用于将,CPCS-PDU,补充为48字节的整数倍；,CPCS-UU，,用于透明装载,CPCS,用户到用户的信息；,公共部分指示,CPI，,用于将,CPCS,尾调整到8字节，默认的编码为0，这一字段也可被用于消息类型功能；,LENGTH，,长度，用于指示出按字节计算的,CPCS-PDU,载荷的长度，当被置为0时，它指示出异常终止功能；,ATM协议栈,ATM适配层-AAL5,AAL5 SAR将CPCS-PDU分割成48字节的SAR-PDU，或根据ATM层提供的信息ATM-UU重组CPCS-PDU，因协议简单而被大量使用,ATM,概述,ATM,技术的基本概念,ATM,协议栈,ATM,业务类型,流量控制和拥塞控制与算法,IPOA,协议和,RFC1483,ATM,信令,IMA,协议,ATM,网络维护,ATM,业务分类,Constant bit rateCBR,Variable bit rate-real timeVBR-RT,VBR-non real timeVBR-NRT,Unspecified bit rateUBR,Available bit rateABR,ATM业务类型,峰值信元率,PCR,：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,SCR：,应用产生的平均信元速率,最大突发长度,MBS：,最大的信元突发长度,最小信元速率,MCR：,应用应付延迟的能力,信元抖动容限,CDVT：,信元间隔的上限,ATM 流量参数,ATM业务类型,包括峰,峰信元时延抖动,：,peak-to-peak CDV,最大信元传递时延,Max CTD：,信元从一个端点到另一个端点所需要的时间,信元丢失率,CLR,：,可以接受的因网络拥塞而导致信元丢失比例,ATM QoS参数,ATM业务类型,ATM业务类型,业务类型与参数描述,开销,QoS,流量参数,低,高,Tolerance,1 字节,5 字节头,47 字节负荷,信元抖动,信元丢失,PCR,峰值信元率,实时视频和音频,CBR,业务类型,ATM业务类型,VBR业务类型,负荷,QoS,流量参数,LOW,HIGH,Tolerance,1-8字节,5 字节信元头,1-47 字节负荷,信元丢失(NRT),信元丢失 (RT),PCR,SCR,峰值信元率,可维持信元率,MBS,最大突发长度,信元丢失,分组音频和视频,ATM业务类型,公共广域网,负荷,5 字节头,44 字节负荷,QoS,流量参数,低,高,没有质量保证,全凭上帝保佑,Tolerance,Cell 丢失,Cell 抖动,4 字节,UBR业务类型,ATM业务类型,局域网互联,Overhead,No celloverhead,Uses congestionfeedbackinstead,5 ByteHeader,48 BytePayload,QoS,流量参数,低,高,PCR,MCR,峰值信元率,最小信元率,Tolerance,信元丢失,信元抖动,ABR业务类型,ATM业务类型,ATM,概述,ATM,技术的基本概念,ATM,协议栈,ATM,业务类型,流量控制和拥塞控制与算法,IPOA,协议和,RFC1483,ATM,信令,IMA,协议,ATM,网络维护,ATM网的流量管理机制,流量控制和拥塞控制与算法,呼叫请求建立连接阶段,关键技术是连接允许控制。,通信过程中对入网流量的监测与控制,关键技术是使用参数控制。,拥塞控制阶段,关键技术是选择信元丢弃与拥塞指示。,ATM 网络,我需要一个VC:,X Mbps,Y 抖动,Z 信元丢失,网络的资源是否足够？,保证QoS请求,契约,QoS的保证机制CAC,流量控制和拥塞控制与算法,QoS的保证机制UPC,ATM 网络,你违反了,契约，应该任何处罚,你呢？,?决定?,契约,违约,应用,流量控制和拥塞控制与算法,0,0,0,0,1,0,Marked,UPC,通过,标记,CLP,丢弃,?决定?,算法：一般信元速率算法(GCRA),D,r,o,p,QoS的保证机制UPC,流量控制和拥塞控制与算法,QoS的保证机制UPC,3,2,0,0,0,0,1,0,标记,UPC,丢,弃,流量控制和拥塞控制与算法,（1）让信元通过：信元被UPC认为是守约的。,（2）将信元打标签：仅仅只对CLP=0的信元打标签，将CLP位改为1，,允许其通过。,（3）丢弃信元：信元违规，不能被继续向下传输。,QoS的保证机制EPD/PPD,流量控制和拥塞控制与算法,早期包丢弃（,EPD,）和部分包丢弃（,PPD,）。,1,、当发送流量超过申请带宽的时候，,UPC,开始丢弃信元，,PPD,发挥作用，丢弃同一个,AAL5,包中的除去包尾的其余信元。,2,、,PPD,功能并不能保证,UPC,不丢弃,AAL5,包的最后一个信元，因此会出现上一个包的最后一个信元被丢弃了，影响到下一个包，使两个包成为了一个坏包。,3,、,EPD,功能在交换机发生拥塞的时候起作用，当拥塞发生的时候，交换机将按照包而不是信元来丢弃，但是,EPD,功能并不能区分哪些包是正常的包，哪些包是坏包，因此并不能选择性地丢弃坏包。,私网,公共ATM网络,整形过的数据,实际数据,我要遵守,契约，因此我,必须对我的流量,进行整形,前进,多保重,在用户侧进行流量整形,改变流量特征,漏桶算法,Shaper,QoS的保证机制流量整形,流量控制和拥塞控制与算法,流量控制和拥塞控制与算法,流量控制算法,通常采用漏桶算法,GCRA（,一般信元速率算法,Generic Cell Rate Algorithm ）。,我们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 ，,记,T=1/PCR ，,则,T,意味着用户每隔不小于,T,的时间向网络发送一个信元。,流量控制和拥塞控制与算法,信元到达交换机的时间信元预期到达,后续的信元2在信元1到达T时间后准时到达，而且信元3预期在t2+T也就是t1+2T时刻到达（记初始时刻交换机在此时收到用户信元1为t1）。,流量控制和拥塞控制与算法,信元到达交换机的时间信元迟到达,信元2迟到了，信元2本来预期在t1+T时刻到达，但它实际到达交换机的时刻t2t1+T， 需要注意的是虽然信元2迟到了，但是信元3预期到达交换机的时间为t2+T ，并不是t1+2T 。,流量控制和拥塞控制与算法,信元到达交换机的时间信元提早到达,用户端发送的速率大于所约定的PCR值，导致信元2到达交换机的时间早于所预期的t1+T ，虽然此时t2t1+T， 但是t1+T-t2L ，交换机认为用户所发送过来的信元2违约。,流量控制和拥塞控制与算法,信元到达交换机的时间信元到达总结,流量控制和拥塞控制与算法,信元到达交换机的时间信元到达时间在容限内,假如用户端连续以大于PCR的速率突发了4个信元。,右图：第一个信元到达交换机的时间比预期的t0+T早了时间e ，其中e=L/3 ，由于信元1提前的时间e=L ，没有违约；,流量控制和拥塞控制与算法,信元到达交换机的时间信元到达时间在容限内,紧接着信元2 、信元3分别比它们预期到达的时间提前了2e和3e ，都不算违约,流量控制和拥塞控制与算法,信元到达交换机的时间信元到达时间超过容限,但是由于累积效应信元4到达的时间比所预期的早得太多，超过了L的容限，被交换机认为违约。,流量控制和拥塞控制与算法,信元违约监控,另外，图中信元3预期到达的时间是t1+2T ，不是t2+T ，这样做是对用户信元所发送信元流保持一种严格的监控策略。,流量控制和拥塞控制与算法,漏桶算法的理解,漏桶算法用一句话概括就是：用户发送的信元到达,ATM,交换机可以比这个信元预期到达的时间晚，也可以早一点，但是不能太早。,漏桶算法的两个关键点：一个是信元预期到达的时间(,t0+T)，,另外一个就是信元到达的时间不能太早(,L)。,流量控制和拥塞控制与算法,漏桶算法,信元在通过第一个漏桶时以对应于PCR的速率向下漏，通过第二个漏桶时以对应于SCR的速率向下漏。,BT=(MBS-1)(1/SCR-1/PCR)； (BT为二级漏桶的突发容忍度，是时间单位),流量控制和拥塞控制与算法,漏桶算法,任何一个漏桶加入信元后发生溢出都被认为信元流不符合协议，这些信元将被丢弃或打标签。这种算法称作通用信元速率算法，简称GCRA,算法流程：,信元到达第一级漏桶，首先采用GCRA(1/PCR,CDVT)计算，不满足的信元直接处理（丢弃或者标记）。,第一级漏桶后计算，经第二级漏桶GCRA(1/SCR,BT+CDVT)计算，不满足的信元直接处理（丢弃或者标记）。,流量控制和拥塞控制与算法,流控参数设置原则,尽量在接入侧做流量控制，在汇聚侧做流量监管。,在流量收敛和可能发生拥塞的地方做流量控制。,经过多个交换节点的业务，用户的带宽由节点中的最小,SCR,决定。,基于上面的原则，一般要求业务尽可能在,MA5100,上做流量控制，降低突发性，把业务流量平稳化，在,Radium8750,上做流量监管。,ATM,概述,ATM,技术的基本概念,ATM,协议栈,ATM,业务类型,流量控制和拥塞控制与算法,IPOA,协议和,RFC1483,ATM,信令,IMA,协议,ATM,网络维护,IPOA协议和RFC1483,RFC1483中定义的两种类型的封装：,RFC1483R（,路由封装）,：,描述了,ATM AAL5 PDU,上携带网际（,IP,包）业务,RFC1483B（,桥封装）：,描述了,ATM AAL5 PDU,上携带网络内部,(,MAC,帧),业务,RFC 1483,中两种类型的封装,IPOA协议和RFC1483,RFC 1483R,协议结构,IPOA协议和RFC1483,RFC 1483B,协议结构,IPOA协议和RFC1483,RFC 1483 AAL5,协议结构,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,App Data,TCP Header,IP Header,LLC,App Data,TCP Header,IP Header,App Data,TCP Header,汇聚子层 (CS),SAR,App Data,TCP Header,IP Header,LLC,QoS +,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, UTP）,ATM,对TCP/IP数据帧的处理,IPOA协议和RFC1483,ATM,概述,ATM,技术的基本概念,ATM,协议栈,ATM,业务类型,流量控制和拥塞控制与算法,IPOA,协议和,RFC1483,ATM,信令,IMA,协议,ATM,网络维护,ATM网络中的信令接口,Private,UNI,PNNI,Public,UNI,BISUP,BISUP,BICI,ATM专网,公用ATM网,(运营商1),公用ATM网,(运营商2),ATM信令,关于,UNI,信令的协议主要有：,1、Q.2931,、,Q.2971 （ITU-T）,2、UNI 3.1,、,UNI4.0（ ATM Forum ）,ATM信令,UNI,（,User Network Interface,）信令, Public UNI：,用于ATM用户设备与公用ATM网络间的接口、,专用ATM网络与公用ATM网络间的接口。, Private UNI：,用于ATM用户与专用ATM网络间的接口。,ATM信令,有两种形式的UNI接口：,公用,ATM,地址（,E.164,地址）：,地址由最多,15,个十进制数字（,IA5,字符）组成。,专用,ATM,地址（,NSAP,地址）：,ATM,的,NSAP,地址占用,20,字节，目前定义了三种格式：,1,、,DCC ATM format,2,、,ICD ATM format,3,、,E.164 ATM format,ATM信令,UNI 3.1支持两种ATM地址,ILMI,实现的主要功能就是地址注册（自动产生,ATM,地址并交换地址信息）；自动交换网络的配置信息，为信令建立提供重要的参数，实现设备的即插即通，减少手工配置的复杂性。,ILMI,在,3.0,版本以前是,Interim Local Management Interface,（临时本地管理接口）的缩写，到,4.0,后改为,Integrated Local Management Interface,（集中本地管理接口）的简称，由这一点也可以看出该软件模块在用户网络接口部分发挥越来越重要的作用。,ILMI,协议,ATM信令,ATM,概述,ATM,技术的基本概念,ATM,协议栈,ATM,业务类型,流量控制和拥塞控制与算法,IPOA,协议和,RFC1483,ATM,信令,IMA,协议,ATM,网络维护,IMA-ATM概述,IMA协议,IMA是指异步传输方式（ATM）反向多路复用，这一技术使通过多条 T1(1.544Mbps)或E1(2.048Mbps)线路进行高带宽ATM信元流传输成为可能。,IMA 原理,IMA协议,ATM,概述,ATM,技术的基本概念,ATM,协议栈,ATM,业务类型,流量控制和拥塞控制与算法,IPOA,协议和,RFC1483,ATM,信令,IMA,协议,ATM,网络维护,OAM,管理五个方面,ATM网络维护,性能监视,劣化和故障检测,系统保护,管理信息的传送,故障定位,