异步转移模式ATM

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5.6,异步传递方式,ATM,网,ATM,的基本,概念,ATM,协议,参考模型,ATM,信元结构,ATM,的逻辑连接机制,ATM,服务类型,AAL,层：,AAL1,、,AAL2,、,AAL3/AAL4,、,AAL5,ATM,优缺点,1,ATM,的诞生,技术背景,第一，业务数据是集成图、文、声、像的,多媒体数据,；,第二，数据交换的,实时性、交互性,要求；,第三，随着网络互连规模的扩大，业务的规模和复杂,程度加大，原有的电路交换和分组交换在实现,宽,带高速交换,时，都表现有一些,缺陷,。,人们曾经设想过“未来最理想的”一种网络应当是宽带综合业务数字网,B-ISDN,。,B-ISDN,采用新的,ATM,交换技术，,结合了电路交换和分组交换的优点,。,虽然,B-ISDN,并没有成功，但,ATM,技术还是获得了相当广泛的应用，并在因特网的发展中起到了重要作用。,2,ATM,异步传递方式，又叫异步传输模式,（,Asynchronous Transfer Mode,）：,基于,信元,交换技术的数据传输模式。,它采用,异步,时分复用,技术：,SDH,传送的,同步,比特流被划分为一个个,固定时间长度的,STM,帧,，当用户的,ATM,信元需要传送时，就可插入到,SDH,的一个,STM,帧中。只要,SDH,的帧,有空位置就,将这些信元,插入,进来 ,ATM,名词中的“异步”即是指将,ATM,信元“,异步插入,”到,同步,的,SDH,比特流,中。,ATM,综合吸收了分组交换高效率和电路交换高速度的优点，针对分组交换速率比较低的缺陷，利用电路交换几乎与协议处理无关的特点，通过,高性能的,硬件设备,来提高处理速度，实现高速化传输。,ATM,的概念,3,ATM,信元,ATM,采用定长分组作为传输和交换的单位。这种定长分组叫做,信元,( cell ),。当用户的,ATM,信元需要传送时，就可,“异步”,插入到,SDH,的一个帧中。,每个,ATM,信元,53,个字节。可传输话音、数据、图像和,视频业务。,ATM,传输可以提供,256K,到,622M,之间的高速数据传输通道。,ATM,异步,(,统计,),时分复用,4,ATM,的特点,ATM,在,电路交换和分组交换,基础上发展起来的,一种新的,快速分组,交换技术,ATM,兼有电路交换的可靠性、实时性和分组交换的高效性、灵活性,采用,面向连接,的技术,面向,B-ISDN,的技术,5,ATM,的网络元素,ATM,端点,(endpoint):,通过点到点链路与,ATM,交换机相连,ATM,交换机,:,一种快速分组交换机，其交换容量高达数百,Gb/s,一个,ATM,网络包含：端点和交换机,6,ATM,交换机,的主要构件是,:,交换结构,(switching fabric),若干个高速输入端口和输出端口,必要的缓存,ATM,交换机,a,b,c,d,e,f,g,h,交换结构,输入信元,输出信元,ATM,的网络元素,7,ATM,的网络元素,(,续,),UNI,用户网络接口,UNI,（,User-Network Interface,）,ATM,端点与所连接的,ATM,交换机之间的接口,NNI,网络结点接口,NNI,（,Network-Node Interface,）,ATM,网络中两个,ATM,交换机之间或在两个,ATM,网络之间的接口。,8,ATM,的协议参考模型,9,ATM,协议的平面和层次,三个平面,用户平面：用于用户,信息传输,以及,相关控制,功能，如,流量控制、差错控制等。,控制平面：用于,呼叫控制,和,连接控制,，,连接释放,等。,管理平面：包括,平面管理,和,层管理,。,层管理,执行与各层实体中的资源和参数有关的管理功能。,平面管理,执行与系统整体有关的管理功能，协调各平面之间的关系。平面管理不分层次。,三个层次,物理层,(ATM-PHY,层,),、,ATM,层、,ATM,适配层,(AAL,层,),ATM,的协议参考模型共有三层，,大体上与,OSI,的最低两层相当（但无法严格对应）,。,10,ATM,层一：,物理层,(ATM-PHY),物理层分为两个子层：,PMD,（,Physical Medium,Dependent,）,子层,负责正确传输和接收比特流。,完成只和媒体相关的功能，如线路编码和解码、比特定时以及光电转换等。,传输媒体有光纤、,UTP/STP,等,TC,（,Transmission Convergence,）,子层,实现信元流和比特流的转换，包括速率适配,(,空闲信元的插入,),、信元定界与同步、传输帧产生与恢复等,.,典型的,TC,层， 就是用信元流转换成比特流装入,SONET / SDH,帧，接收时从,SONET/SDH,帧中的比特流转换成信元流，标记出每个信元的开始和结束,.,11,ATM,信元流装入一个,STM-1,帧的例子,9,行,270,字节,261,字节,9,行 ,9,字节,的开销和指针,5,字节首部,53,字节,53,字节,53,字节,53,字节,53,字节,53,字节,53,字节,有效载荷区域,放入,ATM,信元,12,ATM,层二：,ATM,层,ATM,层主要完成交换和复用，它的功能是：,信元的复用与解复用,信元的,VPI/VCI,转换,(,将进入信元的,VPI/VCI,转换成新的数值,),信元首部的产生与提取,流量控制,13,VPI,与,VCI,虚通道,VP,和虚通路,VC,每个,ATM,虚连接,用信元首部中的,两级标识号,VPI/VCI,来标识，该标识,用于,在选定虚通道,VP,中选定一个特定虚通路,VC.,虚通路标识符,VCI,(Virtual Channel Identifier),一个虚通路,VC,是两个端点之间的一个运送,ATM,信元的通信通路。,虚通道标识符,VPI,(Virtual Path Identifier),一个虚通道,VP,包含有许多相同端点的,VC,，这些,VC,使用同一个,VPI,14,VPI,与,VCI,VPI/VCI,的值是在各段链路上分别分配的，所以只有局部的意义。,ATM,交换机只根据,VPI,值进行路由选择，而不是对每一条虚连接单独进行路由选择。,VP,在经过集中器或交换机时，其,VPI,也会改变。,15,ATM,层三：,ATM,适配层,(,AAL),AAL (ATM Adaptation Layer),作用：,将各种类型的应用适配成,ATM,网络能传输的信息格式，为上面高层各种特定的业务提供服务。,ATM,的砂漏模型,16,不同信号源发出的信号通过,AAL,层都变成固定长度的数据块,(48,字节长,),，然后再交给,ATM,层，加上,5,字节的首部后变成,53,字节的信元。,话音信号,A/D,AAL,层,ATM,层,48,字节数据块,数字化的采样信号,53,字节信元,数据信号,长度可变的突发数据分组,AAL,层,48,字节数据块,ATM,层,53,字节信元,视频信号,A/D,图像帧,压缩的编码信号,AAL,层,48,字节数据块,ATM,层,53,字节信元,AAL,的作用,17,ATM,信元的封装,AAL,层将,48,字节长的数据块交给,ATM,层，加上,5,字节的首部后变成,53,字节的信元,18,AAL,层的两个,子层,AAL,层分为两个子层：,会聚子层,CS,(Convergence Sublayer),对不同的应用提供不同的服务。每一个,AAL,用户根据不同的应用需求通过相应的服务访问点,SAP,（即应用程序的地址）接入到,AAL,层；,在,CS,子层形成的协议数据单元叫做,CS-PDU,。,分段与重装子层,SAR,(Segmentation And Reassembly),发送处理时，将上层数据,(CS-PDU),分段成,48,字节数据，交给下层,ATM,层作为信元的净负荷；,接收处理时，将从下层,ATM,层得来的各信元的,48,字节数据重组装交给上层,CS,子层。,在,SAR,子层形成的,48,字节的协议数据单元叫做,SAR-PDU,。,19,ATM,层和,AAL,层,在,ATM,交换机中只有,物理层,和,ATM,层,。,AAL,层,只能驻留在,ATM,端点之中。,ATM,端点,AAL,层,IP,层,物理层,ATM,层,AAL,层,IP,层,物理层,ATM,层,ATM,网络,ATM,网络,交换机,交换机,ATM,层,物理层,物理层,物理层,ATM,层,物理层,ATM,端点,20,ATM,、,OSI,层次的对应关系,孤立地观察,ATM,网络时，,ATM,网络像一个,广域网,，因为它可以覆盖很大的地理范围，有自己网络的硬件地址和进行信元转发的结点交换机，并且向上提供虚电路服务，好像是处在,网络层,；,不过从,IP,层来看，将,IP,层中的,IP,分组交给下面的,ATM,网络传送，整个的,ATM,网络又相当于两个,IP,结点之间的一条数据链路。从这个角度看，整个,ATM,网络又好像是处在,数据链路层,。,因此，,ATM,体系结构中的层次和,OSI,的层次,很难有严格的对应关系,。,ATM,网络可以做为数据链路层或网络层接入现有计算机网，它们的处理方式因接入点的不同而不同。,21,ATM,信元格式,22,ATM,信元格式,通用流量控制,GFC,(Generic Flow Control),只用于,UNI,接口,GFC,用来在共享媒体上进行接入流量控制,现在的点到点配置不需要这一控制功能。,未用时,通常置为,0000,。,虚通道标识符,VPI/,虚通路标识符,VCI,载荷类型,PT,(Payload Type),用于指示信元中的载荷（即数据字段中的数据）类型：,区分该信元是用户信息或非用户信息、有无遭到拥塞、,AAL-SDU,应用服务类型。,信元丢失优先级,CLP,(Cell Loss Priority),指示信元丢失优先级。,CLP=0,表示该信元为高优先级信元，,CLP=1,表示该信元为低优先级信元。若网络出现拥塞，则先丢弃,CLP=1,的低优先级信元,。,首部差错控制,HEC,(Header Error Control),用于检测信元首部中的多个比特错误,并可进行信头中单个比特的纠错。,23,ATM,的逻辑连接机制,在,ATM,中使用的虚通路是一种逻辑连接。,虚通路是,ATM,网络中的基本交换单元。,两个端用户要进行通信：,首先,必须,建立虚通路连接,，,然后,才能在这个端到端连接上以固定信元长,度和可变速率进行,全双工的通信,。,数据传送完毕后再,释放连接,。,24,ATM,网络,A,B,交换机,X,交换机,Y,UNI,UNI,NNI,NNI,CONNECT ACK,CONNECT ACK,RELEASE COMPLETE,RELEASE,COMPLETE,连,接,建,立,连,接,释,放,t,SETUP,SETUP,SETUP,CALL,PROCEEDING,CALL PROCEEDING,CALL,PROCEEDING,CONNECT,CONNECT,CONNECT,CONNECT ACK,RELEASE,RELEASE,RELEASE,RELEASE,COMPLETE,数据传送阶段,25,ATM,的主要信令报文,报文类型 当主机发送时的意义 当网络发送时的意义,SETUP,请求建立连接 有一个入呼叫,CALL,收到入呼叫 连接建立的请求,PROCEEDING,正在进行处理,CONNECT,接受入呼叫 呼叫请求已被接受,CONNECT,对,CONNECT,对,CONNECT,ACK,报文的确认 报文的确认,RELEASE,请求释放连接 端点发出了连接释放请求,RELEASE,对,RELEASE,的确认 对,RELEASE,的确认,26,VCI,和,VPI,的转换,ATM,信元在,ATM,网络中传输时，一定是在某个特定的,虚连接上按序传送的。,ATM,信元的首部一定要有这个虚连接的标识符,VPI/VCI,，以便惟一地标识该信元属于哪一个虚通路。,所有的,VPI/VCI,值只在每一段物理链路上具有唯一的值。,每经过一段链路，信元的,VPI/VCI,值都可能改变数值。,27,端点,A,通过,ATM,交换机,X, Y,和,Z,与端点,B,建立了一条逻辑连接,ATM,网络,A,B,交,换,机,X,交,换,机,Y,交,换,机,Z,1,2,1,2,3,2,3,4,3,4,1,4,入 入 出 出,端口,VPI/VCI,端口,VPI/VCI,4 3/17 2 9/35,3/17,42/55,6/35,9/35,交换机,X,的,VPI/VCI,转换表,交换机,Y,的,VPI/VCI,转换表,交换机,Z,的,VPI/VCI,转换表,入 入 出 出,端口,VPI/VCI,端口,VPI/VCI,1 9/35 4 6/35,入 入 出 出,端口,VPI/VCI,端口,VPI/VCI,4 6/35 2 42/55,28,ATM,服务,ATM,网络可以用于金融、航空、经贸、气象、政府机构、海关、广播、商业、教育、建设、医疗等领域，主要应用有：,1,、,高速,的局域网互连；,2,、,高质量,的电视会议；,3,、,远程交互,教学；,4,、远程医疗诊断；,5,、远程协同工作；,6,、,多媒体通信,；,7,、,视频点播,（,VOD,）和电视点播；,8,、定时、可选带宽的,各种业务,。,29,ATM,的传输,服务类型,A,类服务，,恒定比特率,CBR,（,Constant Bit Rate,）业务,端点间保持定时同步，比特率恒定，面向连接，就像专线, 用于,语音、静态图象的传输服务,由,AAL1,子层适配,B,类服务，,实时可变比特率,(,RT-VBR, Real Time Variable Bit Rate),业务,端点间保持定时同步，比特率可变，面向连接,用于可变速率语音和压缩视频图象的传输服务，如多媒体会议、视频,点播等，能更有效地分配资源,由,AAL2,子层适配,C,类服务，,非实时可变比特率,(,NRT-VBR, NRT-Variable Bit Rate),业务, 端点间不要求定时同步，,比特率可变，面向连接, 可用于支持突发性数据的传输服务，如多媒体电子邮件,由,AAL3/AAL4,或,AAL5,子层适配,D,类服务，如果提供拥塞反馈机制称可用比特率,(ABR, Available Bit Rate),业务,;,否则，称未确定比特率,(,UBR, Unspecified Bit Rate),业务, 端点间不要求定时同步，,比特率可变，无连接, 主要用于,QoS,要求较低或不要求的场合,由,AAL3/AAL4,或,AAL5,子层适配,通常，,A, B,类用于支持面向语音和视频的应用以及,DS,电路的模拟；,C, D,类用于支持面向数据的应用。,30,ATM,服务类,型一览表,服务类别,(class),A,类,(CBR),B,类,(RT-VBR),C,类,(NRT-VBR),D,类,(ABR,UBR),AAL,类型,(type),AAL1,AAL2,AAL3/4,，,AAL5,AAL3/4,AAL5,比特率,恒定,可变,是否需要,端端同步,需要,连接方式,面向连接,无连接,应用举例,64 kb/s,话音,静态图象,可变速率语音,视频会议,面向连接的突,发性数据传输,无连接的,数据传输,不需要,31,AAL,层举例：,AAL1,AAL1,针对电路交换业务、语音与静态图象,，面向连接,，速率恒定，端端定时。,32,AAL,层举例：,AAL2,AAL2,针对可变比特率的语音、视频会议、视频点播，面向连接，要求端到端定时。,33,AAL,层举例：,AAL3/4,AAL3/4,针对数据通信。有面向连接、无连接传输，有无错确保操作和非确保操作。,34,AAL,层举例：,AAL5,AAL5,从,AAL3/4,简化得来，又称,SEAL(Simple Efficient Adaptation Layer),既简单又高效,PT=000,PT=000,PT=001,35,AAL5,所有的支持,交换虚连接,SVC,(Switched Virtual Connection),的,ATM,交换机和端点都必须支持,AAL5,。,用户数据先传递给,AAL5,的汇聚子层,CS,，作为汇聚子层的数据。,SAR,的协议数据单元,SAR-PDU,是由,CS,子层交来的,48,字节的数据块组成。,每个,SAR-PDU,往下送到,ATM,层，再加上,5,个字节的,ATM,信元首部就构成了一个完整的,53,个字节的,ATM,信元,。,36,选择固定长度的,短信元,作为信息传输的单位，有利于,宽带高速,交换。,能支持,不同速率,的各种业务。,所有信息在最低层是以,面向连接,的方式传送，保持了电路交换在保证,实时性和服务质量,方面的优点。,由于,ATM,使用,光纤,信道传输，,误码率极低,，故,省略了,数据链路层的差错控制和流量控制，而把它们放到高层处理，因而,明显地提高了信元在网络中的传送速率,。,ATM,的主要优点,37,信元首部的,开销太大,，即,5,字节的信元首部在整个,53,字节的信元中所占的比例相当大。,ATM,的,技术复杂,且价格较高。,ATM,能够,直接支持的应用不多,。,10,吉比特,以太网的问世，进一步削弱了,ATM,在因特网高速主干网领域的竞争能力。,ATM,的缺点,38,（点击图标返回本章目录）,39,