ATM原理与异步时分复用

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,*,*,*,ATM技术的提出,ATM最早在1983年由CNET和AT&T开展研究，1984年Alcatel Bell研究中心公布ATM的概念，1988年CCITT TG18定名为ATM，（,Asynchronous Transfer Mode,）。Transfer Mode实际上是一种信息转发或交换的方式，ATM既不是电路交换，也不是分组交换，而是一种新的交换方式，称为信元交换(Cell Switch)。所谓Asynchronous（异步）体现在与TDM固定时隙相反，用户可以随时发信息。,ATM原理,ATM的定义,ATM,是一种传递模式，在这种模式中，信息被分成信元来传递，而包含同一用户信息的信元不需要在传输链路上周期性地出现。因此这种传递模式是异步的。,ITU-T I.113,ATM is “A transfer mode in which the information is organized into cells; it is asynchronous in the sense that the recurrence of cells containing information from an individual user is not necessarily periodic.”,三、ATM的复用方式,TDM采用固定时隙，存在时隙的浪费，参见图。而ATM不受时隙的影响，可以随时将信元复用到信道上。,A,B,A,队列,信息源,已分配信元: A . B,未分配信元:,信头,净 荷,5字节,48字节,ATM信元,ATM复用线,A,A,A,B,t,ATM 信元和复用,时隙,信 元,ATM异步时分复用,信道,信元头,信息段,虚拟信道,VC,j,虚拟信道,VC,i,时间,ATM,的复用方式为标记复用。它把信道看成是由一个个等长的时隙构成，每个时隙内都正好装载一个,ATM,信元。信元是,ATM,的基本传递单位，是一种极短（,53,字节）的固定长度的数据分组。每一信元包括一个信元头和一个信息段。信元通过虚拟信道,VC,传送，虚拟信道利用虚拟信道标记来表示，虚拟信道标记包含在信元头之中。,ATM异步时分复用原理,信元是,ATM,的基本传递单位。每一信元包括一个信元头和一个信息段。,信元通过虚拟信道VC（Virtual Channel）传送，虚拟信道利用虚拟信道标记VCI（Virtual Channel Identifier）来表示，虚拟信道标记包含在信元头之中。属于同一虚拟信道的信元群拥有相同的虚拟信道标记，但占用的时隙可以出现在不同的位置。各虚拟信道的标记之间没有固定关系。,通过虚拟信道标记可以在用户之间实现虚拟信道的动态分配，从而各虚拟信道可以具有不同的传输速率（,1kb/s,140Mb/s,）。,“虚拟”（Virtual）即需要时立即设置，用完后马上取消。,ATM传输技术是以分组传输模式为基础并融合了电路传输模式高速化的优点发展而成的。,ATM用于交换，通过识别信元头中的虚拟信道标记，把输入线上的虚拟信道标记转换成输出线上的虚拟信道标记，控制数据交换存储器的写入与读出，完成交换。,由于ATM使网络与业务无关，具有动态分配信道和带宽的功能，兼有高、中、低速信息业务为一身，使ATM技术成为B-ISDN和信息高速公路的核心技术。,ATM,ATM异步转移模式,ATM以异步时分复用技术为基础。ATM的复用方式为标记复用。它把信道看成是由一个个等长的时隙构成，每个时隙内都正好装载一个ATM信元。信元是ATM的基本传递单位，是一种极短（53字节）的固定长度的数据分组。每一信元包括一个信元头和一个信息段。信元通过虚拟信道VC传送，虚拟信道利用虚拟信道标记来表示，虚拟信道标记包含在信元头之中。属于同一虚拟信道的信元群拥有相同的虚拟信道标记，但占用的时隙可以出现在不同的位置。各虚拟信道的标记之间没有固定关系。通过虚拟信道标记可以在用户之间实现虚拟信道的动态分配，从而各虚拟信道可以具有不同的传输速率（1kb/s140Mb/s）。“虚拟”(Virtual)即需要时立即设置，用完后马上取消。,ATM用于交换，通过识别信元头中的虚拟信道标记，把输入线上的虚拟信道标记转换成输出线上的虚拟信道标记，控制数据交换存储器的写入与读出，完成交换。由于ATM使网络与业务无关，具有动态分配信道和带宽的功能，兼有高、中、低速信息业务为一身，使ATM技术成为B-ISDN和信息高速公路的核心技术。,MUX,Wasted bandwidth,ATM,TDM,4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1,4 3 1 3 2 2 1,Voice,Data packets,Images,Figure 7.37,Figure 19-1,Multiplexing Using Different Packet Sizes,Figure 19-2,Multiplexing Using Cells,Figure 19-3,ATM Multiplexing,四 、ATM是面向连接的,ATM采用,虚电路,的方式交换信息，用户向网络提交信息之前要首先建立连接，声明所需的信元特性和QoS，包括峰值信元速率、最大包长、信元延时、信元丢失率等参数。,ATM传输和交换过程中采用两种连接形式，即虚通道(Virtual Channel)连接和虚通路(Virtual Path)连接。,ATM连接的分类,Figure 19-5,VP与VC的概念,Figure 19-6,Example of VPs and VCs,五、ATM交换,ATM交换是基于VPI/VCI组合实现的。ATM交换机实际上是将一个输入的VPI/VCI信元，映射到输出VPI/VCI信元。图7.39。,交换方式有两种：VP交换和VC交换。,引入VP交换的好处：便于管理，简化ATM交换机；提高ATM交换的速率。,ATM由ITU-T主管，由ATM Forum管理具体的标准。,c,ATM,Sw,1,ATM,Sw,4,ATM,Sw,2,ATM,Sw,3,ATM,DCC,a,b,d,e,VP3,VP5,VP2,VP1,a,b,c,d,e,Sw = switch,Figure 7.39,Figure 19-4,Architecture of an ATM Network,ATM层,ATM,信元,虚连接,QoS,参数,ATM,服务类型,Figure 19-27,ATM Layer,一、,ATM信元,ATM,信元大小的确定,ATM信元的结构,HEC控制算法,ATM信元的定界,1.,ATM信元大小的确定,信元大小的确定取决于三个因素：传输效率、时延和实现的复杂性。,从实时通信来看，小的信元可以减小时延和排队时间，固定大小便于硬件处理和交换，但信元过小会降低传输效率。,欧洲提出,32+4,的方案。美国提出,64+5,的方案，经过长期争论，最后,ITU-T,采取折衷的方式：（,32+64,）,/2 = 48,。,（不伦不类，不是二的幂次，后患无穷。）,2.,ATM信元的结构,ATM信元 = 5字节的信头 + 48字节的信息,图中字段的说明：,GFC一般流量控制，只用于UNI，而在NNI中GFC的4比特用于VPI。,VPI 虚通路， 对UNI是8比特，对NNI是12比特。,VCI 虚通道，12比特,PT = Payload Type = b0b1b2, b0=0data, b0=1 control;,CLP= Cell Loss Priority比特, CLP=1表示可丢，CLP=0不可丢。,HEC=Header Checksum，8比特，是前四个字节的校验，采用CRC-8 = X8+X2+X+1,Figure 19-9,ATM信元的帧格式,GFC (4 bits),VPI (4 bits),VPI (4 bits),VCI (4 bits),VCI (8 bits),VCI (4 bits),PT (3 bits),CLP (1 bit),HEC (8 bits),ATM cell header,Payload (48 bytes),Figure 9.7,Figure 19-8,Virtual Connection Identifiers,in UNIs and NNIs,Figure 19-28,ATM Header,Figure 19-29,PT Fields,Figure 19-30,Service Classes,ATM适配层(AAL)层,AAL1,类型,AAL2,类型,AAL3/4,类型,AAL5,类型,SAAL,类型,ATM适配层(AAL),作用有二：一是用户数据块与信元之间的映射，二是增强ATM的服务能力，以便满足应用的需要。,ATM将能够提供的业务按照时间性、数据率和连接类型分为A、B、C、D四类，相应地定义了五类AAL层的类别AAL15，其中AAL3/4合为一类。,AAL层分为CS和SAR两个子层，CS子层又分为SSCS和CPCS两个子层。,下面分别说明一下各种AAL层的结构及其处理过程。,A/D,AAL,Voice,s,1 ,s,2,Digital voice samples,A/D,AAL,Video,Compression,compressed frames,picture frames,AAL,Data,Bursty variable-length packets,cells,cells,cells,Figure 9.3,服务类型与AAL分类,AAL中SAR的PDU结构,AAL层的类型,一、,AAL1类型,针对电路交换业务 图9.10,9.11,二、,AAL2类型,针对低速率、短时延的分组业务 图9.13,9.14,三、,AAL3/4类型,针对无连接的可变速率数据 图9.15,9.16,四、,AAL5类型,面向连接的可变速率数据 图9.18,不做任何处理，只增加8字节的Trailer，加上PAD后变为48字节的整数倍，然后送给SAR层。,五、,SAAL类型(Signaling AAL),图9.20,9.21.,Figure 19-20,ATM Layers,Figure 19-21,ATM Layers in End-Point Devices and Switches,ATM的应用,ATM WAN,ATM用于远程连接多种网络形式,ATM LAN,ATM 用于局域网的连接,Figure 19-33,ATM WAN,Figure 19-34,Ethernet Switch and ATM Switch,ATM的未来,“ATM is dead, Long live ATM.”,ATM与ISDN遭受同样的命运？,“计划经济比不过市场经济”,IP也在改进，增加QoS功能，速率也在提高，如LSR线速率路由器,IP over ATM over SDH over fiber,IP over fiber or IP over DWDM,ATM特点,不进行逐段链路差错和流量控制,面向连接,信头功能简单,信元长度小而固定,用户信息透明地穿过网络,ATM的优点,支持任何业务（不同速率，不同突 发性，不同实时性）,有效利用网络资源（统计复用）,单一通信网（B-ISDN）,4.4.2,交换技术,1. 信息交换方式,信息交换指信息在不同线路、终端或网路之间的切换过程或分发过程。信息交换主要有电路交换、报文交换、分组交换、异步转移模式（ATM）、IP交换、MPLS等基本方式,（1）,电路交换,电话和用户电报通信网采用的是电路交换方式。这种方式的特点是：当一个人或终端要与远端的另一个人或终端通信时，就向交换机送入被叫端的用户号码，交换机根据这一号码在主叫和被叫之间建立起一条电路，或指定时分线的某个时隙，主叫端的信息便立即传送到被叫端，其时延仅仅是信息以光速传播时引起的传输时延，主、被叫之间能实时对话交换信息。另外，在电路交换中，通信时建立的电路被一对用户独占，且一直保持到双方挂机。,（2）,报文交换,公众电报系统采用的是报文交换，一份被发送的报文传送到交换中心后，先存储起来，当连接该交换机的中继线空闲时，再将这份报文转发到通信目的地通路上的另一个交换机存储起来，这种“存储转发”的过程辗转进行，直到报文到达目的地为止，所以这种交换方式又称为“存储转发”交换方式。报文交换存在传输时延，不能实时对话。,（3）,分组交换与帧中继,指将待传送的报文或数据由交换机装配成规定长度和格式的数据块分组，让这些分组独立地以“存储转发”的方式并且可以由不同的路径在网内传输，在接收端的交换机又重新把它们组装成完整的报文或数据。分组交换的数据传输协议是X.25。,帧中继是一种快速分组交换技术，数据传输的基本单元是帧。,（4）,ATM异步转移模式,ATM以异步时分复用技术为基础。ATM的复用方式为标记复用。它把信道看成是由一个个等长的时隙构成，每个时隙内都正好装载一个ATM信元。信元是ATM的基本传递单位，是一种极短（53字节）的固定长度的数据分组。每一信元包括一个信元头和一个信息段。信元通过虚拟信道VC传送，虚拟信道利用虚拟信道标记来表示，虚拟信道标记包含在信元头之中。属于同一虚拟信道的信元群拥有相同的虚拟信道标记，但占用的时隙可以出现在不同的位置。各虚拟信道的标记之间没有固定关系。通过虚拟信道标记可以在用户之间实现虚拟信道的动态分配，从而各虚拟信道可以具有不同的传输速率（1kb/s140Mb/s）。“虚拟”(Virtual)即需要时立即设置，用完后马上取消。,ATM用于交换，通过识别信元头中的虚拟信道标记，把输入线上的虚拟信道标记转换成输出线上的虚拟信道标记，控制数据交换存储器的写入与读出，完成交换。由于ATM使网络与业务无关，具有动态分配信道和带宽的功能，兼有高、中、低速信息业务为一身，使ATM技术成为B-ISDN和信息高速公路的核心技术。,（5）IP交换,Internet是一个以统一标准协议TCP/IP连接全球范围内的多个国家、部门、机构和个人的计算机网络组成的一个数据通信网。,路由器技术按照TCP/IP协议实现计算机用户之间的数据交互。,IP交换技术是在ATM交换机硬件的基础上附加一个IP路由软件及控制交换的驱动器构成。,（6）,MPLS多协议标签交换,Internet应用的增长对网络的服务质量和网络的控制能力提出了更高的要求。由于传统的IP网络不能很好地提供服务质量（QoS）和支持流量工程。为此，国际标准组织IETF提出了MPLS（Multiprotocol Label Switching：多协议标签交换）的概念。MPLS在本质上是一种分组转发策略。基本的思路是在MPLS域入口节点处基于转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Classes）给数据报分配一个固定长度的短标记，在整个MPLS域内，和数据报相捆绑的标记将决定数据报的转发，这时将不再考虑数据报本来的报头。它能有效解决传统Internet网络所面临的问题并提高其灵活性、传输速率和节点吞吐量。MPLS技术以其诱人的技术特征、充满活力的驱动力量和良好的发展潜力正为业界所注目。IP with MPLS将是未来IP网解决QoS的一种理想方案。,软交换思想作为下一代网络控制层面的核心技术，正是在下一代网络建设的强烈需求下孕育而生的。它的主要设计思想是业务/ 控制、传送/ 接入分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，以便在网上更加灵活地提供业务。更具体地讲，软交换是一个基于软件的分布式交换/ 控制平台，它将呼叫控制功能从网关中分离出来，开放业务、控制、接入和交换间的协议，从而真正实现多厂家的网络运营环境并可以方便地在网上引入多种业务。这种设计理念，使得各个运营商可以根据自己的需要，全部或者部分利用软交换体系的产品，采用适合自己的网络解决方案，在充分利用现有资源的同时，开发新的业务，寻找到自己的网络立足点。,（7）软交换,