多媒体通信---第4章_多媒体通信网络技术课件

1、1第第4 4章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 4.1 4.1 多媒体通信对通信网的要求多媒体通信对通信网的要求 4.2 4.2 现有网络对多媒体通信的支撑情况现有网络对多媒体通信的支撑情况 4.3 4.3 宽带综合业务数字网（宽带综合业务数字网（B-ISDNB-ISDN） 4.4 4.4 基于基于IPIP的宽带多媒体通信网络的宽带多媒体通信网络 23广域网上通信的一种模型广域网上通信的一种模型4末端用户应用进程末端用户应用进程文件传送、访问和管理文件传送、访问和管理文档和信息交换文档和信息交换作业传送和处理作业传送和处理分布式信息服务分布式信息服务语法无关的信息交换服务语法无关的信息

2、交换服务传送语法协商，数据表示转换传送语法协商，数据表示转换应用实体的会话和同步控制应用实体的会话和同步控制网络无关的信息交换服务网络无关的信息交换服务端到端的信息传送端到端的信息传送（连接管理，错误控制，分割，流控）（连接管理，错误控制，分割，流控）网络路由选择，寻址，呼叫建立和清除网络路由选择，寻址，呼叫建立和清除数据链路控制（成帧，数据透明性，错误控制）数据链路控制（成帧，数据透明性，错误控制）机械的和电气的网络接口定义机械的和电气的网络接口定义对网络端点设备的物理连接对网络端点设备的物理连接数据通信网络数据通信网络应用层应用层表示层表示层会 话会 话层层传输层传输层网络层网络层链路层链

3、路层物理层物理层网络协议层概要网络协议层概要5 1 1 吞吐要求吞吐要求 网络的吞吐量：它的有效比特率或有网络的吞吐量：它的有效比特率或有效带宽，效带宽， 即传输网络物理链路的比特率减即传输网络物理链路的比特率减去各种额外开销。去各种额外开销。 具体有以下三个方面：具体有以下三个方面： 传输带宽传输带宽, ,存储带宽存储带宽, ,流量要求。流量要求。 4.1 多媒体通信对通信网的要求多媒体通信对通信网的要求 6 (1) (1) 传输带宽要求。传输带宽要求。 由于多媒体传输由于多媒体传输由大量突变数据组成，并且常包括实时音由大量突变数据组成，并且常包括实时音频和视频信息，频和视频信息， 所以对于

4、传送多媒体信息所以对于传送多媒体信息的网络来讲，的网络来讲， 它必须有充足可用的传输带它必须有充足可用的传输带宽来完成多媒体信息的传送。宽来完成多媒体信息的传送。 在通信拥塞时，在通信拥塞时， 有效带宽的不足常常有效带宽的不足常常导致端到端延迟的增加及分组的丢失。导致端到端延迟的增加及分组的丢失。7 (2) (2) 存储带宽的要求。存储带宽的要求。 在吞吐量大的在吞吐量大的网络中，网络中， 接收端系统必须保证有足够的缓接收端系统必须保证有足够的缓冲空间来接收不断送来的多媒体信息。冲空间来接收不断送来的多媒体信息。 另另外，外， 缓冲区的数据输入速率也必须足够大，缓冲区的数据输入速率也必须足够大

5、， 以便容纳从网络不断传来的数据流。以便容纳从网络不断传来的数据流。 这种数据输入速率有时被看作缓冲区这种数据输入速率有时被看作缓冲区存储带宽。存储带宽。 8 (3) (3) 流量要求。流量要求。 网络必须有足够的网络必须有足够的吞吐能力来确保大带宽信道在延长的时吞吐能力来确保大带宽信道在延长的时间段内的有效性。间段内的有效性。 如果网络在任何时刻都存在许多数如果网络在任何时刻都存在许多数据流，据流， 那么该网络的有效吞吐能力就必那么该网络的有效吞吐能力就必须大于或等于所有这些数据流的比特率须大于或等于所有这些数据流的比特率的总和。的总和。 9 2 2 实时性和可靠性要求实时性和可靠性要求 多

6、媒体通信的实时性要求，多媒体通信的实时性要求， 除了与除了与网络速率相关，网络速率相关， 还受通信协议的影响。还受通信协议的影响。 为了获得真实的临场感，要求传输的时为了获得真实的临场感，要求传输的时延越小越好。延越小越好。 语音和图像可以接受的时延都要求语音和图像可以接受的时延都要求小于小于0.25 s0.25 s； 静止图像要求小于静止图像要求小于1 s1 s； 在分组交换中，在分组交换中， 组与组之间的延时组与组之间的延时小于小于10 ms10 ms时图像才有连续感。时图像才有连续感。 10 不同媒体对通信网的要求不同媒体对通信网的要求 11发送时延发送时延 发送时延：发送时延： 发送数

7、据时，数据块从结点发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。进入到传输媒体所需要的时间。发送时延发送时延 = 数据块长度（比特）数据块长度（比特）信道带宽（比特信道带宽（比特/秒）秒）12传播时延传播时延 传播时延：电磁波在信道中需要传播一传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。定的距离而花费的时间。 传播时延传播时延 = 信道长度（米）信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米信号在信道上的传播速率（米/秒）秒）13处理时延处理时延 处理时延：交换结点为存储转发而进行处理时延：交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。一些必要的处理所花费的时间。 结点缓存队

8、列中分组排队所经历的时延结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。是处理时延中的重要组成部分。 处理时延的长短往往取决于网络中当时处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。的通信量。 有时可用排队时延作为处理时延。有时可用排队时延作为处理时延。 14总时延总时延 数据经历的总时延就是发送时延、传播数据经历的总时延就是发送时延、传播时延和处理时延之和：时延和处理时延之和： 总时延总时延 = 发送时延发送时延 + 传播时延传播时延 + 处理时延处理时延15三种时延所产生的地方三种时延所产生的地方在队列中产生在队列中产生处理时延处理时延队列队列结点结点 A在发送器产生发送时延在

9、发送器产生发送时延( (即传输时延即传输时延) )1 0 1 1 0 0 1链路链路在链路上产生在链路上产生传播时延传播时延结点结点 B数据数据163. 3. 时空约束时空约束 在多媒体通信系统中同一对象的各种媒体之在多媒体通信系统中同一对象的各种媒体之间在空间上和时间上存在着关联和约束，而信息间在空间上和时间上存在着关联和约束，而信息传输又具有串行性。所以要求采取延迟同步的方传输又具有串行性。所以要求采取延迟同步的方法进行再合成，法进行再合成， 包括时间合成、包括时间合成、 空间合成以及空间合成以及时空同步等三个方面时空同步等三个方面。 时间合成：在时间轴上统一原来属于同一时时间合成：在时间

10、轴上统一原来属于同一时间轴上各类媒体的时序，间轴上各类媒体的时序， 使其能在时间上正确使其能在时间上正确表现；表现； 空间合成：在空间上媒体的排放位置，空间合成：在空间上媒体的排放位置， 最最后使时间空间统一成正确的表现。后使时间空间统一成正确的表现。 通过时间上的合成、通过时间上的合成、 空间上的合成，空间上的合成， 达到达到多种媒体的时空一致的目的。多种媒体的时空一致的目的。17 4. 4. 分布处理要求分布处理要求 未来通信是多网合一，未来通信是多网合一， 但目前的现状但目前的现状是多网共存（如电话网、是多网共存（如电话网、 计算机网、计算机网、 广广播电视网等），播电视网等）， 媒体各

11、异（声、媒体各异（声、 图、图、 文文等），等）， 必须针对这种情况研究如各种媒体必须针对这种情况研究如各种媒体信息分布环境下的运行，信息分布环境下的运行， 通过分布环境解通过分布环境解决多点多人合作、决多点多人合作、 远程多媒体信息服务等远程多媒体信息服务等问题。问题。 18 现有的计算机网络或通信网络协议主现有的计算机网络或通信网络协议主要是针对传统的数据传输制定的，要是针对传统的数据传输制定的， 所以在所以在很多方面不适合声音、很多方面不适合声音、 图像信息的传输，图像信息的传输，这些都增加了实现声音和图像实时传输的这些都增加了实现声音和图像实时传输的难度。难度。 这种对实时性和同步性的

12、严格要求，这种对实时性和同步性的严格要求， 迫使我们必须加紧研制针对多媒体信息传迫使我们必须加紧研制针对多媒体信息传输的网络体系结构。输的网络体系结构。 19 4.2 4.2 现有网络对多媒体通信的支撑情况现有网络对多媒体通信的支撑情况 通信网络三大类通信网络三大类: : (1)(1)电信网络，如公用电话网电信网络，如公用电话网 PSTNPSTN、 分分组交换网组交换网 PSPDNPSPDN、 数字数据网数字数据网 DDNDDN、 窄带和窄带和宽带综合业务数字网（宽带综合业务数字网（N-ISDNN-ISDN和和B-ISDNB-ISDN）等；）等； 20(2)(2)计算机网络，如局域网（计算机网

13、络，如局域网（LANLAN）、广域）、广域网（网（WANWAN）、光纤分布式数据接口（）、光纤分布式数据接口（FDDIFDDI）、）、 分布列队双总线（分布列队双总线（DQDBDQDB）等；）等；(3)(3)电视传播网络，电视传播网络， 如有线电视网如有线电视网(CATV),(CATV),混合光纤同轴网（混合光纤同轴网（HFCHFC）、）、 卫星电视网等。卫星电视网等。 这些通信网络虽然可以传输多媒体信息，这些通信网络虽然可以传输多媒体信息，但这些网络都是在一定历史条件下为了某种应但这些网络都是在一定历史条件下为了某种应用而建立的，都不同程度地存在着各种缺陷。用而建立的，都不同程度地存在着各种

14、缺陷。21 1 1 公共交换电话网（公共交换电话网（PSTNPSTN） 普及程度最高、普及程度最高、 成本最低。成本最低。 PSTNPSTN以电路交换为基础，即通过呼叫，在以电路交换为基础，即通过呼叫，在收、发端之间建立起一个独占的物理通道，该收、发端之间建立起一个独占的物理通道，该通道有固定的带宽。由于路由固定，延时较低，通道有固定的带宽。由于路由固定，延时较低，而且不存在延时抖动问题，这对保证连续媒体而且不存在延时抖动问题，这对保证连续媒体的同步和实时传输是有利的。的同步和实时传输是有利的。 但电话信道带宽较窄，且用户线是模拟的，但电话信道带宽较窄，且用户线是模拟的，多媒体信息需要经过多媒

15、体信息需要经过ModemModem接入。接入。 可以通过对用户双绞线作技术改造（如可以通过对用户双绞线作技术改造（如xDSLxDSL、ISDNISDN等），使用户线带宽增加到等），使用户线带宽增加到2 Mb/s2 Mb/s以上，基本上可支撑多媒体通信的所有业务。以上，基本上可支撑多媒体通信的所有业务。222 2 分组交换公众数据网（分组交换公众数据网（PSPDNPSPDN） 基于基于X.25X.25协议的网络。协议的网络。 需要传输的数需要传输的数据在发送端被分割成单元（分组或称打据在发送端被分割成单元（分组或称打包），包）， 各节点交换机存储来自用户的数据各节点交换机存储来自用户的数据包，包

16、， 等待电路空闲时发送出去。等待电路空闲时发送出去。 延时较大，延时较大， 这些都使连续媒体的同步这些都使连续媒体的同步和实时传输成为问题。和实时传输成为问题。 23 随着光纤越来越普遍地作为传输媒介，随着光纤越来越普遍地作为传输媒介， 传输出错的概率越来越小，传输出错的概率越来越小， 在这种情况在这种情况下，下， 重复地在链路层和网络层实施差错重复地在链路层和网络层实施差错控制，控制， 不仅显得冗余，不仅显得冗余， 而且浪费带宽，而且浪费带宽， 增加报文传输延迟。增加报文传输延迟。 由于分组交换公众数据网由于分组交换公众数据网PSPDNPSPDN是在是在早期低速、早期低速、 高出错率的物理链

17、路基础上高出错率的物理链路基础上发展起来的，发展起来的， 其特性已不再适应目前多其特性已不再适应目前多媒体应用所需要的高速远程链接的要求，媒体应用所需要的高速远程链接的要求， 因此，因此， PSPDNPSPDN不适合于开放多媒体通信不适合于开放多媒体通信业务。业务。 243 3 数字数据网（数字数据网（DDNDDN） DDNDDN利用电信数字网的数字通道传输，利用电信数字网的数字通道传输， 采用时分复用技术，采用时分复用技术， 提供固定或半永久连提供固定或半永久连接的电路交换型链接，接的电路交换型链接， 传输速率为传输速率为n n64 64 kb/s(n=1kb/s(n=131)31)或更高，

18、或更高， 其传输延时低且固其传输延时低且固定（在定（在1010个节点转接条件下最大时延不超过个节点转接条件下最大时延不超过 40 ms40 ms），带宽较宽，），带宽较宽， 适于多媒体的实时传适于多媒体的实时传输。输。 因为点对点、因为点对点、 以及点对多点的通信，以及点对多点的通信， 都需要网管中心来建立和释放连接，都需要网管中心来建立和释放连接， 所以所以它的服务对象必须是大型用户。它的服务对象必须是大型用户。 254 4 帧中继网络（帧中继网络（FRFR） FRFR是一种简化的帧交换模式，是一种简化的帧交换模式， 由于信由于信息转移仅在息转移仅在链路层链路层处理，处理， 因此简化了交换因

19、此简化了交换过程和协议，过程和协议， 具有较高的吞吐量和较低的具有较高的吞吐量和较低的延时，对中高速、突发性强的多媒体业务延时，对中高速、突发性强的多媒体业务极具吸引力。尤其是利用极具吸引力。尤其是利用FRFR作为多媒体用作为多媒体用户接入方式是经济有效的方案。户接入方式是经济有效的方案。 帧中继网是开放会议电视业务的帧中继网是开放会议电视业务的LANLAN远远程互联的一种优选技术。程互联的一种优选技术。 265 5 窄带综合业务数字网（窄带综合业务数字网（N-ISDNN-ISDN） 以电路交换为基础的网络，以电路交换为基础的网络， 因此也具因此也具有延时低而固定的特点。有延时低而固定的特点。

20、 它的用户接入速率有两种：它的用户接入速率有两种： 基本速率基本速率（BRIBRI）144 kb/s(2B+D)144 kb/s(2B+D)和基群速率（和基群速率（PRIPRI）2.048 kb/s(30B+D)2.048 kb/s(30B+D)。 ISDNISDN支持包括话音、支持包括话音、 数据、数据、 图像等图像等各种多媒体业务，各种多媒体业务， 能够满足不同用户的要能够满足不同用户的要求。求。 通过多点控制单元建立多点连接，通过多点控制单元建立多点连接， 在在N-ISDNN-ISDN上可实现较高质量的可视电话会上可实现较高质量的可视电话会议和电视会议。议和电视会议。 27 6 6 计算

21、机局域网（计算机局域网（LANLAN） LANLAN的特点：的特点： (1)(1)利用一个单独的媒体将所有的端系利用一个单独的媒体将所有的端系统连接起来；统连接起来； (2)(2)以基带方式传输，以基带方式传输， 在这种模式中，在这种模式中， 时间片被分给所有站和每个站的所有通时间片被分给所有站和每个站的所有通信。信。 之后，之后， 数据流被分成帧，数据流被分成帧， 利用帧利用帧进行传输。进行传输。 以太网、以太网、 令牌环传送网和令牌环传送网和FDDIFDDI为为3 3种种常见的共享媒体常见的共享媒体LANLAN。 28 用用LANLAN实现多点连接不成为问题，实现多点连接不成为问题， 但但

22、是每个包的延迟时间不能保证相等，是每个包的延迟时间不能保证相等， 它与它与网络的拥塞程度有很大的关系，网络的拥塞程度有很大的关系， 这显然不这显然不适合于连续媒体的实时传输。适合于连续媒体的实时传输。 为了解决这个问题，引入为了解决这个问题，引入ATMATM交换技术，交换技术， 解决了主干网的带宽、解决了主干网的带宽、 等待时间和延时抖等待时间和延时抖动等问题，动等问题， 这就是这就是ATMATM局域网仿真技术局域网仿真技术(LANE)(LANE)。29 7 7 InternetInternet网网 InternetInternet网是路由器和专线构成的数据网，网是路由器和专线构成的数据网，

23、它可以通过电话网、它可以通过电话网、 分组网和局域网接入。分组网和局域网接入。 InternetInternet在发展初期并没有考虑在其网络中传在发展初期并没有考虑在其网络中传输实时多媒体通信业务，输实时多媒体通信业务， 使用的通信协议为使用的通信协议为TCP/IPTCP/IP， 由于该协议难以保证多媒体业务所要求由于该协议难以保证多媒体业务所要求的实时性。的实时性。 为了解决这个问题，为了解决这个问题， 制定了一些新的补充协制定了一些新的补充协议（例如议（例如RSVPRSVP和和RTPRTP），）， 以解决在以解决在InternetInternet网上连网上连续媒体的同步和实时传输问题。续媒

24、体的同步和实时传输问题。 30 8 8 有线电视有线电视(CATV)(CATV)网网 CATVCATV网是分配型的网络，网是分配型的网络， 不具备电信网不具备电信网的交换功能，的交换功能， 因此难以开展非分配型因此难以开展非分配型( (例如多例如多媒体会议媒体会议) )的多媒体业务。的多媒体业务。 要解决这个问题，要解决这个问题， 必须对必须对CATVCATV网络进行网络进行双向改造。双向改造。 当光纤铺设到小区后，当光纤铺设到小区后， 结合经双结合经双向改造后的向改造后的CATVCATV网络，网络， 从小区到用户的短距从小区到用户的短距离同轴电缆的带宽可以拓宽到离同轴电缆的带宽可以拓宽到75

25、0 MHz750 MHz以上，以上， 然后通过频分多路复用技术，然后通过频分多路复用技术， 可以实现电话、可以实现电话、 模拟电视广播和交互式数字点播电视模拟电视广播和交互式数字点播电视(VOD)(VOD)等等业务共网传输，业务共网传输， 314.3 4.3 宽带综合业务数字网（宽带综合业务数字网（B-ISDNB-ISDN） 宽带综合业务数字网宽带综合业务数字网(B-ISDN)(B-ISDN)是多媒体通信的发展方向是多媒体通信的发展方向之一。之一。 特点特点: : 采用异步转移模式采用异步转移模式(ATM)(ATM)交换技术交换技术; ; 传输通道带宽大传输通道带宽大(155(155622 M

26、b/s)622 Mb/s)； 以固定长度以固定长度(53 byte)(53 byte)的信元进行高速交换，的信元进行高速交换， 网络网络延时小；延时小； 能够处理突发性信息，能够处理突发性信息， 可以动态分配带宽；可以动态分配带宽； 收、收、 发端通过虚电路发端通过虚电路(VC)(VC)进行连接，进行连接， 并保证提供并保证提供网络和终端在连接建立时所商定的服务质量网络和终端在连接建立时所商定的服务质量(QoS)(QoS)， 如最小带宽、如最小带宽、 最大延时、最大延时、 延时变化和服务类型等；延时变化和服务类型等； 324.4 4.4 基于基于IPIP的宽带多媒体通信网络的宽带多媒体通信网络

27、 随着基于随着基于IPIP的业务种类的增加，的业务种类的增加， 采采用基于用基于IPIP的宽带网络技术建立支持多媒的宽带网络技术建立支持多媒体业务的统一网络平台已经成为一种经体业务的统一网络平台已经成为一种经济的、济的、 高效率的做法。高效率的做法。 33 基于基于IPIP的宽带网络是以光纤为传输介质，的宽带网络是以光纤为传输介质， 大容量的密集波分复用大容量的密集波分复用(DWDM)(DWDM)为传输通道，为传输通道， SDH/SONETSDH/SONET、 ATMATM或千兆以太网为组网模式，或千兆以太网为组网模式， 第第三层三层/ /第四层路由交换机为交换平台，第四层路由交换机为交换平台

28、， 综合提供综合提供基于基于IPIP的各种多媒体业务的数据通信网络。的各种多媒体业务的数据通信网络。 在运行实时业务时能保证服务质量，在运行实时业务时能保证服务质量， 可以提供可以提供数据、数据、 语音、语音、 视频的综合传输业务。视频的综合传输业务。 34 新一代的宽带网络技术必须建立在新一代的宽带网络技术必须建立在当前最先进的网络传输和交换的基础上。当前最先进的网络传输和交换的基础上。 目前实现宽带的目前实现宽带的IPIP网络的典型技术网络的典型技术有：有： IP over ATMIP over ATM、 IP over SDHIP over SDH、 IP IP over WDMover

29、 WDM、 IP over DWDMIP over DWDM等。等。 351.ATM1.ATM技术的特点技术的特点 ATM ATM 是建立在电路交换和分组交换的基础上是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术。的一种面向连接的快速分组交换技术。 ATM ATM 采用定长分组作为传输和交换的单位。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这种定长分组叫做信元(cell)(cell)。 ATM ATM 名词中的名词中的“异步异步”是指将是指将 ATM ATM 信元信元“异异步插入步插入”到同步的到同步的 SDH SDH 比特流中。比特流中。 SDH SDH 传送

30、的同步比特流被划分为一个个固定传送的同步比特流被划分为一个个固定时间长度的帧（时间长度的帧（是时分复用的时间帧，而不是时分复用的时间帧，而不是数据链路层的帧是数据链路层的帧）。）。 每一个用户发送的每一个用户发送的 ATM ATM 信元在每一时分复用信元在每一时分复用帧中的相对位置并不是固定不变的。帧中的相对位置并不是固定不变的。 4.4.1 IP over ATM4.4.1 IP over ATM技术技术36 选择固定长度的短信元作为信息传输的单位，有利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。信元长度为于宽带高速交换。信元长度为 53 53 字节，其首部字节，其首部（可简

31、称为信头）为（可简称为信头）为 5 5 字节。字节。 能支持不同速率的各种业务。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。了电路交换在保证实时性和服务质量方面的优点。 ATM ATM 使用光纤信道传输。由于光纤信道的误码率极使用光纤信道传输。由于光纤信道的误码率极低，且容量很大，因此在低，且容量很大，因此在ATM ATM 网内不必在数据链路网内不必在数据链路层进行差错控制和流量控制层进行差错控制和流量控制( (放在高层处理放在高层处理) )，因而，因而明显地提高了信元在网络中的

32、传送速率。明显地提高了信元在网络中的传送速率。ATM ATM 的主要优点：的主要优点： 37 信元首部的开销太大，即信元首部的开销太大，即 5 5 字节的信元首部在整字节的信元首部在整个个 53 53 字节的信元中所占的比例相当大。字节的信元中所占的比例相当大。 ATM ATM 的技术复杂且价格较高。的技术复杂且价格较高。 ATM ATM 能够直接支持的应用不多。能够直接支持的应用不多。 10 10 千兆以太网的问世，进一步削弱了千兆以太网的问世，进一步削弱了 ATM ATM 在因在因特网高速主干网领域的竞争能力。特网高速主干网领域的竞争能力。 ATM ATM 的缺点的缺点38ATM ATM

33、的交换结构的交换结构 ATM 交换机abcdefgh交换结构输入信元输出信元392.ATM 2.ATM 的协议参考模型和信元结构的协议参考模型和信元结构ATM ATM 的协议参考模型共有三层，大体上与的协议参考模型共有三层，大体上与 OSIOSI的最低两层相当（无法严格对应）的最低两层相当（无法严格对应）。 ATM 层物理层PMD 子层TC 子层ATM 适配层 (AAL 层)SAR子层CS子层321 ATM的层次40物理层（分为两个子层）物理层（分为两个子层）靠下面的是靠下面的是 PMD PMD 子层，即物理媒体相关子层子层，即物理媒体相关子层(Physical Medium Dependen

34、t Sublayer)ATM 层物理层PMD 子层TC 子层ATM 适配层 (AAL 层)SAR子层CS子层321 ATM的层次 PMD PMD 子层负责在物理媒体上正确传输和接收比特子层负责在物理媒体上正确传输和接收比特流。它完成只和媒体相关的功能，如线路编码和流。它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。解码、比特定时以及光电转换等。41物理层（分为两个子层）物理层（分为两个子层）靠上面是靠上面是 TC TC 子层传输汇聚子层子层传输汇聚子层(Transmission Convergence Sublayer)ATM 层物理层PMD 子层TC 子层ATM 适配层

35、(AAL 层)SAR子层CS子层321 ATM的层次 TC TC 子层实现信元流和比特流的转换，包括速率适配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、传输帧的产（空闲信元的插入）、信元定界与同步、传输帧的产生与恢复等。生与恢复等。 TC TC 子层的存在使得子层的存在使得 ATM ATM 层实现了与下面的传输媒层实现了与下面的传输媒体完全无关。典型的体完全无关。典型的 TC TC 子层就是子层就是 SONET/SDHSONET/SDH。429 行ATM ATM 信元流信元流装入一个装入一个 STM-1 STM-1 帧的例子帧的例子 270 字节261 字节9

36、 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 字节有效载荷放入 ATM 信元43 ATM ATM 层层ATM 层物理层PMD 子层TC 子层ATM 适配层 (AAL 层)SAR子层CS子层321 ATM的层次 主要完成交换和复用功能，与传送主要完成交换和复用功能，与传送 ATM ATM 信元的物信元的物理媒体或物理层无关。理媒体或物理层无关。 信元的信元的 VPI/VCI VPI/VCI 转换（就是将一个入信元的转换（就是将一个入信元的 VPI/VCI VPI/VCI 转换成新的数值）转换成新的数值） 信元首部的产生与提取信元首部的产生

37、与提取 流量控制流量控制44VCI VCI 与与 VPIVPI（ VPI VPI 包含包含 VCIVCI） ATM ATM 连接用信元首部中的两级标号来识别。连接用信元首部中的两级标号来识别。 虚通路标识虚通路标识 VCI (Virtual Channel VCI (Virtual Channel Identifier)Identifier) 虚 通 道 标 识 符虚 通 道 标 识 符 V P I ( V i r t u a l P a t h V P I ( V i r t u a l P a t h Identifier) Identifier) 传输链路虚通道 VPxVPzVPyVCx

38、VCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虚通路45VCI VCI 与与 VPIVPI（ VPI VPI 包含包含 VCIVCI） 一个虚通路一个虚通路 VC VC 是在两个或两个以上的端点之是在两个或两个以上的端点之间的一个运送间的一个运送 ATM ATM 信元的通信通路。信元的通信通路。 一个虚通道一个虚通道 VP VP 包含有许多相同端点的虚通路包含有许多相同端点的虚通路 VCVC，而这许多，而这许多 VC VC 都使用同一个都使用同一个 VPIVPI。 传输链路虚通道 VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虚通路46VCI VCI 与与 VPIVPI（ VP

39、I VPI 包含包含 VCIVCI） 在一个给定的接口，复用在一条链路上的许多在一个给定的接口，复用在一条链路上的许多不同的不同的 VPVP，用它们的，用它们的 VPI VPI 来识别。来识别。 复用在一个复用在一个 VP VP 中的不同的中的不同的 VCVC，用它们的，用它们的 VCI VCI 来识别。来识别。 传输链路虚通道 VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虚通路47VCI VCI 与与 VPIVPI（ VPI VPI 包含包含 VCIVCI） 一个给定的一个给定的 VCI VCI 值没有端到端的意义。值没有端到端的意义。 VP VP 在经过集中器或交换机

40、时，其在经过集中器或交换机时，其 VPI VPI 也会改也会改变。变。 传输链路虚通道 VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虚通路48AAL (ATM Adaptation Layer)AAL (ATM Adaptation Layer)层的作用就是增强层的作用就是增强 ATM ATM 层所提供的服务，并向上面高层提供各种不层所提供的服务，并向上面高层提供各种不同的服务。同的服务。 ATM ATM 适配层适配层 AALAAL ATM 层物理层PMD 子层TC 子层ATM 适配层 (AAL 层)SAR子层CS子层321 ATM的层次49SAR-PDUAAL5 层层C

41、S 子层子层尾部尾部165535 字节字节填充填充长度长度CRC 检验检验保留保留字节字节 2 2 4SAR 子层子层ATM 层层CS-PDU用户数据（例如，用户数据（例如，IP 数据报）数据报）ATM 信元信元53 字节字节发送发送ATM 信元信元53 字节字节ATM 信元信元53 字节字节ATM 信元信元53 字节字节48 字节字节48 字节字节48 字节字节48 字节字节PT 000PT 000PT 000PT 001 表示是最后一个信元表示是最后一个信元AAL AAL 将用户数据分割为将用户数据分割为48 48 字节的数据块交给字节的数据块交给 ATM ATM 层层 50AAL AAL

42、 层将层将 48 48 字节长的数据块字节长的数据块交给交给 ATM ATM 层，加上层，加上 5 5 字节的首部后字节的首部后变成变成 53 53 字节的信元字节的信元 话音信号A/DAAL 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51砂漏模型砂漏模型 不同类别的应用AAL1AAL2AAL3/4AAL553 字节51 Mb/sUTP100 Mb/s光纤155 Mb/s光纤其他AAL 层ATM 层物理层信元52A

43、TM 网络AB交换机 X交换机 YUNIUNINNINNICONNECT ACKCONNECT ACKRELEASE COMPLETE RELEASECOMPLETE连接建立连接释放tSETUPSETUPSETUP CALL PROCEEDINGCALL PROCEEDING CALL PROCEEDINGCONNECTCONNECTCONNECTCONNECT ACKRELEASERELEASERELEASE RELEASECOMPLETE数据传送阶段53ATM 网络AB交换机 X交换机 Y交换机 Z121232343414 入 入 出 出端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 4 3/

44、17 2 9/353/1742/556/359/35 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端点端点 A A 通过通过 ATM ATM 交换机交换机 X, Y X, Y 和和 Z Z 与端点与端点 B B 建立了一条逻辑连接建立了一条逻辑连接 54 3.IP over ATM 3.IP over ATM分层模型与封装示意图分层模型与封装示意图

45、音频、视频、数据 1IPATMSDHIPATMSDHWDM234IP over ATMIP over ATM技术技术 基本原理和工作方式：基本原理和工作方式： 将将IPIP数据包在数据包在ATMATM层全部封装为层全部封装为ATMATM信元，信元， 以以ATMATM信元形式在信道中传输。信元形式在信道中传输。 当网络中的交换机接收当网络中的交换机接收到一个到一个IPIP数据包时，数据包时， 它首先根据它首先根据IPIP数据包的数据包的IPIP地址通过某种机地址通过某种机制进行路由地址处理，制进行路由地址处理， 按路由转发。按路由转发。 随后，随后， 按已计算的路由按已计算的路由在在ATMATM

46、网上建立虚电路（网上建立虚电路（VCVC）。）。 以后的以后的IPIP数据包将在此虚电路数据包将在此虚电路VCVC上以直通（上以直通（Cut-ThroughCut-Through）方式传输，）方式传输， 再经过路由器，再经过路由器， 从而从而有效地解决了有效地解决了IPIP的路由器的瓶颈问题，并将的路由器的瓶颈问题，并将IPIP包的转发速度提包的转发速度提高到交换速度。高到交换速度。 554. ATMATM承载承载IPIP业务的解决方案业务的解决方案IP over ATMIP over ATM 必须解决的问题：必须解决的问题： (a)ATM(a)ATM的通信方式是面向连接的，的通信方式是面向连

47、接的， 而而IPIP是面是面向无连接的，向无连接的， 要在一个面向连接的网上承载要在一个面向连接的网上承载一个面向无连接的业务，一个面向无连接的业务， 有很多问题需要解有很多问题需要解决，决， 如呼叫建立时间、如呼叫建立时间、 连接持续期等等；连接持续期等等； (b)ATM(b)ATM是以是以ATMATM地址寻址的，地址寻址的， IPIP通信是以通信是以IPIP地址来寻址的，地址来寻址的， 而而IP over ATMIP over ATM是以是以ATMATM网络网络来承载来承载IPIP数据包的，数据包的， 因此，因此， IPIP地址和地址和ATMATM地地址之间的映射是一个很大的难题。址之间的

48、映射是一个很大的难题。ATMATM承载承载IPIP业务的解决方案：业务的解决方案： 迭加模式、集成模式迭加模式、集成模式56(1) (1) 迭加模式迭加模式指指IPIP网的寻址是迭加在网的寻址是迭加在ATMATM寻址的基础上的，寻址的基础上的， 即即在迭加模式中在迭加模式中ATMATM的寻址方式是不变的，的寻址方式是不变的， IPIP地地址在边缘设备中映射成址在边缘设备中映射成ATMATM地址，地址， IPIP包据此传包据此传向另一端边缘设备。向另一端边缘设备。 特点：在特点：在ATMATM网中不论是用户网络信令还是网中不论是用户网络信令还是网络间信令均不变，网络间信令均不变， 对对ATMAT

49、M网来说，网来说， IPIP业务业务只是它承载的业务之一，只是它承载的业务之一， ATMATM的其他功能照样的其他功能照样存在，存在， 不受影响。不受影响。 缺点：传送缺点：传送IPIP包的效率较低。包的效率较低。 57(2) (2) 集成模式集成模式集成模式是指将集成模式是指将IPIP网设备和网设备和ATMATM网设备集成网设备集成在一起。在一起。 在集成模式中，在集成模式中， ATMATM网的寻址已不再网的寻址已不再是独立的，受到是独立的，受到IPIP网设备的干预。网设备的干预。 IPIP网的控制设备一般可称为网的控制设备一般可称为IPCIPC，它具，它具有传统路由器的功能，能完成有传统路

50、由器的功能，能完成IPIP网的路网的路由功能，并具有控制建立由功能，并具有控制建立ATMATM虚通路的能虚通路的能力。力。58集成模式的实现技术集成模式的实现技术IP Switch : IPIP Switch : IP交换技术交换技术 IpsilonIpsilon公司公司提出提出Tag Switch : Tag Switch : 标记交换技术标记交换技术 CiscoCisco公司提公司提出出 MPLS: MPLS: 多协议标签交换技术多协议标签交换技术 IETFIETF推荐推荐 595. IP over ATMIP over ATM的特点的特点优点：优点： （1 1） 由于由于ATMATM技术

51、本身能提供技术本身能提供QoSQoS保证，保证， 因因此可利用此特点提高此可利用此特点提高IPIP业务的服务质量。业务的服务质量。 （2 2） 具有良好的流量控制均衡能力以及故障具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力，恢复能力， 网络可靠性高。网络可靠性高。 （3 3） 适应于多业务，适应于多业务， 具有良好的网络可扩具有良好的网络可扩展能力。展能力。 （4 4） 对其他几种网络协议如对其他几种网络协议如IPXIPX等能提供支等能提供支持。持。60IP over ATMIP over ATM的缺点：的缺点： （1 1） IP over ATMIP over ATM还不能提供完全的还不能提供

52、完全的QoSQoS保证。保证。 （2 2） 对对IPIP路由的支持一般，路由的支持一般， IPIP数据包分割加数据包分割加入大量头信息，造成很大的带宽浪费（入大量头信息，造成很大的带宽浪费（20203030）。）。 （3 3） 在复制多路广播方面缺乏高效率。在复制多路广播方面缺乏高效率。（4 4）由于）由于ATMATM本身技术复杂，从而导致管理复杂。本身技术复杂，从而导致管理复杂。 614.4.2 IP over SDH 4.4.2 IP over SDH 技术技术IP over SDHIP over SDH以以SDHSDH网络作为网络作为IPIP数据网络的物数据网络的物理传输网络。它使用链路

53、及理传输网络。它使用链路及PPPPPP协议对协议对IPIP数数据包进行封装，把据包进行封装，把IPIP分组插入到分组插入到PPPPPP帧中的帧中的信息段。信息段。 再由再由SDHSDH通道层的业务适配器把通道层的业务适配器把封装后的封装后的IPIP数据包映射到数据包映射到SDHSDH的同步净荷中，的同步净荷中，然后向下，经过然后向下，经过SDHSDH传输层和段层，加上相传输层和段层，加上相应的开销，把净荷装入一个应的开销，把净荷装入一个SDHSDH帧中，最后帧中，最后到达光层，在光纤中传输。到达光层，在光纤中传输。621.SDH 1.SDH 与与 SONETSONET ITU-T ITU-T

54、以美国标准以美国标准 SONET SONET 为基础，制订为基础，制订出国际标准同步数字系列出国际标准同步数字系列 SDH SDH (Synchronous Digital Hierarchy)(Synchronous Digital Hierarchy)。 一般可认为一般可认为 SDH SDH 与与 SONET SONET 是同义词。是同义词。 SDH SDH 的基本速率为的基本速率为 155.52 Mb/s155.52 Mb/s，称为，称为第第 1 1 级同步传递模块级同步传递模块 (Synchronous (Synchronous Transfer Module)Transfer Mod

55、ule)，即，即 STM-1STM-1，相当于，相当于 SONET SONET 体系中的体系中的 OC-3 OC-3 速率。速率。 63SONET 的的 OC 级级/STS 级与级与 SDH 的的 STM 级的对应关系级的对应关系 线路速率线路速率(Mb/s)SONET符号符号ITU-T符号符号表示线路速率表示线路速率的常用近似值的常用近似值 51.840OC-1/STS-1 155.520OC-3/STS-3STM-1155 Mb/s 466.560OC-9/STS-9STM-3 622.080OC-12/STS-12STM-4622 Mb/s 933.120OC-18/STS-18STM-

56、61244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320OC-48/STS-48STM-162.5 Gb/s4876.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/s642.SDH 2.SDH 的体系结构的体系结构SDHSDH是基于时分复用的，在网管的配置下完成半永久性连是基于时分复用的，在网管的配置下完成半永久性连接的网，在接的网，在IP over SDHIP over SDH中，中，SDHSDH只可能以链路方式来只可能以链路方式来支持支持IPIP网网, , 不能参

57、与不能参与IPIP网的寻址，它的作用只是将路网的寻址，它的作用只是将路由器以点到点的方式连接起来，由器以点到点的方式连接起来， 提高点到点之间的传提高点到点之间的传送速率，送速率， 它不可能从总体上提高它不可能从总体上提高IPIP网的性能。网的性能。 这种这种IPIP网其本质上仍是一个路由器网。网其本质上仍是一个路由器网。 SDH终端复用器或分用器转发器转发器复用器或分用器SDH终端653. IP over SDH分层模型分层模型IPPPPSDH音频、视频、数据IP/PPPSDHWDM321SDH是依靠网管来完成端到端的半永久性连接的配置的，是依靠网管来完成端到端的半永久性连接的配置的， 一个

58、大网完全依靠网管来配置是不可想象的。一个大网完全依靠网管来配置是不可想象的。 所以，所以， 千千兆路由器（兆路由器（IP over SDH）只可能在干线上用，）只可能在干线上用， 用以疏导用以疏导高速率数据流。高速率数据流。 IP over SDH保留了保留了IP面向无连接的特征。面向无连接的特征。 664. PPP4. PPP协议协议PPPPPP协议最初是作为在点到点链路上进行协议最初是作为在点到点链路上进行IPIP通信通信的封装协议，的封装协议， 它定义了它定义了IPIP地址的分配和管理、地址的分配和管理、 异步和同步封装、异步和同步封装、 网络协议复用、网络协议复用、 链路配置、链路配置

59、、 链路质量测试、链路质量测试、 差错测试等规范。差错测试等规范。 PPPPPP是一个简单的是一个简单的OSIOSI第二层网络协议。第二层网络协议。 其头部只有两个字节，其头部只有两个字节， 没有地址信息，没有地址信息， 只是只是按点到点顺序，按点到点顺序， 面向无连接。面向无连接。 PPPPPP协议可将协议可将IPIP数据包切成数据包切成PPPPPP帧以满足映射到帧以满足映射到SDHSDHSonetSonet帧结构（符合帧结构（符合RFC1619RFC1619： PPP over SDHPPP over SDH）上的）上的要求。要求。 67PPPPPP协议协议PPPPPP协议中提供了一整套方

60、案来解决链路建立、协议中提供了一整套方案来解决链路建立、 维护、维护、 拆除、拆除、 上层协议协商、上层协议协商、 认证等问题。认证等问题。 PPPPPP协议包含：协议包含： 链路控制协议链路控制协议LCPLCP（Link Link Control ProtocolControl Protocol）、）、 网络控制协议网络控制协议NCPNCP（Network JP3Control ProtocolNetwork JP3Control Protocol）、）、 认证认证协议等。协议等。 LCPLCP负责创建、负责创建、 维护或终止一次物理连接。维护或终止一次物理连接。 NCPNCP是一簇协议，是