ATM原理培训胶片-20020404-C

1、1网络技术培训之网络技术培训之 ATM 原理原理 宽带产品技术支持部宽带产品技术支持部 2002/32u ATM概述u ATM技术的基本概念u ATM协议栈u ATM业务类型u 流量控制和拥塞控制与算法u IPOA协议和RFC1483u ATM信令u IMA协议u ATM网络维护3ATMATM概述概述 ATM Forum IETF ITU-TATMATM的标准化组织的标准化组织4ATMATM概述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ATMATM与传统交换方式比较与传统交换方式比较-1-15ATMA

2、TM概述概述 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。ATMATM与传统交换方式比较与传统交换方式比较-2-26ATMATM概述概述 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

3、快速电路交换ATM快速分组交换 帧中继 分组交换交 换 技 术ATMATM与传统交换方式比较与传统交换方式比较-3-37ATM网网面向连接，有面向连接，有N2 问题问题靠链路层选路，基于靠链路层选路，基于VPI/VCI或标记或标记有阻塞通知与信元丢失优先级指示有阻塞通知与信元丢失优先级指示业务质量有保证，可保证实时业务业务质量有保证，可保证实时业务网络网络ATM化进程的重新定位化进程的重新定位IP网网无连接，无无连接，无N2 问题问题基于网络层选路，基于基于网络层选路，基于IP地址地址无业务量控制与阻塞控制无业务量控制与阻塞控制业务质量无保证业务质量无保证ATMATM概述概述8u ATM概述u

4、 ATM技术的基本概念u ATM协议栈u ATM业务类型u 流量控制和拥塞控制与算法u IPOA协议和RFC1483u ATM信令u IMA协议u ATM网络维护9PTI - 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 112345.53VPIVCIVCIVCIPTICLPHECPAYLOADGFCVPI12345.53UNI 信元格式信元格式NNI 信元格式信元格式8 7 6 5

5、4 3 2 1VPIVCIVCIVCIPTICLPHECPAYLOADVPIATMATM信元格式信元格式ATMATM技术的基本概念技术的基本概念10ATMATM信元类型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ATMATM技术的基

6、本概念技术的基本概念11ATM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 = ATMATM技术的基本概念技术的基本概念12ATMATM交换的实现交换的实现 ATM 交换机翻译 VPI/VCI值 每个接口的VPI/VCI值唯一45/2629/3329/33145/262VPI/VCI端口端口VPI/VCI端口端口输入

7、输入输出输出ATMATM技术的基本概念技术的基本概念13VPVP交换和交换和VCVC交换交换-1-1VCI 1VCI 2VCI 3VCI 4VPI 5VPI 4VCI 1VCI 2VCI 1VCI 2VP交换交换VC 交换交换ATMATM技术的基本概念技术的基本概念14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交换交换-2-2ATMATM技术

8、的基本概念技术的基本概念15无连接：包路由无连接：包路由 路径路径 1 = S1, S2, S6, S8 路径路径 2 = S1, S4, S7, S8 数据能够走不同的路径、不按照顺序数据能够走不同的路径、不按照顺序到达到达面向连接：信元交换面向连接：信元交换VC = S1, S4, S7, S8 数据沿着相同的连接按照顺序到达数据沿着相同的连接按照顺序到达 时延比较固定、易控制时延比较固定、易控制S2S6S4S7S3S5S1S8111222S2S6S4S7VCS1S8S3S5面向连接的特点面向连接的特点ATMATM技术的基本概念技术的基本概念16 ATM是一种面向连接的技术是一种面向连接的

9、技术SetupSetupSetupSetup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ATMATM技术的基本概念技术的基本概念17ATMATM技术的基本概念技术的基本概念ATMATM的统计复用的统计复用18u ATM概述u ATM技术的基本概念u ATM协议栈u ATM业务类型u 流量控制和拥塞控制与算法u IPOA协议和RFC1483u ATM信令u IMA协议u ATM网络维护19高层高层层层ATM协议参考模型协议参考模型ATMATM协议栈协议栈202个子层: 传输汇聚 (TC) Framing HEC

10、 物理媒介(PM) 物理媒介译码物理层物理层ATMATM协议栈协议栈21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。ATMATM协议栈协议栈ATM层功能22Port 1Port 2ATM 层层Port 1Port 2ATM 层层VPI 2VCI 37VPI 3VCI 39NNIUNIUNI层完成信元交换层完成信元交换ATMATM协议栈协议栈232个子层：汇聚子层 (C

11、S) 分段和重组 (SAR)ATMATMATMATM协议栈协议栈24SARCSAALPBXAAL = 流量参数 + QoS参数 + SARCS：分配不同的服务质量的业务以不同的流量类型SAR：信元 包ATMATM协议栈协议栈25ATMATM协议栈协议栈ATM ServiceClassABCDAAL123/45定时要求要求不要求不要求速率恒定可变可变可变CSSARSSCS：业务特定功能，如：时延处理、流量控制等。FRSSCSCPCS：CSPDU形成、差错校验等。HPADT分段和重组用户数据SAR-PDUSAR-PDUSAR-PDU26ATMATM协议栈协议栈ATMATM适配层适配层-AAL1-A

12、AL1AAL1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；27ATMATM协议栈协议栈ATMATM适配层适配层-AAL5-AAL5AAL5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

13、；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；28ATMATM协议栈协议栈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29u ATM概述u ATM技术的基本概念u ATM协议栈u ATM业务类型u 流量控制和拥塞控制与算法u IPOA协议和RFC1483u ATM信令u IMA协议u ATM网络维护30业务分类业务分类Constant

14、bit rateCBRVariable bit rate-real timeVBR-RTVBR-non real timeVBR-NRTUnspecified bit rateUBRAvailable bit rateABRATMATM业务类型业务类型31 峰值信元率：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 可维持速率应用产生的平均信元速率 最大突发长度最大的信元突发长度应用应付延迟的能力 信元抖动容限信元间隔的上限ATM ATM 流量参数流量参数ATMATM业务类型业务类型32 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

15、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 QoSATM QoS参数参数ATMATM业务类型业务类型33ATMATM业务类型业务类型业务类型与参数描述业务类型与参数描述34开销开销QoS流量参数流量参数Tolerance峰值信元率峰值信元率业务类型业务类型ATMATM业务类型业务类型35VBRVBR业务类型业务类型负荷负荷QoS流量参数流量参数Tolerance峰值信元率峰值信元率可维持信元率可维持信元率最大突发长度最大突发长度ATMATM业务类型业务类型36负荷负荷QoS流量参数流量参数没有质量保证没有质量保证全凭上帝保佑全凭上帝保佑Tole

16、rance4 字节字节UBRUBR业务类型业务类型ATMATM业务类型业务类型37Overhead No celloverhead Uses congestionfeedbackinsteadQoS流量参数流量参数峰值信元率峰值信元率最小信元率最小信元率ToleranceABRABR业务类型业务类型ATMATM业务类型业务类型38u ATM概述u ATM技术的基本概念u ATM协议栈u ATM业务类型u 流量控制和拥塞控制与算法u IPOA协议和RFC1483u ATM信令u IMA协议u ATM网络维护39ATMATM网的流量管理机制网的流量管理机制流量控制和拥塞控制与算法流量控制和拥塞控制

17、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。40ATM 网络网络我需要一个我需要一个VC:X MbpsY 抖动抖动Z 信元丢失信元丢失网络的资源是否足够？网络的资源是否足够？保证保证QoS请求请求流量控制和拥塞控制与算法流量控制和拥塞控制与算法41QoSQoS的保证机制的保证机制UPCUPCATM 网络网络你违反了你违反了契约，应该任何处罚契约，应该任何处罚你呢？你呢？契约契约流量控制和拥塞控制与算法流量控制和拥塞控制与算法421UPC算法：一般信元速率算法(GCRA)QoSQoS

18、的保证机制的保证机制UPCUPC流量控制和拥塞控制与算法流量控制和拥塞控制与算法43QoSQoS的保证机制的保证机制UPCUPC321UPC流量控制和拥塞控制与算法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。44QoSQoS的保证机制的保证机制EPD/PPDEPD/PPD流量控制和拥塞控制与算法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AA

19、L5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。45私网私网公共公共ATM网络网络整形过的数据整形过的数据实际数据实际数据我要遵守我要遵守契约，因此我契约，因此我必须对我的流量必须对我的流量进行整形进行整形前进前进,多保重多保重在用户侧进行流量整形改变流量特征漏桶算法ShaperQoSQoS的保

20、证机制的保证机制流量整形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46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。47流量控制和拥塞控制与算法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交换机的时间信元预期到达信元预期到达1T2(1-a)t1t2信元信元2在信元1到达T时间后到达T信元3预期在t2T时刻到达

21、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）。 48流量控制和拥塞控制与算法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交换机的时间信元迟到达信元迟到达 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 。T1t1(1-b)信元2信元2到达晚了T信元3预期在t2T时刻到达49流量控制和拥塞控制与算法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交换机的时间信元提

22、早到达信元提早到达 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。T1t1(1-d)信元t22信元2太早了，违约信元3预期在t1T时刻到达51流量控制和拥塞控制与算法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交换机的时间信元到达总结信元到达总结1T2(1-a)t1t2信元信元2在信元1到达T时间后到达T信元3预期在t2T时刻到达1t1(1-b)信元1t1(1-c)信元1t1(1-d)信元2t2信元2到达晚了T信元3预期在t2T时刻到达2T信元3预期在t12T

23、时刻到达t22信元2太早了，违约信元3预期在t1T时刻到达信元2到达早了一点，但可以容忍52流量控制和拥塞控制与算法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交换机的时间信元到达时间在容限内信元到达时间在容限内1T-eLet0t0+T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；53流量控制和拥塞控制与算法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交换机的时间信元到达时间在容限内信元到达时间在容限内123T-eT-eT-eLe2e3et0t0+Tt0+2

24、Tt0+3T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54流量控制和拥塞控制与算法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交换机的时间信元到达时间超过容限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。1234T-eT-eT-eT-eLe2e3et0t0+Tt0+2Tt0+3Tt0+4T违约信元图255流量控制和拥塞控制与算法流量控制和拥塞控制与算法信元违约监控信元违约监控另外，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。T1

25、t1(1-c)信元t22T信元3预期在t12T时刻到达信元2到达早了一点，但可以容忍56流量控制和拥塞控制与算法流量控制和拥塞控制与算法漏桶算法的理解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)。1T-eLet0t0+T57流量控制和拥塞控制与算法流量控制和拥塞控制与算法漏桶算法漏桶算法CDVTPCR第 一 级 漏 桶第 二 级 漏 桶SCRBT+CDVT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

26、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)58流量控制和拥塞控制与算法流量控制和拥塞控制与算法漏桶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）。59流量控制和拥塞控制与算法流量控制和拥塞控制与算法

27、流控参数设置原则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。60u ATM概述u ATM技术的基本概念u ATM协议栈u ATM业务类型u 流量控制和拥塞控制与算法u IPOA协议和RFC1483u ATM信令u IMA协议u ATM网络维护61IPOAIPOA协议和协议和RFC1483RFC1483RFC1483中定义的两种类型的封装：中定义的两种类

28、型的封装：RFC1483R（路由封装）：（路由封装）：描述了ATM AAL5 PDU上携带网际（IP包）业务RFC1483B（桥封装）：（桥封装）：描述了ATM AAL5 PDU上携带网络内部(MAC帧)业务RFC 1483RFC 1483中两种类型的封装中两种类型的封装62IPOAIPOA协议和协议和RFC1483RFC1483RFC 1483RRFC 1483R协议结构协议结构63IPOAIPOA协议和协议和RFC1483RFC1483RFC 1483B RFC 1483B 协议结构协议结构64IPOAIPOA协议和协议和RFC1483RFC1483RFC 1483 AAL5 RFC 14

29、83 AAL5 协议结构协议结构65TCPIPLLC/SNAPAALATMPHYTCP 数据包数据包IP 数据包数据包增加增加 5字节信元头带字节信元头带VPI/VCI和和CLPApp DataTCP HeaderIP HeaderLLCApp DataTCP HeaderIP HeaderApp DataTCP Header汇聚子层汇聚子层 (CS)SARApp DataTCP HeaderIP HeaderLLCQoS +分段到分段到48字节信元中或汇聚到字节信元中或汇聚到PDU中中传输汇聚传输汇聚 (STS, STM, DS)物理介质物理介质 (MMF, SMF, STP, UTP）AT

30、MATM对对TCP/IPTCP/IP数据帧的处理数据帧的处理IPOAIPOA协议和协议和RFC1483RFC148366u ATM概述u ATM技术的基本概念u ATM协议栈u ATM业务类型u 流量控制和拥塞控制与算法u IPOA协议和RFC1483u ATM信令u IMA协议u ATM网络维护67ATMATM网络中的信令接口网络中的信令接口Private UNIPNNIPublic UNIBISUPBISUPBICIATM专网公用ATM网(运营商1)公用ATM网(运营商2)ATMATM信令信令68 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 ）ATMATM信令信令UNI （User Network Interface）信令）信令69 Public UNI： 用于ATM用户设备与公用ATM网络