数据通信与计算机网络异步传输模式ATM

1、数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 1数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 2*第第10章章 异步传输模式异步传输模式ATM本章主要介绍ATM的基本概念、ATM协议及工作原理，并对ATM的参考模型及各层次的功能予以描述，对于IP与ATM的结合问题也予以涉及。通过本章学习，重点了解以下内容： 了解ATM技术的产生背景 了解ATM的基本概念 理解ATM协议的参考模型及各层次功能 了解ATM与IP的结合 数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 310.1 ATM技术概述技术概述10.1.1 ATM的由来的由来20世纪70年代出现的ISDN（Integrated Services Digital

2、 Network）是综合服务数字网 20世纪80年代以来，跨越广域网实现LAN的互联越来越多。同时随着多媒体技术的出现，人们对可视图文、视频电话、视频会议、图像传输等通信业务需求迅速增加，对带宽的需求也越来越高。结果是B-ISDN (Broadband-ISDN, 宽带综合业务数字网) 标准的问世。 ATM是支持B-ISDN服务的一种交换技术。数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 410.1 ATM技术概述技术概述10.1.1 ATM的由来的由来异步传输模式ATM (Asynchronous Transfer Mode) 是建立在电路交换和分组交换基础上的一种新的交换技术。ATM是面向连接的

3、，它通过建立虚电路来进行数据传输。ATM采用固定长度的数据包，称作信元。ATM采用统计时分复用的方式来进行数据传输。统计复用就是根据各种业务的统计特性，在保证业务质量要求的情况下，在各个业务之间动态地分配网络带宽，以达到最佳的资源利用率。数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 510.1 ATM技术概述技术概述10.1.2 同步光纤网络同步光纤网络SONET和同步数字系列和同步数字系列SDHATM的物理基础目前主要是采用标淮的光纤传输网络。SONET和SDH是以光缆作为传输媒体的数字传输速率标准。美国首先在1988年推出了标准同步光纤网SONET (Synchronous Optical Ne

4、twork)，为光纤传输系统定义了线路速率的等级结构，其传输速率以51.84Mb/s为基础，大约对应于T3E3的传输速率。ITU-T以美国标准SONET为基础，制订出国际标准同步数字系列SDH (Synchronous Digital Hierarchy)，即1988年通过的G.707709等三个建议书。SDH/SONET定义了标准光信号，规定了波长为1310nm和1550nm的激光源。在物理层为宽带接口并使用了帧技术以传递信息，为数字信号的复用和操作过程定义了帧结构。数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 610.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.1 ATM网络的构成网络的构成ATM网

5、络是网状拓扑结构，包括两种网络元素，即ATM端点和ATM交换机。ATM端点就是在网络中能够产生或接收信元的源站或目的站。ATM端点与ATM交换机相连。ATM交换机与ATM交换机相连，构成ATM网络。数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 710.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.1 ATM网络的构成网络的构成数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 810.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.1 ATM网络的构成网络的构成用户网络接口UNI(User-Network Interface) 这是ATM端点与它们所连接的ATM交换机之间的接口。网络结点接口NNI(Network-Node

6、Interface) 这是在ATM网络中两个ATM交换机之间或两个ATM网络之间的接口。数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 910.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.2 ATM的体系结构的体系结构ITU-T制定的ATM参考模型借鉴了ISO的OSI参考模型，但同时引入了“平面”的概念。为了便于理解，我们暂时略去“平面”的问题，先给出ATM的分层结构，如图。 数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 1010.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.3 ATM适配层适配层AALATM适配层记为AAL (ATM Adaptation Layer)，其作用是增强ATM层所提供的服务功能，并向上

7、面高层提供各种不同的服务。AAL的主要功能是： 将用户的应用数据单元ADU划分为信元或将信元重装成为应用数据单元ADU； 对比特差错进行监控和处理； 处理丢失和错误交付的信元； 流量控制和定时控制。数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 1110.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.3 ATM适配层适配层AAL为实现上的方便，AAL层又划分为两个子层，即CS子层和SAR子层。汇聚子层汇聚子层CS (Convergence Sublayer) 使ATM系统可以对不同的应用(如文件传送、点播视像等)提供不同的服务。每一个AAL用户通过服务访问点SAP (即应用程序的地址)接入到AAL层。在CS

8、子层形成的协议数据单元叫做CS-PDU。拆装子层拆装子层SAR (Segmentation And Reassembly) 在发送时，将CS子层传下来的协议数据单元CS-PDU划分成为长度为48字节的单元，交给ATM层作为信元的净负荷。在接收时，SAR子层进行相反的操作，将ATM层交上来的48字节长的净负荷装配成CS-PDU。这样，SAR子层就使得ATM层与上面的应用无关。数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 1210.2 ATM的基本原理的基本原理AAL子层协议数据单元 数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 1310.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM层层ATM层主要完成

9、交换和复用功能。在ATM层构成53字节的信元并实现网络传输。 ATM层提供的基本服务是完成ATM网上用户和设备之间的信息传输。其功能主要有：信元头生成和去除、一般流量控制、连接的分配和取消、信元复用和交换、网络阻塞控制、汇集信元到物理接口以及从物理接口分检信元等。数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 1410.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM层层1ATM信元信元数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 1510.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM层层1ATM信元信元GFC（Generic Flow Control）字段）字段 PTI(Payload Type

10、Indicator)字段字段 CLP(Cell Loss Priority)字段字段 HEC(Header Error Control)字段字段 数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 1610.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM层层1ATM信元信元VPI/VCI（Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier）字段：）字段：VPI称作虚通道标识符，VCI称作虚通路标识符。一个虚通路VC是在两个或两个以上的地点之间的一个运送ATM信元的通信通路；一个虚通道VP是一组具有相同端点的虚通路，而这一组虚通路使用同一个虚通道标识符V

11、PI。 数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 1710.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM层层2ATM交换交换数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 1810.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM层层2ATM交换交换数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 1910.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.5 ATM物理层物理层ATM物理层又分为与媒体有关的物理媒体子层 PMD (Physical Medium Dependent) 和传输汇聚子层TC (Transmission Convergence)。PMD子层的作用是在适当的物理媒体上正确地发送和接收比特以

12、及负责比特在物理媒体上的正确传输。TC子层的作用是为其上的ATM层提供一个统一的接口。在发送方，它从ATM层接收信元，组装成特定的形式 (如信元、SONET数据帧、FDDI数据帧等) 以使其在物理媒体子层上传输。在接收方，TC从来自PMD子层的比特或字节流中提取信元，验证信元头，并将有效信元传递给ATM层 数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 2010.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.5 ATM物理层物理层TC子层具有OSI模型中数据链路层的功能，主要功能如下：信元头验证：信元头验证：每个信元中包含5个字节的头部。信元头中的最后一个字节，也就是HEC字段，其功能是进行信元头的差错控制

13、。信元有效负载中的传输错误由高层控制。传输帧适配传输帧适配：TC子层的另一个重要作用是为传输媒体子层生成帧格式。在基于信元的传输方式中，传输帧中刚好含有一个信元。信元被连续地传输、不存在任何规则的时间帧同步。在基于SONET、FDDI、T1、T3等传输帧的传输方式中，传输帧的有效负载不是信元大小的整数倍，信元被嵌在传输帧的有效负载内，信元边界没有固定位置，信元边界由信元划分功能决定。 数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 2110.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.5 ATM物理层物理层信元定界：信元定界：在接收端，TC子层接收输入的比持流，对信元的边界进行定位，验证信元头，抛弃错误的

14、信元，对OAM信元进行处理，将数据信元传送给ATM层。在这个过程中，最复杂的过程就是信元定界。在TC子层，使用有限状态机来完成信元定界。次连续的不正确HEC次连续正确的HEC数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 2210.3 ATM10.3 ATM的连接管理的连接管理 10.3.1 ATM参考模型参考模型ITU-T制定的ATM参考模型不但具有层次结构，还具有平面的概念，是一个立体的体系结构 高 层 高 层管理平面ATM适配层（AAL）CSSAR ATM 层物理层TCPMD控制平面 用户平面 层管理平面管理用户平面用户平面 用来传送用户数据、流量控制、差错控制和其他用户功能信息； 控制平面控制

15、平面 处理为建立和释放连接所需的信令； 管理平面管理平面 提供层管理和平面管理两种不同的功能 ；数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 2310.3 ATM10.3 ATM的连接管理的连接管理 10.3.2 ATM地址地址ATM是面向连接的，通信之前需要首先建立虚电路。虚连接建立时，源站点需要指明需要建立连接的目的站点的地址。由ATM论坛根据开放系统互连OSI的网络服务访问点NSAP (Network Service Access Point) 格式定义了ATM专用UNI的ATM地址。它采用20个字节。ATM地址包括三个部分： AFI (Authority and Format Identif

16、ier)字段授权和格式标识符，用于指出起始域 标识符(IDI)的类型和格式，指明地址命名方式；IDI (Initial Domain Identifier) 字段起始域标识符，指明地址的位置和管理权限；DSP (Domain Specific Part) 字段域特定部分，指明专用网UNI的识别信息。数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 2410.3 ATM10.3 ATM的连接管理的连接管理 10.3.2 ATM地址地址AFIDCC HO-DSP ESISELAFIICD HO-DSP ESISELAFI E.164 HO-DSP ESISEL 字节 1 2106 1 字节 1 2106 1

17、 字节 1 8 4 61 DCC格式的ATM地址 ICD格式的ATM地址 E.164 格式的ATM地址 IDI IDI IDI 数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 2510.3 ATM10.3 ATM的连接管理的连接管理 10.3.3 ATM虚连接机制虚连接机制 SETUPSETUPSETUPCALLPROCEEDINGCALLPROCEEDINGCALLPROCEEDINGCONNECTCONNECTCONNECTACKACKACKRELEASERELEASECOMPLETE连接建立连接释放时间RELEASECOMPLETERELEASE交换机X交换机YUNIATM网络NNINNIUNI

18、ABRELEASERELEASECOMPLETE数据通信与计算机网络异步传输模式ATM 26 源站点通过缺省虚连接 (通常为VPI=5，VCI=0) 向目的站点发出连接建立 (Setup) 请求。该请求中包含源站点ATM地址、目的站点ATM地址、传输特性以及QoS参数等。 网络向要求建立连接的源站点回送呼叫确认 (Call Proceeding)，表明呼叫建立已启动。并不再接收呼叫建立信息。 Setup沿网络向目的地站点传播。在传播的每步，目的都会返回Call Proceeding 确认。 目的站点接收到连接建立请求后，若连接条件满足，则返回连接(Connect)，表明接受呼叫。然后，网络用连接 (Connect) 响应源站点，源站点被接受。 在Connect返回源站点过程中，每一步均会产生连接确认 (Connect Ack)，最后源站点用连接确认 (Connect Ack) 响应网络。当数据传输完成后，虚连接要被拆除。虚连接拆除的过程如图10-11的下部。 要求拆除虚连接的源站点向网络发出拆除虚连接 (Release) 请求，相邻的交换机接到该消息后，向源站点返回Release Complete。 Release沿ATM网络向目的站点传播。在网络中传播的每一步，都会得到Release Com