ATM网络结构实用教案

1、1异步传输异步传输(chun sh)模式模式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(bijng) 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 第1页/共29页第一页，共30页。210.1 ATM技术(jsh)概述10.1.1 ATM的由来的由来20世纪世纪70年代出现的年代出现的ISDN（Integrated Services Digital Network）是综合服务数字网）是综合服务数字网 2

2、0世纪世纪80年代以来，跨越广域网实现年代以来，跨越广域网实现LAN的互联越来越多。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、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，对带宽视频会议、图像传输等通信业务需求迅速增加，对带宽( d i k u n ) 的 需 求 也 越 来 越 高 。 结 果 是的 需 求 也 越 来 越 高 。 结 果 是 B - I S D N (Broadband-ISDN, 宽带综合业务数字网宽带综合业务数字网) 标准的问世。标准的问世。 ATM是支持是支持B-ISDN服务的一种交换技术。服务

3、的一种交换技术。第2页/共29页第二页，共30页。310.1 ATM技术(jsh)概述10.1.1 ATM的由来的由来异步传输模式异步传输模式ATM (Asynchronous Transfer Mode) 是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。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，它通过建立虚电路来进行数据传输。是面向连接的，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，称作采用固定长度的数据包，称作(chn zu)信元。信元。ATM采用统计时分复用的方式来进行数据传输。统计复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

4、各种业务的统计特性，在保证业务质量要求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。到最佳的资源利用率。第3页/共29页第三页，共30页。410.1 ATM技术(jsh)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。的物理基础目前主要是采用标淮的光纤传输网络。SONET和和SDH是以光缆作为传输媒体的数字传输速率标是以光缆作为传输媒体的数字传输速率标准。美国首先在准。美国首先在1988年推

5、出了标准同步光纤网年推出了标准同步光纤网SONET (Synchronous Optical Network)，为光纤传输系统定，为光纤传输系统定义了线路义了线路(xinl)速率的等级结构，其传输速率以速率的等级结构，其传输速率以51.84Mb/s为基础，大约对应于为基础，大约对应于T3E3的传输速率。的传输速率。ITU-T以美国标准以美国标准SONET为基础，制订出国际标准同步为基础，制订出国际标准同步数字系列数字系列SDH (Synchronous Digital Hierarchy)，即，即1988年通过的年通过的G.707709等三个建议书。等三个建议书。SDH/SONET定义了标准光

6、信号，规定了波长为定义了标准光信号，规定了波长为1310nm和和1550nm的激光源。在物理层为宽带接口并使用了帧的激光源。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。帧结构。第4页/共29页第四页，共30页。510.2 ATM的基本原理10.2.1 ATM网络的构成ATM网络是网状拓扑结构，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(nnggu)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。第5页/共29页第五页，

7、共30页。610.2 ATM的基本原理10.2.1 ATM网络(wnglu)的构成第6页/共29页第六页，共30页。710.2 ATM的基本原理10.2.1 ATM网络的构成用户(yngh)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 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。第7页/共29页第七页，共30页。810.2 ATM的基本原理10.2.2 ATM的体系结构的体系结构ITU-T制定的制定的ATM参考模型借鉴了参考模型借鉴了I

8、SO的的OSI参考模型，参考模型，但同时引入了但同时引入了“平面平面”的概念。为了便于理解，我们暂的概念。为了便于理解，我们暂时略去时略去(l q)“平面平面”的问题，先给出的问题，先给出ATM的分层结的分层结构，如图。构，如图。 第8页/共29页第八页，共30页。910.2 ATM的基本原理10.2.3 ATM适配层适配层AALATM适配层记为适配层记为AAL (ATM Adaptation Layer)，其作，其作用是增强用是增强ATM层所提供的服务功能，并向上面高层提供层所提供的服务功能，并向上面高层提供各种不同的服务。各种不同的服务。AAL的主要功能是：的主要功能是： 将用户的应用将用

9、户的应用(yngyng)数据单元数据单元ADU划分为信元或划分为信元或将信元重装成为应用将信元重装成为应用(yngyng)数据单元数据单元ADU； 对比特差错进行监控和处理；对比特差错进行监控和处理； 处理丢失和错误交付的信元；处理丢失和错误交付的信元； 流量控制和定时控制。流量控制和定时控制。第9页/共29页第九页，共30页。1010.2 ATM的基本原理10.2.3 ATM适配层适配层AAL为实现上的方便，为实现上的方便，AAL层又划分为两个子层，即层又划分为两个子层，即CS子层和子层和SAR子层。子层。汇聚子层汇聚子层CS (Convergence Sublayer) 使使ATM系统系统

10、可以对不同的应用可以对不同的应用(如文件传送、点播视像等如文件传送、点播视像等)提供不提供不同的服务。每一个同的服务。每一个AAL用户用户(yngh)通过服务访问点通过服务访问点SAP (即应用程序的地址即应用程序的地址)接入到接入到AAL层。在层。在CS子层子层形成的协议数据单元叫做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) 在在发送时，将发送时，将CS子层传下来的协议数据单元子层传下来的协议数据单元CS-PDU划划分成为长度为分成为长度为48字节的单元，交给字节的单元，交给ATM层作为信元的层作为信元的净负荷。在接

11、收时，净负荷。在接收时，SAR子层进行相反的操作，将子层进行相反的操作，将ATM层交上来的层交上来的48字节长的净负荷装配成字节长的净负荷装配成CS-PDU。这样，这样，SAR子层就使得子层就使得ATM层与上面的应用无关。层与上面的应用无关。第10页/共29页第十页，共30页。1110.2 ATM的基本原理AAL子层协议数据(shj)单元 第11页/共29页第十一页，共30页。1210.2 ATM的基本原理10.2.4 ATM层ATM层主要完成交换和复用功能。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(fw)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

12、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。第12页/共29页第十二页，共30页。1310.2 ATM的基本原理10.2.4 ATM层层1ATM信元信元第13页/共29页第十三页，共30页。1410.2 ATM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 Indicator)字段字段 CLP(Cell Loss Priority)字段字段 HEC(Header Error Control)字段字段 第14页/共29页第十

13、四页，共30页。1510.2 ATM的基本原理10.2.4 ATM层1ATM信元VPI/VCI（Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier）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(lin )或两个(lin )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VPI。 第15页/共29页第十五页，共30页。1610.2 ATM的基本原理10.2.4 ATM层2ATM交换(jiohun)第16页/共29页第十六页，共30页。171

14、0.2 ATM的基本原理10.2.4 ATM层2ATM交换(jiohun)第17页/共29页第十七页，共30页。1810.2 ATM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物理层又分为与媒体有关(yugun)的物理媒体的物理媒体子层子层 PMD (Physical Medium Dependent) 和传输汇和传输汇聚子层聚子层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及负责比特在物理媒体上的正确传输。接收比特以及负责比特在物理媒体上的正确传输。T

15、C子层的作用是为其上的子层的作用是为其上的ATM层提供一个统一的接层提供一个统一的接口。在发送方，它从口。在发送方，它从ATM层接收信元，组装成特定的层接收信元，组装成特定的形式形式 (如信元、如信元、SONET数据帧、数据帧、FDDI数据帧等数据帧等) 以使以使其在物理媒体子层上传输。在接收方，其在物理媒体子层上传输。在接收方，TC从来自从来自PMD子层的比特或字节流中提取信元，验证信元头，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并将有效信元传递给ATM层层 第18页/共29页第十八页，共30页。1910.2 ATM的基本原理10.2.5 ATM物理层物理层TC子层具有子

16、层具有OSI模型中数据链路层的功能，主要功能如模型中数据链路层的功能，主要功能如下：下：信元头验证：每个信元中包含信元头验证：每个信元中包含5个字节的头部。信元头个字节的头部。信元头中的最后一个字节，也就是中的最后一个字节，也就是HEC字段，其功能是进行信字段，其功能是进行信元头的差错控制。信元有效负载中的传输错误由高层控元头的差错控制。信元有效负载中的传输错误由高层控制。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子层的另一个重要作用是为传输媒体子层生成帧格式。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。在基于信元的传输方式中，传输帧中刚好含有一个信

17、元。信元被连续地传输、不存在任何信元被连续地传输、不存在任何(rnh)规则的时间帧规则的时间帧同步。同步。在基于在基于SONET、FDDI、T1、T3等传输帧的传输方式中，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。界由信元划分功能决定。 第19页/共29页第十九页，共30页。2010.2 ATM的基本原理10.2.5 ATM物理层物理层信元定界信元定界(dn ji)：在接收端，：在接收端，TC子层接收输

18、入的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，抛弃比持流，对信元的边界进行定位，验证信元头，抛弃错误的信元，对错误的信元，对OAM信元进行处理，将数据信元传送信元进行处理，将数据信元传送给给ATM层。在这个过程中，最复杂的过程就是信元定层。在这个过程中，最复杂的过程就是信元定界界(dn ji)。在。在TC子层，使用有限状态机来完成信子层，使用有限状态机来完成信元定界元定界(dn ji)。次连续的不正确(zhngqu)HEC次连续正确的HEC第20页/共29页第二十页，共30页。2110.3 ATM10.3 ATM的连接的连接(linji)(linji)管理管理 10.3.1 AT

19、M参考模型参考模型ITU-T制定的制定的ATM参考模型不但具有层次结构，还具有参考模型不但具有层次结构，还具有平面平面(pngmin)的概念，是一个立体的体系结构的概念，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、用来传送用户数据、流量控制、差错控制和其他用户功能差错控制和其他用户功能(gngnng)(gngnng)信息；信息； 控制平面控制平面 处理为建立和释放连接所需的信处理为建立和释放连接所需的信令；令； 管理平面管理平面 提供层管理和平面管理两种不

20、同提供层管理和平面管理两种不同的功能的功能(gngnng) (gngnng) ；第21页/共29页第二十一页，共30页。2210.3 ATM10.3 ATM的连接的连接(linji)(linji)管管理理 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。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。站点的地址。由由ATM论坛根据开放系统互连论坛根据开放系统互连OSI的网络服务访问点的网络服务访问点NSAP (Network Service Access Point)

21、格式定义了格式定义了ATM专用专用UNI的的ATM地址。它采用地址。它采用20个字节。个字节。ATM地址包括三个部分：地址包括三个部分： AFI (Authority and Format Identifier)字段字段授权授权和格式标识符，用于指出起始域和格式标识符，用于指出起始域 标识符标识符(IDI)的类型的类型和格式，指明地址命名方式；和格式，指明地址命名方式；IDI (Initial Domain Identifier) 字段字段起始域标识起始域标识符，指明地址的位置符，指明地址的位置(wi zhi)和管理权限；和管理权限；DSP (Domain Specific Part) 字段字

22、段域特定部分，域特定部分，指明专用网指明专用网UNI的识别信息。的识别信息。第22页/共29页第二十二页，共30页。2310.3 ATM10.3 ATM的连接的连接(linji)(linji)管理管理 10.3.2 ATM地址地址(dzh)AFIDCC HO-DSP ESISELAFIICD HO-DSP ESISELAFI E.164 HO-DSP ESISEL 字节(z ji) 1 2106 1 字节 1 2106 1 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 第23页/共29页第二十三页，共30页。241

23、0.3 ATM10.3 ATM的连接的连接(linji)(linji)管管理理 10.3.3 ATM虚连接虚连接(linji)机制机制 SETUPSETUPSETUPCALLPROCEEDINGCALLPROCEEDINGCALLPROCEEDINGCONNECTCONNECTCONNECTACKACKACKRELEASERELEASECOMPLETE连接建立连接释放时间RELEASECOMPLETERELEASE交换机X交换机YUNIATM网络NNINNIUNIABRELEASERELEASECOMPLETE第24页/共29页第二十四页，共30页。25 源站点通过缺省虚连接 (通常为VPI=

24、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(b zi)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 (Conn

25、ect 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 Complete确认。 Release到达目的站点后，虚连接将被拆除。10.3 ATM10.3 ATM的连接的连接(linji)(linji)管理管理 10.3.3 ATM虚连接虚连接(linji)机制机制 第25页/共29页第二十五页，共30页。2610.4 IP Over