高级计算机网络(六)

高级计算机网络

第三章ATM技术

史忠植

中国科学院计算技术研究所

2010-8-27史忠植高级计算机网络1

为家奏要

3.1ATM技术概述

3.2ATM的协议体系结构

3.3ATM的逻辑连接

3.4ATM的信元

3.5ATM的服务类别

3.6ATM的服务质量QoS

3.7ATM局域网

2010-8-27史忠植高级计算机网络2

3.1ATM技术机述

ATM是英文^Asynchronous步传

输方式）的缩写。这里的“异步”与PCMODEM通信中使用

的术语“异步”不是一回事。在ATM中“异步”是指ATM取

得它的非通道化带宽分配的方法。当术语同步和异步用于

传输方式时，是指多路复用的方案：把来自许多发送源的

交通量混合在一起，输出到同一物理网络通路上。在同步

传输方式中，每个发送源被分配一个基于位置的固定带宽

在频分复用（FDM）中是频段，在时分复用（TDM）中是时

间槽。ATM则根本不是基于在数据流中的位置，而是用一

个头来标志它是谁的交通量以及它前往何处。异步表明

ATM的数据包可能出现的时间是不规则的，这种不规则的

时间邳嗽于应用程序的性质学计而附是传输系统的成帧结构

转送方式(TransferMode)概念

•传输：信息在物理媒体上的传送k

•复用：多个信息流共用一条信道

•交换：在多个信息流汇集的中心点上，

选择各个信息流的出向。

•参考书目:ITU-TI系列建议:B-ISDN

2010-8-27史忠植高级计算机网络4

传输(Transmission)

•媒质和信息传送方法:

-光纤

-电缆

-卫星

-微波/无线电波

•技术指标：

-误码率、速率、时延

2010-8-27史忠植高级计算机网络5

复用(Multiplex)

•同步时分复用

•分组时分复用

•异步时分复用

2010-8-27史忠植高级计算机网络6

同步时分复用(Synchronous

TimeMultiplex)

•定义帧和时隙

­等分信道

•仅凭时间轴上的位置就足以区分出各个信

道

•参考书目：复接技术、SDH

t______1卜

0aEaaE00

2010-8-27史忠植高级计算机网络7

分组时分复用

•封装

•报头

•参考书目：分组交换、Internet、TCP/IP

12321

2010-8-27史忠植高级计算机网络8

同步时分交换

・电路交换

•同步时分交换

•数字逻辑电路实现

2010-8-27史忠植高级计算机网络9

分组交换

・基于计算机的交换

・存储转发

2010-8-27史忠植高级计算机网络10

比较

•时延

­线路利用率

・用途：话音和数据

2010-8-27史忠植高级计算机网络11

80年代的想法:ATM的初衷

•综合两种转送方式

•综合提供两种业务

•后来发生了许多变化

2010-8-27史忠植高级计算机网络12

ATM历史

••1980：窄带ISDN被采用

••80年代早期：快速分组交换的研究

•・80年代中期：B-ISDN研究小组成立

•-1986：ATM被选作B-ISDN的方法

•・1989年6月：48+5选定（64+5对32+4）

••1991年10月：ATM论坛成立

••1992年7月：ATM论坛发布UNIv2

•1993：UNIv3

•・近来：PNNI-1,UNI4.0

2010-8-27史忠植高级计算机网络13

STM

■STM使用时分复用(TDM)

STMusesTimeDivisionMultiplexing(TDM).

■TDM中，时间分成时间片，固定数目的时间片k个分成一组构

成一帧。帧按时间重复。

InTDM,timeisdividedintoslots,butafixedno.of

slots,sayk,aregroupedtogethertoformaframe,which

repeatsintime.

■对应于特定信道的时间片在帧中的相对位置固定。整个系统包

括k个带宽相同的信道。

Alltheslotsthatarelocatedatthesamerelative

positionineachframebelongtoaparticularchannel.The

totalsystemconsistsofkchannelsofequalbandwidth.

2010-8-27史忠植高级计算机网络14

STM

■用户被预先指定了传输的时间片

Eachuserisallocatedpreassignedtimeslotsfor

transmissionirrespectivewhetherthedataisreadyto

sendornot.

■同一连接可以和多个TDM信道联系。这形成了多速率电路交换

网络。

MorethanoneTDMchannelcanbeassociatedwiththesame

connection.Thiscreatesamulti-ratecircuitswitched

network.

■STM有所有电路交换的低效之处。

STMhasalltheinefficienciesassociatedwithcircuit

switching.

―2010-8-27史忠植高级计算机网络15

ATM

­■基于交换的点对点结构

Switchedpoint-to-pointarchitecture

■分组交换

PacketSwitching

■快速分组交换

FastPacketSwitching

■基于硬件的交换设计

Hardwarebasedswitchdesign

■固定大小的小包

Fixedsizeshortpackets

010-8-27史忠植高级计算机网络16

ATM

•■面向连接的范例

Connection-orientedparadigm

■没有链接对链接的流控和差错控制

Nolink-by-linkflowanderrorcontrol

•■资源预定和呼叫录入控制

ResourceReservationandCallAdmissionControl

­■异步时分复用

AsynchronousTimeDivisionMultiplexing

2010-8-27史忠植高级计算机网络17

ATM

•■面向连接的范例

Connection-orientedparadigm

■没有链接对链接的流控和差错控制

Nolink-by-linkflowanderrorcontrol

•■资源预定和呼叫录入控制

ResourceReservationandCallAdmissionControl

­■异步时分复用

AsynchronousTimeDivisionMultiplexing

2010-8-27史忠植高级计算机网络18

3.2ATM的协议体系结构

2010-8-27史忠植高级计算机网络19

3.2ATM的协议体系结构

0用户平面Userplane(U-plane):提供用户信息的

传送，同时传送相关的控制信息(如流量控制，差错控制

)O

控制平面Controlplane(C-plane):用于建立网

络连接并管理这些连接，同时还包括释放连接。

管理平面Managementplane(M-plane):包括两

个功能，层管理和面管理。面管理没有层结构，它执行与

系统整体相关的管理功能和提供在所有平面之间的协调；

层管理用来管理层中的实体，并执行0AM业务(operation

,administrationandmanagement)。

2010-8-27史忠植高级计算机网络20

ATM协议

物理层

ATM层

AAL层

控制平面

管理平面

用户平面

2010-8-27史忠植高级计算机网络21

物理层

ATM的物理层可以用SONET或SDH作

载体，它也可以用其它的承载技术，

就像DS3,E3或者FDDI.

2010-8-27史忠植高级计算机网络22

物理层

AAL

ATM

DS3DS1FDDIUTPUTPUTP

SDH/S((STP(((Wireles

ONET45Mbit/1.544M(12.96M12.96M25.96Ms

(s)bit/s)155Mbit/s)bit/s)bit/s)

55Mbit/bit/s)

s)

PHY/P

MD

lOOMbit/s

)

2010-8-27史忠植高级计算机网络23

物理层

•在各种物理或逻辑线路上传送ATM信元

的方法

•直接方法、SDH、PDH、无线、xDSL

•不同的媒体性质导致不同的物理层协议

2010-8-27史忠植高级计算机网络24

SDH

•STM-O、STM-1、STM-4>STM-16

•级连的和非级连的

•传送SDH帧头的要求

•同步

•OAM

­为什么不直接用光纤:

-复用

-OAM

2010-8-27史忠植高级计算机网络26

2010-8-27史忠植高级计算机网络27

反复用(InverseMultiplex)

•需求，口.

•问题：排序

•问题：部分损坏

2010-8-27史忠植高级计算机网络28

•失步

­准同步

•同步

2010-8-27史忠植高级计算机网络29

ATM层

•无反馈重发

•不保证无误码

•无序号

•保证顺序

・虚电路：VP和VC

・类型：PTI

2010-8-27史忠植高级计算机网络30

面向连接

•用户名

・主机物理端口地址

・网络物理端口地址

•连接符

-路由

-分段的路由

2010-8-27史忠植高级计算机网络31

ATM适配层

ATM适配层记为AAL(ATMAdaptationLayer),

它是依赖服务的。为了支持不直接基于ATM

的信息传输协议，需要在ATM之上使用一个

适配层。AAL将高层信息映射到ATM信元中,

以便将其通过ATM网络运输，然后再将这些

信息从ATM信元中取出提交给高层。

2010-8-27史忠植高级计算机网络32

AAL月艮务

•传输差错处理

­分段和重装，以便使较大的数据块在ATM信

源信息字段上被承载。

・处理丢失和错误插入的信元

•流量控制和定时控制

2010-8-27史忠植高级计算机网络33

服务种类

A类C类

源端和目的端之间需要不需要

的定时关系

比特率恒定可变

连接方式面向连接无连接I

AAL协议类型2类型3/4

I

类型5

2010-8-27史忠植高级计算机网络34

AAL协议

为了支持不同的服务类别，在AAL级上已经定义了一

整套协议。AAL层被组织成两个逻辑子层：汇聚子层CS

(ConvergenceSublayer)和拆装子层SAR(

SegmentationandReassembly)。汇聚子层提供支持特定

AAL应用所需的功能。每一个AAL用户通过服务访问点(

SAP)连到AAL。SAP就是应用进程的地址。因此这个子

层是依赖于服务的。

SAR子层负责把从CS处接受到的信息打包成信元传

输，并在另一个端系统将信息解包。

2010-8-27史忠植高级计算机网络35

AAL1

•电路仿真(CE)

•信元丢失的处理:

-序号

-时钟同步

2010-8-27史忠植高级计算机网络36

AAL协议

提供的服务总体功能SAR的功能CS的功能

类型1・用恒定比特率(CBR)传•分拆与重装•在CS-PDU和・处理信元时延

送SDU・处理信元时延变化SAR-PDU之间映变化

・传送源端和目的端之间的•处理信元负荷装配时延射•处理丢失和误

结构信息•处理丢失和误差入信元,说明CS功能存在差入信元

•传送源端和目的端之间的•目的端源时钟频率恢复•编号•对某些服务在

定时信息・接收端源数据结构恢复•差错保护目的端恢复时钟

•指示没有被类型1恢复的•监控与处理PCI比特差错频率

丢失或差错信息•监控用户信息的比特差错并做•传送结构信息

出纠正措施•对高质量视像

和声音进行前项

纠错

・报告端到端性

能状况

2010-8-27史忠植高级计算机网络37

AAL协议

类型2•用可变比特率（VBR）传送•分拆与重装尚待研究尚待研究

SDU•处理信元时延变化

・传送源端和目的端之间的定时•处理丢失和误差入信元

信息•目的端源时钟频率恢复

•需示没有被类型2恢复的丢失

•接收端源数据结构恢复

或差错信息•监控与处理首部和尾部比特差错

•监控用户信息的比特差错并做出纠

正措施

2010-8-27史忠植高级计算机网络38

AAL协议

类型3/4・报文模式的服务・分拆与重装•差错检测和处理

•流模式的服务•差错检测•说明缓存分配大

•保证运行■序号一致性小

•不保证运行•复用

2010-8-27史忠植高级计算机网络39

AAL协议

类型5・报文模式的服务•分拆与重装・差错检测和处

•流模式的服务•处理拥塞信息理

•保证运行・处理丢失优先•填充

・不保证运行级信息•处理拥塞信息

•处理丢失优先

级信息

2010-8-27史忠植高级计算机网络40

AAL5

•不等长信息嵌入等长的信元

•连接-非连接

•校验码：错误接收的判断

•效率因素：信头比例，不满的净荷

2010-8-27史忠植高级计算机网络41

3.3ATM的逻辑连接

•由ATM交换机和ATM端节ATMswitch

点构成

ConsistsofATMswitchesandATM

endpoints

■交换机用点到点链路连接端节点

Switchesconnectendpointsviapoint-to-pointlinks

■端节点=计算机，家用终端，路

由器等

Endpoints=computers,hometerminals,routers,etcATM

Endpoints

AnATMnetwork

2010-8-27史忠植高级计算机网络42

3.3ATM的逻辑连接

2010-8-27史忠植高级计算机网络43

接口

•用户网络接口(UNI)••公共UNI,公共NNI

User-networkinterface(UNI)PublicUNI,PublicNNI

■端接点和交换机之间的接口■公共ATM网络的UNI&NNI

Interfacebehveentheendpointandtheswitch.

UNI&NNIforpublicATMnetwork

■处理呼叫建立和相关的功能

Ithandlescallsetup&relatedcontrolfunctions.

•宽带载体间接口(B-ICI)

■网络节点接口(NNI)BroadbandInter-CarrierInterface(B-ICI)

■公共网络间的接口

Network-nodeinterface(NNI)ATM

InterfacebetweenpublicATMnetworks

■2个ATM网络或ATM交换机之间的接口

Interfacebehveen2ATMnehvorksor2ATMswitches.

■处理交换机之间的路由和呼叫控制功能

Ithandlesrouting&callcontrolfunctionsbetweenswitches.

•私有UNL私有NNI(PNNI)

PrivateUNI,PrivateNNI(PNNI)

■私有ATM网络的UNI&NNI

UNI&NNIforprivateATMnetwork

2010-8-27史忠植高级计算机网络44

ATM网络

2010-8-27史忠植高级计算机网络45

虚通路连接vcc

在ATM中的逻辑连接被称为虚通路连接VCCCf卷tual

ChannelConnection)oVCC与X.25中的虚电路或帧中继中

的数据链路连接相似；它是ATM网络中的基本交换单位。

VCC是在两个端用户之间通过网络被建立起来的，由固定

大小的信元组成的可变速率的全工的通信流通过该连接进

行传输。VCC也用在用户网络交换(控制信令)和网络与

网络的交换(网络管理和路由选择)中。

对于ATM,还有另一个处理子层，这个子层与虚通道(

Virtualpath)概念相关。一个虚通道连接VPC(Virtual

PathConnection)是一捆有相同端点的虚通路连接VCC。

这样，流过一条VPC中的所有的全部信元沿着相同的通道

被交换*27史忠植高级计算机网络46

虚通道VPC

虚通道的概念是为了响应高速连网的趋势而提出

来的，在高速连网的情况下，网络控制费用成为

占整个网络开销越来越多的一部分。虚通道技术

有利于节省控制费用，因为它将共享公共通道的

连接捆成一捆通过网络到一个网络用户单元。这

样一来，网络管理动作能够被应用到一个少量的

连接组而代替大量的单个连接。

2010-8-27史忠植高级计算机网络47

使用虚通道的一些优点

•简化了网络体系结构：网络传输功能可分解为与单个逻

辑连接（虚通路）相关的功能和与逻辑连接组相关的功能（虚通

道）。

・网络性能和可靠性增加了：网络处理更少的、聚集起来的

实体O

・降低了处理开销和缩短了连接建立时间：虚通道一旦建立

,剩下的工作就不多了。通过在一条虚通道连接上预留容量以防

后来呼叫的到达，新的虚通路连接可以通过在虚通道连接的端点

执行简单的控制功能来建立；在转接结点中无需进行呼叫处理。

因此，在已有的虚通道中增加新的虚通路涉及的处理很少。

网络服务的增强：虚通道一般用在网络的内部，但端用户也看的

见它。端用户可以定义封闭的用户组或由一组虚通路组成的封闭

网络2010-8-27史忠植高级计算机网络48

使用虚通路来建立呼叫

2010-8-27史忠植高级计算机网络49

操作步骤

■A发送信令消息给交换机X

AsendsasignalingmessagetoswitchX.

■交换机X处理这个消息，并进行呼叫录入控制

SwitchXprocessesitandperformscalladmissioncontrol.

■交换机X通过NNI信令通知其他交换机

SwitchXsignalsotherswitchusingNNIsignaling.

■如此重复，直到抵达交换机Y

ThisrepeatsuntilitreachesswitchY.

■交换机Y通过UNI信令通知B

SwitchYsignalsBusingUNIsignaling.

■B用接受呼叫的信息回答

Breplieswithcallacceptancemessage.

■AB之间的VC建立

VCestablishedbetweenA&B.

2010-8-27史忠植高级计算机网络50

否

虚通路连接特性

服务质量：给一个VCC用户提供用一些参数指明的服务质量QOS。

•交换的合办永久的虚通路连接：一个交换VCC是一个按需建立

的连接，它需要呼叫控制信令来建立和释放。一个半永久VCC的持

续时间较长，它由网络配置或网络管理动作来建立。

,信元序列的完整性：在VCC内传输信元的次序保持不变。

通信量参数协商和使用监管：在一个用户和网络之间，每一个VCC

的通信量参数都可以进行协商。网络监视输入到VCC的信元以便确

保协商好的参数不被违反。

・虚通路标识符被限制在一个VPC内：一个或多个虚通路标识符

,可能无法由VPC的用户使用，但是可以保留给网络使用。

2010-8-27史忠植高级计算机网络51

3.3+ATM信令系统

•用户侧的建立/拆除电路

・控制业务质量的基础

•信令内容

-建立/拆除

-带宽参数

-质量要求

・信令种类

•信令标准

2010-8-27史忠植高级计算机网络52

3.3+ATM信令系统

信令虚电路

SignalingVirtualChannel(SignalingVC)

■信令信息是通过信令虚电路发送。

SignalingmessagesarecarriedinsignalingVC

信令虚电路默认VPI/VCI=0/5

SignalingVChasadefaultVPI/VCI=0/5

■为所有在这个UNI处的信令消息所共用。

ThisissharedbyallsignalingmessagesovertheUNI.

■使用元信令协议建立信令VC。这是当ATM端系统连接到网络时系统配置的一部分。

UsemetasignalingprotocoltosetupthesignalingVC.ThisispartofnetworkconfigurationwhenATMendsystemisconnectedtothe

ATMnetwork.

■信令VC作为一个PVC建立的。

ThesignalingVCissetupasaPVC.

■元信令协议是一种管理协议。

Themetasignalingprotocolisamanagementprotocol.

■信令协议控制该通过该UNI的虚路径和虚电路。

SignalingVCcontrolsVP&VCacrosstheUNI.

2010-8-27史忠植高级计算机网络53

ATMUNI和NNI操作的信令协

议堆栈

UNINNIUNI

B-iSUP0-ISUP

口的91MTP-3MTP0Q.2931iQN931

1

t"SAAL

$AALSAALSAALSAAL1

1

i

1

ATMATMATMATM1A"l

i

PHYPHYPHYPHYPHY

where:

ATUAsynchronoustrantermBe

B-iSUPBeagaMIS州userpart

MTP-5Messagetransferpart(vanalionof8S7MTP-3)

NHINetwod:nodeinleriaoc

PHYPhysicallayer

。缴1VariationoJISDNQ*1

$AAlSiblingATMadaptationlayer

UNIUserretwOiV扪附曲典

2010-8-2754

Broadbandsigning或a*

信令协议模型和SAAL

ServiceSpecific

UNI

ConvergenociSignaling

Sublayer

Protocols

AA.LFunctian

CommonPart

AAJLFuncluxi

ATMUN(signalingprotocollayerniodef

2010-8-27史忠植高级计算机网络55

信令协议模型和SAAL

SAALCPusesAAL5CP

・Q2931(ITU-T)中指定■不提供可靠性

SpecifiedinQ2931(ITU-T)Noreliability

•SAAL支持Q2931•$5©5=服务相关面向连接协议(SSCOP)+服务相关调和

功能

Q2931issupportedbySignalingAALSSCS=ServiceSpecificConnectionOrientedProtocol(SSCOP)

(SAAL)+ServiceSpecificCoordinationFunction(SSCF)

-SAAL=服务相关部分(服务相关集中子层•SSCOP(Q2110)是一种通过出错重发实现的可靠协议

(SSCS))+公共部分(CP)O

SAAL=ServiceSpecificPart(ServiceSpecificSSCOP(Q2110)isareliableprotocolprovidingerrorrecoveryvia

Convergenceretransmission.

Sublayer(SSCS))+CommonPart(CP)

•SSCF(Q2130)将Q2931消息映射成SSCOP形式。

SSCF(Q2130)mapsQ2931messagesintotheSSCOP.

•SAALCP使用AAL5cp

2010-8-27史忠植高级计算机网络56

SAALStructure&Process

ATMSngTudSlgMjirtJ

Appl»otf»ai|Q

Service

Spccil沁

Fvrations

1SSCOP

C？-AAUJJCT-AAU»

一•'J-■i—___

MMUycr

PTUI»G4Jt<*^r

SMLStructure

Uszrdkra

Q«Mzi

eyessubiiyct|e^J“[s^l盟Im4ZPO5PDU

、2Mu2t«u4blsMbit

2010-8-275AAlProcess57

Q.2931信令消息格式

・协议分隔符(1字节)

ProtocolDiscriminator(1octet)•消息长度(2字节)

■协议类型MessageLength(2octets)

Typesofprotocoleg.Q.2931,X.25,etc■消息长度

Lengthofmessage

•呼叫索引(4字节)

CallReference(4octets)・信息元素(可变长度)

■局部呼叫标识，由呼叫端机分配InformationElements(IES)(variablelength)

Localidentifierofthecall,assignedbycallingendstation■根据消息类型而变

RequireddependentonMessageType

•消息类型(2字节)

MessageType(2octets)

■消息类型，例如：建立，连接，拆除等

Typeofmessageeg.setup,connect,release,etc

2010-8-27史忠植高级计算机网络58

信息元素

・AAL参数

AALParameters(4-21octets)

■AAL类型和参数

AALtypeanditsparameters

•ATM业务流描述符

ATMTrafficDescriptor(12-30octets)•宽带高层信息

■业务描述

BroadbandHigherLayerInformation

Trafficdescriptor

(4-13octets)

■该信息透明的在网络中传输，被接受方

•宽带承载能力用来检测兼容性

BroadbandBearerCapability(6-7Thisinformationistransferredtransparentlyacross

octets)thenetwork&isusedforcompatibilitycheckingby

■服务级别：A,C,Xreceiver.

Classofservice:A,C,X

■业务流类型：UBR,CBR,VBR

Traffictype:UBR,CBR,VBR

■计舟：端到端

Timing:end-to-end

■修剪：是或否

Clipping:YesorNo

■连接：点到点；点到多点

视时蒯,史忠植高级计算机网络

Conneo-point,Point-to-multipoint59

信息元素

■宽带低层信息

BroadbandLowerLayerInformation(4-17

octets)・连接标识

■低层兼容性检测ConnectionIdentifier(9octets)

Lowerlayercompatibilitychecking■和该呼叫相关的VPI和VCI

■网络必须能够支持VPCI&VCIvaluesassociatedwiththecall

Mandatoryfornetworktosupport

・被呼叫方序号•服务质量参数

CalledPartyNumber(<25octets)QoSParameters(6octets)

■目标地址■每个方向的连接服务质量参数

QoSclassforeachdirectionofconnection

Destinationaddress(mandatory)

・被呼叫方子地址

CalledPartySubaddress(4-25octets)

■用于私有网络

Destinationsubaddressfbrprivatenetwork

2010-8-27史忠植高级计算机网络60

信令消息类型

■呼叫建立

Callestablishment

■启动-初始化呼叫二

SETUP-Initiatethecall

■呼叫处理-呼叫启动开始

CALLPROCEEDING-Callsetuphasbegun

■连接-呼叫已经接受

CONNECT-Callhasbeenaccepted

■连接确认-呼叫确认

CONNECTACKNOWLEDGE-Callacknowledged

・呼叫清除

Callclearing

■拆除-初始化清除过程

RELEASE-Initiatecallclearing

■拆除完成