《ATM传输技术》课件

ATM传输技术异步传输模式(ATM)是一种用于高带宽、低延迟网络的通信协议。ATM使用固定大小的单元(称为单元)来传输数据，这些单元通过网络以恒定的速率发送。ATM技术概述ATM技术是一种基于异步传输模式的网络技术。它通过使用固定长度的单元格传输数据，并在网络中使用高带宽、低延迟的传输通道，从而可以实现高速数据传输。ATM技术主要应用于宽带网络中，例如互联网、视频会议、远程教育等。ATM技术的主要优势在于其高速数据传输能力和低延迟。ATM技术也能够有效地支持各种不同的网络应用，例如语音、视频、数据等。ATM协议结构ATM协议层级ATM协议由多个层级组成，包括物理层、ATM层、AAL层等。协议栈ATM协议栈定义了网络设备之间的数据传输方式，确保数据在网络中高效传递。标准化ATM协议遵循国际标准，确保不同厂商设备之间的互操作性。ATM层次体系1物理层ATM网络的物理层负责数据在物理介质上的传输，如光纤、铜缆等。2ATM层负责ATM信元的封装和解封装，包括信元头部的处理和信元负载数据的传输。3AAL层负责将上层协议的数据分割成ATM信元，并进行数据压缩、错误检测和纠正。4上层协议包括各种应用层协议，如TCP/IP、FTP、HTTP等，用于实现各种网络应用。ATM物理层ATM物理层负责数据在物理介质上的传输。定义了传输介质、信号编码、传输速率、接口标准等。常用的ATM物理层标准包括SONET/SDH、Ethernet、无线接口等。ATMAAL层AAL适配层ATMAAL层位于ATM层之上，负责将上层协议数据封装成ATM信元，并进行错误检测和流量控制。AAL类型ATMAAL层定义了两种主要类型：AAL1和AAL5，它们分别适用于不同的应用场景。AAL1AAL1主要用于实时数据传输，例如语音和视频，它提供较低的延迟和较高的可靠性。AAL5AAL5主要用于非实时数据传输，例如数据文件和电子邮件，它提供更高的吞吐量和更灵活的流量控制。ATMATM层11.虚电路连接ATM层提供面向连接的服务，建立虚电路，在源节点和目标节点之间建立一条逻辑路径。22.逻辑信道ATM层使用VPI和VCI来标识逻辑信道，每个信道对应一条虚电路连接。33.流量控制ATM层通过流量整形和拥塞控制机制，确保网络流量的平稳流动，防止拥塞。44.信元复用ATM层将不同用户的数据封装成固定大小的信元，并进行复用，以提高网络效率。ATMVCI/VPI虚拟通道标识符(VCI)和虚拟路径标识符(VPI)用于在ATM网络中标识特定的连接。VCI用于标识连接中的特定虚拟通道，而VPI用于标识连接所处的虚拟路径。每个ATM单元格都包含VCI和VPI，它们共同确定了单元格的目的地。VCI和VPI的组合在ATM网络中是唯一的，从而确保了单元格能够正确地路由到其目的地。ATM单元格格式ATM单元格是ATM网络中传输数据的基本单位，通常称为信元。它是一个固定长度的包，包含53个字节的头部和48个字节的负载。信元头部包含控制信息，用于标识信元所属的虚拟通道，以及信元类型等信息。信元负载则包含用户数据或控制数据。ATM单元格头部单元格头部长度ATM单元格头部占5个字节，共48位，包含所有必要信息，用于标识和路由单元格。头部字段GFC:全局流量控制，用于流量控制和拥塞管理VPI:虚拟路径标识，用于区分不同的虚拟路径VCI:虚拟通道标识，用于区分不同的虚拟通道PTI:优先级和保留位，用于优先级调度和保留位CLP:单元格丢失优先级，用于指示单元格丢失的优先级HEC:头部错误校验，用于检测头部数据传输错误ATM单元格负载数据包ATM单元格负载包含用户数据。用户数据根据不同的应用场景具有不同的格式，例如语音、视频、数据等。应用层数据ATM单元格负载中的用户数据可以是各种应用层协议的数据包，例如IP数据包、TCP数据包等。负载大小ATM单元格的负载大小为48字节，可以用于传输各种类型的数据。ATM信元交换过程到达交换机ATM信元到达交换机，携带目标地址信息。查找路径交换机根据目标地址，查询路由表，查找最佳传输路径。转发信元交换机将ATM信元转发到下一跳设备，沿路径继续传输。到达目的地ATM信元通过交换机网络传输，最终到达目的地。ATM接入技术ATM接入技术ATM接入技术是指用户终端设备通过各种方式接入ATM网络的技术。接入设备ATM接入设备包括ATM终端适配器、ATM交换机等，用于连接用户终端设备和ATM网络。接入方案常见的ATM接入方案有点对点接入、共享接入、虚拟LAN接入等，根据网络需求选择合适的接入方案。ATM交换机功能信元交换ATM交换机负责接收、存储和转发ATM信元。它根据信元的VCI和VPI信息将信元路由到正确的输出端口。流量管理交换机通过对网络流量进行监测和控制，确保网络性能，避免拥塞，保证关键业务的优先级。资源管理ATM交换机管理网络资源，包括带宽、缓冲区和连接，以优化网络效率，实现资源分配和控制。安全管理ATM交换机可以实现安全功能，例如访问控制、加密和身份验证，以保护网络数据安全。ATM交换机结构ATM交换机通常采用多级结构，包括交换模块、控制模块和管理模块。交换模块负责处理ATM单元格的交换和路由，控制模块负责管理交换机资源和流量，管理模块负责监控和配置交换机。ATM交换路由ATM交换机根据目的地址和虚拟通道标识符（VCI）进行路由，将数据包从源节点转发到目标节点。1固定路由预先设定路由表，效率高，适合固定连接。2自适应路由根据网络状态动态调整路由，灵活，适合动态连接。3多路径路由选择多个路径传输数据，提高可靠性。4源路由源节点决定数据包的路由路径。ATM交换机采用多种路由算法来优化数据传输效率和可靠性，例如最短路径算法、最小费用算法等。ATM流量管理流量控制ATM网络流量管理是保证网络性能的关键。流量控制通过限制用户流量，防止网络拥塞和数据丢失。流量控制机制包括：流量整形、速率限制和优先级管理，以优化网络资源利用，提高效率。拥塞管理ATM拥塞管理是指在网络出现拥塞时，采取措施防止网络性能下降，确保数据传输的稳定性。拥塞管理机制包括：丢弃策略、流量重路由和优先级调整，以有效应对网络拥塞，确保关键流量优先通过。ATM资源管理11.虚拟电路管理ATM网络利用虚拟电路（VC）实现数据传输，资源管理的关键在于高效分配和管理VC资源。22.带宽分配根据不同用户需求和服务质量要求，合理分配网络带宽资源，确保不同用户间公平竞争。33.缓存管理ATM交换机中的缓存用于存储单元格，有效管理缓存资源可以提高网络效率和性能。44.拥塞控制ATM网络通过流量控制和拥塞避免机制，有效管理网络资源，防止网络拥塞。ATM带宽分配分配策略说明静态带宽分配预先分配固定带宽，适用于实时应用。动态带宽分配根据流量需求动态调整带宽，适合突发流量场景。ATM带宽分配是资源管理的重要组成部分。根据流量需求，合理分配带宽，保证服务质量。ATM拥塞控制流量控制ATM网络采用基于信元的流量控制机制，对不同类型用户分配带宽，确保网络性能和稳定性。信元排队当网络拥塞时，ATM交换机采用信元排队机制，将过多的信元放入队列，避免网络崩溃。反馈机制ATM网络通过反馈机制，将网络拥塞状态通知源节点，源节点可调整发送速率，减轻网络压力。优先级控制ATM网络支持不同服务质量(QoS)的业务，优先级控制机制可以保障重要业务的传输效率。ATM服务类型1恒定比特率（CBR）适用于实时数据流，如语音和视频，提供稳定的带宽保障。2可变比特率（VBR）适用于数据流量变化较大的应用，如文件传输，支持带宽动态分配。3非实时可变比特率（nRT-VBR）适用于对延迟要求不高的数据流，如电子邮件，支持带宽动态分配。4可用比特率（ABR）适用于对带宽要求灵活的应用，如网页浏览，根据网络状况自动调整带宽。ATMQoS保证带宽保证ATM网络可以保证特定用户或流量的带宽分配，保证预期的数据传输速度和性能。延迟控制ATM支持实时流量，通过优先级机制和流量控制，保证对时延敏感的应用的低延迟传输。抖动控制ATM可以通过调整流量调度和缓冲机制，减小数据包到达时间的波动，提高视频和音频等实时应用的传输质量。错误率控制ATM通过信元丢失检测和恢复机制，降低网络传输的错误率，提高数据传输的可靠性。ATM可靠传输错误检测与纠正ATM使用CRC校验码来检测传输过程中的错误。ATM协议支持多种纠错机制，例如FEC和ARQ。流量控制ATM采用流量控制机制来防止网络拥塞，确保数据传输的可靠性。ATM流量控制主要基于速率控制和信元丢弃。数据完整性ATM层通过使用信元序列号和确认机制来确保数据传输的完整性，确保每个信元都能按顺序到达接收端。重传机制当数据包丢失时，ATM层会使用重传机制来保证数据传输的可靠性。重传机制可以有效地处理网络中的数据丢失。ATM安全机制数据加密ATM网络使用加密算法，确保数据传输过程中不被窃取或篡改。身份认证ATM网络采用身份验证机制，确保只有合法用户可以访问网络资源。安全审计ATM网络监控用户行为，记录所有操作，识别安全威胁，并进行安全预警。ATM接口标准ATM接口标准ATM接口标准定义了ATM设备之间互连的物理层和数据链路层规范。物理层标准包括SONET/SDH、以太网、光纤通道等，提供数据传输的物理连接方式。数据链路层标准包括ATM协议、AAL层、ATM层，定义了数据传输的格式、控制和管理机制。ATM网络应用ATM网络应用广泛，适用于各种场景。从语音和视频传输到数据通信和企业网络，ATM技术都能提供高带宽、低延迟和高质量的通信服务。ATM网络广泛应用于电信运营商、企业网络、金融机构、视频会议、广播电视等领域。ATM网络部署拓扑ATM网络拓扑结构多种多样，常见的有星型、环型、网状型等。星型拓扑结构中心节点为交换机，其他节点连接到交换机，简单易管理，但可靠性较低。环型拓扑结构所有节点组成环状，数据沿环传播，可靠性较高，但成本较高。网状拓扑结构节点之间有多条连接路径，可靠性最高，但复杂度也最高。ATM技术优缺点11.优点ATM具有高带宽、低延迟、高可靠性等优势。它支持多种服务类型，并提供QoS保证。22.优势ATM网络可以有效地利用带宽，并提供良好的安全性。它适合于各种应用，例如视频会议、远程医疗和高性能计算。33.缺点ATM技术的复杂性较高，成本也比较高。它需要专门的硬件和软件，并需要进行大量的配置工作。44.劣势ATM的部署和维护难度较大，需要专业的技术人员。它在一些情况下也可能难以适应不断变化的网络环境。ATM技术发展趋势向下一代网络演进ATM技术正在向下一代网络演进，例如以太网和光纤通道，并与这些技术融合。服务质量(QoS)增强ATM技术不断发展，以提供更高级别的QoS，满足各种应用的需求，例如视频流和语音通信。安全性和可靠性提升ATM技术在网络安全和可靠性方面持续改进，包括加密、身份验证和错误检测机制。网络虚拟化和软件定义网络