ATM基本知识概念PPT

1、1,第七章 宽带ISDN的关键技术ATM,1,2,7.1 B-ISDN基本概念 7.2 ATM的基本概念 7.3 ATM协议结构 7.4 ATM交换 7.4 IP/ATM集成交换,2,3,7.1 B-ISDN基本概念 B-ISDN是一种宽带的，独立于业务的网络，这 种网络能够提供高于一次群速率的业务，适用于从低 速到高速的各种业务的传送和交换，做到整个网络资 源共享。 B-ISDN分为交互型业务和分配型业务,3,4,B-ISDN业务的分类,4,5,B-ISDN必备的条件 既能传输高速数据业务也能传输低速数据业务 网络设备与业务的特性无关 信息的传输与交换都与业务无关 时延和时延抖动小 ATM

2、作为B-ISDN中信息表达、传送和交换的方式,5,6,7.2 ATM的基本概念 7.2.1 ATM的发展背景 窄带ISDN的发展主要存在以下局限： （1）窄带ISDN的信息传输速率有限 。 （2）窄带ISDN是在数字电话网的基础上发展起来的，网络内部的交换是基于64 kbit/s的电路交换方式，而电路交换方式对技术发展的适应性较差。以固定比特率传输，采用同步时分复用方式。这种传递方式的优点是时延和时延抖动小。 但是固定的比特率约束了传输的业务，如果选用低于峰值的速率时，会降低业务质量，若采用峰值速率作为传输速率，则会浪费网络资源,6,7,（3）窄带ISDN虽然也综合了分组交换业务，但是这种综合

3、仅在用户网络接口的D通道上实现 。 分组交换传递是异步传递方式，采用统计时分复用。,7,8,7.2.2 ATM基本概念 习惯上将传输、复用、交换三个部分合起来统称 为传递方式，传递方式通常分为同步传递方式和异步 传递方式。同步传递方式是各路信号按一定时间间隔 周期性的出现，可根据时间识别信号；异步传递方式 是采用统计时分复用，各路信号不按照一定时间周期 性出现，要根据标志标识每路信号。 主要有：电路传递方式、分组传递方式、帧中继 和ATM（异步传输方式）,8,9,ATM定义 ATM也是一种异步转移模式，这种模式将信息组织成固定长度的信元，来自某用户一段信息的各个信元并不周期性的出现，ATM以信

4、元为单位异步时分复用、传输和交换,9,10,7.2.3 ATM的基本工作原理 ATM是英文Asynchronous Transfer Mode（异步转送方式）的缩写。 1.信元 2.复用 3.交换,10,11,7.2.4 ATM信元的格式 ATM信元分为两部分：5个字节的信头和48个字节的信息段，共53个字节。信头表征信元去向的逻辑地址、优先等级等控制信息。信息字段包含不同用户的信息。 注：包含某一段信息的信元取决于这段信息所要求的比特率 或瞬间比特率,11,12,7.2.5 ATM信元的信头格式,结构图7-1 ATM信元的信格式 a图是终端与网络间信元结构 b图是网络内交换机的信元结构,12

5、,13, GFC（Generil Flow Control）一般流量控制，用于控制用户向网上发送信息的流量。防止缓冲区内信元过满而丢失信元 VPI（Virtual Path Identifer）和VCI（Virtual Channel Identifier）虚通道标识符和虚通路标识符，用来将一条传送ATM信元的信道划分为多个子信道。 PTI（Payload Type Indicator）净荷类型，指明48字节信息字段的信息类型 CLP（Cell Loss Priority）信元优先级比特，CLP=0标识高优先级别，不可以丢弃 HEC（Header Error Check）信头校验码，采用CRC

6、校验，有8bit；HEC产生方法：信元前4个字节所对应的多项式乘以x8 ，然后除以（x8+x2+x+1）所得余数就是HEC,13,14,7.2.6 ATM复用 来自不同信息源的信元汇集在一个缓冲器中排队，队列中的信元按输出次序复用在传输线路上，信息和它在时域中的位置没有任何关系，只是按照信头中的优先标志来区分。 如果缓冲区中的队列已满，则后面的信元被丢弃掉，如果缓冲区还有空余，但是没有了用户信息，此时就要分配空闲信元，它不包含任何信息,14,15,图7-2 ATM多路复用,15,16,3交换,图7-3 ATM交换的基本原理,16,17,7.2.7 与电路交换方式和分组交换方式的比较 1电路交换

7、方式,图7-4 同步时分复用中的帧和时隙,17,18,电路交换方式具有如下特点： 在通信开始时应首先建立连接。 一个连接在通信期间始终占用某一固定的数字子信道，这些数字子信道是依据其在时间轴上的位置确定的。 建立连接以后，信息在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。 同步时分复用系统中的各个子信道的速率是固定分配的，不可能在不改变此系统的情况下临时调配各个子信道的速率。 交换节点对传输中出现的错误不进行校正，对节点的处理要求简单。,18,19,2分组交换方式 通信网中传输、复用和交换的基本单位是分组。 分组交换方式具有如下特点： 分组交换采用异步时分复用方法，可以将信道按照需要动态地分配给各个用

8、户，信道利用率较高。 在分组交换中普遍采用逐段反馈重发的措施，以保证数据传输是无差错的。 分组数据在通信网中传送的时延是随机的，这主要是因为数据分组在交换节点有可能要排队等待，另外，逐段反馈也可能引入附加的时延。 由于要进行逐段差错控制，交换节点的处理负担较重。,19,20,3ATM兼具电路交换方式和分组交换方式的优点 ATM与分组交换方式的基本差别是： ATM信元的长度固定，并使用了空闲信元填充信道，这使信道被划分为等长的时间小段，为提供固定比特率和固定时延的电信业务创造了条件。 取消了逐段的差错控制，减轻了交换节点的处理负担。,20,21,7.2.8 ATM的特点 1采用统计时分复用方式

9、2取消了逐段的差错控制和流量控制 （1）适当的资源分配和队列容量设计使队列溢出的概率很低，信元丢失率可压低到10-810-12； （2）在呼叫建立时审查用户申请的带宽，当确信网络中有足够的资源时才接受这个呼叫。 3采用面向连接的方式 4信头的功能被简化 5信元长度固定，信息段长度短,21,22,7.2.9 ATM网络结构,1.ATM网络结构 ATM以光纤线路为传输介质，采用电交换的形式，所以 信道容量大，传输损失小 ATM网络是由复用设备、ATM传输系统和ATM交换机组成 ATM复用设备：将终端各类信息变换成信元格式，并时分复 用到ATM网络，发端与收端复用设备功能相反 ATM传输信道采用光纤

10、信道，信元的传送有三种方式： 基于SDH的传输方式、基于PDH的传输方式、基于信元的传输 方式（参考课本图7.11）。,22,23,此外，通过ATM集线器(HUB)，ATM路由 器(router)，网桥(bridge)等可实现电话 网，数字数据网(DDN)，以太网和帧中继 网等与公用ATM网的互连,23,24,2. B-ISDN用户-网络接口（参看课本图7.12） B-TE1:第一类宽带终端设备，即标准B-ISDN设备 B-TE2:第二类宽带终端设备，即非标准B-ISDN设备 TE2:N-ISDN标准终端，非信元格式，需经过B-TA适配接入ATM B-TA:宽带终端适配器，可以适配TE2和B-

11、TE2设备 B-NT1:第一类宽带网络终端，物理线路终端设备，具有网络 维护，管理等功能 B-NT2:第二类宽带网络终端，物理设备大多是专用ATM交换机 B-LT:宽带线路终端，由公用ATM交换机实现其功能 B-ET:宽带交换终端,24,25,R接口：专用UNI接口，处理非信元格式的终端业务 SB接口：专用UNI接口，此接口处的信息是信元格式的，传 输线路可以适用非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线，同 轴电缆及光纤等 TB接口：公用UNI接口，接口处的信息是信元格式的，传 输线路可使用非屏蔽双绞线UTP,同轴电缆或光纤 UB接口：公用UNI接口，信元格式信息，其传输线路采用光 纤介质,25,26,公用U

12、NI与专用UNI的区别,接口位置不同，公用UNI是公用ATM与用户终端设备或与专用ATM网的接口；专用UNI是专用ATM网与用户终端设备之间的接口 链路类型不同，公用UNI采用光纤线路，专用UNI采用同轴电缆 接口标准的规定组织不同，公用UNI标准由ITU-T规定；而专用UNI标准由ATM论坛规定,26,27,7.3 ATM协议结构 7.3.1 B-ISDN的协议参考模型,图7-5 ATM协议参考模型,用户平面主要用于用户信息的传输，采用分层结构。 控制平面负责呼叫控制和连接控制。 管理平面包括面管理和层管理两类功能。,27,28,B-ISDN协议参考模型各层功能,28,29,7.3.2 物理

13、层 （1）物理媒体子层PM：定义物理传送接口，进行线路编码，保证比特流的定时、同步等 物理媒体子层（PM）的功能接近于在传统网络中的物理层。 物理媒体子层在发送方向上从传输会聚子层取得比特流，并把比特流在链路上透明地传输。 物理媒体子层和传输会聚子层之间交换数据流时需要互相同步。,29,30, 传输帧的产生和恢复 信元定界 产生信头错误检验码（HEC） 传输帧自适应 信元速率解耦,（2）传输会聚子层TC：发送端将信元流转换成可以在传输系统中传输的比特流，接收端将比特流转为信元流,30,31,传输帧的产生和恢复 发送端：将信元流封装成适合在传输系统传输的帧结构，进 行速率的适配后送到物理媒介相关

14、子层。 接收端：从物理媒介相关子层送来的比特流进行帧定位，恢 复成信元流。 传输帧的产生方法：每隔一定的ATM信元就插入一个物理层 信元，没有ATM信元的时候也插入一个物理层的空 闲信元；每27个连续的信元中不多于1个物理层维 护操作信元，每513个连续信元中不能少于1个PL- OAM cell。 物理层信元：分空闲信元和物理层操作维护信元，它们都采 用预分配的信头值,31,32,信元定界 信元定界的方法是HEC检验 根据收到的32比特数码计算出HEC，然后与后面的 8比特进行比较，若相同则表示HEC正确，此时认为是 信元的起始位置，并开始进入帧预同步状态，在帧预 同步状态下，逐信元进行HEC

15、核对，若有连续6次正确 的HEC就进入同步状态，继续进行HEC核对，若有连续 7次不正确的HEC核对再转入搜索状态（参看图7.15）。,32,33,图7.7 信元定界状态图,33,34,另外，为了防止在信息字段中出现“伪HEC码”，需要在帧同步 状态和同步状态中加自同步扰码；发送端用多项式（x43+1） 扰码，接收端解扰。此操作只对信息字段执行，不对信头加 扰，避免信头差错率上升。,34,35,信头差错控制 信头中包含了流量控制GFC、路由VPI/VCI信息和HEC检 验，因此需要对信头前4个字节作循环冗余检验，发送端 按照CRC算法生成1字节的HEC码，接收端按同样的算法 校验。可以检验并纠

16、正出单个比特错误和检测到多个比 特错误,35,36, 信元速率解耦 解耦：ATM层传送信元的速率不受传输媒体速率的影响 信元解耦：发送端插入一些空闲信元将速率适配成在传输媒体上传输的速率，接收端再将这些插入的空闲信元丢弃，不送到ATM层。,36,37,物理层的工作过程： 发送端：由ATM送下来的信元流到达TC子层，首先对信元进行速率解耦，插入空闲信元，将ATM层信元流速率适配成传输媒体的速率，并将信元封装成帧结构送入PM子层，进行编码、加同步定时信息后，将连续比特流送入物理媒体 接收端：经物理媒体接口送来的信号在接收端的PM子层进行定时、同步、恢复成连续比特流，送入TC子层，在这里恢复帧结构，

17、然后将传输帧的信元净荷提取出来，接着进行信元定界，通过HEC检验判断信元信头有无错误，最后对正确的信元进行速率解耦，丢弃发送时插入的空闲信元，并将有效信元作解扰处理后送入ATM层,37,38,7.3.3 ATM层 ATM层负责交换、选路由和信元复用。 信头的产生提取 信元交换 信元的复用和分路 ATM层管理,38,39,2、虚通路VC和虚通道VP ATM是面向连接的传递信息，信元的复用、传输和交换都在 VP和VC上完成。VP是在给定参考点上具有同一虚通道标识符 (VPI)的一组虚通路VC。因此物理媒介可以划分为若干个VP子 通道，每个VP子通道进一步可以划分为若干个VC子信道。不 同的VP中可

18、以有相同的VCI值，ATM间的虚连接由VPI和VCI共 同标识,39,40,图7-8 虚信道VC、虚通道VP及传输通道之间的关系,40,41,3、虚通路连接VCC和虚通道连接VPC 虚通路连接VCC：由多段VC链路连接而成，两个VCC端点间可 以有多个VCI存在。VCC端点是ATM层和AAL层 交换信元净荷的地方 虚通道连接VPC：由多段VP链路连接而成，两个VPC端点间可 以有多个VPI存在。VPC端点是虚通路标志 VCI产生、交换或终止的地方 二者的关系参看课本图7.17,41,42,图7.9 VCC和VPC的概念,42,43,4、ATM虚连接建立的方式 永久虚连接PVC：由管理控制建立的

19、永久/半永久连接，用户 传送信息前不需要建立过程来临时建立虚连接 交换虚连接SVC：由信令控制建立的连接，用户在传送信息前 要先有连接建立，信息传输完后拆除连接,43,44,5、VP交换和VC交换 VP交换：将一条VP上所有的VC链路全部转到另外一条VP上； 改变VPI的值，但VCI值不变（图7.18） 设备：VP交叉连接设备、VP交换设备 VC交换：VC交换必须与VP交换同时进行，VPI值和VCI值都改 变，因此，当一条VC链路终止时，VPC也终止，VPC 上的VP链路、VC链路也各自加入到不同方向的新的 VPC中 设备：VC交叉连接设备、VC交换设备,44,45,图7-10 VP交换,45

20、,46,图7-11 VC和VP交换,46,47,7.3.4 ATM适配层（AAL） 将高层信息适配成ATM信元，保证多种业务在ATM网络内的传送 ATM适配层分为汇聚子层与分段和重组子层(图7.20) 汇聚子层将高层业务接入点的信息汇聚，分段与重组将CS 来的信息分割后装入ATM信元的信息段，或者将ATM业务 接入点的ATM信元中的信息段重组后传给高层。,47,48,1AAL业务种类 按照3个坐标轴来组织服务空间可以分为8种不同服务，其中有4种是有用的。,48,49,2AAL协议分类 AAL.1; AAL.2; AAL.3/4; AAL.5 参看课本图7.21,49,50,图7-12 当前定义

21、的AAL适配层,50,51,图7-13 AAL层的一般结构,51,52,图7-14 AAL1协议数据单元,3AAL-1,52,53,7.3.5 信令的适配SAAL 信令主要控制虚连接的建立、保持和释放等。ATM信令从作 用的区域分有两类：UNI信令和NNI信令 UNI信令：控制用户-网络接口上用户平面的虚连接的建立、 保持和释放。通常用VCI=5的VC作为专门的信令 虚通路 NNI信令：在交换机之间建立一条满足用户要求的虚电路连接 （VPC或VCC），可以通过ATM网传送也可以通过 No.7信令网传送,53,54,7.4 ATM交换 ATM交换应能实现高速、高吞吐量和高服务质量的信 息交换，提

22、供灵活的带宽分配，适应从低速率到高速率的宽 带业务的交换要求；其特点是： (1)固定长度的信元中继 (2)信头简化 (3)面向连接 (4)异步时分交换,54,55,7.4.1 ATM交换机的组成,交换结构,控制模块,输出模块OM,输出模块OM,输入模块IM,输入模块IM,图7.28 ATM交换机的组成,55,56,（1）输入模块的信元处理 定界与分离：信元被包含在帧结构中，输入模块定界帧结构 中的信元并将其分离出来 有效性检验和类型分离：信元被分离出来后要进行HEC检 验，并利用净荷类型标识符将信元分类 （2）交换结构对信元实现交换，按照VPI/VCI的信息将信元 送到目的地 （3）输出模块处理 将传输过来的信元流再进行复合，变换成帧结构模式并加上 操作管理维护信息；如果速率过低要加入空闲信元进行速率 适配，速率过高要将信元流先存入缓冲存储器中,56,57,7.4.2 ATM交换功能原理 1.基本功能 信头变换：信头中包含VPI/VCI值，如果实现了ATM交换， 则逻辑信道将被改变，VPI/VCI值相应的也改变 选路：信元从一条传输信道送入另一条传输信道，也叫空 分交换 排队：交换机中提供了缓