高级计算机网络第四章

2019/12/14史忠植高级计算机网络1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2019/12/14史忠植高级计算机网络2内容提要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QoS3.7ATM局域网2019/12/14史忠植高级计算机网络33.1ATM技术概述ATM是英文“AsynchronousTransferMode”（异步传输方式）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，这种不规则的时间取决于应用程序的性质，而不是传输系统的成帧结构。2019/12/14史忠植高级计算机网络4转送方式（TransferMode)概念•传输：信息在物理媒体上的传送•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-ISDN2019/12/14史忠植高级计算机网络5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2019/12/14史忠植高级计算机网络6复用(Multiplex)•同步时分复用•分组时分复用•异步时分复用2019/12/14史忠植高级计算机网络7同步时分复用（SynchronousTimeMultiplex)•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、SDH1231231232019/12/14史忠植高级计算机网络8分组时分复用•封装•报头•参考书目：分组交换、Internet、TCP/IP123122019/12/14史忠植高级计算机网络9同步时分交换•电路交换•同步时分交换•数字逻辑电路实现2019/12/14史忠植高级计算机网络10分组交换•基于计算机的交换•存储转发2019/12/14史忠植高级计算机网络11比较•时延•线路利用率•用途：话音和数据2019/12/14史忠植高级计算机网络1280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2019/12/14史忠植高级计算机网络13ATM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,UNI4.02019/12/14史忠植高级计算机网络14STMnSTM使用时分复用(TDM)STMusesTimeDivisionMultiplexing(TDM).nTDM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.ofslots,sayk,aregroupedtogethertoformaframe,whichrepeatsintime.n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。Alltheslotsthatarelocatedatthesamerelativepositionineachframebelongtoaparticularchannel.Thetotalsystemconsistsofkchannelsofequalbandwidth.n2019/12/14史忠植高级计算机网络15STMn用户被预先指定了传输的时间片无论他是否有数据要发。Eachuserisallocatedpreassignedtimeslotsfortransmissionirrespectivewhetherthedataisreadytosendornot.n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。MorethanoneTDMchannelcanbeassociatedwiththesameconnection.Thiscreatesamulti-ratecircuitswitchednetwork.nSTM有所有电路交换的低效之处。STMhasalltheinefficienciesassociatedwithcircuitswitching.n2019/12/14史忠植高级计算机网络16ATM·n基于交换的点对点结构Switchedpoint-to-pointarchitecturen分组交换PacketSwitchingn快速分组交换FastPacketSwitchingn基于硬件的交换设计Hardwarebasedswitchdesignn固定大小的小包Fixedsizeshortpacketsn2019/12/14史忠植高级计算机网络17ATM·n面向连接的范例Connection-orientedparadigmn没有链接对链接的流控和差错控制Nolink-by-linkflowanderrorcontrol·n资源预定和呼叫录入控制ResourceReservationandCallAdmissionControl·n异步时分复用AsynchronousTimeDivisionMultiplexing2019/12/14史忠植高级计算机网络18ATM·n面向连接的范例Connection-orientedparadigmn没有链接对链接的流控和差错控制Nolink-by-linkflowanderrorcontrol·n资源预定和呼叫录入控制ResourceReservationandCallAdmissionControl·n异步时分复用AsynchronousTimeDivisionMultiplexing2019/12/14史忠植高级计算机网络193.2ATM的协议体系结构2019/12/14史忠植高级计算机网络203.2ATM的协议体系结构Ø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）。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OAM业务（operation，administrationandmanagement）。2019/12/14史忠植高级计算机网络21ATM协议•物理层•ATM层•AAL层•控制平面•管理平面•用户平面物理层ATM层AAL层用户平面控制平面管理平面2019/12/14史忠植高级计算机网络22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.2019/12/14史忠植高级计算机网络23物理层AALATMSDH/SONET（55Mbit/s）DS3（45Mbit/s）DS1（1.544Mbit/s）FDDIPHY/PMD（100Mbit/s）STP（155Mbit/s）UTP（12.96Mbit/s）UTP（12.96Mbit/s）UTP（25.96Mbit/s）Wireless2019/12/14史忠植高级计算机网络24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2019/12/14史忠植高级计算机网络25SDH•STM-0、STM-1、STM-4、STM-16•级连的和非级连的2019/12/14史忠植高级计算机网络26SDH传输要求•传送SDH帧头的要求•同步•OAM•为什么不直接用光纤：–复用–OAM2019/12/14史忠植高级计算机网络27级连•STM-4、STM-16•VC-4、VC-4c2019/12/14史忠植高级计算机网络28反复用（InverseMultiplex)•需求•问题：排序•问题：部分损坏2019/12/14史忠植高级计算机网络29信元定界•失步•准同步•同步失步准同步同步2019/12/14史忠植高级计算机网络30ATM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：PTI2019/12/14史忠植高级计算机网络31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2019/12/14史忠植高级计算机网络32ATM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。2019/12/14史忠植高级计算机网络33AAL服务•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2019/12/14史忠植高级计算机网络34服务种类A类B类C类D类源端和目的端之间的定时关系需要不需要比特率恒定可变连接方式面向连接无连接AAL协议类型1类型2类型3/4类型52019/12/14史忠植高级计算机网络35AAL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。2019/12/14史忠植高级计算机网络36AAL1•电路仿真(CE)•信元丢失的处理：–序号–时钟同步2019/12/14史忠植高级计算机网络37AAL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）传送SDU·传送源端和目的端之间的结构信息·传送源端和目的端之间的定时信息·指示没有被类型1恢复的丢失或差错信息·分拆与重装·处理信元时延变化·处理信元负荷装配时延·处理丢失和误差入信元·目的端源时钟频率恢复·接收端源数据结构恢复·监控与处理PCI比特差错·监控用户信息的比特差错并做出纠正措施·在CS-PDU和SAR-PDU之间映射·说明CS功能存在·编号·差错保护·处理信元时延变化·处理丢失和误差入信元·对某些服务在目的端恢复时钟频率·传送结构信息·对高质量视像和声音进行前项纠错·报告端到端性能状况2019/12/14史忠植高级计算机网络38AAL协议类型2·用可变比特率（VBR）传送SDU·传送源端和目的端之间的定时信息·指示没有被类型2恢复的丢失或差错信息·分拆与重装·处理信元时延变化·处理丢失和误差入信元·目的端源时钟频率恢复·接收端源数据结构恢复·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尚待研究尚待研究2019/12/14史忠植高级计算机网络39AAL协议类型3/4·报文模式的服务·流模式的服务·