宽带交换第二章ATM交换技术

ATM交换技术南京邮电大学张顺外博士/讲师2020年1月2日10时54分ATM交换技术ATM网络的基本概念ATM的参考模型和协议ATM交换网络的实现技术ATM信令ATM网络流量管理和拥塞控制2020年1月2日10时54分参考资料《ATM技术》孙海荣电子科技大学出版社《ATM网络原理与应用》卢锡城电子工业出版社《ATM交换技术》陈锡生人民邮电出版社《ATM技术》孙栋，段强人民邮电出版社2020年1月2日10时54分本章要点了解ATM产生的背景；并要求理解基于信元交换的ATM与同步传输模式STM的区别，从而理解ATM信息传递的特点；理解ATM分层结构的特点以及各层的基本功能，以及掌握如何实现这些功能；ATM信元结构；ATM交换网络的实现技术；2020年1月2日10时54分产生背景上世纪90年代，多业务的需求日益增加；三网合一的思想；出现了NISDN:ISDN有三个基本特性：端到端的数字连接、综合的业务、标准的入网接口。2020年1月2日10时54分ISDN的基本结构2020年1月2日10时54分NISDN的局限性NISDN没有很好的发展，原因：从数字电话网的基础上演变，综合仅仅在用户入网接口上实现，网络内部由分开的电路交换网和分组交换网实现不同业务；－－不是通信技术的革命，原有技术的综合运用；(一线通)速率太低！2B+D缺乏吸引人的新业务；2020年1月2日10时54分BISDN的出现电信的人员提出BISDN的概念；（很多电信的思路）能够适应多种不同速率的高速业务的传递和处理；BISDN的关键是ATM，ATM是一种分组交换；是一个重大的技术变革；BISDN是一种全新的网络，它的信息传送方式、交换方式、用户接入方式、通信协议都是全新的；BISDN的标准网络用户接口：155.52Mbps;2020年1月2日10时54分电路交换vs分组交换电路交换：先建立连接，预留资源，时延，时延抖动小，但是带宽利用率低；固定分配带宽；分组交换：无连接，带宽利用率高，但是时延和时延抖动无法保证；ATM是综合了分组交换，电路交换的优点；ATM是业界公认的先进的宽带分组通信网技术，ITU-T,ATM论坛投入大量精力完备其技术标准；但是ATM没有赢得市场；2020年1月2日10时54分ATM的含义异步转移模式（AsynchronousTransferMode，ATM）是一种采用异步时分复用方式、以固定信元长度为单位、面向连接的信息转移（包括复用、传输与交换）模式。2020年1月2日10时54分通MUX`WastedbandwidthATMTDM4321432143214313221VoiceDatapacketsImagesAsynchronousTransferMode(ATM)ATM:信息被组织成信元，而包含一段信息的信元并不需要周期性地出现，从这个意义上为异步；2020年1月2日10时54分ATM是一种统计时分复用技术。ATM利用硬件实现固定长度分组的快速交换，具有时延小，实时性好的特点，能够满足多媒体数据传输的要求。ATM是支持多种业务的传递平台，并提供服务质量保证。ATM是面向连接的传输技术，在传输用户数据之前必须建立端到端的虚连接。ATM的定义和特点2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTATM技术特点（1）进一步简化了网络功能。ATM网络不参与数据链路层功能，将差错控制，流量控制等工作交给终端去做；去除逐段链路的差错控制和流量控制，采用端对端的差错控制和流量控制;（由于ATM产生的背景：大量使用光纤，终端设备性能提高；）定长比可变长信元的控制与交换更容易，用硬件实现，利于向高速化的方向发展。2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTATM技术特点（2）面向连接并预约传输资源的工作方式，保证了网络上的信息可以在一定允许的差错率下传输，既兼顾了网络运营效率，又能够满足接入网络的连接进行快速数据传输。ATM信元头部功能降低。由于ATM网络中链路的功能变得非常有限，所以信元头部变得异常简单，依靠信元头部的虚电路标志可以很容易地将不同的虚电路信息复用到一条物理通道上。ATM的一个明显缺点就是信元首部的开销太大。2020年1月2日10时54分WangjunNJUPT最大时延S最大时延波动mS速率Mbps平均吞吐量可接受的误比特率可接受的误分组率要求类型话音活动图象静止图象压缩后活动图象数据文件实时数据0.250.251.00.251.00.00110101.00.0641002-102-102-100100.0641002-102-102-1001010-210-210-210-310-410-910-610-90000---•存在标准映射将现有服务以信元形式表示:语音,数据,视频•业务的质量要求ATM可综合多种业务2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTPhysicalLinkVirtualPathsVirtualChannelsATMVirtualConnections2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTVP,VC提供不同颗粒度的虚链路，统计复用物理链路的带宽。每段物理链路内包含多个VP，每个VP又划分为多个VC。在一条通信线路上具有相同的VPI的信元所占有的子信道叫做一个VP链路（VPLink）。一个VPC中传送的具有相同的VCI的信元所占有的子信道叫做一个VC链路。VPC,VCC的概念2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTVP交叉连接设备和VC交叉连接设备都叫做ATM交叉连接设备，它们的不同仅在于是处理ATM信元的VPI还是VCI。VPC,VCC的概念2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTPVC,SVC永久虚连接（PVC）：由管理平面建立，在用户通信之前已经存在（静态配置）；交换虚连接（SVC）：由控制平面负责建立，用户在通信前通过信令建立连接，通信完毕再拆除连接；（动态建立）2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTVC交换,VP交换VP交换对象：整个VP通道，因此输入和输出VP的VPI值变化，但是包含其中的VCI不变；VC交换的对象是VC信道，因为输入VC交换后可能被置入其他VP，所以其VPI,VCI的值都要改变；一个交换节点可以具有VP交换或VC交换，或兼备VP,VC交换功能；2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTVCI2VCI1VPI4VCI1VCI2VPI5VCI2VCI1VPI1VPI3VPI2VCI4VCI3VP/VC交换VP交换2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTATM的交换控制是根据信头而进行的，所以ATM信元结构与信头格式的标准化是极其重要的。ITU-T在I.361建议规定:ATM信元长53个字节，前面5个字节称为信头（header），后48个字节称作信息域（informationfield）。ATM信元结构2020年1月2日10时54分WangjunNJUPT图ATM信元的格式2020年1月2日10时54分WangjunNJUPT一般流量控制（GFC：GenericFlowControl）：4个bit,只作用于UNI，其功能是控制用户接入的业务流量，以避免网络拥塞。虚通路标识符（VPI）和虚信道标识符（VCI）：用于路由选择；净荷类型（PT：PayloadType）:3bit,各种不同的信元类型与其PTI对应关系;不同编码表示不同数据类型；ATM各个字段的含义2020年1月2日10时54分WangjunNJUPT信元丢失优先级（CLP）：1bit，CLP=1表示低优先级，当出现拥塞时，首先会将CLP=1的信元丢失；HEC:信头差错控制；净荷（payload）；ATM各个字段的含义2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTATM信元定界**在一个比特流中界定各个信元的功能称作信元定界功能。信元定界就是确定信元的边界（信元的起始和结束位置），要求信元定界方法与采用的传输系统无关；由于信元间没有使用特别的分割符，ITU-TI.432建议定义了利用信元首标HEC域，进行信元定界的处理；2020年1月2日10时54分WangjunNJUPT搜索态同步态预同步态收到正确的HEC收到不正确的HEC连续收到m个正确的HEC连续收到n个不正确的HEC逐信元检查逐信元检查逐比特检查图ATM信元定界方法2020年1月2日10时54分WangjunNJUPT分组交换系统中的HDLC帧定位功能是依靠特定的帧头和帧尾码来实现的（6个连续的1加上两边各1个0）。为了保证数据的透明传输，在帧中使用了“比特填充”方法，即在数据发送端每5个连1后面插入一个0。ATM为了节省开销，没有设置定界标志；其他的信元定界方法2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTATM交换技术ATM网络的基本概念ATM的参考模型和协议ATM交换网络的实现技术ATM信令ATM网络流量管理和拥塞控制2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTATM交换的协议参考模型ATM交换的协议参考模型是基于国际电联标准产生的，如图所示。它由三个面组成，即控制面（Control）、用户面（User）和管理面（Management）。2020年1月2日10时54分WangjunNJUPT管理面用户面控制面高层AAL层信令信令AALA级B级C级D级AAL1AAL2AAL3或AAL5ATM层物理层ATM协议参考模型**2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTBISDN的三个平面用户平面：完成用户信息的传递；控制平面：呼叫和连接到控制功能，即信令功能；管理平面：实现面管理，层管理；面管理：完成各个面之间的协调；层管理：网络资源与协议参数的管理，并处理各层中的操作与维护（OAM）信息流。2020年1月2日10时54分WangjunNJUPT补充：网络协议的分层网络协议分层的原因？TCP/IP分层，OSI分层；各层之间是独立的：降低复杂度灵活性好：变化相互影响小结构可分开：便于采用不同的实现技术易于实现和维护能促进标准化工作：每层的功能及其所提供的服务都已有精确的说明2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTATM端系统AAL层ATM层物理层物理层ATM层ATM交换物理媒介ATM端系统AAL层ATM层物理层图ATM协议结构2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTATM的协议参考模型共三层，大体上与OSI的最低两层相当。ATM层物理层PMD子层TC子层ATM适配层(AAL层)SAR子层CS子层321ATM的层次汇聚子层CS(ConvergenceSublayer)。使ATM系统可以对不同的应用（如文件传送、VOD等）提供不同的服务。拆装子层SAR(SegmentationAndReassemblySublayer)。在发送时，将CS子层传下来的协议数据单元CS-PDU划分成为长度为48字节的单元，交给ATM层作为信元的净负荷。在接收时，执行相反的操作。ATM层的功能：(1)信元的复用与分用；(2)信元的VPI/VCI转换(就是将一个入信元的VPI/VCI转换成新的值)；(3)信元首部的产生与提取；(4)一般的流量控制。ATM适配层的功能：增强ATM层所提供的服务，并向上面高层提供各种不同的服务：将用户的应用数据单元划分为信元或将信元重装成为应用数据单元；对比特差错进行监控和处理；处理丢失和错误交付的信元；流量控制和定时控制。2020年1月2日10时54分WangjunNJUPTATM的砂漏模型不同类别的应用AAL1AAL2AAL3/4AAL553字节51Mb/sUTP100Mb/s光纤155Mb/s光纤其他AAL层ATM层物理层信元2020年1月2日10时54分WangjunNJUPT分层结构用户平面和控制平面又分为四层：物