数据通信与计算机网络-ATM

ATM技术的提出•ATM最早在1983年由CNET和AT&T开展研究，1984年AlcatelBell研究中心公布ATM的概念，1988年CCITTTG18定名为ATM，（AsynchronousTransferMode）。TransferMode实际上是一种信息转发或交换的方式，ATM既不是电路交换，也不是分组交换，而是一种新的交换方式，称为信元交换(CellSwitch)。所谓Asynchronous（异步）体现在与TDM固定时隙相反，用户可以随时发信息。ATM原理•ATM的定义•ATM是一种传递模式，在这种模式中，信息被分成信元来传递，而包含同一用户信息的信元不需要在传输链路上周期性地出现。因此这种传递模式是异步的。ITU-TI.113ATMis“Atransfermodeinwhichtheinformationisorganizedintocells;itisasynchronousinthesensethattherecurrenceofcellscontaininginformationfromanindividualuserisnotnecessarilyperiodic.”三、ATM的复用方式•TDM采用固定时隙，存在时隙的浪费，参见图。而ATM不受时隙的影响，可以随时将信元复用到信道上。ABA队列信息源已分配信元:A.B未分配信元:Ø信头净荷5字节48字节ATM信元ATM复用线AAABtATM信元和复用ØØ时隙信元ATM异步时分复用信道信元头信息段虚拟信道VCj虚拟信道VCi时间ATM的复用方式为标记复用。它把信道看成是由一个个等长的时隙构成，每个时隙内都正好装载一个ATM信元。信元是ATM的基本传递单位，是一种极短（53字节）的固定长度的数据分组。每一信元包括一个信元头和一个信息段。信元通过虚拟信道VC传送，虚拟信道利用虚拟信道标记来表示，虚拟信道标记包含在信元头之中。ATM异步时分复用原理信元是ATM的基本传递单位。每一信元包括一个信元头和一个信息段。信元通过虚拟信道VC（VirtualChannel）传送，虚拟信道利用虚拟信道标记VCI（VirtualChannelIdentifier）来表示，虚拟信道标记包含在信元头之中。属于同一虚拟信道的信元群拥有相同的虚拟信道标记，但占用的时隙可以出现在不同的位置。各虚拟信道的标记之间没有固定关系。通过虚拟信道标记可以在用户之间实现虚拟信道的动态分配，从而各虚拟信道可以具有不同的传输速率（1kb/s—140Mb/s）。“虚拟”（Virtual）即需要时立即设置，用完后马上取消。ATM传输技术是以分组传输模式为基础并融合了电路传输模式高速化的优点发展而成的。ATM用于交换，通过识别信元头中的虚拟信道标记，把输入线上的虚拟信道标记转换成输出线上的虚拟信道标记，控制数据交换存储器的写入与读出，完成交换。由于ATM使网络与业务无关，具有动态分配信道和带宽的功能，兼有高、中、低速信息业务为一身，使ATM技术成为B-ISDN和信息高速公路的核心技术。ATMATM异步转移模式ATM以异步时分复用技术为基础。ATM的复用方式为标记复用。它把信道看成是由一个个等长的时隙构成，每个时隙内都正好装载一个ATM信元。信元是ATM的基本传递单位，是一种极短（53字节）的固定长度的数据分组。每一信元包括一个信元头和一个信息段。信元通过虚拟信道VC传送，虚拟信道利用虚拟信道标记来表示，虚拟信道标记包含在信元头之中。属于同一虚拟信道的信元群拥有相同的虚拟信道标记，但占用的时隙可以出现在不同的位置。各虚拟信道的标记之间没有固定关系。通过虚拟信道标记可以在用户之间实现虚拟信道的动态分配，从而各虚拟信道可以具有不同的传输速率（1kb/s—140Mb/s）。“虚拟”(Virtual)即需要时立即设置，用完后马上取消。ATM用于交换，通过识别信元头中的虚拟信道标记，把输入线上的虚拟信道标记转换成输出线上的虚拟信道标记，控制数据交换存储器的写入与读出，完成交换。由于ATM使网络与业务无关，具有动态分配信道和带宽的功能，兼有高、中、低速信息业务为一身，使ATM技术成为B-ISDN和信息高速公路的核心技术。MUX`WastedbandwidthATMTDM4321432143214313221VoiceDatapacketsImagesFigure7.37Figure19-1MultiplexingUsingDifferentPacketSizesFigure19-2MultiplexingUsingCellsFigure19-3ATMMultiplexing四、ATM是面向连接的•ATM采用虚电路的方式交换信息，用户向网络提交信息之前要首先建立连接，声明所需的信元特性和QoS，包括峰值信元速率、最大包长、信元延时、信元丢失率等参数。•ATM传输和交换过程中采用两种连接形式，即虚通道(VirtualChannel)连接和虚通路(VirtualPath)连接。ATM连接的分类Figure19-5VP与VC的概念Figure19-6ExampleofVPsandVCs五、ATM交换•ATM交换是基于VPI/VCI组合实现的。ATM交换机实际上是将一个输入的VPI/VCI信元，映射到输出VPI/VCI信元。图7.39。•交换方式有两种：VP交换和VC交换。•引入VP交换的好处：①便于管理，简化ATM交换机；②提高ATM交换的速率。•ATM由ITU-T主管，由ATMForum管理具体的标准。cATMSw1ATMSw4ATMSw2ATMSw3ATMDCCabdeVP3VP5VP2VP1abcdeSw=switchFigure7.39Figure19-4ArchitectureofanATMNetworkATM层•ATM信元•虚连接•QoS参数•ATM服务类型Figure19-27ATMLayer一、ATM信元•ATM信元大小的确定•ATM信元的结构•HEC控制算法•ATM信元的定界1.ATM信元大小的确定•信元大小的确定取决于三个因素：传输效率、时延和实现的复杂性。•从实时通信来看，小的信元可以减小时延和排队时间，固定大小便于硬件处理和交换，但信元过小会降低传输效率。•欧洲提出32+4的方案。美国提出64+5的方案，经过长期争论，最后ITU-T采取折衷的方式：（32+64）/2=48。•（不伦不类，不是二的幂次，后患无穷。）2.ATM信元的结构•ATM信元=5字节的信头+48字节的信息图中字段的说明：①GFC一般流量控制，只用于UNI，而在NNI中GFC的4比特用于VPI。②VPI虚通路，对UNI是8比特，对NNI是12比特。③VCI虚通道，12比特④PT=PayloadType=b0b1b2,b0=0data,b0=1control;⑤CLP=CellLossPriority比特,CLP=1表示可丢，CLP=0不可丢。⑥HEC=HeaderChecksum，8比特，是前四个字节的校验，采用CRC-8=X^8+X^2+X+1Figure19-9ATM信元的帧格式GFC(4bits)VPI(4bits)VPI(4bits)VCI(4bits)VCI(8bits)VCI(4bits)PT(3bits)CLP(1bit)HEC(8bits)ATMcellheaderPayload(48bytes)Figure9.7Figure19-8VirtualConnectionIdentifiersinUNIsandNNIsFigure19-28ATMHeaderFigure19-29PTFieldsFigure19-30ServiceClassesATM适配层(AAL)层•AAL1类型•AAL2类型•AAL3/4类型•AAL5类型•SAAL类型ATM适配层(AAL)•作用有二：一是用户数据块与信元之间的映射，二是增强ATM的服务能力，以便满足应用的需要。•ATM将能够提供的业务按照时间性、数据率和连接类型分为A、B、C、D四类，相应地定义了五类AAL层的类别AAL1~5，其中AAL3/4合为一类。•AAL层分为CS和SAR两个子层，CS子层又分为SSCS和CPCS两个子层。•下面分别说明一下各种AAL层的结构及其处理过程。A/DAALVoices1,s2…DigitalvoicesamplesA/DAALVideo…CompressioncompressedframespictureframesAALDataBurstyvariable-lengthpacketscellscellscellsFigure9.3服务类型与AAL分类AAL中SAR的PDU结构AAL层的类型•一、AAL1类型–针对电路交换业务图9.10,9.11•二、AAL2类型–针对低速率、短时延的分组业务图9.13,9.14•三、AAL3/4类型–针对无连接的可变速率数据图9.15,9.16•四、AAL5类型–面向连接的可变速率数据图9.18–不做任何处理，只增加8字节的Trailer，加上PAD后变为48字节的整数倍，然后送给SAR层。•五、SAAL类型(SignalingAAL)–图9.20,9.21.Figure19-20ATMLayersFigure19-21ATMLayersinEnd-PointDevicesandSwitchesATM的应用•ATMWANATM用于远程连接多种网络形式•ATMLANATM用于局域网的连接Figure19-33ATMWANFigure19-34EthernetSwitchandATMSwitchATM的未来•“ATMisdead,LongliveATM.”•ATM与ISDN遭受同样的命运？•“计划经济比不过市场经济”•IP也在改进，增加QoS功能，速率也在提高，如LSR线速率路由器•IPoverATMoverSDHoverfiberIPoverfiberorIPoverDWDMATM特点•不进行逐段链路差错和流量控制•面向连接•信头功能简单•信元长度小而固定•用户信息透明地穿过网络ATM的优点•支持任何业务（不同速率，不同突发性，不同实时性）•有效利用网络资源（统计复用）•单一通信网（B-ISDN）4.4.2交换技术1.信息交换方式多协议标签交换交换可传数据既可传话音、图象，又，网络与业务无关，）：异步时分数字交换异步转移模式（：数据通信分组多路独立转发）存储分组交换（分组转发）报文交换（存储输：话音、图象的实时传话、时隙交换）同步时分交换（数字电（模拟电话交换）空分电路交换电路交换MPLSIPATM信息交换指信息在不同线路、终端或网路之间的切换过程或分发过程。信息交换主要有电路交换、报文交换、分组交换、异步转移模式（ATM）、IP交换、MPLS等基本方式（1）电路交换电话和用户电报通信网采用的是电路交换方式。这种方式的特点是：当一个人或终端要与远端的另一个人或终端通信时，就向交换机送入被叫端的用户号码，交换机根据这一号码在主叫和被叫之间建立起一条电路，或指定时分线的某个时隙，主叫端的信息便立即传送到被叫端，其时延仅仅是信息以光速传播时引起的传输时延，主、被叫之间能实时对话交换信息。另外，在电路交换中，通信时建立的电路被一对用户独占，且一直保持到双方挂机。（2）报文交换公众电报系统采用的是报文交换，一份被发送的报文传送到交换中心后，先存储起来，当连接该交换机的中继线空闲时，再将这份报文转发到通信目的地通路上的另一个交换机存储起来，这种“存储－转发”的过程辗转进行，直到报文到达目的地为止，所以这种交换方式又称为“存储－转发”交换方式。报文交换存在传输时延，不能实时对话。（3）分组交换与帧中继指将待传送的报文或数据由交换机装配成规定长度和格式的数据块──分组，让这些分组独立地以“存储－转发”的方式并且可以由不同的路径在网内传输，在接收端的交换机又重新把它们组装成完整的报文或数据。分组交换的数据传输协议是X.25。帧中继是一种快速分组交换技术，数据传输的基本单