《华为ATM原理》PPT课件.ppt

无线产品课程开发室无线产品课程开发室 ISSUEISSUE RA000009 ATM原理 2.0 学习目标 l掌握ATM交换的特点和方式 l掌握ATM信元的结构和ATM的一 些基本概念 l了解ATM协议栈的结构，掌握 AAL2和AAL5的适配过程 l掌握ATM在CDMA 1X中的应用 学习完本课程，您应该能够： 课程内容 第一章 ATM技术简介 第二章 ATM基础知识和基本概念 第三章 ATM协议和QoS介绍 第四章 IPOA基础知识 第五章 ATM在CDMA 1X系统中的应用 什么是ATM ATM即异步转移模式: l综合了传输、复用、交叉连接和交换的技术 lATM是快速分组交换技术、采用统计复用方 式 l一种结合了电路交换和分组交换的各自优点 的技术 lATM能传送所有类型的业务量(话音、数据、 图像等) ATM的技术特点 采用53byte固定长度的信元= 5Bytes信元头 +48Bytes净荷 信元使用连接标识VPI/VCI通过ATM交换机进行 交换，在通信前必须先建立端到端的虚连接。 建立连接时就定义业务（或连接）的QoS属性 Contract 5-Bytes Header 48-Bytes Payload 面向连接的概念 面向连接：单一路径 信元沿预先连接好的路径： S1, S4, S7, S8 所有数据包沿着相同的路径，按 照发送的顺序到达。时延比较固 定、易控制 无连接：多路径 数据包1路径： S1, S2, S6, S8 数据包2路径： S1, S4, S7, S8 各数据包走不同的路径、不一 定按发送的顺序到达 S2 S4S7 S1 S6 S8S3S5 S2 S4S7 S1 S6 S8S3S5 传统交换方式的优缺点 传统交换方式： l电路交换（Circuit Switching） 因同一连接的信息经过相同的路由，所以时延抖动 小 易于高速率的交换 采用固定时隙分配，电路交换只能支持单一速率 带宽浪费 l分组交换（Packet Switching） 分组交换可以支持多种速率的交换 系统延迟不确定性 分组交换的交换速率不易提高 ATM交换方式的特点 ATM交换方式的特点： l以信元为单位的异步转移模式，异步意味着 来自任意用户的信息信元流不必是周期性的， 便于实现线路带宽的共享和统计复用。 lATM网络能同时传送多种类型的信息，承 载多种通信业务，并且能够提供QoS（ Quality of Service）服务。 l信元长度固定，容易实现硬件交换，实现高 速交换。 ATM技术的优点 ATM技术的优点： l目前唯一实现QoS的技术 l同时支持话音、数据、图象业务等宽带业 务 l技术成熟，标准化程度高 l业界广泛的支持 l良好的网络互联和互通能力 l不断演进，适应不断出现的新业务 ATM技术的应用 l交换网: ATM交换机，窄带向宽带演进的方式 l传输网: ATM VP交叉连接节点 (VPX)和 ATM ADM设备 lInternet网: ATM路由器，如采用 IP交换技术、多协 议标记交换技术 (MPLS)等 课程内容 第一章 ATM技术简介 第二章 ATM基础知识和基本概念 第三章 ATM协议和QoS介绍 第四章 IPOA基础知识 第五章 ATM在CDMA 1X系统中的应用 第二章 ATM基础知识和基本概念 lATM基础知识 lATM交换的类型 l ATM虚连接 ATM网络模型 UNI UNI UNI PNNI PNNI NNI NNI NNI NNI NNI NNI NNI ICI 其他网 络业务 NNI：Network Node Interface UNI：User Node Interface ICI：Inter-carrier Interface PNNI：Private Network Node Interface ATM信元格式 GFC：一般流量控制 VPI ：虚通道标识 VCI ：虚信道标识 PTI ：净荷类型 CLP：-信元丢失优先级 HEC：信头误码控制 UNI信元格式NNI信元格式 PTICLP HEC PAYLOAD GFC VCI VPI1 3 2 4 5 6 53 VPI 81765432 PTICLP HEC PAYLOAD VCI VPI1 3 2 4 5 6 53 81765432 Port 1 VPI=2 VCI=37 VPI=3 VCI=39 NNI UNI UNI ATM信元的交换过程 ATM 交换 Port VPI VCI 1 2 37 2 1 51 Port 2 Port 1 ATM 交换 Port VPI VCI 1 1 51 2 3 39 Port 2 ATM终端设备 ATM终端设备 用户B 用户A ATM网络设备 ATM网络设备 信元和用户数 据的互相转化 信元和用户数 据的互相转化 VPI=1 VCI=51 第二章 ATM基础知识和基本概念 lATM基础知识 lATM交换的类型 l ATM虚连接 ATM交换分类 lATM的交换本质上是分组交换 lATM交换分为VP（Virtual Path）交换和 VC（Virtual Channel）交换两种 lVPI和VCI仅在两个物理节点间只有局部意 义 信元转发采用逐跳转发的方法 UNI信元 VPI =1 VCI =1 VC交换和VP交换 用户B用户A ATM终端设备ATM终端设备 ATM网络设备 ATM网络设备 ATM网络设备 UNI信元 VPI =20 VCI =30 NNI信元 VPI =26 VCI =44 NNI信元 VPI =2 VCI =44 VC交换VC交换VP交换 一般情况下： lVP交换只改变VPI的值不改变VCI的值 lVC交换既改变VPI的值又改变VCI的值 第二章 ATM基础知识和基本概念 lATM基础知识 lATM交换的类型 l ATM虚连接 ATM虚连接 UNI信元 VPI =1 VCI =1 UNI信元 VPI =20 VCI =30 NNI信元 VPI =26 VCI =44 NNI信元 VPI =6 VCI =44 NNI信元 VPI =2 VCI =44 1 2 3 1 2 3 1 3 2 1 23 ATM虚连接（VC） PortVPIVCI 12644 2244 PortVPIVCI 1244 2644 PortVPIVCI 1644 22030 PortVPIVCI 111 22644 AB A需要传送数据到B，首先在信元要经过的ATM节点上建立一系列的交换表格， 保证信元经逐次转发后最终到达B。这些表格建立后A到B间的信元所经路径是一致 的（至少在一次呼叫内如此），这种路径称为ATM虚连接。 ATM中虚连接的分类 lATM的虚连接分为两种 虚通道VPC(Virtual Path Connection) 虚信道VCC(Virtual Channel Connection) l无论哪种虚连接，根据建立方式的不同都可分 为： 交换虚连接SVC(Switching Virtual Connection) 永久虚连接PVC(Permanent Virtual Connection) UNI信元 虚通道和虚信道 ATM终端设备AATM终端设备C ATM网络设备E ATM网络设备G ATM网络设备F UNI信元 NNI信元NNI信元 VC交换VC交换VP交换 虚信道（VCC ） 虚通道（VPC） 虚信道（VCC ） UNI信元 UNI信元 ATM终端设备BATM终端设备D 为提高G的交换效率，所有发自A、B并要经过F的信元，E在转发时将 它们的VPI统一填写为某一固定值，发送到G。G进行VP交换后到达F，F 再根据VCI的值进行VC交换分发到C、D（反向业务流也如此处理）。这 些信元从E到F，VCI值不变。相当于在E、F间建立了以VPI为标识的信元 管道，称之为虚通道。而终端A、B、C和D之间的虚连接称为虚信道。 课程内容 第一章 ATM技术简介 第二章 ATM基础知识和基本概念 第三章 ATM协议和QoS介绍 第四章 IPOA基础知识 第五章 ATM在CDMA 1X系统中的应用 第三章 ATM分层结构 lATM协议简介 lAAL2和AAL5结构和适配过程介绍 l ATM层业务类别和Qos简介 ATM协议结构模型 高层 ATM适配层 （SAAL） ATM层 物理层 ATM适配层 （AAL） 高层用户业务和信令 上层信息与ATM 信元间的转换 信元交换和复用 解复用 帧结构、物理介 质 处理各层间 协调，无分 层结构 分别管理各层 协议实体中的 资源和参数 呼叫连接 与控制 用户信息传输、流 量控制和差错恢复 面管理 层管理 控制平面用户平面 ATM子层模型 ATM参考模型OSI七层协议 比特定时 网络介质 信元率解耦 HEC产生/验证 信元定界 传输帧适配 传输帧传输/恢复 流量控制 信头产生和提取 VPI/VCI转换 信元复用和分路 执行高层所需服务 高层协议数据包和信 元净荷间的相互转化 高层 PMD TC PHY ATM AAL CS SAR 层 管 理 7应用层 6表示层 5会话层 4传输层 3网络层 2数据链路层 1物理层 2个子层: l传输汇聚 子层(TC) 传输帧的产生、恢复与适配 信头差错控制 信元定界和扰码 信元速率去耦 l物理媒体相关子层(PMD) 线路编码、比特定时 物理媒介 ATM物理层功能 适配层 ATM层 物理层 l信元交换 l服务质量保证 l信元头的插入/移动 l净荷类型的有关功能 l复用/去复用不同连接的信元 ATM层功能 适配层 ATM层 物理层 l执行高层所需的服务 l高层协议数据单元和ATM信元净荷 的相互转化 ATM适配层功能 适配层 ATM层 物理层 ATM适配层功能示意 ATM适配层功能示意图： 利用ATM网络的数 据传送和交换能力 ，为各类电信业务 提供服务。 ATM Payload Constant Bit Rate Data Bursts Variable Bit Rate ATM Cell Multiplexing AAL SDU AAL适配方式分类 目前AAL层有5种适配方式，用于承载不同类型 的数据业务。本课程的重点是AAL2和AAL5，因为 在CDMA 1X的BSC系统中，语音业务使用AAL2承 载，其他业务和信令使用AAL5承载。 业务A类B类C类D类 比特率固定可变可变可变 信源、信宿定时关系需要需要不需要不需要 连接方式面向连接 面向连接 面向连接无连接 适配AAL1AAL2AAL3/4AAL5 ATM适配层逻辑结构 汇聚子层（CS）：主要功 能是在AAL业务接入点（SAP ）对高层提供业务服务，具体 功能和业务类型有关。根据业 务类型的不同，CS子层还可 以细分为业务特定部分（ SSCS）和公共部分（CPCS ）。其中SSCS根据承载的业 务确定，CPCS根据选用的适 配方式确定。 分段和重装子层（SAR）: 将汇聚子层处理后的数据包分 割成48字节的ATM净荷。或 者将48字节的净荷组装成汇聚 子层数据给其处理。 会聚子层业务特定 部分（SSCS） 会聚子层公共部分（ CPCS） 分段和重装子层（SAR） SSCS-PDU CPCS-PDU SAR-PDU AAL-PDU CPCS-SDU SAR-SDU ATM-SDU A A L 层 C S 子 层 AAL-SAP ATM-SAP ATM层 第三章 ATM分层结构 lATM协议简介 lAAL2和AAL5结构和适配过程介绍 l ATM层业务类别和Qos简介 AAL2结构 业务特定会聚子层（ SSCS） 公共部分子层 （ CPS） SSCS-PDU CPS-PDU AAL-PDU CPS-SDU A A L 层 AAL-SAP ATM-SDU ATM-SAP ATM层 AAL2分为两个子层 ：公共部分子层（CPS ）和业务特定汇聚子层 （SSCS）。公共部分 子层内部包含了SAR层 的功能，所以没有专门 的SAR子层。对于 AAL2来说，无论承载 何种业务CPS总是相同 的。但根据承载的业务 不同，SSCS必须根据 业务的种类作不同的定 义，甚至SSCS可以为 空（无SSCS层）。 AAL Layer AAL2适配过程 AAL-SAP SSCS-PDU Payload SSCS-PDU HeaderSSCS-PDU Tail AAL-SDU CPS-SDU CPS-PPCPS-PH CPS-PacketCPS-Packet SSCS-PDU 45Bit Max STFCPS-Packet CCPS-PacketCPS-PacketSTFSTF 1#3#2# 1#3#2# CPS-PDU Payload 47 Bit CPS-PDU ATM-SDU ATM-SAP ATM Payload SSCS CPS SN 876543218765432187654321 CID LI UUI HEC CPS-PH ATM Layer 87654321 OSF P STF CPS-Packet PS-Packet PAD ATM-Header AAL5结构 会聚子层业务特定 部分（SSCS） 会聚子层公共部分（ CPCS） 分段和重装子层（SAR） SSCS-PDU CPCS-PDU SAR-PDU AAL-PDU CPCS-SDU SAR-SDU ATM-SDU A A L 层 C S 子 层 AAL-SAP ATM-SAP ATM层 AAL5分为两个子层： 汇聚子层（CS）和分段和 重装子层（SAR）。汇聚 子层又可以分为业务特定 部分（SSCS）和公共部 分（CPCS）。ALL5为提 高适配效率将AAL3/4的 CPCS和SAR部分作了适 当的简化，因此这种适配 方式不支持多高层用户复 用的功能。 AAL5适配过程 AAL Layer AAL-SAP CPCS ATM Layer AAL-SDU CPS-PDU PayloadPADCPS-PDU Tail UU CPI Length CRC 8181161321 CPS-PDU N48 Bytes PAD 047Bit s SAR-SDU ATM-SAP SAR-PDU #1SAR-PDU #2SAR-PDU #3SAR-PDU #4 ATM-SDU #1 ATM-SDU #2 ATM-SDU #3 ATM-SDU #4 Cell #1 Cell #2 Cell #3 Cell #4 ATM Payload :ATM Header (AUU=0) :ATM Header (AUU=1) AUU PTI 3 2 1 SAR 第三章 ATM分层结构 lATM协议简介 lAAL2和AAL5结构和适配过程介绍 l ATM层业务类别和Qos简介 ATM层的业务分类 lCBR(Constant bit rate) 不变比特率 lVBR-RT(Variable bit rate-real time) 实时可变比特率 lVBR-NRT(VBR-nonreal time) 非实时可变比特率 lUBR(Unspecified bit rate) 未指定比特率 lABR(Available bit rate) 可用比特率 通信契约的签订 ATM网络 l通信契约 业务类型 流量参数 QoS参数 Contract Contract CDMA 1X系统中使用的业务 lVariable bit rate-real time VBR-RT 实时可变比特率 AAL2适配 CDMA 1X系统中话音业务数据为此类业务 lVBR-nonreal timeVBR-NRT 非实时可变比特率 AAL5适配 CDMA 1X系统中其他业务为此类业务，包括信令和数据 业务。 课程内容 第一章 ATM技术简介 第二章 ATM基础知识和基本概念 第三章 ATM协议和QoS介绍 第四章 IPOA基础知识 第五章 ATM在CDMA 1X系统中的应用 第四章 IPOA基础知识 lIPOA协议介绍 lARP协议介绍 IPOA协议栈 ATM网络物理层 将IP地址映射为ATM PVC或SVC 高层应用 ATM AAL IP TCP/UDP 高层应用 ATM AAL IP TCP/UDP 将IP数据包转化为ATM Payload TCP/IP数据帧处理 App DataTCP Header TCP header App DataIP Header IP Header TCP Header App DataLLC SAR-SDU#1SAR-SDU#2SAR-SDU#3SAR-PDU#4SAR-PDU#5 TCP IP SNAP/LLC AAL5 CS SAR ATM PHY 在SAR-PDU前加上5Bytes的ATM信元头，并根据IP地址和PVC/SVC的 映射关系填写VPI/VCI的值，将已构造完成的ATM信元交由物理层传送。 具体的数据传输协议和物理介质，完成ATM信元的传送 LLCIP Header TCP Header App DataPAD CPCS-PDU Tail 第四章 IPOA基础知识 lIPOA协议介绍 lARP协议介绍 IPOA下ARP协议的实现典型组网图 ATM网络 ARP服务器 以太网 WAN 路由器 IPOA下ARP协议的实现SVC情况 主机向ARP服务器登记其IP地址和ATM地址 主机1 ARP服务器 IP:192 .168 .1 .1 ATM:50412081 IP:192 .168 .1 .2 ATM:50412082 ATM网络 主机2 IPOA下ARP协议的实现SVC情况 ARP服务器建立IP地址和ATM地址映射表 主机1 ARP服务器 ATM网络 主机2 IP:192 .168 .1.2 ATM:50412082 IP:192 .168 .1.1 ATM:50412081 IPOA下ARP协议的实现SVC情况 主机1以主机2的IP地址为索引，向ARP服 务器要求解析主机2的ATM地址。 主机1 ARP服务器 IP:192 .168 .1 .2 ATM:？ ATM网络 IPOA下ARP协议的实现SVC情况 ARP服务器在IP地址和ATM地址映射 表中查出主机2的ATM地址，并通知主机1 。 主机1 ARP服务器 IP:192 .168 .1 .2 ATM: 50412082 ATM网络 IP:192 .168 .1 .2 ATM:50412082 IP:192 .168 .1 .1 ATM:50412081 IPOA下ARP协议的实现SVC情况 主机1 ARP服务器 ATM网络 主机2 主机1使用主机2 的ATM地址，通过呼 叫建立连接主机2的 SVC。实现两者间的 IP数据包交换。 IPOA下ARP协议的实现PVC情况 主机A IP:192 .168 .1 .1 ATM网络 主机B IP:192 .168 .1 .2 PVC 在这种方式下，任意两个有通信要求的IPOA终端间必须建立 PVC。主机A和主机B间如果要实现IP数据交互首先要配置一条 PVC。 IPOA下ARP协议的实现PVC情况 主机A作为本端IPOA客户在所有已配置的PVC上，发送 InvATMARP消息来请求对端IPOA客户（主机B和其他主机）的 IP地址。主机B也如此操作。 主机A IP:192 .168 .1 .1 ATM网络 主机B IP:192 .168 .1 .2 PVC InvATMARP InvATMARP VPIVCIIP Address 133？.？.？.？ XXYY？.？.？.？ VPIVCIIP Address 233？.？.？.？ ZZYY？.？.？.？ IPOA下ARP协议的实现PVC情况 主机A、B分别将自己的IP地址回应给对方，于是双方均在自 己的系统中建立对方的IP地址和PVC的映射表，当然，该表中 还有其他做出回应的主机IP地址和PVC的映射。 主机A IP:192 .168 .1 .1 ATM网络 主机B IP:192 .168 .1 .2 PVC ACK ACK VPIVCI 133 XXYY IP Address 192 .168 .1.2 xxx .xxx .xxx .xxx VPIVCI 133 ZZYY IP Address 192 .168 .1.1 xxx .xxx .xxx .xxx IPOA下ARP协议的实现PVC情况 主机A如果有以目的地为主机B的IP数据包，主机A的ATM层 在收到该数据包转化后的AAL-PDU就会根据主机B的IP查找IP 地址和PVC的映射表，索引出相应的PVC，并据此填写ATM信 元头中的VPI/VCI。该信元即可由ATM网络传送到主机B。 主机A IP:192.168.1.1 ATM网络 主机B IP:192.168.1.2 PVC ATM信元流ATM信元流 VPIVCI 133 XXYY IP Address 192 .168 .1.2 xxx .xxx .xxx .xxx VPIVCI 133 ZZYY IP Address 192 .168 .1.1 xxx .xxx .xxx .xxx 课程内容 第一章 ATM技术简介 第二章 ATM基础知识和基本概念 第三章 ATM协议和QoS介绍 第四章 IPOA基础知识 第五章 ATM在CDMA 1X系统中的应用 ATM在CDMA 1X BSS 系统中的应用 资源管理 模 块 RM 基本处理 模 块 BM 光纤或多 条E1线 BTS BTS基带框 业务/带内信令：AAL2 维护/带外信令：AAL5 Abis接口