硕士论文-河南通信ATM网络的流量分析.pdf

电子科技大学 硕士学位论文 河南通信ATM网络的流量分析 姓名 刘琳琳 申请学位级别 硕士 专业 电子与通信工程 指导教师 毛玉明 郭卫国 20040101 摘要 计算机网络的飞速发展尤其是互联网的兴起 面对巨量信息的传输需求 宽带化与分组化成为电信网络发展的基本趋势 未来的电信级网络应是综合语 音 图象和数据的多业务交换平台 A T M 是一种为支持宽带综合业务而专门开 发的新技术 具有端到端Q o S 保证 较全面的流量规划和拥塞控制 灵活的动 态带宽分配与管理 支持多业务等特点 许多运营商采用A T M 做为宽带网平台 河南电信也投入巨资建设了本地A T M 网 传统电信运营商往往是多种网络并存 面对不断涌现的新业务 传统运营商在网络演进过程中既要注意保护原有网络 投资 又不能固步白封而失去新的竞争力 如何更充分地发挥A T M 网综合业务 的优势并降低运维成本对河南电信这样的传统电信运营商是值得深入思考和研 究的 为研究A T M 对I P 及电路仿真等多业务的支持能力 本文从A T M 产生的背 景及技术特点入手 论述了宽带多媒体业务的分类以及A T M 不同的适配业务 C B R A B R V B R U B R 对河南省A T M 网络设备情况 网络组织 开放业务进行 了介绍 并以业务量较大的若干连接为具体分析对象 从2 0 0 2 年4 月1 1 日至 6 月1 8 日连续对网络数据进行跟踪 对A T M 交换机相关连接的流量进行了实时 采集 将这些连接按业务类别分为C B R U B R A B R 本文通过对6 月4 日0 8 4 5 到6 月6F 0 8 3 0 这一时间段内这些连接数据的详细处理 对于不同的业务 定义了A T M 的不同属性如通信量描述符和Q O S 性能参数等 对于网络流量 连 接性能详细分析 论证了河南省A T M 对于多业务的Q O S 的支持策略 同时也指 出了河南A T M 网某些原始参数设置的不足 希望通过分析修改 保证网络业务 的正常运行 同时本论文也希望为河南省A T M 网更广泛的应用提供一些科学的 数据 以求充分利用好这些A T M 网络资源 保证其高效可靠的运行以及获得良 好的经济效益 关键词 A T M 参数 流量 Q O S 性能分析 A B S T R A C T W i t ht h ed e v e l o p m e n to f t h e c o m p u t e rn e t w o r k e s p e c i a l l y r i s eo fI n t e r n e ta tf u l l s p e e d I nt h ef a c eo f t h et r a n s m i s s i o nd e m a n df o rt h eh u g ea m o u n to fi n f o r m a t i o n B r o a d b a n do n e sa n dp a c k e t e x c h a n g i n gs t y l eb e c o m et e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k b a s i ct r e n do fd e v e l o p m e n t T h ef u t u r en e t w o r ko ft e l e c o m m u n i c a t i o nl e v e li s e x p e c t e d t Ob et h em u l t i f u n c t i o n se x c h a n g ep l a t f o r m i n t e g r a t i n gs o u n d s i m a g e sa n d d a t a A T Mi st h en e w l yd e v e l o p i n gt e c h n i q u et o s u p p o r tt h eb r o a d b a n db u s i n e s s c h a r a c t e r i z i n gb y e n dt Oe n dg u a r a n t e e p e r f e c tf l u x p l a n j a mc o n t r o l f l e x i b l e N l o c N i o na n dm a n a g e m e n to ft h ed y n a m i cb r o a d b a n d Ag r e a td e a lo fn e t w o r k d e a l e r sa d o p tA T Ma st h eb r o a d b a n dn e tp l a t f o r m H e n a nt e l e c o m m u n i c a t i o nh a s d e v o t e di m m e n s ea m o u n to f m o n e y t ob u i l dl o c a lA T Mn e t w o r ka sw e l l T r a d i t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o nd e a l e r su s e dt O d e v e l o p d i f f e r e n tt y p e so fn e t w o r k s W h e r e a s c o n f r o n t e dw i t hc e a s e l e s s l ye m e r g e dn e wb u s i n e s s t r a d i t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n d e a l e r sa r es u p p o s e dt On o to n l yp l a c ew e i g h to np r o t e c t i o no fe x i s t e dn e t w o r k i n v e s t m e n t si nt h ee v o l u t i o no f t h et r a d e b u ta l s on o tl e ts t a g n a t i o nt ob l o c kt h e i rw a y t ob em o r ec o m p e t i t i v eo n e s A st oH e n a nt e l e c o m m u n i c a t i o n s u c hat r a d i t i o n a l d e a l e r h o w t om a k ef u l lu s eo fA T Mn e t w o r ka n dd e c r e a s et h er u n n i n ge x p e n s e sa r e w o r t h yo fp r o f o u n dc o n s i d e r a t i o na n dr e s e a r c h W i t ht h ep u r p o s eo fr e s e a r c h o f A T M S s u p p o r ta b i l i t y t oI Pa n dc i r c u i te m u l a t i o n b u s i n e s s t h i st h e s i sb e g i n sw i t h t h e b a c k g r o u n do fi t s b i r t ha n dt e c h n i q u em e r i t s a n de l a b o r a t e st h ec l a s s i f i c a t i o no f b r o a d b a n dm u l t i m e d i ab u s i n e s sa sw e l la sA T M Sv a r i o u ss u p p l e m e n t a r yb u s i n e s sa s C B R A B R V B Ra n dU B R I ta l s oi n t r o d u c e st h eA T Mf a c i l i t ys t a t u s n e t w o r k o r g a n i z a t i o n sa n d o v e r s e a sb u s i n e s so ft h ep r o v i n c e r e g a r d i n gt h eb e s td e a l e r sa st h e c o n c i s er e s e a r c ho b j e c t s f o l l o w i n gt h en e t w o r kd a t af r o mA p r i l11 2 0 0 2t OJ u n e18 g a t h e r i n g t h er e l e v a n tf l u xo fA T Me x c h a n g em a c h i n e a n d c l a s s i f y i n g t h e s e c o n n e c t i o n si n t oC B R U B Ra n dA B R a c c o r d i n g t ot h ed i f f e r e n c eo f t h eb u s i n e s s T h e t h e s i sd e f i n e sA T M Sd i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c sl i k ee m a i lf l u xd e s c r i b i n gs y m b o la n d 1 1 Q O Sc a p a b i l i t yp a r a m e t e ra n dm a k e sad e t a i l e da n a l y s i so ft h en e t w o r kf l u xa n d c o n n e c t i o n c a p a b i l i t yb yn l e a n so f d e t a i l e dp r o c e s s e so nt h ed a t af r o m0 8 4 5J u n e 4 t o0 8 3 0J u n e6 i td e m o n s t r a t e sQ O S S s u p p o r t i n gp o l i c yf o r t h ed i f f e r e n tb u s i n e s s p o i n t s o u tt h es e u i n gf l a w so f t h e o r i g i n a lp a r a r a e t e ri nH e n a nA T M a n d i si nh o p eo f e n s u r i n g t h en o r m a l r u n n i n g o ft h en e t w o r kb u s i n e s st h r o u g h a n a l y z i n g a n d r e v i s i n g A tt h es a m e t i m e T h et h e s i sh o p e st oo i l e rs o m es c i e n t i f i cd a t af o rt h em o r ee x t e n s i v e a p p l i c a t i O no fH e n a nP r o v i n c eA T M I no r d e rt Om a k eg o o du s eo ft h e s eA T M n e t w o r kr e s o u r c ef u l l y a n dg u a r a n t e eh i g h e f f i c i e n tr e l i a b l e o p e r a t i o na n dw i nt h e g o o d e c o n o m i cb e n e 矗t s K E YW O R D S A T M n e t w o r k f l u x p a r a m e t e r Q O S a n a l y s i so f c a p a b i l i t y I l l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地 方外 论文中不包含其偬入已经发表或撰写过的研究成采 也不包含 为获得电子科技大学或其它教育祝构的学位或证书面镬爰过欧奉季料 与我一嗣工佟的嗣志对本硬究艨徽的任何贡献均已在论文中馋了明 确的说明并表示谢意 签名 盏 l 越燃网期 炒笋年3 月肜同 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留 使用学位沦文 的规定 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘 允许论文被查阅和借阅 本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库避行检索 可以采用影印 缩印或 扫摘等复制手段保存 汇编学位论文 保密熬学位论文在解密后应遵守此撬定 签名 率导爆签名 里业 曰期 o l 帅 年毒月 扩日 电子科技大学工程硕士学位论文 第一章研究A T M 网络的意义 信息技术的快速发展 对传统的电信网络提出了很大挑战 面对巨量信 息的传输需求 传统电信网络必将向宽带化与分组化发展 A T Z 技术是在传 统的电路交换和分组交换基础上发展起来 它具有传输速度快 距离不受限 制以及集语音 图像和声音传输于一体的特点 A T M 能综合所有业务 包括话 音 数据和图像 尤其适合多媒体业务的应用 9 0 年代以来 A T M 一直是国 际上电信领域研究热点 近十年来 通过I T U T A T h l 论坛 I E T F 等标准化 组织的工作 A T M 的标准已基本完善 正当A T M 逐步走向应用的时候 I P 技 术随着互联网的迅猛发展大有 一统江湖 之势 甚至提出了 一切基于I P I P 支持一切 E v e r t h i n g o nI P I Po v e re v e r t h i n g 的口号 I P 支持 一切 即通过统一的I P 层对上层协议屏蔽各种物理网络技术 如x 2 5 D D N 以太网 令牌环 帧中继 A T M S D H W D M 的差异性实现异种网互联 而 一 切基于I P 的 一切 是指所有业务 包括数据 图像和话音 实时和非实 时的 我们简要地对比这两种技术 随着计算机网络发展尤其是互联网的兴 起 I P 在桌面应用方面取得了决定性的地位 而I P 技术简单实用的设计思 想 尽力传送 b e s to fe f f o r t 尤其是I P 网络中节点包转发的瓶颈 使得I P 存在服务质量问题 流量控制问题 多业务能力问题等 而所有这些 正是A T M 技术的基本功能 A T M 主要优势包括 保证端到端的Q o S 具有流量 控制和拥塞控制 灵活的动态带宽分配与管理 可扩展性强 支持多业务等 A T M 具有很强的业务适配能力 低到几百b p s 高到几百M h p s 甚至G b p s 以上 端口速率都可接入 A T M 包括A T M 设备和网络对于服务质量Q o S 有严格定义 如最大发送时延 时延抖动 信元丢失率等 这在本文后面将有详细介绍 和具体测试方法和指标 这使得A T M 在统一的网络平台应用方面很有优势 也许最好的方法将是I P 与A T M 结合 因此A T M 得到了电信界 计算机网络界 的广泛重视 电信界期望A T M 实现其网络的综合 实现现有电信网与未来网 络的无缝融合 保护现有电信网的投资 而计算机网络界也不再争论I P 技术 是否将会取代A T M 技术 而是研究如何借鉴A T M 技术解决互联网 I n t e r n e t 发展中面临的问题 通过A T M 和I P 的融合解决网络规模 服务质量 流量工 程以及V P N 支持等互联网发展中急需解决的问题 电子科技大学工程硕士学位论文 A T M 能支持高速路由器组网 且能实现宽带新业务 如实时多媒体信息 检索等 实现A T M 作为多业务网络 这些也是且前国际上A T M 的典型应用 同时基于A T M 的综合接入设备同样具有优势 采用A T M 技术可以很好地实现 所有业务的接入 这样A T M 作为统一的传送平台 现有网络资源还可以继续 利用 但若有新的需求 不必扩容现有网络 而由A T M 直接提供 这样既保 护现有网络的投资 又实现了现有网络向宽带多业务网的逐步平滑过渡 全 球已建成许多A T M 网络 现在美国多数数据网采用A T M 技术 如A T T M C I 等 美国互联网的骨干网也基于A T M 技术 S P R I N T 公司的综合网 I O N 也 选择A T M 就中国对丁场而言 主要运营商已经建设和正在建设的宽带网大多 基于A T M 如中国电信建设的宽带多媒体骨干网以及各省电信企业建设的名 称各异的宽带网 大多是基于A T M 的 中国联通正在建设的宽带多业务网络 也是基于A T M 的 吉通将要开始建设的全国宽带骨干网同样是基于A T M 的 之所咀会如此 一方面是因为 就Q O S 保证以及支持IP 和传统业务而言 A T M 仍然是目前最为成熟的技术 另一方面 近年来互联网以空前的速度发 展 也带动了A T M 设备市场的增长 因为A T M 做为互联网的承载网而且宽带 接入A D S L 与A T M 相配合进行业务的会聚是最为合理的 而且目前在I P 技术 炒得最火热时 各运营商都在进行A T M 网络扩容和建设 如几个中国电信省 级网络 包括北京通信宽带通信网 云南省多媒体宽带通信网 河北省通信 宽带骨干网 安徽省电信宽带多媒体网以及湖北省宽带多媒体通信网等都在 进行扩容 河南通信也投入巨资建设了本地A T M 网络 并且作为互联网业务 的承载网 在I P 网中得到了广泛的应用 对于河南通信这样的传统电信运营商 一方面在国家对电信业拆分 重 组大形势下要应对曰益激烈的市场竞争 另一方面要充分利用原有投资应对 信息技术带来的挑战 可谓是任重道远 本论文通过对河南电信A T M 网络中 各种连接流量的采集 分析与处理 对A T M 支持多业务的能力加以认真的研 究和分析 希望能够为A T M 网络更高效的运营维护提供一些有价值的数据 同时充分发挥A T M 对新技术的集纳能力 能够更好地支持新业务的开发 电子科技大学工程硕士学位论文 第二章A I M 概述 2 1 A T M 技术产生的背景 自从贝尔于1 8 7 0 年发明电话后 为有效地连接日益增多的电话用户 电话交换网应运而生 它经历了人工交换 机电式自动交换系统以及数字程 控系统发展过程 二十多年前标准化的T D M 技术是为了传送话音 由此组建 的P S T N 和窄带I S D N 业务网 以及P D H 和S D H 传送网都是以6 4 k b i t s 的话音 信道为基础的 如P D H 是以逐级复用 从6 4 k b i t s 到2 M b i t s 到3 4 M b i t s 再到1 4 0 M b i t s 等等 在另一端再逐级解复用下到6 4 K b i t s S D H 也是基于 时隙结构的电路模式传送技术 最适合传送以6 4k b i t s 为单位的电话业务 和提供2 M b i t s 的固定速率电路 因此电信网络主要以电路交换为基本原 理 而近十年来因特网爆炸性的发展 给电信网络带来了巨大的竞争压力 局域网 L A N 技术的发展突飞猛进 而宽带I P 技术传输速率已可达千兆 电 信网 互联网乃至电视网的 三网融合 成为大势所趋 传统电信网络在信 息服务等增殖业务不断增加的压力下 将由窄带电路模式演进到宽带包模式 同时具有传统电信网和计算机数据通信网的功能 因此支持宽带交互式多媒 体的新一代电信网呼之欲出 而能够承载多种业务的A T M 技术目前正得到广 泛应用 A T M 已成为二十一世纪宽带通信的关键技术 己被国际电联确定为 宽带综合业务数字网的基本传送方式 2 1 1 传统电信网络的局限性 首先电路模式不具备无级动态带宽分配特性 用来传输数据业务时会 导致网络效率低下且难以适应业务的突发性与速率可变性特点 在电话网 通过使用调制解调器 M o d e m 来进行计算机数据传输及数据信息交换 随之产生了公用数据网 其典型的代表是分组交换网 X 2 5 它是基干 包交换的一种技术 具有信输可靠性高的优点 但由于调制解调器速率及 交换技术本身限制 X 2 5 只能处理中低速数据流 随着电信业务由以话音 为主过渡到以数据为主的因特网新时代 基于T D M 技术的固定容量的分级 通道结构以及不能实时动态重新分配时隙 对于高带宽 高突发性的数据 通信业务是极不有效和不灵活 其次通信网络 特别是传统的网络都具有业务特定性的特点 也就是 电子科技大学工程硕士学位论文 说某一特点的通信网络总是为满足某种特点的业务需求而设计的 例如 电话网用于话音业务 分组交换网是用于数据传输的 电视网用于视频服 务 这些网络用于提供非特定业务时均存在诸多问题 而各种数据新业务 的出现 各种专业网络相应产生 如分组网 数字数据网D D N 电子数据 交换网E D I 等 上述的电话网及数据网都采用了最适合于某一特定业务的 利用与交换体制及相应的通信协议 但对其它业务往往不能经济而有效地 支持这些相互独立的通信网用途各异 因而存在技术体制各异 重复建设 经济性差 使用不便 需采用不同的接口 归属于不同部门 管理不便 很难互连甚至不能互连等诸多缺陷 由此我们不难看出 传统网络普遍存 在以下缺陷 第一 业务的依赖性 一般性网络只能用于专一服务 公用电 话网不能用来传送电视信号 分组网不能用来传送高带宽的图像和对实时 性要求较高的语言信号 第二 无灵活性 即业务拓展的可能性不大 原有 网络的服务质量 很难适应今后出现的新业务 第三 效率低 一个网络的 资源很难被其它网络共享 随着社会不断发展 网络服务不断多样化 这 对网络的要求越来越高 有人还不禁提出这样一个想法 能否把这些对带 宽 实时性 传输质量要求各不相同的网络服务由一个统一的多媒体网络 来实现 做到真正的一线通 因此实现网络综合成为网络发展的需求和方 向 2 1 2A T M 技术的提出 随着通信业务的不断多样化 传统的为每种业务建设专门传输网络的做 法代价太大 更重要的是不能适应其他信号的通信和使用 同时 不同网络 执行不同的协议 不能互通也不利于各种信号媒体的互相转换 迫切需要一 种新的网络体系 其要求是 真正实现话音 数据和图象等业务的综合 能 适应现有的和将来可能的业务 能在同一网络提供低至几k b i t S 高至几百 M b i t s 的速率 为了克服已有网络的局限性 人们从八十年代中期开始研究 一种新的网络体制 它适合于多种通信方式 可以综合传输各种信号的通信 网络 能够提供高于P C M 一次群速率 适应全部已有的和将来可能的业务 从低速的数据到高清晰度电视业务都采用统一方式在网络中传输 复用 与 交换 I T U 原C C I T T 于199O 年将这样的一元化网络定义为宽带综合业 务数字网 B I S D N 这种网络可以传送包括话音 数字 图像信号在内的各 种信号 故称为综合业务数字网 I S D N 在此之前的l983 年 法国邮 电科学院与美国A T T 贝尔实验室的科学家同时提出了新的网络体制的雏型 前者称为异步时分复用 A T D A s y n c h r o n o u sT i m eD i v i S i 0 1 后者称为快 速分组交换 F P S F a s tP a c k e tS w i t c h i n g 这是分别从传输与交换方面考 4 电子科技大学 程硕士学位论文 虑所起的名称 经过随后广泛的研究和制定相应的规范 I T U 于1 991 年 将这种新的网络体制正式为异步转移模式 A s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e 简称A T M 并把A T M 作为B I S D N 统一的复用与交换方式 现存的基于A T M 的 B I S D N 具有通常的电路交换型 电路交换 多速率电路交换 快速电路交换 和分组交换型 分组交换 帧中继 快速分组交换 网络的优点 克服了已 有网络的上述缺陷 用统 的体制实现了已知与未知业务的传输与交换 是 一种集传输与交换于一体的通信模式 2 2A T M 技术特点 A T M 突出优势是对综合业务的支持 本文也将对此展开一些分析 首先从 A T M 设计思路的几个方面以及由此产生的A T M 技术特点做一简介 2 2 1A T M 的信元结构 A T M 独特的信元结构的设计 5 3 个字节中有4 8 个是净荷及5 个字节的控 制信息 协议负载大大减小 短而固定的信元长度便于硬件的高速处理 有 助于确定信元时延和减少网络节点交换机上的缓冲区资源 从而实现高速 大容量交换 信元 C e l l 是A T M 复用与交换的基本单位 分为2 个部分 前面5 个字节为信头 存储传输地址的信息等 主要完成寻址的功能 后面 的48 个字节为信息域 C e l lP a y l o a d 用来装载来自不同用户 不同业务 的信息 话音 数据 图象等所有的数字信息都要经过切割 封装成统一格 式的信元在网中传递 并在接收端恢复成所需格式 我们着重分析A T M 信元 信头的构成 信头结构如图2 1 所示 比特1 45 8比特1 4 5 8 G F C l V P l V P IIV C I V C I V C lP TC L P H E C 字I 节2 3 4 5 V P I V P IV C l V C I V C lP TC L P H E C 用户网络接口U N I网络节点接口N N I 电子科技大学工秽硕士学位论文 图2 1A T M 信头结构 图中 U N I 为用户一网络接口 N N I 为网络一节点接口 O F C 为一般流 量控制域 V P I 为虚路径标识符 V C I 为虚通道标识符 P T 为净荷类型 即后面4 8 个字节信息域的信息类型 R E S 为保留位 可以用作将来扩展 定义 现在指定它恒为0 1C L P 为信元丢弃优先权 在发生信元冲突时 C L P 用来说明该信元是否可以丢掉 H E C 为信头校验码 这个字节用来保 证整个信头的正确传输 在宽带I S D N 用户线路上传送的信息都是A T M 信元 所以信令也用A T M 信元来传送 传送信令的A T M 信元叫做信令信元 为了区别信令信元和其 他A T M 信元 将信令信元的信头规定一个特定值 例如 可以规定一个特 定的V P I V C I 专供信令信元使用 其他A T M 信元都不可以使用 也可以 规定一个其他的A T M 信元永远不用的净负荷类型 P T 专供信令信元使用 除了承载用户信息的信元和信令信元之外 还有空闲信元如运行维护 信元 O A M 如果在线路上没有其他消息发送 则发送 空闲信元 可以 起 填充 空闲信道的作用 运行维护信元上承载的是宽带I S D N 的运行 和维护的信息 如故障 告警等信息 它是A T M 交换机经常定时发送的4 8 字节信息域 其内容是事先规定好的 收到这些信元的交换机 根据这些 信元误码来判断线路质量 如是否有故障告警等 A T M 网络参数是以信元的流量为统计分析的 信元是定长的 对于用 户数据装入一个个A T M 信元 应该是每隔一个固定的时间间隔出现一次 例如 6 4 k b i t s 用户数据装入1 5 5 5 2 M b i t s 的A T M 信元 因为每个信 元内有4 8 X 8 3 8 4 b i t 用户信息 所以每秒钟内只出现6 4 0 0 0 3 8 4 1 6 7 个 装载用户数据的A T M 信元 即每隔6 m s 出现一次 当然 还要加上信令信 元以及O A M 信元 如果这些A T M 信元在经过宽带I S D N 后的随机性时延不 大于某一规定值 那么就可以在接收端重新组合成无失真用户数据 2 2 2A I M 的虚路径和虚通道 A T M 网络在进行数据传输之前 在整个A T M 网络中建立一条虚拟电路 A T M 电路有两种类型 一种是虚拟路径 由虚拟路径标识符 V P I 标明 另一种是虚拟通道 由V P I 和虚拟通道标识等V C I 组合起来标明 虚拟路 径是一组虚拟通道的集合 这些虚拟通道在普通V P I 的基础上通过A T M 网 络进行透明交换 在信元结构中 V P I 和V C I 是最重要的两部分 这两部 分台起来构成了一个信元的路由信息 也就是这个信元从哪里来 到哪 里去 A T M 交换机就是根据各个信元上的V P I V C I 来决定把它们送到哪 一条线路上去 在异步传递方式中 使用虚路径和虚通道的概念 也可以把一条通信 线路划分成若干个子信道 例如在一条宽带I S D N 用户线路上 要进行5 个通信 其中到A 地三个通信 到B 地两个通信 这些通信里有电话通信 数据通信 图像通信等 可以用V P I l 表示向A 地的通信 V P I 2 表示向 6 电子科技大学工程硕士学位论文 B 地的通信 到A 她的三个通信分别用V C I 4 V C i 5 V C I 6 来代表 到 B 地的两个通信用V C I 5 V C I 6 来表示 在线路上所有V P I I 的信元属于 一个子信道 所有V P I 2 的信元属于另一个子信道 一般把这两个子信道 都叫做虚路径 每个虚路径还可划分为若干个虚通道 图2 2 所举的例 子就是2 个虚路径和5 个虚通道 黧毒砸j 三 E l t w 代1 一s 咂 孓 图2 2A T M 的V P I V C I 划分 宽带I S D N 用户线路采用A T M 方式的重要优点是可以灵活地把用户线路 分割成速率不同的各个子信道 以适应不同的通信要求 这些子信道就是 虚路径和虚通道 在不同的时刻 用户的通信要求不同 虚路径和虚通道 的使用就不一样 当需要某一个通信时 A T M 交换机就可为该通信选择一 个空闲中的V P t 和V C I 在通信过程中 该V P I V C I 就始终表示该通信在 进行 当该通信使用完毕后 某V P I v e t 就可以为其他通信所用了 这 仲通信过程就称为建立虚路径 虚通道和拆除虚路径 虚通道 一条虚路径是一种可适用于所有虚通道的逻辑结构 一个虚路径标识 符内可放入多条虚通道 路径 通道概念的使用允许A T M 交换设备以相 同的方式在一条路径上处理所有的通道 路径可以将许多通道绑在 起 作公共处理 对于要求服务类的连接 通道 公共处理是需要的 每个连接 分配一个唯一的虚路径标识符 V P I 和虚通道标识符 v c I V P I V C I 的组 合用来区分A T M 网络内部的一个连接 采用V P I V C I 标识符 A T M 网上 的许多端点可以互相映射 在同一虚路径上可容纳许多虚通道 在单条 虚路径上可支持多达6 5 5 3 6 条虚通道 每个A T M 端点可支持2 5 6 条虚路径 每条虚路径可支持6 5 5 3 6 条虚通道 A T M 网上单一物理U N I 接口可支持的 总的路径和通道的组合是1 6 7 7 7 2 1 6 个开发连接 A T M 交换机通过一个已知 V C I 或V P I 上的链路接收一个信元 在局部译码表中找出相应的连接值 从而确定连接的引出端口以及链路上连接的新V P I V C I 值 用适合的连 接标识符将信元转发到引出链路上 两种基本连接类型是 1 永久虚拟 连接 P V C P V C 是一种由网络管理等外部机制建立的连接 在这种连接 电子科技大学工程硕士学位论文 方式中 处于A T M 源和目的A T M 系统之间的一系列交换机都被赋予适当的 V P I V C I 值 2 交换虚拟接 S V C S V C 是一种由信令协议自动建立的 连接 不需要进行手工配置 2 2 3 B I S D N 网络协议参考模型 参照O S I R M O p e nS y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n R e f e r e n c eM o d e l 和 I S D N 协议参考模型 P R M P r o t o c o lR e f e r e n c eM o d e l 根据基于A T M 的B I S D N 的特点 I T U T 于l9 91 年在I 3 2 1 建议中定义了B I S D N 协 议参考模型 P R M 在B I S D NP R M 中引入了面的概念将信息流接功能或 用途分为三类 以便于描述每一类协议的功能和各类协议间的相互关系 协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能 用户平面 采用分层结构 提供用户信息流的传送 同时也具有一一定的控 制功能 如流量控制 差错控制等 控制平面 采用分层结构 完成呼叫控制和连接控制功能 利用信令进行 呼叫和连接的建立 监视和释放 管理平面 包括层管理和面管理 其中层管理采用分层结构 完成与各协 议层实体的资源和参数相关的管理功能 如元信令 同时层管 理还处理与各层相关的O A M 信息流 面管理不分层 它完成与 整个系统相关的管理功能 并对所有平面起协调作用 图2 3B I S D N 网络协议参考模型 根据图2 3 为了表述更明白些 我们做出A T M 协议参考模型如下 电子科技大学工程硕士学位论文 图2 4A T M 协议模型 由协议模型可知 它是一个分层结构 自下而上依次是 物理层 A T M 层 A T M 适配层 A A L 和高层 U 面和C 面在A A L 和高层因功能相异而分开 而 两面物理层和A T M 层功能是相同的 各层功能做简要介绍 1 物理层功能 A T M 模型的晟下面一层是物理层 物理层由传输汇聚子层 T c 和物理介质 P M 子层组成 主要为A T M 层提供可靠高效的A T M 信元传送服务 物理层功能是 物理线路编码和信息的传输 2 A T M 层功能 A T M 层负责生成信元 它接受来自A A L 的4 8 字节载体并附加上相应5 字 节信元标头 A T M 层支持连接的建立 并汇集到同一输出端口的不同应 用的信元 同样也分离从输入端口到各种应用或输出端口的信元 因 为A T M 层不管载体的内容 所以它与服务无关 它只负责为载体生成信 元标头并附给载体 以形成信元标准格式 跨越A T M 层到物理层的信息 单元只能是5 3 个字节的信元 3 A T M 适配层 A A I 功能 A T M 适配层 A A L 负责适配从用户平面来的信息 以形成A T M 网可利用的格 式 A T M 适配层的作用 是把来自协议栈高层的用户通信业务量转换成可虬 9 赢f嚣f上 电子科技大学工程硕士学位论文 纳入A T M 信元的定长字节与格式 并在目的地地址把它转换成原来形式 也 可以完成不同速率和特性的业务入网适配 4 高层功能 用户面高层协议由实现端到端通信所需的 与特定业务相关的通信协议 组成 原则上现有高层协议仍可能是合适的 在有些情况下 现有高层 协议可简化 因部分功能已由A A L 完成 作为一个长远的目标 I T UT 将研制新的最优协议以最有效地利用基于A T M 的网络 各层功能可用表2 一l 表示 表2 1A T M 协议分层及功能 高层高层功能 C S 子层 会聚功能即将业务数据变换成c s 数据 A A I 单元 层 S A R 子 会聚功能分段与重组 在此层内以信元 层 为单位对C S 数据单元分段或重组 即 管 将业务数据变换成c s 数据单元 流量普控 信头的产生 提取 信元的 理 A T M 层 V P I V C I 交换 信元复用和分用 信元速率解耦 H E C 信头序列产生 验 物理 T C 子层证 信元定界 识别 传输帧自适应产 生 恢复 P M 子层比特定时 物理载体 2 2 4A T M 适配层 A A L 介绍 由于不同业务的适配实现在A T M 适配层 A A L 因此我们较为详细地 进行介绍 A T M 适配层位于A T M 层和高层之间 是增强A T M 层提供的服务 以使其适应高层所要求的服务 A A L 分为两个子层 拆装子层S A R 和汇聚 子层C S 汇聚予层C S C o n v e r g e n c e A A L 的c s 层负责为来自用户平面 如I P 包 的信息单元作分割准备 进行这种准备的目的是让c s 层能够将这些 包再拼接成原始状态 为执行这一功能 c s 要求有控制信息 控制信息附 在用户信息上 c s 控制信息包括标头和后缀或只是后缀 控制信息的利 电子科技大学 一程硕士学位论文 用是由A A L 服务的类型决定的 c S 控制信息将与用户数据一起放在信元 的载体部分 拆装子层S A R S e g m e n t a l i o na n dR e a s s e m e 1 Y 拆装子层将来自汇 聚层的信息单元 叫作汇聚子层协议数据单元c s P D U 分割成4 8 字节的 载体 A T M 层只能处理5 3 字节的信息单位 其中含有4 8 个字节的载体部 分 这部分是用户实际通信的有用信息 包括像T C P I P 信息这样的协议 开销 穿越边界从A T M 适配层A A L 进入A T M 层的信息单元只能是4 8 个字 节长 一个信元载体 从A T M 层返回到A A L 层的信息单元也只能是4 8 字 节 任何其他单元都不能通过A A L 和A T M 层之间的这条分界线 例如T C P I P 协议将交给A T M 适配层一个I P 数据包 这个包可能非 常大 其长度也许是几百或几千字节 A T M 网只传输5 3 字节的单元 A T M 层利用5 3 个字节中的5 个字节提供网络服务 路由 优先级以及阻塞控 制 只有4 8 个字节作为用户信息载体 因此 A T M 适配层必须将大的I P 包适配成A T M 网络可接受的格式 A A L 将IP 包分割成4 8 字节的单元用来 作为信元的载体部分 信元载体信息再提交给A T M 层 作为信元的 部 分 送给A T M 的信息可有多种格式 A T M 网可以传输数据 语音以及视频 信息 每一种都要求A T M 网络有不同的适配 因此 A T M 定义了不同类型 的A A L 服务 I T U 国际电信联盟 定义了5 种类型的A A L A A L l 传输数字话音 视频之类比特率恒定的通信业务 适用于对信 元丢弃与时延均敏感的场合 并用来仿真常规的租用线路 但要耗去有效 负荷中4 8 字节的1 个字节 即为信头信息增加1 个字节 以供编排序列 号码之用 信元中的有效负荷只剩下4 7 个字节 A A L 2 用于分组话音之类对时间参数敏感的可变比特率通信业务 A A L 3 4 处理面向突发性连接的通信业务 如差错消息或变速率无连 接业务 文档传送业务 它可用于容许延时但不容许信元丢弃的业务 为保证信元丢弃尽可能的小 A A L 3 4 对每一信元实施差错检测 并采用 一种较复杂的纠错机制 要耗去有效负荷每4 8 字节中的4 个字节 A A L5 适用于处理开销比A A L 3 4 小的突发性数据流 故也可称它为 简单有效的自适应层 S E AL 2 2 5A T M 技术的特点 电子科技大学工程硕七学位论文 A T M 真正具有电路交换和分组交换的双重性 A T M 技术是集电路交换和分组交换两种优点为一体的传输方式 信元非 周期地在网络上传递 而不是像同步转移模式S T M 那样按特定时隙或依次周 期性传递 信头部分包含了选择路由用的V P I V C I 信息 因而它具有交换的 特点 由于信元字节固定 交换可以由硬件交换技术来实现路由的选择 2 A T M 技术是面向连接的 A T M 面向连接 它需要在通信双方向建立连接 通信结束后再由信令拆除 连接 但它摈弃了电路交换中采用的同步时分复用 改用异步时分复用 收 发双方的时钟可以不同 可以更有效地利用带宽 A T M 是基于虚通道 虚通路 连接和交换 A T M 通信中 信息的传输是通过虚电路进行的 信息的传输并 不是沿着固定的物理线路或某一固定物理线路的固定时隙进行的 这使得物 理信道资源得到更充分的利用 3 Q O S 功能 A T M 能够根据所要求的服务质量级别和实际需要的业务量来动态分配所 需带宽 A T M 五种类型的A A L 可以适配多种业务 可为不同等级的业务提供 相应的O o S 即能够为不同的传输提供不同类型的服务 不同速率的数字业 务 如数据 话音 高分辨图象 宽带电视均可在由同一个网络传送 综合上述介绍 A T M 是对传统分组交换协议 x 2 5 的大大简化 去掉了链 路级的检错 纠错和流量控制等 并实现硬件级交换 是一种面向连接和统计 复用的技术 是在分析 总结传统电话网络的电路交换和数据网络的分组交 换技术优缺点的基础上发展起来的 电子科技人学工程硕士学位论文 第三章A I M 业务种类 3 1 宽带多媒体业务分类 B I S D N 可向用户提供已知与末知的所有窄带 基群速率以 F 和宽带业 务 这些业务分为交互型 进一步又分为会话型 消息型 检索型 和分配 型两类 分配型 I 业务是由网络中的某点 信息服务中心 向其他多个位置传 送单向信息流的业务 这里我们主要介绍交互型业务 交互型业务是用户间或用户与主机之提供双向信息交换的业务 又可以 分为检索型 会话型和广播型三种业务 检索型业务包括 W e b 多媒体信息 浏览 实时视音频信息浏览等 W e b 多媒体信息浏览是目前应用最为广泛的 一种业务 是基于T C P I P 网络协议的信息传送 是非实时的信息处理 如 互联网 企业内部网 浏览器W e b 信息媒体包括文本 图形 图像 视频和 音频等 实时视音频信息浏览是实时的信息传送 要求较高的业务服务质量 如 视频点播 V O D 卡拉O K 点播 K O D 音乐点播 M O D 高速网络游戏 等 大部分会话型业务是实时的 如 桌面会议电视