ATM帧中继ISDN.doc

ATM（asynchronous transfer mode，异步传输模式）随着Internet与多媒体技术的飞速发展，Web上的图像、音频、视频等多媒体内容越来越多，用户需要有更高的接人速率。而现有的电路交换和分组交换很难胜任宽带高速的交换任务。对于电路交换，当数据的传输速率及其突发性变化很大时，交换的控制就变得十分复杂；对于分组交换，当数据传输速率很高时，协议数据单元在各层的处理成为很大的开销，无法满足实时性很强的业务的时延要求。异步传输模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)就是建立在电路交换和分组交换基础上的一种新的交换技术，他可以很好地进行宽带信息交换。 ATM（asynchronous transfer mode，异步传输模式）传输时将数据切割成固定大小的封包（CELLS）传送，封包尺寸较传统技术为小，由于这两个原因，使得ATM装置可以在同一条网络上同时传输影像，声音与数据数据，并保证没有任何一种数据格式会占据所有的频宽而延迟其它数据格式的传输。目前实作的传输速率从 25 到 622 MBPS（(MEGABITS PER SECOND），一般办公室常用的ETHERNET传输速率为10到100MBPS。与TCP/IP不同的是ATM开始传输数据时会开启一条固定的信道或称路径，所以使用ATM传送数据较易于追踪与计费，但也使得 ATM 较不能适应突然涌现的大量数据。 一、ATM 四种不同的服务方式： 1、CONSTANT BIT RATE（CBR）： 提供固定持续的数据传输率，类似专线（LEASED LINE）。 2、VARIABLE BIT RATE（VBR）：提供固定的信道频宽但数据不是一直维持固定的传送量，适用于声音传输或视讯会议。 3、UNSPECIFIED BIT RATE（UBR）：不保证传输率，适用于可容忍延迟的传输类型，如档案传送。 4、 AVALIABLE BIT RATE（ABR）：保证最小传输率，但在网络频宽尚有空时可全力传送。 二、ATM信元格式及速率ATM传送信息的基本载体是ATM信元。ATM信元采用53B的固定长度，其中48B为数据，另附加5B作为信头。在信元交换过程中，主要是参照信头的内容对信元进行处理。信头内容在UNI和NNI中略有不同GFC(Generic Flow Contr01)：一般流量控制，只用于UNI接口，目前没用，置为0000。VPI(Virtual Path Identifier)：虚通道标识，在一个接口上将若干个虚通路集中起来组成一个虚通道(VP)，并以虚通道为网络管理的基本单位。VPI在UNI中为8b，在NNI中为12b。VCI(Virtual Channel Identifier)：虚通路标识，标识虚通道内的虚通路，VPIVCI一起标识一个虚连接。PTI(Payload Type)：载荷类型指示，用于指明信元中的载荷(数据域中携带的数据)类型。CLP(Cell Loss Priority)：信元丢失优先级，用于拥塞控制。当网络出现拥塞时，首先抛弃CLP等于1的信元。HEC(Header Error Contr01)：信元差错控制，用来检测信头中的错误，并可以纠正信头中的1 b差。HEC的另一个作用是用于信元定界，利用HEC字段和他之前的4B的相关性可识别出信头位置。HEC的功能在物理层实现。三、 ATM交换原理与普通IP传输的非面向连接不同，ATM是一种面向连接的交换方式。ATM交换机是根据信元头的信息，基于信元完成的。一个ATM交换机可能只使用信元头的VPI部分，或只使用VCI部分，或者两个部分都使用来决定如何转发信元。其工作过程大致是；ATM交换机接收来自特定输入端口的、带有标记的VPIVCI字段和表明属于特定虚电路的信元，然后检查路由表，从中找出从哪个输出端口转发该信元，并设置输出信元的VPIVC!值。就像电话呼叫的例子，只使用信元头部的VPI字段进行ATM信元的大量交换是非常有用的。ATM采用了虚连接技术，将逻辑子网和物理子网分离。类似于电路交换，ATM首先选择路径，在2个通信实体之间建立虚通路，将路由选择与数据转发分开，使传输中间的控制较为简单，解决了路由选择瓶颈问题。设立虚通路和虚通道两级寻址，虚通道是由两结点间复用的一组虚通路组成的，网络的主要管理和交换功能集中在虚通道一级，减少了网管和网控的复杂性。在一条链路上可以建立多个虚通路。在一条通路上传输的数据单元均在相同的物理线路上传输，且保持其先后顺序，因此克服了分组交换中无序接收的缺点，保证了数据的连续性，更适合于多媒体数据的传输。 在信头的各个组成部分中，VPI和VCI是最重要的了。这两个部分合起来构成了一个信元的路由信息，该信息表示这个信元从哪里来，到哪里去。为此常把这两个部分合起来记作VPI和VCI。ATM交换就是依据各个信元上的VPI和VCI，来决定把他们送到哪一条输出线上去。每个ATM交换机建立一张对照表。对于每个交换端口的每一个VPI和VCI，都有对应表中的一个入口。当VPI和VCI分配给某一信道时，对照表将给出该交换机的一个对应输出端口以及用于更新信头的VPI和VCI值。当某一信元到达交换机时，交换机将读出该信元信头的VPI和VCI值，并与路由对照表比较。当找到输出端口时，信头的VPI和VCI被更新，信元被发往下一段路程。在ATM环境中，怎样使用VP和VC呢?VP就像一个能够携带许多VC(最多可达65 000条)的管道或通道，他可以是从交换机到交换机的虚拟线路，也可以是横穿ATM网络由终端到终端的所有线路。除了最大的专用局域网或广域网外，65 000条VC在当今是足够的。实际上支持复杂的VP并不需要这么多VC，许多ATMLAN发送点仅支持一条虚通道，即VPI0。当只有一条VP被支持时，他不用作端到端的连接，所以这里并不要求VC一定在给定的VP中，这样VC可连接任何一组站群而不受VP的影响。通常数据是在一条VC中传送的。另一方面，交换机在典型情况下，必须支持成百上千条不同的VP，最大可能支持上百万条不同的VC。通常客户系统希望能够提供给他们用户一条通过网络的专用VP，VP可以连接网络中任意2个端到端用户，若VP使用这种方式，则被称为一条虚通道连接(VPC)或称为一个虚通道路径(VP Channel)。他可以带有永久虚拟线路(PVC，Permanent Virtual Circuits)和交换虚拟线路(SVC，Switched Virtual Circuits)。在一个VP通道中，系统用户可以建立PVC和SVC，而无需系统以任何方式参与，甚至系统的交换机也不必直接支持SVC。VP通道能够提供一条路径将公用网中不同的公司互相隔离开来。在使用公用ATM服务器的这条路径中，就需要用复合VP通道互联用户网络中的网点。在公用ATM网络环境中，若系统不提供VP通道的能力(有些可能没有)，则系统只能提供PVC，这是因为交换机不能直接支持SVC(有些从不支持)，有些系统也不希望支持SVC(因为他使企业间帐目复杂化，并增加了保密数据的流量)。若无VP通道，系统通常在网络端点用VPI0，产生和结束PVC。在公用网络中，PVC是用户提前申请并由系统建立的。PVC在对外连接ATM网络设备(如以太网或带ATM的FDDI转换器、ATM集线器)时是相当有用的。许多非ATM信号源可通过单个PVC动态多路复合返回到指定点。在ATM主机间使用PVC也可限制预定端点的通信。在公用网中这是符合要求的。在专有网络(LAN或WAN)中，由于终端站可以自己申请建立SVC，所以SVC是站点之间的通信更可取的路径。这就是当今大多数专用非ATMLAN和WAN的工作方式。因此，占用网络ATM交换机必须直接支持SVC。但是，若终端站或边缘设备不支持SVC或是按要求不允许申请连接SVC，这时在专用网中有用PVC的，PVC必须由网络控制者提前建立。但由于路径是预定的，所以当网络出现故障时，PVC比SVC优越性差。故此，在专用网络中虚通道VP不重要甚至不需要了四、ATM交换机在B-ISDN中，ATM交换机连接着用户线路和中继线路。在用户线路上和中继线路上传送的都是ATM信元。ATM信元交换机的通用模型及其原理如图5所示。其通用模型有一些输入线路和一些输出线路，通常在数量上相等(因为线路是双向的)。在每一个周期从每一输入线路取得一个信元(如果有的话)。通过内部的交换结构(switching fabric)，并且逐步在适当的输出线路上传送。从这一角度上看，ATM交换机是同步的。而且，他不关心信息的内容和形式。他简单地把信息分割成相同长度的分组，并给分组加上头部，以使分组能到达目的地。ATM信头只有很少的几项功能，这使其能被网络无时延地处理。所有的ATM交换机都有2个共同的目标：一个是以尽可能低的丢失率交换所有的信元；另一个是决不能在虚电路上记录信元。可以说，ATM交换机的任务，就是根据ATM信头上虚通道标识符和虚通路标识符，把送人的ATM信元转送到相应的中继线或用户线上去。举例来说，用户A正在使用虚通道VPI；2、虚通路VCI=1向北京发送一幅图片；同时又在使用VPI=3、VCI1向北京发送一段语音；同时还在用VPI=4、VCI2从深圳接收数据。那么，交换机就应该把从用户线A上收到的VPI2、VCI1的ATM信元转送到中继线C上，把从用户线A上收到的VPI=3、VCI1的ATM信元也转送到中继线C上；同时把从中继线D上收到的VPI=4、VCI2的ATM信元转送到用户A上。由于在B-ISDN上，用户线和中继线上传送的都是ATM信元，所以对ATM交换机来说，可以在许多情况下对中继线和用户线不予区分，这样就可以得到一个抽象的ATM模型。联接在这个交换机模型上的一部分线路向这个交换机抄送出ATM信元，因而叫做这个交换机的入线；另一部分线路则从这个交换机接收ATM信元，因而叫做这个交换机的出线。ATM交换机的功能就是根据送人的ATM信元的VPI和VCI，把他们送到相应的出线上去。为了完成上述ATM信元的工作，一个ATM交换机一般由3个基本部分构成：入线处理和出线处理部分、ATM交换单元、ATM控制部分。其中，ATM交换单元完成交换动作；ATM控制单元对ATM交换单元的动作进行控制；入线处理部分对各入线上的ATM信元进行处理，使他们成为适合送入ATM交换单元的形式；出线处理部分对ATM交换单元送出的ATM信元进行处理，使他们成为适合于传输的形式。我们知道，在通信线路上常常是传送一个比特一个比特的串行信号，而在ATM交换单元中为了提高速度，常常需要一次读入若干比特的并行信号。因此，诸如串并转换等功能，在入、出线处理部件里总是需要的。事实上，为了简化交换单元的设计，我们也总是把那些可以在入线和出线就能处理的事放人到人、出线处理部件上工作。交换机的主要功能是提供一种方法，将来自输入端口的信元快速、有效地路由到输出端口。ATM交换设备将进行单个信元的输入处理、标头的转换以及输出处理。信元标头必须按输出端口的要求进行转换。为确保信元进入适当的物理链路，交换机必须对信员进行输出处理。帧中继1. 什么是帧中继 帧中继（Frame Relay,FR）是面向链接的第2层传输技术，采用包交换，通信费用较低。2. 帧中继相关术语 虚电路（Virtual Connection ,VC）：通过为每一对DTE设备分配一个连接标识符，实现多个逻辑数据会话在同一条物理链路上进行多路复用。永久虚电路（Permanent Virtual Connection ,PVC）：虚电路是永久建立的链路，由ISP在其帧中继交换机静态配置交换表中实现，不管电路两端的设备是否连接上，ISP总是为它保留相应的带宽。交换式虚连接（SVC）是指通信双方的电路在用户看来是由独立节点临时且动态连接的虚电路。一旦通信会话完成，便取消虚电路。数据链路连接标识（Data Link Connection Identifier ，DLCI）：一个在路由器和帧中继交换机之间标识PVC或SVC的数据。本地管理接口（LMI）：是路由器和帧中继交换机之间的一种信令标准，负责管理设备之间的连接及维护其连接状态。承诺信息速率（Committed Information Rate,CIR）：也叫保证速率，是ISP承诺将要被提供的有保证的速率，一般为一段时间内（承诺速率测量间隔T）的平均值，其单位bps.超量突发（Excess Brust,EB）：在承诺信息速率之外，帧中继交换机试图发送而未被准许的最大额外数据量，单位为bit。超量突发依赖于服务提供商提供的服务状况，但它通受到本地环路端口速率的限制。前向显式拥塞通知（FECN）：告诉路由器接收的帧在所经通路上发生过拥塞后向显式拥塞通知（BECN）：这个信息设置在遇到拥塞的帧上，而这些帧将沿着与拥塞帧相反的方向发送。这个信息用于帮助高层协议在提供流控时采取适当的操作3. 帧中继映射 3.1静态映射：管理员手工输入的映射即为静态映射，命令为： frame-relay map ip protocol address dlcibroadcastprotocol:协议类型address:网络地址dlci:本地DLCI号broadcast:允许在帧中继线路上传送路由广播或组播信息3.2动态映射 4. 实验 4.1将CISCO路由器配置为帧中继交换机 4.1.1.实验拓朴： 本次实验主要进行R4的配置。后面几个实验都按此拓朴进行。4.1.1.2实验步骤 步骤1：关闭IP路由，开启帧中继交换功能。R4(config)#no ip routingR4(config)#frame-relay switching步骤2：配置接口封装R4(config)#int s1/1R4(config-if)#encapsulation frame-relayR4(config-if)#no shR4(config-if)#clock rate 64000S1/2、s1/3也使用相同的配置，不重述。步骤3：配置LMI类型思科IOS从11.x版本后支持lmi自动匹配，所以可以不进行配置，但需要配置接口类型（DCE 或DTE）R4(config-if)#int s1/1R4(config-if)#frame-relay lmi-type ciscoR4(config-if)#frame-relay intf-type dceS1/2、s1/3也使用相同配置步骤4：配置帧中继交换表S1/1:R4(config-if)#frame-relay route 103 interface s1/3 301R4(config-if)#frame-relay route 102 interface s1/2 201S1/2:R4(config-if)#frame-relay route 201 interface s1/1 102S1/3:R4(config-if)#frame-relay route 301 interface s1/1 103实验调试：1. show frame-relay routeR4#show frame-relay routeInput Intf Input Dlci Output Intf Output Dlci StatusSerial1/1 102 Serial1/2 201 inactiveSerial1/1 103 Serial1/3 301 inactiveSerial1/2 201 Serial1/1 102 inactiveSerial1/3 301 Serial1/1 103 inactive2. show frame pvcR4#show frame pvcPVC Statistics for interface Serial1/1 (Frame Relay DCE)Active Inactive Deleted StaticLocal 0 0 0 0Switched 0 2 0 0Unused 0 0 0 0DLCI = 102, DLCI USAGE = SWITCHED, PVC STATUS = INACTIVE, INTERFACE = Serial1/1input pkts 0 output pkts 0 in bytes 0out bytes 0 dropped pkts 0 in pkts dropped 0out pkts dropped 0 out bytes dropped 0in FECN pkts 0 in BECN pkts 0 out FECN pkts 0out BECN pkts 0 in DE pkts 0 out DE pkts 0out bcast pkts 0 out bcast bytes 0switched pkts 04.2帧中继基本配置和帧中继映射 4.2.1实验步骤： 在实验1的基础上进行实验2,对R1、R2进行配置步骤1：帧中继接口基本配置R1:R1(config)#int s1/2R1(config-if)#ip add 10.1.1.1 255.255.255.0R1(config-if)#no shuR1(config-if)#encapsulation frame-relayR2:R2(config)#int s1/2R2(config-if)#ip add 10.1.1.2 255.255.255.0R2(config-if)#no shR2(config-if)#encapsulation frR3:R3(config)#int s1/2R3(config-if)#ip add 10.1.1.3 255.255.255.0R3(config-if)#no shR3(config-if)#en fr步骤2：测试连通性Show frame-relay map 看看注意到后面都有一个dynamic,表明是动态映射，默认时帧中继接口都开启了动态映射，但这个会浪费网络带宽，所以在实际应用中将之关闭，使用静态映射。在接口模式下关闭IARP。R1(config-if)#int s1/2R1(config-if)#no frame-relay inverse-arpR2,R3也使用相应配置。步骤3配置静态映射命令格式：frame-relay map ip protocol address dlcibroadcastprotocol:协议类型address:网络地址dlci:本地DLCI号R1(config-if)#frame-relay map ip 10.1.1.2 102 broadcastR1(config-if)#frame-relay map ip 10.1.1.3 103 broadcastR2(config-if)#frame-relay map ip 10.1.1.1 201 brR2(config-if)#frame-relay map ip 10.1.1.3 201 brR3(config-if)#frame-relay map ip 10.1.1.1 301 brR3(config-if)#frame-relay map ip 10.1.1.2 301 br测试结果：4.4帧中继点到点的子接口4.4.1实验步骤：步骤1：对R1主接口进行配置R1(config)#int s1/2R1(config-if)#no ip add步骤2：创建点到点的子接口，注意在点到点的子接口中不能使用frame-relay map ip而改用frame-relay interface-dlci dlci号。R1(config-if)#int s1/2.1 pR1(config-subif)#ip add 10.1.1.1 255.255.255.0R1(config-subif)#frame-relay interface-dlci 102R1(config)#int s1/2.2 pR1(config-subif)#ip add 10.1.1.4 255.255.255.0R1(config-subif)#frame-relay interface-dlci 103R1(config-fr-dlci)#end 步骤4：对R3进行修改添加对应R1新的子接口IPR3(config-if)#fram map ip 10.1.1.4 301 br 在R3上show ip route:可以看到2.0.0.0这个路由。这样利用子接口，绕过了水平分割的问题综合业务数字网（ISDN）综合业务数字网（Integrated Services Digital Network，ISDN）是一个数字电话网络国际标准，是一种典型的电路交换网络系统。它通过普通的铜缆以更高的速率和质量传输语音和数据。ISDN是欧洲普及的电话网络形式。GSM移动电话标准也可以基于ISDN传输数据。因为ISDN是全部数字化的电路，所以它能够提供稳定的数据服务和连接速度，不像模拟线路那样对干扰比较敏感。在数字线路上更容易开展更多的模拟线路无法或者比较困难保证质量的数字信息业务。例如除了基本的打电话功能之外，还能提供视频、图像与数据服务。ISDN需要一条全数字化的网络用来承载数字信号（只有0和1这两种状态），与普通模拟电话最大的区别就在这里。另外， ISDN也特指使用这项技术建立保持和断开电路交换的协议组 或是 isosorbide dinitrate二硝酸异山梨酯的缩写。CCITT对ISDN的定义是： ISDN是以综合数字电话网(IDN)为基础发展演变而成的通信网，能够提供端到端的数字连结构ISDN有2种信道 B和D:B信道 用于数据和语音信息D信道 用于信号和控制 (也能用于数据). B代表 承载， D代表Delta.ISDN有2种访问方式:基本速率接口(BRI)由2个B信道，每个带宽64kbps和一个带宽16kbps的D信道组成。三个信道设计成2B+D。 主速率接口(PRI) - 由很多的B信道和一个带宽64Kbps的D信道组成，B信道的数量取决于不同的国家: 北美和日本: 23B+1D, 总位速率1.544 Mbit/s (T1) 欧洲，澳大利亚：30B+2D,总位速率2.048 Mbit/s (E1) 语音呼叫通过数据通道(B)传送，控制信号通道(D)用来设置和管理连接。呼叫建立的时候，一个64K的同步信道被建立和占用，直到呼叫结束。每一个B通道都可以建立一个独立的语音连接。多个B通道可以通过复用合并成一个高带宽的单一数据信道。D信道也可以用于发送和接受X.25数据包，接入X.25报文网络。（实际上，很少广泛使用）。接，用来支持包括话音和会话在内的多种电信业务。ISDN用户-网络接口和业务接入点匹配。逻辑特性脉冲德国的ISDN起源于1TR6，从1991年开始形成了一个统一的欧洲公用标准(E-DSS-1). 在欧洲以外也存在着其他的实现方式。美国的ISDN叫NI-1 (美国国家ISDN 阶段1) 和 NI-2. 相对应于DSS1标准，该标准不存在自己的信号通道(D-通道)，取而代之的是信号数据通过用户通道(B-通道)进行传输，相应的容量也下降为56kbit/s.日本和香港的ISDN系统名字是INS-Net 64，澳大利亚叫TPH 1962。语音转换语音数据被ISDN系统的8K赫兹数字化 (PCM)编码器调制， 利用对数特性曲线(ITU-T-标准 G.711, µ-law/a-Law) 信号由12压缩为8,以考虑到人类特定的行为特征. 占用的带宽是300到3400赫兹。数据转换B信道 用于控制和同步, 达到运用不同传输协议的目的.