ATM及MPLS交换技术.ppt

第七章ATM与MPLS 一 7 1ATM的概念 7 1 1ATM的产生分组交换的特点 其工作模式是将信息分成若干段 装配成有源目的地址 控制码 校验码及包封的分组 并以分组为单元进行交换和统计复用传送 其特点是占用带宽随意 资源利用率高 但实时响应差 逐段转发模式转送效率低 网络吞吐量较小 不能适应宽带高速业务交换传送的需要 7 1B ISDN及ATM的概念 异步转移模式 ATM 的产生 设想一种新的方案 既具有电路交换那样控制简单 实时性好的特点 又具有分组交换的统计复用那样资源利用率高的特点 ATM方案 采用分组统计复用方式 以适应各类信息传送的需要 采用固定长度分组 使交换能按照类似于电路模式进行 保障业务服务质量 所有交换节点不检错 以提高网络信息转移速度 7 1 2ATM的概念 ATM定义 ITU TI 113 ATMis Atransfermodeinwhichtheinformationisorganizedintocells itisasynchronousinthesensethattherecurrenceofcellscontaininginformationfromanindividualuserisnotnecessarilyperiodic ATM AsynchronousTransferMode 是一种传递模式 在这一模式中 信息被组织成信元 包含一段信息的信元不需要周期的出现 从这个意义上讲 这个传递模式是异步的 ATM本质上是一种高速分组交换模式 它将语音 数据 图像等所有数字信息分解成长度固定的数据块 并在数据前装配地址 丢失优先级等控制信息构成信元 空信元以一定速率发送 只要获得空信元即可插入信息发送 信息插入位置无周期性 需要排队等待空信元到来才能发送信息 所以ATM是以信元为单位的存储转发方式 成为信元交换 在ATM中 语音 数据 图像等业务的信息被分解成固定长度 48字节 的数据块 加上5字节的信元头 形成53字节的完整信元 采用异步时分复用的方式 将来自不同信息源的信息汇聚到一起 信元头中的虚通路标识符 VPI 虚信道标识符 VCI 作为地址标签 网络根据信元头中的标签识别和转发信元 ATM的特征 电路传送方式的演进 时分复用 在每个时隙中放入信元 则电路传送方式就演变为ATM 依据信头标签来区分用户的数据 面向连接 采用固定长度分组 使交换能按照类似于电路模式进行 保障业务服务质量 控制简单 实时性好 分组交换方式的演进 统计时分复用 异步时分复用 信道利用率高 信元是一种特殊的数据分组 与分组交换方式的不同 使用了固定长度的分组 ATM信元使用了空闲信元来填充信道由用户在申请信道时 提出业务质量要求不使用逐段反馈重发方法 必要时采用端到端的差错纠正措施 7 2ATM体系结构 7 2 1ATM传送模式 7 2 1ATM传送模式 ATM 一种高速分组交换模式 将信道划分成53字节定长单元 48字节承载信息数据 5字节装配上地址 优先级等控制信息 以定速方式传送 待传数字信息分成多个48字节定长块 以统计复用方式占用信道上的ATM空信元 交换系统以信元为单位进行存储转发 由于信元定长 定速传送 信元无包封 交换控制类似电路方式 较简单 网络吞吐量大 用户以统计复用方式占用空信元 可适应不同速率需求的业务应用 资源利用率高 7 2 2ATM信元结构 ATM信元头部包含流量控制信息 虚连接标识符 净荷类型 信元丢失优先级和信头差错控制信息 与分组交换的分组头比 ATM信头功能大大简化 只对信头进行差错控制 不进行逐段链路的检错和纠错 端到端的差错控制只在需要时由终端完成 只用VPI VCI标识一个虚连接 无需源地址 目的地址和分组序号 信元顺序由终端保证 信元头 5字节 GFC 一般流量控制 GFC为一般流量控制 4比特 用于流量控制或共享介质网络中标识不同的接入 VCI VirtualPathIdentifier 虚通路标识 用来区分传输信道上不同的虚通路 VPI VirtualChannelidentifier 虚通道标识 可标识65536个虚信道 PTI 净荷类型指示 3比特 可标识8种类型 见下表 ATM信元结构 CLP 信元丢失优先级 1比特 用于拥塞控制 CLP 0时网络应保障带宽资源供给 CLP 1时如有拥堵可丢弃信元 HEC 信头差错控制 8比特 用于信头中的差错控制和信元同步 I 432建议 这一区域的处理在物理层进行 净荷 48字节 信息段 传输链路 VPI 1 VPI 2 VCI 1 VCI 2 VCI 1 VCI 2 ATM是面向连接的 传送信息前要先建立虚连接 可建立虚通路VP和虚信道VC两个层次的连接 并在信头中用VPI VCI标识信元属哪个连接 其概念如下图所示 PTI PayloadType ATM信元分类各类信元的PTI值不同用户信息信元OAM信元信令信元未分配信元 ATM层 和空信元 物理层 ATM信元类型 表 ATM信元的净荷类型 ATM传输链路上的最大虚连接数 UNI NNI CLP 信元丢失优先级 在网络拥塞期间丢弃信元的优先级CLP 0高优先CLP 1低优先 GFC用在UNI接口上控制流量周期性地阻止UNI接口上所有连接的业务流量 CyclicHALT 对受控ATM连接进入网络的业务量进行接入控制指明UNI接口上的流量是否属于受控ATM连接 1 ATM信元头与IP头的区别 2 为什么要用两种标识 VPI VCI 有何益处 3 信元长度固定 且短有什么优势 4 哪种接口 NNI UNI 流量控制功能更丰富 5 UNI和NNI接口分别能支持多少个VPI和VCI 思考题 7 2 3ATM协议参考模型和功能解析 ATM参考模型分成3个平面 用户面 控制面和管理面 每个面又分成4个层次规约所完成的功能 1 ATM物理层 利用通信线路的比特流传送功能实现传送ATM信元功能 如SDH SONET DS1 E1等 物理层包括物理介质子层 传输汇聚子层 帧生成与恢复 信元校正 信元定界和信元速率匹配等功能 物理媒体子层 PM 在物理媒体上正确地发送和接收比特 提供比特流传输 线路编码 比特流定时 传输会聚子层 TC 提供信元流和比特流之间的相互转换所需的功能 传输帧的生成 恢复传输帧的适配信元定界 用HEC 信头差错控制 HEC 信元速率解耦 传输帧的生成与恢复 当前传输系统有SDH和PDH系统 均以125 s为周期传送帧 发送端将信元嵌入到相应帧格式中 或相反过程 信元差错校正 利用HEC只对信头部分进行检验 可纠正一位错码和发现多位错码 信头有错而无法纠正时则丢弃该信元 信元定界 利用HEC字节在接收的比特流中找出信元的边界 信元速率适配 ATM信元传输信道速率恒定 当发送端没有信息可传时 须向信道送出空闲信元 接收端则把收到的空闲信元丢掉 以保证传输信道速率恒定 HEC信元纠错 一般采用循环冗余编码 CRC 规则在发送端 将信头的前四个字节和x8相乘后再除以生成多项式x8 x2 x 1 所得的余数就是要发送的HEC字段 在接收端 如果按CRC编码规则计算出来的HEC字段正确 则表明信头在传输过程中没有出现差错 利用这种方法可以纠正所有单比特差错 或者检测出单比特和多比特差错 美国AT T公司测试结果表明 90 差错为单比特差错 检测到差错 可选择丢弃该信元 HEC信元定界 接收机连续不断的扫描相邻的5个输入字节 一确定这5个字节是否是信元头如果将这5个字节除以生成多项式后的余数为零 这5个字节就是一个信元的信头接收机就等待后48个字节净荷的到来 然后再扫描5个输入字节 检查是否也为合法信头 反复多次 如果每次都成功 则接收器就判定已和发送信元取得同步 如果找不到合法信头 接收器则逐1bit移动 直至找到合法的信头 ATM信元定界处理模型 主要功能信元复用 分路信元标识 VPI VCI 翻译信元头的生成 去除一般流量控制 2 ATM层 信元复用 解复用 在与TC层接口处发端完成不同VPI VCI信元的复用并递交给TC层发送 收端根据VPI VCI值将各信元送给不同面模块的适配层处理 信元传输 ATM网络采用面向连接方式工作 由ATM层按呼叫需求建立永久 交换式虚连接 信元沿已建立的虚连接进行传送 流量和拥塞控制 用户源端按需求产生流量控制域 接收点依该域要求控制流量 超出流量约定部分当网络拥塞时可丢弃这部分信元 信元头部处理 按照已建立的虚通路路由表项依VPI VCI选择交换路径 并产生下一段新的VPI VCI 3 ATM适配层 AAL 功能 增强ATM层服务 适应高层需要支持ATM层与高层间的信息映射 ATM适配层 AAL 控制面 AAL层将信令消息适配成ATM信元 其高层为Q 2931信令协议 用来在ATM网络中建立虚连接 用户面 高层为TCP IP FTP协议数据或者STM数据信息 AAL层负责将他们适配成ATM信元 管理面 高层为本地管理接口 LMI SNMP CMIP等网管协议的管理数据 AAL层将它们适配成ATM信元 ATM适配层 AAL 公共部分汇聚子层 在业务数据后添加相应的控制尾部 ATM适配层将公共部分汇聚子层的数据单元划分成48字节的净荷块 装配成ATM信元 ATM适配层的业务类型 分类依据源和目的之间的时间关系 比特率特性 连接方式AAL层业务分类 AAL1适用于A类业务AAL2适用于B类业务AAL3 4适用于C D类业务AAL5适用于C类业务 ATM适配层类型 ATM交换的基本功能 信元交换集中 复用扩展 分路 ATM交换的定义 从一条逻辑ATM信道到一条或多条逻辑ATM信道的信息交换 7 2 4ATM交换连接和典型交换结构 逻辑ATM信道用物理端口以及该物理端口上的逻辑信道表征 逻辑ATM信道 物理端口 物理端口上的逻辑信道物理端口号 表征了物理入线或出线物理端口上的逻辑信道 由虚通路 虚信道标识 VPI VCI 表征 ATM交换功能的组成时分交换空分交换信元头交换 翻译 VPI与VCI 虚通道用于各节点交换机之间的互联以及用户终端设备的接入描述一组虚信道通过网络的单向路由由若干个虚信道组成虚信道直接用于各种业务源不同数值的VCI不仅可以表示不同的虚信道 还可以标记不同用户的信元 或者同一用户 不同业务的信元 VP交换与VC交换ATM交换相应分为两类 VP交换又称交叉连接 cross connect 相应的设备称为交叉连接设备被交换的VPC中所包含的所有VCC被作为整体被交换用于骨干网中大量VCC的成组交换 通常不需信令功能 通过网管控制 VP交换 交换机将一条VP上所有的VC链路上的ATM信元全部转送到另一条VP 交换过程中不改变VCI值 VC交换 交换机在不同的虚通道VP和虚通路VC直接进行ATM信元交换 所有VPI VCI在交换后都改为新值 VP交换 VPI 1 VPI 3 VPI 5 VPI 2 VPI 4 VPI 6 VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4 VCI 5 VCI 6 VCI 3 VCI 4 VCI 5 VCI 6 VCI 1 VCI 2 VC交换 VP交换 VCI 1 VCI 2 VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4 VCI 1 VCI 2 1 2 4 3 VPI 1 VPI 4 VPI 5 VPI 2 VPI 3 ATM的虚连接过程 7 3ATM交换的基本原理 通信前利用呼叫建立信令为每个呼叫分配逻辑信道 指定信头值为x y z等 以及用户所在链路号存入路由表 同时将输出链路和分配的信头值存入对应表项 通信中 每个信元头部完全抵达后 检查无误则依据链路号和信头值通过硬件检索路由表 获得输出链路及新的信头值 控制交换机构将信元转交对应链路排队 插入新信头值后传送给下一站 ATM交换的基本原理 1ATM交换 是基于路由选择表 利用信头的路由选择标识符 VPI和VCI 将ATM信号从输入线路传送到指定的输出线路 2ATM交换应完成的功能 1 空间交换 又叫路由选择 在输入链路上接收信元 并提取信元的信头 将信元从一个传输线传送到另一条编号不同的传输线上 2 排队 输出线路都对应有一个FIFO的缓冲器 信元首先交换到对应输出线路的FIFO缓冲器 等待输出 以免多个入线上的信元同时交换到同一出线上而发生信元丢失 3 信头变换 信元交换到出线上后 入VPI和VCI改成出VPI VCI 意味着从入线上的某个逻辑信道交换到出线上的某个逻辑信道上 4 发送 按信元的到达次序从队列中取出信元把它发送到相应的输出端口 ATM交换应完成的功能 ATM交换机模块结构 输入模块 IM 接收信元 为信元通过交换单元准备路由选择 输出模块 OM 执行信元输出 插入新的VPI VCI 产生HEC 速率匹配 电光转换等 交换机构 CSF 选路 信元传递和复用等 接续允许控制 CAC 处理和翻译信令 决定允许接续与否 系统管理 SM 执行管理和通信控制功能 确保交换机正常有效操作 1 输入模块 输入模块是ATM交换机的接入口 完成UNI和NNI功能 即物理层和ATM层功能 由六个功能模块组成 物理层功能完成 光电信号的转换 数字比特流的恢复 信元定界 信元速率解耦 丢弃空闲信元 ATM