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RA000009ATM原理 2 0 学习目标 掌握ATM交换的特点和方式掌握ATM信元的结构和ATM的一些基本概念了解ATM协议栈的结构 掌握AAL2和AAL5的适配过程掌握ATM在CDMA1X中的应用 学习完本课程 您应该能够 课程内容 什么是ATM ATM即异步转移模式 综合了传输 复用 交叉连接和交换的技术ATM是快速分组交换技术 采用统计复用方式一种结合了电路交换和分组交换的各自优点的技术ATM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 BytesHeader 48 BytesPayload 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 S4 S7 S1 S6 S8 S3 S5 S2 S4 S7 S1 S6 S8 S3 S5 传统交换方式的优缺点 传统交换方式 电路交换 CircuitSwitching 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分组交换 PacketSwitching 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 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 ATM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 QualityofService 服务 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 目前唯一实现QoS的技术同时支持话音 数据 图象业务等宽带业务技术成熟 标准化程度高业界广泛的支持良好的网络互联和互通能力不断演进 适应不断出现的新业务 ATM技术的应用 交换网 ATM交换机 窄带向宽带演进的方式传输网 ATMVP交叉连接节点 VPX 和ATMADM设备Internet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 第二章ATM基础知识和基本概念 ATM基础知识ATM交换的类型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 NetworkNodeInterfaceUNI UserNodeInterfaceICI Inter carrierInterfacePNNI PrivateNetworkNodeInterface 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 PTI CLP HEC PAYLOAD GFC VCI VPI 1 3 2 4 5 6 53 VPI 8 1 7 6 5 4 3 2 PTI CLP HEC PAYLOAD VCI VPI 1 3 2 4 5 6 53 8 1 7 6 5 4 3 2 Port1 VPI 2VCI 37 VPI 3VCI 39 NNI UNI UNI ATM信元的交换过程 ATM交换 PortVPIVCI12372151 Port2 Port1 ATM交换 PortVPIVCI11512339 Port2 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 1VCI 51 第二章ATM基础知识和基本概念 ATM基础知识ATM交换的类型ATM虚连接 ATM交换分类 ATM的交换本质上是分组交换ATM交换分为VP VirtualPath 交换和VC VirtualChannel 交换两种VPI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 1VCI 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 20VCI 30 NNI信元VPI 26VCI 44 NNI信元VPI 2VCI 44 VC交换 VC交换 VP交换 一般情况下 VP交换只改变VPI的值不改变VCI的值VC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 ATM基础知识ATM交换的类型ATM虚连接 ATM虚连接 UNI信元VPI 1VCI 1 UNI信元VPI 20VCI 30 NNI信元VPI 26VCI 44 NNI信元VPI 6VCI 44 NNI信元VPI 2VCI 44 1 2 3 1 2 3 1 3 2 1 2 3 ATM虚连接 VC A B 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 ATM的虚连接分为两种虚通道VPC VirtualPathConnection 虚信道VCC VirtualChannelConnection 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 SwitchingVirtualConnection 永久虚连接PVC PermanentVirtualConnection UNI信元 虚通道和虚信道 ATM终端设备A ATM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B ATM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 第三章ATM分层结构 ATM协议简介AAL2和AAL5结构和适配过程介绍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 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 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 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 信元交换服务质量保证信元头的插入 移动净荷类型的有关功能复用 去复用不同连接的信元 ATM层功能 适配层 ATM层 物理层 执行高层所需的服务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 ATMPayload ConstantBitRate DataBursts VariableBitRate ATMCell Multiplexing AALSDU 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CDMA1X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 AAL1 AAL2 AAL3 4 AAL5 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 AAL层 CS子层 ATM层 第三章ATM分层结构 ATM协议简介AAL2和AAL5结构和适配过程介绍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 AAL层 ATM SDU 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 AALLayer AAL2适配过程 SSCS PDUHeader SSCS PDUTail CPS Packet CPS Packet SSCS PDU45BitMax CPS Packet C CPS Packet 1 3 2 1 3 2 CPS PDUPayload47Bit CPS PDU SSCS CPS SN ATMLayer 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 AAL层 CS子层 AAL 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 AALLayer CPCS ATMLayer UU CPI Length CRC 8 1 8 1 16 1 32 1 CPS PDUN 48Bytes PAD 0 47Bits SAR PDU 1 SAR PDU 2 SAR PDU 3 SAR PDU 4 ATM SDU 1 ATM SDU 2 ATM SDU 3 ATM SDU 4 Cell 1 Cell 2 Cell 3 Cell 4 ATMPayload ATMHeader AUU 0 ATMHeader AUU 1 SAR 第三章ATM分层结构 ATM协议简介AAL2和AAL5结构和适配过程介绍ATM层业务类别和Qos简介 ATM层的业务分类 CBR Constantbitrate 不变比特率VBR RT Variablebitrate realtime 实时可变比特率VBR NRT VBR nonrealtime 非实时可变比特率UBR Unspecifiedbitrate 未指定比特率ABR Availablebitrate 可用比特率 通信契约的签订 ATM网络 通信契约业务类型流量参数QoS参数 CDMA1X系统中使用的业务 Variablebitrate realtimeVBR RT实时可变比特率AAL2适配CDMA1X系统中话音业务数据为此类业务VBR nonrealtimeVBR NRT非实时可变比特率AAL5适配CDMA1X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 第四章IPOA基础知识 IPOA协议介绍ARP协议介绍 IPOA协议栈 ATM网络物理层 将IP地址映射为ATMPVC或SVC 高层应用 ATM AAL IP TCP UDP 将IP数据包转化为ATMPayload TCP IP数据帧处理 AppData TCPHeader TCPheader AppData IPHeader IPHeader TCPHeader AppData LLC SAR SDU 1 SAR SDU 2 SAR SDU 3 SAR PDU 4 SAR 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 LLC IPHeader TCPHeader AppData PAD CPCS PDUTail 第四章IPOA基础知识 IPOA协议介绍ARP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 ATM网络 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 ATM网络 IP 192 168 1 2ATM 50412082 IP 192 168 1 1ATM 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 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 ATM网络 IP 192 168 1 2ATM 50412082 IP 192 168 1 1ATM 50412081 IPOA下ARP协议的实现 SVC情况 ATM网络 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 ATM网络 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 ATM网络 PVC InvATMARP InvATMARP 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 ATM网络 PVC ACK ACK 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 ATM网络 PVC ATM信元流 ATM信元流 课程内容 ATM在CDMA1XBSS系统中的应用 BTS基带框业务 带内信令 AAL2维护 带外信令 AAL5 Abis接口带内信令 业务 AAL2带外信令 维护 AAL5IPOA如果使用多条E1 可采用IMA组方式传送ATM信元 BSC内部语音业务 AAL2信令 数据业务 AAL5维护 AAL5IPOA 连接MSC 连接PDSN 光纤 光纤