某省电力系统广域数据网络组网技术方案.doc

XXXX 省电力系统广域数据网络省电力系统广域数据网络 组网技术方案组网技术方案 XXXX 数码科技集团有限公司数码科技集团有限公司 技术部技术部XXXXXX 1 1电力系统业务需求电力系统业务需求 1 1 1内部业务 1 1 1 1话音业务 1 1 1 2视频业务 2 1 1 3数据业务 2 1 1 3 1实时系统 2 1 1 3 2准实时系统 2 1 1 3 3管理系统 2 1 1 3 4其他应用系统 3 1 2外部业务 3 1 2 1路由资源出让 3 1 2 2多余光纤出租 3 1 2 3富裕容量出租 4 1 2 4提供增值服务 4 2 2网络设计原则网络设计原则 4 2 1先进性与实用性相结合 4 2 2开放性与标准性相结合 4 2 3可靠性与安全性相结合 5 2 4经济性与可扩充性相结合 5 2 5网络具有可管理性 5 3 3广域网技术介绍广域网技术介绍 5 3 1OSI 参考模型 5 3 1 1基本概念 5 3 1 1 1通信协议 7 3 1 1 2层服务 7 3 1 1 3信息交换 8 3 1 2物理层 8 3 1 3数据链路层 8 3 1 4网络层 9 3 1 5传输层 10 3 1 6会话层 10 3 1 7表示层 11 3 1 8应用层 11 3 2ATM 技术 12 3 2 1基本概念 12 3 2 1 1信元结构 12 3 2 1 2面向连接 12 3 2 1 3统计复用 12 3 2 2参考模型 13 3 2 2 1ATM 适配层 14 3 2 2 2ATM 层 15 3 2 2 3ATM 物理层 16 3 2 3交换结构 16 3 2 3 1ATM 交换结构的基本功能 16 3 2 3 2ATM 交换结构的分类 17 3 2 4网络信令 18 3 2 4 1信令标准化 18 3 2 4 2信令协议栈 19 3 2 4 3UNI 信令 20 3 2 4 4NNI 信令 20 3 2 5信流管理 22 3 2 5 1ATM 层业务结构 22 3 2 5 2ATM 层服务质量 23 3 2 5 3流量控制 23 3 2 5 4拥塞控制 24 3 2 6IP 与 ATM 融合 24 3 2 6 1CIPOA 25 3 2 6 2LANE 26 3 2 6 3MPOA 27 3 2 6 4MPLS 28 3 3IP OVER SDH POS 技术 32 3 3 1基本概念 32 3 3 2PPP 协议 32 3 3 3IP Over SDH 的传输效率 33 3 3 4技术优缺点 33 3 4动态包传输 DPT 技术 34 3 4 1基本概念 34 3 4 1 1网络结构 34 3 4 1 2智能保护切换 IPS 35 3 4 1 3空间再利用协议 SRP 36 3 4 1 4包优化传输 36 3 4 1 5带宽倍增 37 3 4 1 6故障恢复模式 38 3 4 1 7传输的灵活性及演变 39 3 4 1 8网络管理 39 3 4 2构建分层体系 40 3 4 3DPT 技术小结 40 3 4 3 1成本效率 41 3 4 3 2扩展增值业务 41 3 4 3 3网络的健壮性 41 3 4 3 4未来移植性 41 4 4IPIP 与与 ATMATM 的比较的比较 42 4 1IP 与 ATM 的竞争 42 4 2思想和目标的差异 43 4 2 1标准化过程的差异 43 4 2 2简单实用有效与复杂求全 44 4 2 3技术驱动与实践 市场 驱动 45 4 3技术思路的差异 46 4 3 1有连接与无连接 46 4 3 2信令与路由 47 4 3 3服务质量 QoS 与尽力传送 best of effort 48 4 3 4网络智能与终端智能 49 4 4ATM 与 IP 简要比较 50 4 5ATM 与 IP 比较小结 50 5 5XX 省电力数据广域网组网方案省电力数据广域网组网方案 51 5 1技术路线的选择 51 5 1 1选择依据 51 5 1 1 1网络带宽资源 51 5 1 1 2业务类型特点 52 5 1 1 3未来市场定位 53 5 1 2技术选择 53 5 2网络设计方案 54 5 2 1节点类型划分 54 5 2 2网络拓扑结构 55 5 2 2 1ATM 网络的组织 56 5 2 2 2千兆网络的组织 57 5 2 3业务接入方案 58 5 2 3 1话音业务 58 5 2 3 2视频业务 60 5 2 3 3数据业务 61 5 3设备配置方案 62 5 3 1核心节点设备配置要求 62 5 3 1 1ATM 交换机 63 5 3 1 2三层路由交换机 64 5 3 1 3IP 电话网关 65 5 3 2骨干节点设备配置要求 65 5 3 3接入节点设备配置要求 65 5 3 3 1千兆以太网交换机 66 5 3 3 2IP 电话网关 66 5 3 3 3IP 电话机 66 1 1电力系统业务需求电力系统业务需求 1 11 1内部业务内部业务 信息通讯网络的建设是为信息传输服务的 有必要对电力局的业务进行分 析 随着电力行业对信息技术应用的深入 对网络业务的需求呈现出多层次 多方位的特点 电力系统网络业务需求可概括为 语音 传真业务 视频业务 如会议电视 视频监控等 实时系统 主要有 SCADA 信息处理系统 准实时系统 主要指故障录波 微机保护 电能量计量信息等系统 生产管理系统 电力营销管理 办公 行政 管理等业务管理系统 综合查询服务 即基于 WEB 技术的多媒体信息检索服务 其他 如远程教学 视频点播等业务 1 1 11 1 1话音业务话音业务 话音 传真业务是电力企业生产 经营中必不可缺的应用 电力系统的话 音应用主要有调度电话 行政办公电话 而对调度电话的有很高的要求 需要 保持绝对的畅通 1 1 21 1 2视频业务视频业务 包括变电所监控系统 视频会议系统 1 1 31 1 3数据业务数据业务 1 1 3 11 1 3 1实时系统实时系统 包括调度自动化系统 变电所综合自动化系统 配网自动化系统 在各级调度之间及变电所与各调度之间有大量的实时 包括 四遥 信息 实时系统在信息网上主要是实时信息的传输 对 QoS 有很高的要求 尤其 是遥信 遥控信息 1 1 3 21 1 3 2准实时系统准实时系统 微机保护 故障录波 电能量计量信息 通信监测等信息对实时要求也较 高 电能计量信息直接影响到电力企业的收益 因此对信息安全要求更高 1 1 3 31 1 3 3管理系统管理系统 生产管理系统包括 调度管理信息系统 调度高端应用 包括负荷预测 在线潮流 状态估计等 生技管理系统 变电运行管理系统 变电检修管理系 统 送电线路管理 安监管理系统等 用电管理系统包括 电力营销客户信息系统 配电地理信息与电话报修系 统等 管理决策管理系统包括 综合查询管理系统 人事管理系统 财务管理系统 物资管理系统 计划管理系统 行政办公无纸化包括 办公自动化系统 其他行政管理系统等 管理系统是通讯网络上主要的数据传输 信息交换量大 具有随机性和突 发性 这些管理信息除了在全局实现数据共享外 还要与上 下级供电部门实 现信息共享 1 1 3 41 1 3 4其他应用系统其他应用系统 电力市场技术支持系统 客户服务中心 负荷管理系统和远方抄表系统等 1 21 2外部业务外部业务 随着 WTO 日益临近 中国首先对国内 包括港 澳资本 开放电信市场已成 定局 而电力系统向电信市场的渗透也不再是梦想 凭借自己的电力专用通信 网 电力系统在许多方面具有自身优势 从市场角度来说 电力系统利用其资源优势 将以四种方式渗透国内电信 市场 一是路由资源出让 二是多余光纤出租 三是富裕容量出租 四是资本 运作以提供增值服务 其中前两种方式是电信经营中最简单 最原始的经营方 式 与网络采用的技术无关 而后两种方式由于涉及服务类型和服务质量 必 须在网络建设初期加以考虑 以采用恰当的 可以满足未来发展的技术来建设 电力通信网络 1 2 11 2 1路由资源出让路由资源出让 路由资源出让主要是将电力系统丰富的输电线路走廊和城市电缆沟道出让 给第三运营商 使得电力系统的基础构造设施得到广泛的扩展和最大限度的利 用 1 2 21 2 2多余光纤出租多余光纤出租 由于 OPGW ADSS 等电力线特种光缆是与超高压电力输电线路结合在一起进 行敷设的 从可靠性上来讲大大优于普通的架空或埋地光缆 因此电力系统多 余光纤出租将凭借这一独特优势成为电力系统向电信市场渗透的一种重要方式 1 2 31 2 3富裕容量出租富裕容量出租 这种方式是将系统中多余的容量出租 一般是为某些系统或大企业提供城 市间联网的 2Mb s 数字通道 随着电力传输线路的建设 给电力通信干线网络 光纤化 创造了极好的条件 由于光纤具有的高带宽特性 使得电路一建成 就在通信容量方面形成了广阔的发展潜力 因此 通过充分利用正在建设的电 力通信光纤网络所具有的丰富资源以及城网 农网改造所形成的接入能力 并 结合全国范围内各政府部门 科研院校以及商业运营公司的信息网工程建设 可以向社会提供基于时分复用或统计复用电路租赁业务 从而获得可观的经济 效益 1 2 41 2 4提供增值服务提供增值服务 WTO 的临近 使得电信服务市场的开放已成必然 在取得进入电信市场的资 格之后 电力系统除了上述三种对外运营模式外 还可以提供虚拟专用网 VPN 以及互联网接入等增值服务 2 2网络设计原则网络设计原则 通过上述分析 电力系统广域网络的建设应当兼顾内部业务和外部业务两 个方面 因此 在建设综合网络平台时 必须考虑到以下几点原则 2 12 1先进性与实用性相结合先进性与实用性相结合 网络设计选用先进成熟的网络技术及通信设备 保证系统性能稳定可靠 风险系数小 同时一定要注意技术的成熟性和实用性 充分利用现有的设备和 资源 保护原有的投资 既适应当前业务的情况 同时又充分考虑未来的发展 2 22 2开放性与标准性相结合开放性与标准性相结合 系统采用开放式的体系结构 支持多种协议和多种接口的开放式网络 能 够与现有的和未来的网络系统互连 所有的网络设备符合国际标准和工业标准 使网络具有较高的可互操作性 易于扩充 2 32 3可靠性与安全性相结合可靠性与安全性相结合 网络系统具有较高的可靠性 主要的网络设备具有热插拨功能 不需中止 网络运行就能进行内部插拨和模块的更换与扩充 关键设备和线路都有备份 能够进行在线修复 更换和扩充 系统安全保密性好 对人为的攻击及病毒的 侵害具有较强的抵抗能力 2 42 4经济性与可扩充性相结合经济性与可扩充性相结合 系统可伸缩性好 可根据需要扩大或缩小网络性能 结构模块化 便于以 后随业务发展进行扩充或升级 使原有设备利用率提高 系统可维护性好 维 护费用低 2 52 5网络具有可管理性网络具有可管理性 采用先进的网络管理系统 为整个网络提供全面网络管理 网络管理系统 能在全网范围内实现灵活的 方便的虚拟网划分 并且虚拟网的划分能基于多 种方法 充分保证网络系统的安全性和数据的可靠性 网络管理系统还具有监 测 诊断 过滤 故障隔离等功能 3 3广域网技术介绍广域网技术介绍 3 13 1OSIOSI 参考模型参考模型 3 1 13 1 1基本概念基本概念 开发系统互联 OSI Open Systerns Interconnection 的缩写 参考模型 描述了信息如何从一台计算机的应用层软件通过网络媒体传输到另一台计算机 的应用层软件中 它是由七层协议组成的概念模型 每一层说明了特定的网络 功能 OSI 参考模型是在 1984 年由国际标准化组织 ISO Interconnection for Standardization 的缩写 发布的 现在已被公认为计算机互联通信的基 本体系统结构模型 OSI 参考模型把网络中计算机之间的信息传递分成七个小的易于管理的层 OSI 的七层协议分别执行一个 或一组 任务 各层间相对独立 互不影响 下 面是 OSI 参考模型的七个层次 第七层 应用层 第六层 表示层 第五层 会话层 第四层 传输层 第三层 网络层 第二层 数据链路层 第一层 物理层 OSI 参考模型的七层可划分为成高层和低层两类 其中高层论述的是应用 问题 并且通常用软件实现 最高层 应用层 最接近用户 用户和应用层通过 通信应用软件相互作用 OSI 参考模型的低层负责处理数据传输问题 物理层和数据链路层是由硬 件和软件共同实现的 而其它层通常只是用软件来实现 最底层 物理层 最接 近于物理网络介质 如网络电缆 它的职责就是将信息放置到介质上 OSI 参考模型如下图所示 图 3 1 OSI 参考模型 3 1 1 13 1 1 1通信协议通信协议 OSI 参考模型为计算机之间的通信提供基本框架 但模型本身不是通信方 法 只有通过通信协议才能实现实际的通信 在数据网络中 协议 protocol 是控制计算机在网络介质上进行信息交换的规则和约定 一个协议实现 OSI 的 一层或多层功能 目前已有众多通信协议 它们可分为 LAN 协议 WAN 协议 网络协议和路 由选择协议 LAN 协议在 OSI 参考模型的物理层和数据链路层操作 定义了在 多种 LAN 介质上通信 WAN 协议是在 OSI 参考模型的最下面三层操作 定义了 在不同的广域网介质上的通信 路由选择协议是网络层协议 它负责路径的选 择和交换 网络协议是指一个给 定的协议 件中的各种上层协议 3 1 1 23 1 1 2层服务层服务 OSI 的某一层与另一层进行通信的目的是利用其它层提供的服务 这种服 务有助于一个给定的 OSI 层与其它计算要机系统的对等层进行通信 层服务包 括服务使用者和服务访问点 SAP 三个基本元素 服务使用者是指需要从相邻层请求服务的 OSI 层 服务提供者是指为服务 使用者提供服务的 OSI 层 OSI 层可以为多个服务使用者提供服务 SAP 是一个 概念性场所 一个 OSI 层通过它可以向另一个 OSI 层请求服务 图 1 5 说明了 这三个元素是如何在网络层和数据链路层相互作用 3 1 1 33 1 1 3信息交换信息交换 OSI 参考模型的各层使用不同格式的控制信息 以便与其它计算机系统的 对等层进行通信 这个控制信息由对等 OSI 层之间交换的特殊请求和指令组成 控制信息一般采用数据头或数据尾 数据头附加在上层传输下来的数据之 前 数据尾附加在上层传输下来的数据之后 一个 OSI 层并不一定必须附加一 个数据头或数据尾到上层的数据中 数据头 数据尾和数据是相对的概念 这一切取决于分析信息单元的层 例如在网络层 一个信息单元包括 3 个数据头和 1 个数据 而在数据链路层 由网络层传输的所有信息 3 个数据头和 1 个数据 都被作为数据处理 此外 在一个 OSI 层中 信息中 信息单元的数据部分包括从所有上层传 送下来的数据头 数据尾和数据 这就是众所周知的 封装 encapdulation 3 1 23 1 2物理层物理层 在网络中 物理层为执行 维护和终止物理链路定义了电子 机械 过程 及功能的规则 物理层具体定义了诸如电位级别 电位变化间隔 物理数据率 最大传输距离和物理 互联装置特性 物理层的协议可以分成 LAN 和 WAN 两种 图 1 7 说明了一些常用的 LAN 和 WAN 协议 3 1 33 1 3数据链路层数据链路层 数据链路层通过物理网络链路提供可靠数据传输 不同的数据链路层定义 了不同的网络和协议特性 其中包括物理编址 网络拓扑结构 错误校验 帧 序列以及流控 物理编址 相对应的是网络编址 定义了设备在数据链路层的 编址方式 网络拓扑结构包括数据链路层的说明 该说明常常定义了设备的物 理连接方式 如总线拓扑结构或拓扑结构 错误校验向发生传输错误的上层协 议告警 数据帧序列重新整理并传输除序列以外的帧 流控可以延 数据的传输 能力 以使接收设备不会因为在某一时 接收到了超过其处理能力的信息流而崩 溃 电气与电子工程师学会 IEEE 将数据链路层分成逻辑链路控制 LLC Logical Link Control 的缩写 和介质访问控制 MAC Media Access Control 的缩写 两个子层 逻辑链路控制子层管理单一网络链路上的设备间的通信 IEEE802 2 标准 定义了 LLC 支持无链接服务和面向连接服务 IEEE802 2 在数据链路层的信息 帧中定义了许多域 这些域使得多种高层协议可共享一个物理数据链路 数据 链路层的介质访问控制网络介质的协议 IEEE MAC 规则定义了 MAC 地址 以标 识数据链路层中的多个设备 3 1 43 1 4网络层网络层 网络层提供路由选择及其相关的功能 这些功能使得多个数据链路被合并 到互联网络上 这是通过设备的逻辑编址 相对应的是物理编址 完成的 网 络层为高层协议提供面向连接服务和无连接服务 网络层协议一般都是路由选 择协议 但其它类型的协议也可在网络层上实现 常用的路 由选择协议包括边缘网关协议 开放最短径优先和路由选择信息 协议 其中边缘网关协议 BGP Border GatewayProtocol 的缩写是一种互联 网络领域间的路由选择 开放最短路径优先 OSPF Open Shortest Path First 的缩写 是一种链路状态 是为 TCP IP 网络开发的内部网关协议 路由 选择信息协议 RIP Routing Information Protocol 的缩写 是一种使用部 站点计数作为计量标准的互联网络路由选择协议 3 1 53 1 5传输层传输层 传输层实现了向高层传输可靠的互联网络数据的服务 传输层的功能一般 包括流控 多路传输 虚电路管理及差错校验和恢复 流控管理设备之间的数 据传输问题 确保传输设备不发送比接收调和处理能力大的数据 多路传输使 得多个应用程序的数据可以传输到一个物理链路上 虚电路由传输层建立 维 护和终止 差错校验包括为检测传输错误而建立的各种不同结构 而差错恢复 包括所采取的行动 如请求数据重发 以便解决发生任何错误 某些传输层还包括传输控协议 名字绑定协议和 OSI 传输协议 传输控制 协议 TCP Transmission Control Protocol 的缩写 是提供可靠数据传输的 TCP IP 协议簇中的协议 名字绑定协议 NBP Name Binding Protocol 的缩写 是将 Apple Talk 名字与地址联合起来的协议 OSI 传输协议是 OSI 协议簇中的 传输协议 3 1 63 1 6会话层会话层 会话层允许不同计算机上的用户建立会话关系 会话层允许进行类似传输 层的普通数据的传输 并提供了对某些应用有用的增强服务会话 也可以被用 于远程登录到分时系统或在两台机器间传递文件 会话层提供的服务 管理会话 会话层允许信息同时双向传输 或任一时刻只能单向传输 令牌管理 token management 有些协议保证双方不能同时进行同样 的操作 这一点很重要 为管理这些活动 会话层提供令牌 令牌可以 在会话的双方之间交换 只有持有令牌的一方可以执行某种关键操作 同步 synchronization 即在数据流中插入检查点 以避免网络崩 溃对长时间文件传输的影响 3 1 73 1 7表示层表示层 表示层提供多种用于应用层数据的编码和转化功能 以确保从一个系统应 用层发送的信息可以被另一系统的应用层识别 表示层编码和转换模式包括公 用数据表示格式 性能转换表示格式 公用数据压缩模式和公用数据加密模式 公用数据表示格式即标准的图象 声音和视频格式 通过使用这些标准格 式 不同类型的计算机系统可相互交换数据 转换模式通过使用不同的文本和 数据表示 在系统间交换信息 例如 EBCDIC 和 ASCII 标准数据压缩模式确保 源设备上加密的数据可以在目标设备上正确地解密 表示层协议一般不与特殊的协议 关联 如一些众所周知的视频标准 QuickTime 和 Motion MPEG Quick Time 是 Apple 计算机视频和 频的标准 而 MPEG 是视频压缩和编码的标准 常见的图形图象格式包括 GIF JPEG 和 TIFF JPEG 是不同的图形图象压 缩和编码的标准 而 TIFF 是图形图象的标准编码格式 3 1 83 1 8应用层应用层 应用层是最接近终端用户的 OSI 层 这就意味着 OSI 应用层与用户之间是 通过软件直接相互作用的 这类应用程序超出了 OSI 模 型的范畴 应用层的功 能一般包括标识通信伙伴 定义资源的可用性和同步通信 标识通信伙伴时 应用层为具有传输数据的应用程序定义通信伙伴的标识 性和可用性 定义资源可用性时 应用层由于请求通信的存在而必须 定是否有 足够的网络资源 在同步通信中 所有应用程序之间的通信都需要应用层管理 的协同操作 应用层协议包括 TCP IP 协议和 OSI 协议 TCP IP 协议是指 Telnet 文件 传输协议 FTP 和简单邮件传输协议 SMTP 等等 OSI 协议是指文件传输 访问 管理协议 FTAM 文件虚终端协议 VTP 和公用管理信息协议 CMIP 等 它们存在于互联网络协议簇中 3 23 2ATMATM 技术技术 3 2 13 2 1基本概念基本概念 ATM 是 ITU T 确定的用于宽带综合业务数字网 B ISDN 的复用 传输和交 换的模式 因此 ATM 交换从一开始就被设计为一种可以实现高速 高吞吐量和 高服务质量的信息交换技术 以适应从低速率到高速率的宽带业务的交换要求 3 2 1 13 2 1 1信元结构信元结构 ATM 交换是固定长度的信元交换 所谓信元 就是长度为 53 个字节的固定 长度的分组 其中开头 5 个字节为信元头 其余 48 个字节为信元域 ATM 信元 头的功能有限 主要是虚连接的标识 还有优先级标志 信元头差错检验等 采用很短的信元可以减少交换节点内部的缓冲器容量以及排队时延和时延 抖动 信元长度的固定则有利于简化交换控制和缓冲器管理 以采用硬件设备 实现高速交换 3 2 1 23 2 1 2面向连接面向连接 ATM 采用面向连接的方式 即在用户信息传送前 先要建立连接 在信息传 送结束后 要拆除连接 ATM 建立的连接是虚连接 可以分为虚通道连接 VPC 和虚信道连接 VCC 根据连接建立的方式 ATM 虚连接又可以分为永 久虚连接 PVC 和交换虚连接 SVC 其中永久虚连接由网络管理员在事先设 定 交换虚连接则由网络通过信令方式动态设定 3 2 1 33 2 1 3统计复用统计复用 ATM 交换采用统计复用技术 统计复用又称为异步时分复用 所谓时分复用 即在一条物理链路上通过时间片的划分 实现多个连接对同一链路的共享 而 异步时分复用是指属于某个连接的多个信元并不占有固定的时间位置 可以或 密或疏地在复用链路上出现 因此 ATM 所采用的统计复用技术不是固定分配 的同步方式 而是灵活分配的异步方式 从而可以适应各种不同带宽业务的要 求 3 2 23 2 2参考模型参考模型 在 ITU T 的 I 321 建议中定义了 B ISDN 协议参考模型 如下图 它包括三 个面 用户面 控制面和管理面 而在每个面中又是分层的 分为物理层 ATM 层 AAL 层和高层 图 3 2 ATM 参考模型 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 OAM 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 3 2 2 13 2 2 1ATMATM 适配层适配层 ATM 适配层 AAL 的目标是向应用提供有用的服务 并将它们与在发送端 方 将数据分割为信元 在接收端 方 将信元重新组织为数据的机制隔离 开来 它按照 3 个坐标轴来组织服务空间 定时关系 需要或不需要 比特率 固定或可变 连接方式 面向连接或无连接 根据上述 3 个特性 ITU T 将 AAL 业务分为 A B C D 四大类 如下图所 示 A 类B 类C 类D 类 定时关系需要不需要 比特率固定可变 连接方式面向连接无连接 图 3 3AAL 业务分类 映射到具体的业务 A B C D 四种业务类型都具有相应的实例 如 电 路仿真 固定比特率的视频业务等属于 A 类业务 可变比特率的视频与音频业 务属于 B 类业务 面向连接的数据传送属于 C 类业务 无连接的数据传送属于 D 类业务 为了适应不同业务类型的需要 ITU T 定义了 4 类 AAL 即 AAL1 AAL2 AAL3 4 和 AAL5 其中 AAL1 规程用于支持 A 类业务 AAL2 规程用 于支持 B 类业务 适用于时延敏感的低速 可变长度的短分组的传送 AAL3 与 AAL4 本来是分开的 后来合并为一类 AAL3 4 用来支持 C D 两类业务 即包 括面向连接与无连接数据业务 AAL5 可以看成是简化的 AAL3 4 用来支持面向 连接的 C 类业务 传送大的数据分组时效率较高 ATM 网络信令也采用 AAL5 3 2 2 23 2 2 2ATMATM 层层 ATM 层负责生成信元 它接受来自 AAL 的 48 字节载体并附加上相应 5 字节 信元标头 ATM 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 当 ATM 层看到信元载体 时 它并不知道 也不关心载体的内容 载体只不过是要被传输的 0 或 1 信息 符号 因为 ATM 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 ATM 层到物理层的信息单元只 能是 53 个字节的信元 ATM 支持点对点 一点对多点以及多点对多点连接 ATM 层的主要功能和责 任如下 一般流量控制 信元标头生成 信元标头去除 VPI 和 VCI 值的转换 汇集信元到物理接口 从物理接口分检信元 信元速率调整 网络阻塞控制 信元放弃 流量整形 流量管理 连接分配和取消 3 2 2 33 2 2 3ATMATM 物理层物理层 ATM 物理层分为物理媒体相关子层 PMD 子层 和传输聚合子层 TC 子层 PMD 子层的功能是提供与传输媒体有关的机械和电气接口 正确地发送和接 收数据比特 负责线路编码 比特定时等功能 TC 子层的功能如下 传输帧的产生 恢复和适配 信头差错控制 信元定界和扰码 信元速率去耦 3 2 33 2 3交换结构交换结构 ATM 交换结构是实现 ATM 交换的关键技术之一 是 ATM 交换系统中必不可少 的重要组成部分 3 2 3 13 2 3 1ATMATM 交换结构的基本功能交换结构的基本功能 ATM 交换结构应能实现任意出入线之间的信元交换 即任一入线上的任一逻 辑信道的信元要能够被交换到任一出线上的任一逻辑信道中去 为此 ATM 交 换结构应具有信头变换 选路和排队这 3 项基本功能 信头变换 信头变换主要是指 VPI VCI 值的变换 即入 VPI VCI 变换为出 VPI VCI VPI VCI 的变换体现了信元交换的重要概念 意味着入线上某个 逻辑信道中的信息被传送到出线上的另一个逻辑信道中去 需要注意的是 VPI VCI 的变换虽然与建立的虚连接存在固定的映射关系 然而相应的信元 并不一定出现在入线或出线的固定的时隙位置上 选路 选路表示任一入线的信息可以被交换到任一出线 具有空间交换的特征 信头变换结合选路功能 才能实现 ATM 交换结构的交换功能 即在翻译表 中根据入线 VPI VCI 值应该可以查找到出线号码以及相应的出线 VPI VCI 值 排队 由于 ATM 采用异步时分交换 在连接建立后的信息传送阶段 可能会发生 在同一时刻存在多个信元竞争公用资源的情况 因此 ATM 交换结构还需要 具有排队功能 以免在竞争时发生信元丢失 此外 为了适应宽带业务的多样性 ATM 交换结构通常还应具备多播功能和 优先级控制功能 3 2 3 23 2 3 2ATMATM 交换结构的分类交换结构的分类 ATM 交换结构可以从如下多个方面进行分类 时分与空分 时分结构的基本特征是所有的输入和输出端口共享单一的交换媒介 可 以是共享存储器 共享总线或共享环 空分结构的基本特征是可以在多对输入端口和输出端口间同时并行地传 送信元 空分结构又可以分为单通路与多通路 以及单级与多级结构 单通路与多通路 单通路是指任意一对出入线之间只有一条通路 其典型结构包括基于 crossbar 的结构和基于 banyan 的结构 多通路则在任意一对出入线之间存在多条通路可以选用 单级与多级 ATM 交换结构也可以分为单级与多级结构 单级结构的容量不可能太大 单一的时分交换模块和空分的 crossbar 结构是典型的单级交换结构 多级结构通常称为多级交换网络 由分为若干级的多个交换单元按照一 定的拓扑结构互连而成 可以比较经济地扩大交换容量 阻塞与无阻塞 阻塞的概念通常出现连接建立的过程中 然而就面向连接的 ATM 交换而 言 在连接被接纳后的信元传送阶段也有可能出现阻塞 这时的阻塞往往 由多个信元对公用资源进行竞争引起 在 ATM 交换结构中 竞争包括两个 方面 内部竞争和出线竞争 内部竞争是多个信元争抢交换结构的同一内 部链路或缓冲器 出线竞争是多个信元争抢同一出线 有无内部竞争取决 于交换结构的内部拓扑结构和工作工作速度等因素 如果不存在内部竞争 就称为无阻塞结构 否则就是有阻塞结构 Crossbar 是典型的无阻塞结构 同时 banyan 网络则是典型的有阻塞结 构 3 2 43 2 4网络信令网络信令 3 2 4 13 2 4 1信令标准化信令标准化 ITU T 对 B ISDN 信令的标准化分为 3 个阶段 对应于 3 个能力集 CS CS 1 基本呼叫 连接控制 仅支持点到点的单连接呼叫和确定比特率 业务 只能支持峰值信元速率 PCR 业务量参数 CS 2 增强的呼叫 连接控制 支持点到点和点到多点单连接呼叫 点 到点多连接呼叫和其它特殊类型的呼叫 能传送各种业务量参数和 QOS 参数 支持 ITU T 所定义的确定比特率 DBR 维持比特率 SBR 可 用比特率 ABR 以及 ATM 块传送 ABT 业务 CS 3 多媒体业务控制信令 满足多媒体业务的信令要求 同时 ATM 论坛也制定了主要用于专用网的宽带信令 包括 UNI3 0 UNI3 1 UNI4 0 和 PNNI1 0 以及用于公用网的 B ICI2 0 3 2 4 23 2 4 2信令协议栈信令协议栈 ATM 信令协议栈位于 ATM 参考模型的控制面 通过信令适配层 SAAL 对信 令消息进行 ATM 适配 并经过信令虚信道进行传送 ATM UNI 和 NNI 信令协议 栈分别如图 3 3 和 3 4 所示 Q 2931 Q 2931 Q 2961 等 SAALQ 2130 Q 2110 I 362 I 363 ATMI 361 PHYI 432 图 3 3UNI 信令协议栈 B ISUPQ 2761 Q 2764 MTP 3bQ 704 Q 2210 SAALQ 2140 Q 2110 I 362 I 363 ATMI 361 PHYI 432 图 3 4NNI 信令协议栈 SAAL 采用 AAL5 包含公共部分和业务特定部分 公共部分包括公共部分汇 聚子层 CPCS 和分段与重组 SAR 业务特定部分包括业务特定面向连接协 议 SSCOP 和业务特定协调功能 SSCF SSCF 的功能是将网络层规定的特定要求映射到 SSCOP 所提供的服务 UNI 的网络层是 Q 2931 NNI 的网络层是 MTP 3b 因此用于 UNI 和 NNI 的 SSCF 是 不同的 分别由 Q 2130 和 Q 2140 所定义 SSCOP 的主要功能是提供连接的建立和释放并在对等层之间完成可靠的信息 传送 3 2 4 33 2 4 3UNIUNI 信令信令 ATM UNI 信令是指在 ATM 网络中端用户和网络之间进行连接的建立 释放和 维护的协议 ITU T Q 2931 是 ATM UNI 信令的网络层协议 该建议规定了基本的呼叫 连 接控制协议 只支持点到点的呼叫 连接 属于 CS1 阶段 提供了有限的信令能 力 在此基础上 ITU T 又制定了 Q 2961 Q 2962 Q 2963 和 Q 2971 等建议 以支持 CS2 的信令功能 包括业务流参数的扩展 连接特性的协商和修改以及 点到多点的呼叫 连接控制等 ATM 论坛分别于 1993 和 1994 年推出了 UNI3 0 和 UNI3 1 规范 为了支持 ITU T CS 2 定义的功能 ATM 论坛又在 1996 年推出了 UNI4 0 规范 相当于 Q 2961 Q 2962 Q 2963 和 Q 2971 等建议的功能 同时 UNI4 0 还支持叶节 点启动加入 Leaf Initiated Join 和任播 anycast 等较新的功能 3 2 4 43 2 4 4NNINNI 信令信令 ATM NNI 信令协议基于现有 64kb s ISDN 用户部分的描述和定义 是 ISDN ISUP 的扩充与增强 因此又称为宽带综合业务数字网用户 B ISUP ITU T 建议 Q 2761 到 Q 2764 对 B ISUP 进行了描述 B ISUP 使用与 UNI 信令相同的 时间进度表 分为 3 个能力集 CS CS 1 支持基本承载业务和用户补充业务以及与 N ISDN 的互通 CS 2 支持可变比特率 VBR 业务 并将呼叫控制与连接控制分离 CS 3 支持多媒体业务和分配型业务 ATM 论坛于 1996 年制定的 PNNI1 0 规范是用于专用网的 NNI 信令 PNNI 可 用于专用网络节点接口 或用于专用网络到网络接口 同时也可用于公用网 PNNI 协议包括选路协议和信令协议 选路协议是基于链路状态的选路技术 包括链路状态选路 源选路和分级选路 3 个主要概念 信令协议规定了用于建 立点到点和点到多点连接的信令消息过程 是基于 ATM 论坛 UNI 信令 但增加 了对源选路 折回和迂回选路等功能的支持 PNNI 1 0 支持以下功能和特性 支持全部 UNI3 1 功能和部分 UNI4 0 功能 支持扩展到大规模的网络 支持分级选路 支持 QOS 使用源选路 提供动态选路 对等组内与对等组间的选路协议可以分离 可与不一定使用 PNNI 的外部选路域互操作 支持物理链路和通过 VPC 的隧道 支持 Soft PVPC PVCC 支持任播 3 2 53 2 5信流管理信流管理 3 2 5 13 2 5 1ATMATM 层业务结构层业务结构 ATM 层业务类别与 AAL 层业务类别不同 由特定的信流参数和 QOS 参数来描 述 用于建立用户与网络之间的信流合约 ATM 层提供 5 种业务类别 固定比特率 CBR CBR 可以提供固定的传送速率 其带宽的量值用峰值信元率 PCR 来表述 可以用来支持对时延和时延变化严格限制的实时应用 包括固定比特率的 话音 视频和电路仿真业务 实时可变比特率 rt VBR rt VBR 具有突发特性 其在较长时间的平均速率为持续信元率 SCR 突 发期间的峰值速率为峰值信元率 PCR Rt VBR 用于非固定速率的实时应 用 对时延和时延变化也有严格要求 包括话音和视频业务 非实时可变比特率 nrt VBR nrt VBR 与 rt VBR 相似 支持可变的信元速率 提供低的信元丢失率 CLR 但不规定时延方面的要求 可以用于要求低 CLR 的数据传送 非限定比特率 UBR UBR 用来支持非实时的尽力而为的业务 如文件传送和电子邮件 不支持任 何 QOS 要求 可用比特率 ABR ABR 连接规定了峰值信元率 PCR 和最小信元率 MCR 可以根据网络负 荷的状况调整信元发送速率 使 CLR 保持在可接受的水平 3 2 5 23 2 5 2ATMATM 层服务质量层服务质量 ATM 论坛 TM4 0 定义了 6 个 ATM 层参数 其中 可协商的 3 个参数是 Peak to Peak 信元时延变化 CDV 最大传送时延 maxCTD 信元丢失率 CLR 非协商的 3 个参数是 信元差错率 CER 信元块严重差错率 SECBR 信元误插率 CMR 以上 6 个 QOS 参数又可以分为与时延有关和与可靠性有关两大类 其中 与时延有关的参数是 Peak to Peak CDV 和 maxCTD maxCTD 决定于固定时延和 Peak to Peak CDV 固定时延包括物理媒体的传播时间 传输系统的时延和交 换机处理时延中的固定部分 而信元时延变化 CDV 则由信元缓冲和信元调度所 引起 其余 4 个参数均与可靠性有关 3 2 5 33 2 5 3流量控制流量控制 ATM 的流量控制是一种基于预防性控制的信流管理方式 其目的是防患于未 然 以避免网络拥塞的发生 ATM 流量控制主要包括连接接纳控制 CAC 和用 户 网络参数控制 UPC NPC 两种方式 连接接纳控制 CAC 连接接纳控制的基本功能可以由网络交换节点在 SVC 建立时或网络管理员 在 PVC 建立时所采取的一组动作来定义 其目的是根据信流合约中是信息 和网络的资源状况来确定接受还是拒绝连接建立请求 用户 网络参数控制 UPC NPC 用户 网络参数控制的基本功能可以由网络为了监视和控制信流而采取的一 组动作来定义 其主要目的是通过检测信元流对商定的信流合约的违反 并采取一定的行动来保护网络资源不受用户有意或无意的行为的影响 从 而进一步对已建立连接的 QOS 给予保护 3 2 5 43 2 5 4拥塞控制拥塞控制 ATM 的拥塞控制是一种基于应对性控制的信流管理方式 其目的是在拥塞发 生后采取对应措施 以减轻拥塞程度 减少拥塞时间 使网络尽快恢复正常 ATM 拥塞控制主要包括选择性信元丢弃 显式前向拥塞指示两种方式 选择性信元丢弃 在网络发生拥塞时 网络节点可以选择性地丢弃部分违反信流合约的信元 或 CLP 1 的信元 选择性信元丢弃通常采用两种方案 部分分组丢弃 PPD 和早期分组丢弃 EPD 部分分组丢弃又称为尾丢弃 是指一旦某 个信元被丢弃 则该分组的所有后继信元均将被丢弃 早期分组丢弃则是 当队列长度达到门限值时 丢弃整个分组的所有信元 显式前向拥塞指示 显式前向拥塞指示 EFCI 使用数据信元头部的 PTI 位向目的端传递拥塞信 息 目的端将该信息通过 OAM 信元返回到发端并借以调整发出的信元速率 3 2 63 2 6IPIP 与与 ATMATM 融合融合 随着 Internet 在全球范围内的迅速升温 TCP IP 已成为目前应用最为广泛 的协议簇 任何网络技术的研发都必须考虑到与 TCP IP 协议的兼容性问题 ATM 技术也不例外 如何更有效 更合理地承载 IP 业务已成为 ATM 技术发展中 的重要课题 从 IP 协议与 ATM 协议的关系划分 IP 与 ATM 相融合的技术存在两种模型 重叠模型和集成模型 重叠模型将 IP 当成一个网络与 ATM 网络互联 不更改 ATM 网络的协议 模块 而将 IP 协议的功能层叠加在 ATM 上 也就是说 在重叠模型中 IP 协议是重叠在 ATM 上运行的 它需要定义两套地址结构及选路协议 同时需要两套维护和管理功能 ATM 系统既要分配 IP 地址 也要分配 ATM 地址 所有在 ATM 网络上工作的协议均需解析协议 将高层地址 IP 地址 与相应的 ATM 地址联系起来 集成模型主要包括 Classic IP Over ATM CIPOA 局域网仿真 LANE 和 Multi Protocol Over ATM MPOA 三种实现方式 集成模型将 ATM 单元实体与 ATM 网络地址分配策略和路由选择协议分离 ATM 网络实体采用与 IP 协议完全相同的协议体系和地址分配策略 ATM 系统仅需标识 IP 地址 网络不再需要 ATM 的地址解析规程 集成模型 主要包括 IP 交换 标记交换 IP 导航和多协议标签交换 MPLS 等实 现方式 3 2 6 13 2 6 1CIPOACIPOA Internet 工作组在 RFC1483 AAL5 上的多协议封装 和 RFC1577 Classical IP and ARP over ATM 两个文件中定义并规范了 CIPOA 由于 CIPOA 规范只支持 IP 协议 所以它适用于只使用 IP 协议的互联网和局域 网 利用该规范 用户可以在 ATM 网络上直接运行现存的基于 IP 的网络协议 如 TCP UDP 和基于 IP 应用协议 如 WWW FTP NFS 等 CIPOA 引入了逻辑 IP 子网 LIS Logical IP Subnetwork 的概念 所谓 LIS 是指根据用户和网络管理者的连接要求 对直接连接到 ATM 网络的任意主 机 路由器进行组合 这种组合形成了一个逻辑的 IP 子网 其中的主机和路由 器可位于网络中的任何地方 即与他们的地理位置无关 不同的 LIS 相互独立 操作和通信 在一个 LIS 内 IP 包可以在点到点的 ATM 永久虚通道 PVC 和 ATM 交换虚通道 SVC 上传送 位于两个 LIS 内的主机间的 IP 连接需要经过 一个路由器 在一个 LIS 内设有一个地址解析服务器 ATM ARInternet Server 负责 完成 IP 地址和 ATM 地址的映射功能 当 LIS 中新增了一个 IP 主机时 该主机 首先利用配置好的地址建立与 ATM ARP 服务器的连接 ATM ARP 服务器检测到 来自新主机的连接后 向该主机发送反向 ARP 请求 InARP 从而获得新增主 机的 IP 地址和 ATM 地址 并在 ATM ARP 服务器中的 IP 地址 ATM 地址映射表中 进行登记 当一个主机需要向被叫发送 IP 数据报时 由于它不知道对方的 ATM 地址 所以首先向 ATM ARP 服务器发送 ARP 请求 获得被叫的 ATM 地址 再建 立到被叫的 ATM 连接并进行通信 在重叠技术中 CIPOA 技术成熟 实现简单 在 LIS 上传送的广播业务量最 少 网络的资源利用率较高 改善了 LIS 内主机间通信的时延特性 但两个 LIS 中的主机间进行通信时需要经过路由器 仍不能完全解决路由器瓶颈问题 3 2 6 23 2 6 2LANELANE ATM FORUM 的局域网仿真 LANE 技术为在 ATM 网络上传送现有 LAN 协议 IEEE802 3 以太网和 802 5 令牌环 创造了条件 采用 ATM 局域网仿真技术 时 对原局域网用户来说 ATM 交换网络的各种功能 如呼叫建立 信元拆装 等