宽带ISDN的技术关键ATM(ppt 67页).ppt

宽带ISDN的关键技术ATM 7 1ATM的基本概念7 2ATM协议结构7 3IP ATM集成交换 7 1ATM的基本概念7 1 1ATM的发展背景窄带ISDN的发展主要存在以下局限 1 窄带ISDN的信息传输速率有限 2 窄带ISDN是在数字电话网的基础上发展起来的 网络内部的交换是基于64kbit s的电路交换方式 而电路交换方式对技术发展的适应性较差 3 窄带ISDN虽然也综合了分组交换业务 但是这种综合仅在用户 网络接口上实现 7 1 2ATM的基本工作原理ATM是英文AsynchronousTransferMode 异步转送方式 的缩写 1 信元2 复用 图7 1ATM多路复用 3 交换 图7 2ATM交换的基本原理 7 1 3ATM信元的 结构图7 3ATM信元的格式 GFC GenerilFlowControl 用于控制用户向网上发送信息的流量 VPI VirtualPathIdentifer 和VCI VirtualChannelIdentifier 用来将一条传送ATM信元的信道划分为多个子信道 PTI PayloadTypeIndicator CLP CellLossPriority HEC HeaderErrorCheck 7 1 4与电路交换方式和分组交换方式的比较1 电路交换方式 图7 4同步时分复用中的帧和时隙 电路交换方式具有如下特点 在通信开始时应首先建立连接 一个连接在通信期间始终占用某一固定的数字子信道 这些数字子信道是依据其在时间轴上的位置确定的 建立连接以后 信息在系统中的传输时延基本上是一个恒定值 同步时分复用系统中的各个子信道的速率是固定分配的 不可能在不改变此系统的情况下临时调配各个子信道的速率 交换节点对传输中出现的错误不进行校正 对节点的处理要求简单 2 分组交换方式通信网中传输 复用和交换的基本单位 分组交换方式具有如下特点 分组交换采用统计复用方法 可以将信道按照需要动态地分配给各个用户 信道利用率较高 在分组交换中普遍采用逐段反馈重发的措施 以保证数据传输是无差错的 分组数据在通信网中传送的时延是随机的 这主要是因为数据分组在交换节点有可能要排队等待 另外 逐段反馈也可能引入附加的时延 由于要进行逐段差错控制 交换节点的处理负担较重 3 ATM兼具电路交换方式和分组交换方式的优点ATM与分组交换方式的基本差别是 ATM信元的长度固定 并使用了空闲信元填充信道 这使信道被划分为等长的时间小段 为提供固定比特率和固定时延的电信业务创造了条件 取消了逐段的差错控制 减轻了交换节点的处理负担 7 1 5ATM的特点1 采用统计时分复用方式2 取消了逐段的差错控制和流量控制 1 适当的资源分配和队列容量设计使队列溢出的概率很低 信元丢失率可压低到10 8 10 12 2 在呼叫建立时审查用户申请的带宽 当确信网络中有足够的资源时才接受这个呼叫 3 采用面向连接的方式4 信头的功能被简化5 信元长度固定 信息段长度短 7 2ATM协议结构7 2 1B ISDN的协议参考模型 图7 5ATM协议参考模型 用户平面主要用于用户信息的传输 采用分层结构 控制平面负责呼叫控制和连接控制 管理平面包括面管理和层管理两类功能 1 物理层 1 物理媒体子层 2 传输会聚子层 传输帧的产生和恢复 信元定界 产生信头错误检验码 HEC 传输帧自适应 信元速率解耦 2 ATM层ATM层负责交换 选路由和信元复用 信头的产生 提取 信元交换 信元的复用和分路 ATM层管理3 ATM适配层 AAL 4 高层 7 2 2物理层规范物理层是ATM协议参考模型的最下面一层 负责在相邻的节点之间为ATM层传输ATM信元 使ATM层能独立于传输介质 能够在多种物理链路上运行 1 物理媒体子层物理媒体子层 PM 的功能接近于在传统网络中的物理层 物理媒体子层在发送方向上从传输会聚子层取得比特流 并把比特流在链路上透明地传输 物理媒体子层和传输会聚子层之间交换数据流时需要互相同步 物理媒体子层的另一个功能是线路编码和解码 2 传输会聚子层 1 传输帧自适应 2 信元头差错检测 HEC 图7 6接收端差错控制过程 3 信元定界和扰码 4 信元速率解耦7 2 3ATM层规范1 ATM层连接 图7 8ATM网络中逻辑连接的等级结构 1 虚信道和虚信道连接 2 虚通道和虚通道连接 3 VC VP及传输通道的关系 图7 9虚信道VC 虚通道VP及传输通道之间的关系 4 VP交换和VC交换 图7 10VP交换 图7 11VC和VP交换 5 ATM连接的建立和释放 6 连接的服务质量 7 在ATM网络中采用VP和VC两级交换的原因 图7 12虚信道连接示例 图7 13虚通道连接 虚信道连接示例 2 流量控制和拥塞控制 1 ATM网络流量和拥塞控制的复杂性流量控制的目的是防止拥塞的发生 拥塞控制的目的是在拥塞发生时尽量减小拥塞的影响和持续时间 使网络能尽快恢复运行到可接受的性能水平上 ATM网络要支持各种不同类型的业务 包括恒定位速率业务 CBR 和可变位速率 VBR 有的业务还具有实时性要求 当前对各种类型的业务流量特征的研究还不够深入 单个源可能产生具有不同业务流量特征的业务 例如多媒体业务就同时包括话音 数据和图像 具有不同业务流量特征 如CBR和VBR 的业务进入同一传输链路一起多路统计复用 使对网络性能的可预测性变得十分复杂 高传输速率限制了网络节点进行处理的时间 2 ATM层流量控制的目标 灵活性 简单性 强壮性 3 ATM网络流量控制措施 连接准许控制 CAC 业务流量参数业务质量参数信元时延变化容限CDV 用户 网络参数控制 图7 15遵守约定和不遵守约定的信元 3 ATM层的管理 图7 16F4和F5信元的信息段的格式 1 故障管理信元 2 性能管理信元 图7 17性能管理信元的功能域格式 MSNTUCTSBIP 16BERL M 4 激活 去活信元 图7 18激活 去活信元的功能域格式 7 2 4ATM适配层AAL1 AAL概述 在源点和目的地之间是否需要明确的定时 传送所需的位速率是固定的还是可变的 采用的是面向连接的工作方式还是无连接工作方式 图7 19当前定义的AAL适配层 2 AAL 1 图7 20AAL层的一般结构 图7 21AAL1协议数据单元 1 SAR子层 图7 22AAL 1的SAR PDU格式 2 CS子层 处理ATM信元延迟的变化 处理顺序计数 提供传送定时信息的机制 图7 23AAL 1的非P格式和P格式的示意图 3 AAL 2 拆装用户信息 处理信元时延的变化 处理丢失了的或误插入的信元 在接收端恢复源时钟频率 在接收端恢复源数据结构 监视误码 并进行可能的纠错 1 AAL 2的基本结构 2 CPS数据单元 图7 24AAL 2各层及ATM层的数据单元的相互关系 CPS Packet CPS分组 图7 25CPS Packet的格式 CPS Packet由CPS PH和CPS PP两大部分组成 CPS PH占3个字节 包括以下四个部分 信道标识 CID 长度指示 LI 用户至用户指示 UUI 信息头差错控制 HEC CPS PDU 图7 26CPS PDU的格式 CPS PDU的起始段STF包含以下3个部分 偏移段 OSF 序号 SN 奇偶校验位 P 4 AAL 3 4 图7 27AAL 3 4中各子层的协议数据单元之间的关系 下面介绍AAL 3 4的SAR子层和CS子层协议 1 SAR子层 图7 28AAL 3 4的SAR PDU的格式 AAL 3 4的SAR子层功能是 完成CPCS PDU的拆装错误检测及处理复用 分路丢弃传送过程中的CPCS PDU 2 会聚子层 CS 协议 图7 29CPCS PDU的格式 5 AAL 5 1 CPCS子层 图7 30ALL 5的CPCS PDU格式 2 SAR子层 7 3IP ATM集成交换1 TCP IP协议结构 1 TCP IP分层模式 图7 31TCP IP和OSI网络体系结构 应用层 传输层 网络层 网络接口层 图7 32IP数据报头部的格式 2 IP地址 图7 33IP地址的格式 2 IP ATM结合的两种模型 图7 34数据报转发示例 7 3 2MPLS的基本原理1 MPLS的网络结构 图7 35MPLS的基本结构 2 MPLS传送示例 图7 36IP数据包通过MPLS网络示例 边缘标签交换路由器 LERl 在转发信息库中按传统的最长匹配算法进行L3层查找 根据网络地址172 4 16 其中172 4为网络地址 16为网络地址的长度 在转发信息库中查到标签5 进行标签的压入操作 Push 向IP头压入一个标签5 称为FTN 转发等价类FEC到下一站点标签转发入口NHFEC的映射 标签交换路由器 LSR2 根据顶层入标签5查找标签信息库 LIB 进行标签的交换操作 Swap 用标签9替换标签5 这称为入标签映射ILM IncomingLabelMap 倒数第二跳LSR3所做的和LSR2一样 用标签2替代标签9 LER4根据入标签2查找标签信息库 LIB 进行标签的弹出操作 Pop 得到目的地址为172 4 2 1的IP包 然后按L3层转发给下一站点 7 3 3标签分配协议 LDP 和基于限制路由的标签分配协议 CR LDP 1 标签分配协议 LDP 1 转发等价类FEC IP地址前缀 提供一个含有一个或多个IP地址前缀的集合 符合其中一个或多个IP地址前缀的包被映射到相应的LSP 主机地址 以一个32位的IP地址作为单元 图7 37LDP消息格式 2 LDP消息 LDP消息有四大类 发现消息 DiscoveryMessages 会话消息 SessionMessages 公布消息 AdvertisementMessages 通知消息 NotificationMessages 下面简要介绍几条常见的LDP消息 问候消息 初始化消息 地址消息 标签映射消息 标签请求消息 标签释放消息 3 标签分配协议 LDP发现过程a 基本发现过程b 扩展发现过程 LDP会话的建立和维护a LDP会话的建立传输连接的建立 会话的初始化 b LDP会话的维护 标签的分配和管理a 标签分配控制在独立标签分配控制方式下 LSR可以在任何时候向对等节点发出标签映射通告 使用有序标签分配控制时 LSR只能将已经存在下一跳标签映射的FEC在本节点分配的标签绑定分发给上游 b 标签保留保守标签保留方式 自由标签保留方式 c 标签通告 2 基于限制路由的标签分配协议CR LDP 基本和 或扩展的发现机制 有序控制下游按需标签通告模式中使用的标签请求消息 有序控制下游按需标签通告模式中使用的标签映射消息 通知消息 标签撤销和释放消息 环路检测机制 1 严格 非严格显式路由 2 业务特征描述 图7 38显示路由TLV 2 业务特征描述 峰值速率表征了最大可以何种速率向CR LSP提交业务 峰值速率可用于进行资源分配 由两个流量参数PDR和PBS定义 协定速率定义了MPLS域划分给CR LSP使用的速率 可以由两个流量参数CDR和CBS定义 超标突发长度可以用于MPLS域边界上的流量调节 可以用于测定一个CR LSP上发送的流量超过协定速率的程度 频率指定以何种粒度到达CR LSP的恒定业务速率 CDR 可用 权值确定各CR LSP在其协定速率以上对可能的额外带宽的相对共享程度 这种共享程度要取决于不同的MPLS域 3 路由锁定 4 抢占 5 资源分类7 3 4MPLS标记捆绑的驱动方式1 数据驱动标记捆绑和发布的开销是数据流量特征函数 整个数据流的时延及其经过标记交换或转发后的流量特征 与标记捆绑处理过程密切相关 数据驱动要求高性能的数据流分类能力 很多情况下出于特定需要 要求能够灵活使用各种流合并和流分类策略 2 控制驱动 1 基于拓扑的控制驱动标记捆绑和标记发布过程中网络资源和处理器资源的消耗与网络规模有关 网络规模越大 路由器维护的路由表越长 相应的资源消耗也就越多 只要有路由存在 就存在相应的标记捆绑 所以一般情况下 标记是预先分配的 当数据到达路由器后就可以立即进行标记交换 相对于数据驱动而言 不存在标记捆绑过程的时延 标记捆绑能够和路由具有相同的粒度 例如可以将具有相同目的子网地址的IP分组作为转发同等类 FEC 而在分配标记时统一进行考虑 从而能够像IP网络一样很好地支持流合并功能 由于网络拓扑结构的变动 目前的路由协议都不可避免地可能会出现暂态路由环路 从而产生LSP环路