ATM 基本原理概述PPT学习课件

ATM基本原理概述,ISSUE1.1,1,2,P,学习完本课程，您应该能够：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ATM在WCDMA中的应用,目标,2,P,第一章ATM技术简介第二章ATM基础知识和基本概念第三章ATM协议和QoS介绍第四章IPOA基础知识第五章ATM在WCDMA系统中的应用,内容介绍,3,P,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),4,P,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,S5,5,P,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,6,P,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。,7,P,传送网：ATMVP交叉连接节点（VPX）和ATMADM设备交换网：ATM交换机，窄带向宽带演进的方式Internet网：ATM路由器，采用IP交换技术、多协议标记交换技术（MPLS）等局域网：ATM局域网交换机，受到千兆以太网和三层交换机的挑战桌面应用：ATM网卡直接支持高层应用系统软件，已不可能大量使用,ATM的应用,8,P,ITU-T致力于公网上ATM标准化工作，有代表性的标准：Q.2931/Q.2971、BISUP、I.610ATMForum（华为是成员之一）致力于专网上ATM的标准化工作，加速ATM产品的推广和使用，有代表性的标准有：UNI3.1、UNI4.0、ILMI、PNNI、MPOA、VTOA、LANE、TM4.0IETF致力于ATM网承载IP业务的标准化工作，解决传统路由器的瓶颈问题，有代表性的标准：RFC1483、RFC1577、IPSwitch、MPLS,制定ATM标准的组织,9,P,第一章ATM技术简介第二章ATM基础知识和基本概念第三章ATM协议和QoS介绍第四章IPOA基础知识第五章ATM在WCDMA系统中的应用,内容介绍,10,P,第二章ATM基础知识和基本概念2.1ATM基础知识2.2ATM交换的类型2.3ATM虚连接,内容介绍,11,P,UNI用户到网络接口NNI网络到网络接口BICI宽带网间接口PNNI：私人网络间接口,ATM网络和接口,12,P,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,1,3,2,4,5,6,53,8,1,7,6,5,4,3,2,13,P,Port1,VPI=2VCI=37,VPI=3VCI=39,NNI,UNI,UNI,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,ATM信元的交换过程,14,P,第二章ATM基础知识和基本概念2.1ATM基础知识2.2ATM交换的类型2.3ATM虚连接,内容介绍,15,P,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,16,P,VC交换和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,17,P,第二章ATM基础知识和基本概念2.1ATM基础知识2.2ATM交换的类型2.3ATM虚连接,内容介绍,18,P,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。,19,P,虚连接标识=VPI/VCI,虚通道VP与虚通路VC,20,P,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),21,P,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。,22,P,第一章ATM技术简介第二章ATM基础知识和基本概念第三章ATM协议和业务QoS介绍第四章IPOA基础知识第五章ATM在WCDMA系统中的应用,内容介绍,23,P,第三章ATM协议和业务QoS介绍2.1ATM协议介绍2.2业务Qos介绍,内容介绍,24,P,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协议结构模型,25,P,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,26,P,适配层,ATM层,物理层,ATM物理层功能,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,27,P,适配层,ATM层,物理层,ATM层功能,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,28,P,适配层,ATM层,物理层,ATM适配层功能,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,29,P,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,30,P,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）。,31,P,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,32,P,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。,33,P,AAL5适配过程,AALLayer,CPCS,ATMLayer,UU,CPI,Length,CRC,8,1,8,1,16,1,32,1,CPS-PDUN48Bytes,PAD,047Bits,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,34,P,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,AAL5,35,P,第三章ATM协议和业务QoS介绍2.1ATM协议介绍2.2业务Qos介绍,内容介绍,36,P,面向连接快速分组交换统计复用支持多速率、多业务支持话音、数据和图象对实时业务提供完全的QoS保证,ATM的特点,37,P,通信契约：流量参数、QoS参数,通信契约的签订,38,P,PCR峰值信元速率SCR可维持信元速率MCR最小信元速率MBS最大突发度,流量参数,39,P,CBR业务,40,P,VBR业务,41,P,UBR业务,42,P,ABR业务,43,P,最大信元传递时延MCTD：信元从一个端点到另一个端点所需要的时间信元抖动容限CDVT：信元间隔的上限信元丢失率CLR：可以接受的因网络拥塞而导致信元丢失比例,QoS参数,44,P,连接允许控制（CAC）在呼叫请求建立连接阶段确定网络是否有足够的资源建立一条连接使用/网络参数控制（UPC/NPC）通信过程中对入网流量的监测与控制选择信元丢弃与拥塞指示拥塞发生后有选择地丢弃掉重要程度相对低的信元以缓解拥塞，同时进行拥塞状态信息的前向、反向指示,ATM网络的拥塞管理,45,P,第一章ATM技术简介第二章ATM基础知识和基本概念第三章ATM协议和QoS介绍第四章IPOA基础知识第五章ATM在WCDMA系统中的应用,内容介绍,46,P,第四章IPOA基础知识2.1IPOA协议介绍2.2ARP协议介绍,内容介绍,47,P,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,48,P,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,49,P,第四章IPOA基础知识2.1IPOA协议介绍2.2ARP协议介绍,内容介绍,50,P,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,51,P,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,52,P,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:50412081,53,P,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,54,P,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:50412081,55,P,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。,56,P,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。,57,P,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,58,P,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,59,P,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,60,P,第一章ATM技术简介第二章ATM基础知识和基本概念第三章ATM协议和QoS介绍第四章IPOA基础知识第五章ATM在WCDMA系统中的应用,内容介绍,61,P