ATM传输技术课件

1、计算机网络异步传输模式ATM 1*第第10章章 异步传输模式异步传输模式ATM本章主要介绍ATM的基本概念、ATM协议及工作原理，并对ATM的参考模型及各层次的功能予以描述，对于IP与ATM的结合问题也予以涉及。通过本章学习，重点了解以下内容： 了解ATM技术的产生背景 了解ATM的基本概念 理解ATM协议的参考模型及各层次功能 了解ATM与IP的结合 计算机网络异步传输模式ATM 210.1 ATM技术概述技术概述10.1.1 ATM的的产生产生 20世纪70年代出现的ISDN（Integrated Services Digital Network）是综合服务数字网 ,它是通过单一线路发送数

2、字语音呼叫和数据的一种电信标准。计算机网络异步传输模式ATM 3 20世纪80年代以来，跨越广域网实现LAN的互联越来越多。同时随着多媒体技术的出现，人们对可视图文、视频电话、视频会议、图像传输等通信业务需求迅速增加，对带宽的需求也越来越高。结果是B-ISDN (Broadband-ISDN, 宽带综合业务数字网) 标准的问世。 ATM是支持B-ISDN服务的一种交换技术。计算机网络异步传输模式ATM 410.1.2 传统的交换和信息传递方式 网络上传统的交换方式有两种：电路交换和分组交换。 电路交换 电路交换长期以来用于电话网，目前仍然在N-ISDN中使用。在这种传统方式中，整个通信连接期间

3、始终有一条电路被建立，并按照时分复用（TDM）原理将信息从一个结点传递到另一个结点。当通信结束后，连接被撤销。这种技术也叫同步传递模式STM。 计算机网络异步传输模式ATM 5 分组交换在分组交换网中，用户信息封装在分组中。分组中有分组头，其中包含一些附加信息。这些附加信息用来在网络中进行路由选择、差错检验、流量控制。分组交换有两种方式：面向连接方式和无连接方式。 计算机网络异步传输模式ATM 610.1.3 快速分组交换和异步传输模式ATM 快速组成交换的方式有很多，其最基本的特征就是具有最小网络功能的分组交换。最常见的是帧中继和ATM。我们介绍ATM。 计算机网络异步传输模式ATM 7异步

4、传输模式ATM (Asynchronous Transfer Mode) 是建立在电路交换和分组交换基础上的一种新的交换技术。ATM是面向连接的，它是通过建立虚电路来进行数据传输的。ATM采用固定长度的数据包。每个ATM数据为信元。固定长度的ATM信元具有以下的优点： 计算机网络异步传输模式ATM 8 固定长度的数据信元使得连网和交换的排队延迟更容易预测。同时，较小的信元长度降低了交换结点内部缓冲器的容量，限制了信息在这些缓冲的排队延迟。 与可变长度的数据包相比，ATM信元更便于简单可靠地进行处理。ATM的信元头只包括5个字节，其主要功能是用来根据虚电路标志识别虚连接。计算机网络异步传输模式A

5、TM 9 ATM采用统计时分复用的方式来进行数据传输。统计复用就是根据各种业务的统计特性，在保证业务质量要求的情况下，在各个业务之间动态地分配网络带宽，以过到最佳的资源利用率。这种方式可以解决STM中出现的带宽浪费的问题。计算机网络异步传输模式ATM 1010.1 ATM技术概述技术概述同步光纤网络同步光纤网络SONET和同步数字系列和同步数字系列SDHATM的物理基础目前主要是采用标淮的光纤传输网络。SONET和SDH是以光缆作为传输媒体的数字传输速率标准。美国首先在1988年 推 出 了 标 准 同 步 光 纤 网 S O N E T (Synchronous Optical Networ

6、k)，为光纤传输系统定义了线路速率的等级结构，其传输速率以51.84Mb/s为基础，大约对应于T3E3的传输速率。计算机网络异步传输模式ATM 11 ITU-T以美国标准SONET为基础，制订出国际标准同步数字系列SDH (Synchronous Digital Hierarchy)，即1988年通过的G.707709等三个建议书。 SDH/SONET定义了标准光信号，规定了波长为1310nm和1550nm的激光源。在物理层为宽带接口并使用了帧技术以传递信息，为数字信号的复用和操作过程定义了帧结构。计算机网络异步传输模式ATM 1210.2 ATM的基本概念和原理的基本概念和原理 ATM采用面

7、向连接的传输方式，将数据分割成固定长度的信元，通过虚连接进行交换。一个ATM的传输过程可以包括三个阶段：连接建立，数据传输和连接终止。计算机网络异步传输模式ATM 1310.2 ATM的基本概念和原理的基本概念和原理ATM网络的构成网络的构成ATM网络是网状拓扑结构，包括两种网络元素，即ATM端点和ATM交换机。ATM端点就是在网络中能够产生或接收信元的源站或目的站。ATM端点与ATM交换机相连。ATM交换机与ATM交换机相连，构成ATM网络。计算机网络异步传输模式ATM 1410.2 ATM的基本原理的基本原理ATM网络的构成网络的构成计算机网络异步传输模式ATM 1510.2 ATM的基本

8、原理的基本原理ATM网络的构成网络的构成用户网络接口UNI(User-Network Interface) 这是ATM端点与它们所连接的ATM交换机之间的接口。网络结点接口NNI(Network-Node Interface) 这是在ATM网络中两个ATM交换机之间或两个ATM网络之间的接口。计算机网络异步传输模式ATM 16 ATM中的虚连接由虚通路（VP：Virtual Path）和虚通道（VC：Virtual Channel）组成，分别用VPI和VCI来标识。多个虚通道可以复用一个虚通路，而多个虚通路又可以复用一条传输链路。 虚连接有两种：永久虚连接（PVC）和交换虚连接（SVC）。 计

9、算机网络异步传输模式ATM 17 ATM中的信息传输采用固定格式，一律为53字节。其中包括48个字节的数据和5个字节的信元头。计算机网络异步传输模式ATM 1810.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.1 ATM的体系结构的体系结构ITU-T制定的ATM参考模型借鉴了ISO的OSI参考模型，但同时引入了“平面”的概念。为了便于理解，我们暂时略去“平面”的问题，先给出ATM的分层结构，如图。 计算机网络异步传输模式ATM 19计算机网络异步传输模式ATM 20 B-ISDN的ATM协议模型如图所示它包括三个平面：用户平面支持数据传送、流量控制、差错检测以及其他的用户功能；控制平面主要用于连接

10、管理，包括对信令信息的管理；管理平面用来维护网络和执行操作功能。在每个平面中，采用了OSI分层方法，各层相对独立。分为物理层、ATM层、ATM适配层（AAL）和高层。CCITT在ATM层之上定义了ATM适配层，即AAL层。 计算机网络异步传输模式ATM 2110.2.2 ATM高层 ATM高层实际上泛指高层与业务相关的功能。ATM网络提供的服务分为A、B、C、D和X五类。A类服务为面向连接的恒定比特率（CBR）服务，主要提供恒定比特率的语音和图像业务，DSI/EI电路仿真业务；B类服务为可变比特率（VBR）服务，主要用来传输可变比特率的语音、视频服务，同时还用来传输优先级较高的数据；C类服务定

11、义为ATM上的帧中继，主要提供面向连接的数据服务；D类服务表示ATM上的无连接的数据服务；X类服务许可用户或厂家定义他们自己的服务类型。计算机网络异步传输模式ATM 22 ATM为用户提供的服务主要包括如下几类。 CBR（恒定比特率）：这类服务又分为两个子类，分别称为RT-VBR（实时可变比特率）和NRT-VBR（非实时可变比特率）。 RT-VBR主要用来提供具有严格实时要求的可变比特率服务，如实时视频会议等。计算机网络异步传输模式ATM 23 在NRT-VBR服务中，及时传送很重要，但应用中可以容忍一定量的抖动。例如，多媒体电子邮件。ABR（可用比特率）：这类服务主要是为带宽并不确定的突发式

12、的通信设计的。UBR（不定比特率）：这类服务不对用户做出任何承诺，同时，也不对网络阻塞做出任何反馈。用它来传送IP包是合适的。 计算机网络异步传输模式ATM 24计算机网络异步传输模式ATM 2510.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.3 ATM适配层适配层AALATM适配层记为AAL (ATM Adaptation Layer)，其作用是增强ATM层所提供的服务功能，并向上面高层提供各种不同的服务。AAL的主要功能是： 将用户的应用数据单元ADU划分为信元或将信元重装成为应用数据单元ADU； 对比特差错进行监控和处理； 处理丢失和错误交付的信元； 流量控制和定时控制。计算机网络异步传输

13、模式ATM 2610.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.3 ATM适配层适配层AAL为实现上的方便，AAL层又划分为两个子层，即CS子层和SAR子层。汇聚子层汇聚子层CS (Convergence Sublayer) 使ATM系统可以对不同的应用(如文件传送、点播视像等)提供不同的服务。每一个AAL用户通过服务访问点SAP (即应用程序的地址)接入到AAL层。在CS子层形成的协议数据单元叫做CS-PDU。计算机网络异步传输模式ATM 27 会聚子层CS是与业务相关的，它负责为来自用户平面的信息（如IP包）做分割准备，以使CS层能将这些信息再拼成原样。CS层将一些控制信息子网头或尾附加到从

14、上层传来的用户信息上，一起放在信元的有效负载中。 计算机网络异步传输模式ATM 28 拆 装 子 层拆 装 子 层S A R ( S e g m e n t a t i o n A n d Reassembly) 在发送时，将CS子层传下来的协议数据单元CS-PDU划分成为长度为48字节的单元，交给ATM层作为信元的净负荷。在接收时，SAR子层进行相反的操作，将ATM层交上来的48字节长的净负荷装配成CS-PDU。这样，SAR子层就使得ATM层与上面的应用无关。计算机网络异步传输模式ATM 2910.2 ATM的基本原理的基本原理AAL子层协议数据单元 计算机网络异步传输模式ATM 3010.

15、2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM层层ATM层主要完成交换和复用功能。在ATM层构成53字节的信元并实现网络传输。 ATM层提供的基本服务是完成ATM网上用户和设备之间的信息传输。其功能主要有：信元头生成和去除、一般流量控制、连接的分配和取消、信元复用和交换、网络阻塞控制、汇集信元到物理接口以及从物理接口分检信元等。计算机网络异步传输模式ATM 31 ATM层接收到AAL层提供的信元载体后，必须为其加上信元头以生成信元，这样信元才可以成功地在ATM网络上进行传输。当ATM层将信元载体向高层AAL层传输时，必须去除信元头。信元载体提交给AAL层后，ATM层也将信元头信息提交给AA

16、L层。所提交的信息包括用户信元类型、接收优先级以及阻塞指示。计算机网络异步传输模式ATM 3210.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM层层1ATM信元信元计算机网络异步传输模式ATM 3310.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM层层1ATM信元信元GFC（Generic Flow Control）字段）字段 (一般流量控制一般流量控制)PTI(Payload Type Indicator)字段字段 （负载类型标志）（负载类型标志）CLP(Cell Loss Priority)字段字段 （信元丢失优先级）（信元丢失优先级）HEC(Header Error Cont

17、rol)字段字段 （信元头差错控（信元头差错控制）制）计算机网络异步传输模式ATM 3410.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM层层1ATM信元信元VPI/VCI（Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier）字段：）字段：VPI称作虚通道标识符，VCI称作虚通路标识符。一个虚通路VC是在两个或两个以上的地点之间的一个运送ATM信元的通信通路；一个虚通道VP是一组具有相同端点的虚通路，而这一组虚通路使用同一个虚通道标识符VPI。 计算机网络异步传输模式ATM 35计算机网络异步传输模式ATM 3610.2 ATM的基本原理

18、的基本原理10.2.4 ATM层层2ATM交换交换计算机网络异步传输模式ATM 37计算机网络异步传输模式ATM 3810.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM层层2ATM交换交换计算机网络异步传输模式ATM 39计算机网络异步传输模式ATM 4010.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.5 ATM物理层物理层ATM物理层又分为与媒体有关的物理媒体子层 PMD (Physical Medium Dependent) 和传 输 汇 聚 子 层 T C ( T r a n s m i s s i o n Convergence)。PMD子层的作用是在适当的物理媒体上正确地发送和接

19、收比特以及负责比特在物理媒体上的正确传输。计算机网络异步传输模式ATM 41 TC子层的作用是为其上的ATM层提供一个统一的接口。在发送方，它从ATM层接收信元，组装成特定的形式 (如信元、SONET数据帧、FDDI数据帧等) 以使其在物理媒体子层上传输。在接收方，TC从来自PMD子层的比特或字节流中提取信元，验证信元头，并将有效信元传递给ATM层 计算机网络异步传输模式ATM 4210.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.5 ATM物理层物理层TC子层具有OSI模型中数据链路层的功能，主要功能如下：信元头验证：信元头验证：每个信元中包含5个字节的头部。信元头中的最后一个字节，也就是HEC

20、字段，其功能是进行信元头的差错控制。信元有效负载中的传输错误由高层控制。传输帧适配传输帧适配：TC子层的另一个重要作用是为传输媒体子层生成帧格式。计算机网络异步传输模式ATM 43 在基于信元的传输方式中，传输帧中刚好含有一个信元。信元被连续地传输、不存在任何规则的时间帧同步。 在基于SONET、FDDI、T1、T3等传输帧的传输方式中，传输帧的有效负载不是信元大小的整数倍，信元被嵌在传输帧的有效负载内，信元边界没有固定位置，信元边界由信元划分功能决定。 计算机网络异步传输模式ATM 4410.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.5 ATM物理层物理层信元定界：信元定界：在接收端，TC子层

21、接收输入的比持流，对信元的边界进行定位，验证信元头，抛弃错误的信元，对OAM信元进行处理，将数据信元传送给ATM层。在这个过程中，最复杂的过程就是信元定界。在TC子层，使用有限状态机来完成信元定界。计算机网络异步传输模式ATM 45次连续的不正确HEC次连续正确的HEC计算机网络异步传输模式ATM 4610.3 ATM10.3 ATM的连接管理的连接管理 10.3.1 ATM参考模型参考模型ITU-T制定的ATM参考模型不但具有层次结构，还具有平面的概念，是一个立体的体系结构 高 层 高 层管理平面ATM适配层（AAL）CSSAR ATM 层物理层TCPMD控制平面 用户平面 层管理平面管理用

22、户平面用户平面 用来传送用户数据、流量控制、差错控制和其他用户功能信息； 控制平面控制平面 处理为建立和释放连接所需的信令； 管理平面管理平面 提供层管理和平面管理两种不同的功能 ；计算机网络异步传输模式ATM 4710.3 ATM10.3 ATM的连接管理的连接管理 10.3.2 ATM地址地址ATM是面向连接的，通信之前需要首先建立虚电路。虚连接建立时，源站点需要指明需要建立连接的目的站点的地址。由ATM论坛根据开放系统互连OSI的网络服务访问点NSAP (Network Service Access Point) 格式定义了ATM专用UNI的ATM地址。它采用20个字节。计算机网络异步传

23、输模式ATM 48ATM地址包括三个部分： AFI (Authority and Format Identifier)字段授权和格式标识符，用于指出起始域 标识符(IDI)的类型和格式，指明地址命名方式；IDI (Initial Domain Identifier) 字段起始域标识符，指明地址的位置和管理权限；DSP (Domain Specific Part) 字段域特定部分，指明专用网UNI的识别信息。计算机网络异步传输模式ATM 4910.3 ATM10.3 ATM的连接管理的连接管理 10.3.2 ATM地址地址AFIDCC HO-DSP ESISELAFIICD HO-DSP ESI

24、SELAFI E.164 HO-DSP ESISEL 字节 1 2106 1 字节 1 2106 1 字节 1 8 4 61 DCC格式的ATM地址 ICD格式的ATM地址 E.164 格式的ATM地址 IDI IDI IDI 计算机网络异步传输模式ATM 5010.3 ATM10.3 ATM的连接管理的连接管理 10.3.3 ATM虚连接机制虚连接机制 SETUPSETUPSETUPCALLPROCEEDINGCALLPROCEEDINGCALLPROCEEDINGCONNECTCONNECTCONNECTACKACKACKRELEASERELEASECOM PLETE连接建立连接释放时 间

25、RELEASECOM PLETERELEASE交 换 机 X交 换 机 YUNIATM网 络NNINNIUNIABRELEASERELEASECOM PLETE计算机网络异步传输模式ATM 51 源站点通过缺省虚连接 (通常为VPI=5，VCI=0) 向目的站点发出连接建立 (Setup) 请求。该请求中包含源站点ATM地址、目的站点ATM地址、传输特性以及QoS参数等。 网络向要求建立连接的源站点回送呼叫确认 (Call Proceeding)，表明呼叫建立已启动。并不再接收呼叫建立信息。 Setup沿网络向目的地站点传播。在传播的每步，目的都会返回Call Proceeding 确认。10.3 ATM10.3 ATM的连接管理的连接管理 10.3.3 ATM虚连接机制虚连接机制 计算机网络异步传输模式ATM 52 目的站点接收到连接建立请求后，若连接条件满足，则返回连接(Connect)，表明接受呼叫。然后，网络用连接 (Conn