ATM技术简介和网络概况

1、,ATM技术简介和网络概况,中国电信数据通信局 基础网络产品处 张大炜 Data Communication Bureau,China Telecom,ATM/FR网技术简介,异步转移模式（ATM）是以定长的53字节信元作为高速通信信息的载体，提供高速和小延迟的异步传送，也称作信元中继（CELL RELAY）业务。 帧中继（FRAME RELAY）是从X.25分组技术派生出来的，利用帧对数据进行封装，使之在网络中传输,是简化的快速分组交换。,ATM/FR网技术简介,ATM网的特点是: （1）具有大容量的宽带交换能力，使用统计复用技术，大大提高了网络资源的利用率； （2）具有网络流量管理、拥塞管

2、理、业务量管理机制和灵活的网络资源管理，PVC故障自动迂回，网络具有高度可靠性； （3）高速、低时延,可支持CBR、rt-VBR、nrt-VBR、UBR多种类型业务，并为不同类型业务提供不同等级的端到端质量（QOS）保证，是实现话音、图像及数据综合传送的平台。 用户速率适用范围: 512Kbps155Mbps,ATM/FR网技术简介,FR网的特点是: （1）以ATM网络为核心，是ATM网的业务接入层，使用统计复用技术，大大提高了网络资源的利用率； （2）网络进行PVC管理和拥塞管理，PVC故障自动迂回，网络具有高可靠性； （3）经济实用，尤其适用于突发性较强的数据业务传输；（4）灵活的用户接入

3、方式,用户速率适用范围: 64kbps34Mbps,ATM原理定义和特点,ATM定义 ATM是一种传递模式，在这种模式中，信息被分成信元来传递，而包含同一用户信息的信元不需要在传输链路上周期性地出现。因此这种传递模式是异步的。 ATM特点 不进行逐段链路差错和流量控制 面向连接 信头功能简单 信元长度小而固定 用户信息透明地穿过网络 支持任何业务（不同速率，不同突发性，不同实时性） 有效利用网络资源（统计复用）,ATM原理信元和复用,A,B,A,队列,信息源,已分配信元: A . B 未分配信元:,信头,净 荷,5字节,48字节,ATM信元,ATM复用线,A,A,A,B,t,ATM原理交换,交

4、换 ATM 信元从一条入线上被传送到一条或多条出线的逻辑信道上。 集中/复用 把 N 条入线上的信息组合到 M 条出线上。 集中： 物理入线数 物理出线数 复用： 把多个逻辑输入通道统计复用到一条逻辑输出通道上 扩展/分路 集中/复用的逆操作。,ATM原理交换,逻辑 ATM 信道 以物理端口以及该物理端口上的逻辑信道来表征： 逻辑 ATM 信道 = 物理端口 + 物理端口上的逻辑信道 物理端口号：表征了物理入线或出线 物理端口上的逻辑信道：由虚通路/虚信道标识 (VPI/VCI) 表征 ATM 交换的定义 从一条逻辑 ATM 信道到一条或多条逻辑 ATM 信道的信息交换（该交换可以在许多逻辑

5、ATM 信道中选择）。 ATM 交换的基本功能 时分交换、空分交换、信元头交换（翻译）,ATM原理交换,空分交换功能 一条物理入线上的信息交换到另一条物理出线上。 时分交换功能 将物理入线上一个逻辑信道上的信息交换到物理出线上的另一个逻辑信道上。 信元头交换（翻译） 一个逻辑 ATM 信道上的信元被交换到另一个逻辑 ATM 信道上时，其输入信元头的值将会被翻译成一个与输出逻辑 ATM 信道相对应的信元头输出值。,ATM原理交换,信头,信元,数据,队列,输出信头,信头/链路 翻译表,输入信头,翻译表,输入链路,时隙,输出电路,时隙,k,k,n,n,g,g,m,l,i,z,y,y,x,x,s,s,

6、O,O,O,O,l,l,l,1,2,q,1,2,n,O,O,O,O,O,1,q,2,1,2,q,k m l,n,i,g,x,y,z,x,s,y,1,l,l,n,.,.,.,数据,t,x,ATM原理交换,ATM 交换的过程 在交换节点处完成 信息从交换节点的入线交换到出线 将输入 VPI/VCI 值交换为输出 VPI/VCI 值 ATM 连接分为 VPC 和 VCC，ATM 交换相应分为两类： VP 交换 又称交叉连接 (cross-connect)，相应的设备称为交叉连接设备 只提供 VP 连接的交换，实现输入 VPI 值到输出 VPI 值的映射 被交换的 VPC 中所包含的所有 VCC 被作

7、为整体被交换 用于骨干网中大量 VCC 的成组交换，通常不需信令功能，通过网管控制 VC 交换 功能涵盖了 VP 交换 提供不同 VPC 中各 VCC 之间的信息交换 实现输入 VPI/VCI 值到输出 VPI/VCI 值的映射,ATM原理交换,ATM原理交换,ATM原理网络性能, 信息（语义）透明性 Information (Semantic) transparency BER（误比特率） PER（分组差错率） PLR（分组丢失率） PIR （分组误插率） 时间透明性 Time transparency Delay （时延），Delay jitter （时延抖动）,ATM标准标准化组织及其工

8、作,国际电信联盟-电信标准部门（ITU-T） 已完成了包括 B-ISDN 框架、业务、物理层、ATM层、AAL层、接口、信令、管理、性能参数、流量和拥塞控制、OAM、编号、设备要求等建议，以及一些互通规范。（I系列，Q系列，G系列建议） ATM 论坛（ATM Forum） 其工作主要集中在用户设备（CPE）和专用交换的规范上，在ATM 与 IP 结合的方面也做了许多工作，制定了一系列标准，如 UNI 标准、PNNI、局域网仿真（LANE）、ATM 上的多协议（MPOA）等。 IETF （Internet Engineering Task Force) IETF 的重点在于通过 ATM 实现 I

9、P 的互通，目前其影响很大。 DAVIC (Digital Audio Video International Council) 以音频和视频标准研究为主，研究有关 VOD 业务和影音接口等方面的标准。,ATM标准协议参考模型,由不同的层和面组成 参考模型中的平面 用户平面 控制平面 管理平面 参考模型中的分层 物理层 ATM 层 ATM 适配层 高层协议,ATM标准信元结构,信元头（UNI-用户网络接口格式） GFC 一般流量控制 （NNI-网络节点接口信元中的GFC改为VPI） VCI 虚通路标志 VPI 虚通道标志 PTI 净荷类型指示（用户信息、 OAM、信令、未分配和空信元） CLP

10、 信元丢失优先级（CLP=0，高优先； CLP=1，低优先） HEC 信头差错控制 净荷 48 字节 信息段,ATM标准VPI和VCI,传输 链路,VPI=1,VPI=2,VCI=1,VCI=2,VCI=1,VCI=2,VP/VC的带宽可以由用户任意设定,VPI-Virtual Path Identifier VCI-Virtual Channel identifier,ATM标准接口速率类型,E1 接口速率为 2.048 Mbit/s E3 接口速率为 34.368 Mbit/s STM-1 接口速率为155.520 Mbit/s STM-4 接口速率为622.080 Mbit/s STM-

11、16 接口速率为2488.320 Mbit/s,ATM业务业务量合约 (Traffic Contract),业务量合约 在用户申请建立连接时，用户和网络需要通过协商，来约定保证连接性能的各种参数的取值，达成一致的约定参数值的集合就是业务量合约。 描述一个 ATM 连接的参数有两类： 终端设备（TE）或用户设备（CPE）向网络所要求的连接特定 如业务类型、参数使用信息、路由优先信息、流量控制能力等 终端用户向网络提供的连接信息 如带宽、服务质量、时延变化容限、流量控制、优先级控制等 业务量合约的作用： 业务量管理的目标是以连接为基础来保证用户预定的 QoS。网络需要根据 业务量合约来向用户提供其

12、要求质量的服务，包括： 用户根据该合约监视网络提供的服务是否达到了其要求的质量 网络根据该合约监视用户提交的业务量是否符合业务量合约中的参数约定，对不履行合约的业务量将采取相应的措施（丢弃或减低其优先级）,ATM业务业务量合约的构成,连接业务量描述器 源业务量描述器，如峰值信元速率、可维持信元速率、突发容限等 UNI/NNI 上的信元时延变化容限（CDVT） 要求的服务质量（QoS）参数 用于规定信元丢失率、传输时延、时延抖动等参数 ATM 的传输能力（Transfer Capability） ITU-T 定义的传输能力：DBR、SBR、ABT、ABR ATM 论坛定义的业务类型：CBR、rt

13、/nrt-VBR、ABR、UBR 一致性的定义 定义一种方法，来判断连接或连接中的信元是否一致（符合业务量合约） 其他选项 如优先级功能、信元标记功能(Cell Tagging)等,ATM业务连接业务量描述器参数,连接业务量描述器是在连接建立时由用户通过信令等方式来确定的 连接业务量描述器参数通常包括： 峰值信元速率（PCR） 信元时延变化容限（CDVT） 可维持信元速率（SCR） 突发容限（BT） 最大突发长度（MBS） 其中： SCR、BT、MBS 是可选项 PCR、SCR、BT、MBS 是源业务量描述器参数,ATM业务峰值信元速率,峰值信元速率（PCR）定义为：Rp = 1/ TPCR

14、TPCR 表示峰值发送间隔（PEI），两次基本事件间隔的最小值 PCR 定义了一个 ATM 连接可发送的业务量速率的上限 UPC/NPC 利用该上限为连接分配足够的网络资源，以满足 QoS 目标 PCR 是一项基本的业务量参数 必须在源业务量描述器中被显示或隐式定义,ATM业务信元时延变化容限,CDV 容限的定义： 为描述接口上信元时延变化的程度（即信元到达时间间隔的失真度），引入了 CDV 容限 （CDVT），表示为 CDVT 定义了接口上 CDV 的最大有效值 UNI/NNI 接口上的 CDVT 参数在业务量合约中是必需的 CDV 容限是与峰值信元速率相对应的，在 UNI/NNI 接口上信

15、元的一致性由 GCRA（TPCR，）算法定义 由于 CDV 容限的引入，使 UNI/NNI 接口链路上一致性信元的实际速率可能超过连接的峰值信元速率,ATM业务信元时延变化容限,CDVT 的取值属于网络支持的一组参数，用户可以为一个 ATM连接在 UNI/NNI 接口上选择一个合适的 CDVT 值 若选取的 CDV 容限小，表明信元流将以均匀的速率传输 若选取的 CDV 容限较大，表明信元流对时延变化的要求不高，允许网络有较长的时延 CDV 容限较大时，业务量的突发性高，要求网络有更多的资源来进行处理,ATM业务可维持信元速率,可维持信元速率（SCR - Sustainable Cell Ra

16、te） SCR 定义为一个 VBR 业务源的平均信元速率的最大值 平均信元速率是在一个时间段内（相对于 TPCR足够长）业务源在 PHY-SAP 上信元速率的统计平均值 SCR 是各时间段内平均信元速率的最大值 SCR 表示为 Rs ： Rs = 1/Ts 其中， Ts 是两次基本事件之间的平均间隔时间的最小值 SCR 的特性： SCR 定义在等效终端的 PHY-SAP 上，必须小于 PCR SCR 是源业务量参数，VBR 业务可以在连接建立时协商 网络在对 VBR 业务量进行统计复用时，可根据 SCR 来进行最佳的资源分配,ATM业务最大突发长度和突发容限,最大突发长度（MBS）和突发容限（

17、BT）： MBS ATM 连接能够以 PCR 传输的一致性信元的最大长度 BT（s） BT 是用来度量业务源 MBS 特性的时间范围参数，它定义了相对于 SCR 的信元速率波动的容许范围 MBS 与 BT 的关系： MSB = 1+ s /（TS-TPCR） （SCR，BT）是一组对应参数，在 PHY-SAP 上业务源对 SCR 的信元一致性由 GCRA（TS，s）算法来定义 MBS 并不表示该长度的信元突发都是一致的,ATM业务传输能力,ATM 传输能力的概念 ATM 传输能力（承载能力）定义为：在 ATM 层中被某个特定的业务量复用机构所支持的、适合于某种应用（用户）的一组 QoS 承诺和

18、 ATM 业务量参数的组合。 一种 ATM 传输能力对应了一种 QoS 等级 一个 ATM 连接所使用的 ATM 传输能力必须在连接建立时协商一致，并包含在业务量合约中 ATM 传输能力与 B-ISDN 业务类型没有明确的一一对应关系 ATM 论坛定义了 5 种与流量控制机制相关的业务类型（Service Categories） CBR、rt-VBR、nrt-VBR、ABR、UBR,ATM业务业务类型,ATM 论坛定义的 5 种业务类型（Service Categories） 固定比特率 CBR (Constant Bit Rate) 以恒定速率产生业务量，并且该速率在整个连接过程中保持不变

19、例如 POTS 话音 可变比特率 VBR （Variable Bit Rate) 在连接过程产生业务量的速率会发生变化，具有突发性 根据时间关系特性，分为： 实时 VBR（rt-VBR），如实时视频业务 非实时 VBR（nrt-VBR），如数据通信 可用比特率 ABR (Available Bit Rate) 当网络中有 CBR/VBR 有剩余带宽时， ABR 可利用这部分传输业务，ABR 适合于非实时数据传输 未指定比特率 UBR (Unspecified Bit Rate) Best-effort 模型，传统的数据通讯业务模型,ATM业务业务类型的关系,Service Class,A,B,

20、C,D,Bit Rate,Constant,Varible,Connection mode,Connection oriented,Connection -less,Timing relation,Required,Not required,AAL type,Type 1,Type 2,Type 3/4 Type 5,Service Categorities,CBR,rt-VBR,nrt-VBR ABR UBR,ATM业务业务类型与业务量控制,ATM业务各业务类型的特点,CBR业务的特点是面向连接、有固定比特率、通信端点之间存在定时关系。在整个连接过程中可以持续的峰值信元速率(PCR)进行传输

21、，通信终端可以在任意时刻、时段内以等于(或小于)PCR的信元速率进行传输。主要应用于需要固定带宽的连接，如语音业务、要求严格定时的图象业务和电路仿真业务等。 RT-VBR业务的特点是面向连接，比特率可变，通信端点之间存在定时关系。通信端点占用的带宽随不同时间内终端信息发送速率变化而变化, ATM网络对通信终端给予SCR的保证, 同时要求通信终端不得以大于峰值信元速率(PCR)的速率发送信息。 RT-VBR业务主要应用于对时间敏感性要求严格的业务(需要严格的延和时延变化)，如图象业务等。,ATM业务各业务类型的特点,NRT-VBR业务的特点是面向连接，比特率可变，通信端点之间不存在定时关系。通信

22、端点占用的带宽随不同时间内终端信息发送速率变化而变化，ATM网络对通信终端给予SCR的保证, 同时要求通信终端不得以大于峰值信元速率(PCR)的速率发送信息。NRT-VBR业务主要应用于有突发特性的对时延和时延变化求不严格的业务，如数据传输、E-MAIL、FAX等业务。 UBR业务的特点是面向连接，比特率可变，通信端点占用的带宽随不同时间内终端信息发送速率和可用带宽的变化而变化。ATM网络要求通信终端不得以大于峰值信元速率(PCR)的速率发送信息。UBR业务主要应用于对服务质量和传输速率要求不高的业务，如数据备份等。,ATM业务各业务类型的特点,ABR 业务的特性 ABR 是 ATM 层承载能

23、力，网络提供的传输特性在连接建立后可能改变； 用户（业务源）需要根据网络反馈的控制信息来改变其产生的业务量，来适应改变了的传输特性，以获得很低的信元丢失率； ABR 不适合支持实时业务，信元传输时延 CTD 和信元时间变化 CDV 在 ABR 中不受控制； ABR 承载能力对信元丢失时分敏感。 ABR 承载能力的使用参数： 最大带宽：即峰值信元速率（PCR） 最小可用带宽：用最小信元速率（MCR）表示，MCR 可为 0 说明： 对特定 ABR 连接，网络分配的可用带宽可在 PCR 和 MCR 之间变化。 源终端系统（SES）发送的信元的速率不应该超过 PCR，其一致性用算法 GCRA（1/PC

24、R， ）定义。网络不应强制 SES 速率降低到 MCR 以下。,ATM业务非法信元标记,信元加标记（Cell Tagging） 对那些违反业务量合约的信元UPC能通过对这些信元置CLP=1,对它们加上高丢失优先级标志或UPC将这些信元丢弃. 当有充分的概率使加标志的信元能通过网络而不对网络的性能产生坏影响(例如当网络负载轻时), 这时加标志才是所希望的. 如果带标志的业务流成功地通过网络, 是用户和网络提供者都希望的. 如果携带有标志的信元成功的概率很低(例如当网络负载重时), 信元加标志则是不希望的, 因为标志的信元将使用有价值的网络资源并为无用的目的增加拥塞的程度.,ATM业务PVC和SV

25、C,ATM网络可以向用户提供两种类型的虚电路：永久虚电路（PVC）和交换型虚电路（SVC）。 永久虚电路（PVC）：指在以包交换为基础的网络上，由网络管理等外部机制建立的逻辑连接，根据预先定义的网络路径永久性地存在并可用。 交换虚电路（SVC）：用户通信时，通过呼叫由网络信令临时建立虚电路，通信结束后释放电路。交换型虚电路使用灵活，每次均可以与不同的用户建立通信电路，通信费用与通信量和时长有关。,ATM业务SVC,交换虚电路（Switched Virtual Circuit）是指在两个用户设备间为传送数据临时建立的逻辑连接。这种连接是在用户设备发起呼叫后，才在其间建立的逻辑通信电路。它是一种双

26、向式的虚电路，即能用于出呼叫，也能用于入呼叫。在双方通信完毕后，任一方都可以发出拆线请求，将逻辑电路拆除。 SVC虚电路是通过信令协议进行建立和拆除。信令是在用户与网络间，或网络节点间传递的业务相关信息。用户与网络间的信令接口为UNI，网络节点间的信令接口为NNI。,ATM业务ATM地址格式,为了支持SVC业务，需要为每个用户终端分配一个特定的地址，用来识别终端并使网络能够路由SVC请求。每个连接到ATM网络的ATM设备使用OSI的网络服务访问点(NSAP)地址格式进行识别。 根据公众多媒体ATM网技术体制,中国电信ATM SVC业务采用E.164 AESA地址格式。 E.164 AESA地址

27、包含20字节(40个十六进制数字)。 初始域部分（IDP）：包括AFI和IDI部分，它用于标示分配DSP部分的管理机构。 特定域部分（DSP）：包括HO-DSP、EDI和SEL部分。,ATM业务ATM地址格式,权威机构与格式标示符（AFI）：0 x45表示E.164。 初始域标示符（IDI）：一个十六进制数用于表示分配地址的次级权威机构，E.164类型含有8个BCD格式的字节（1-15个十六进制数字，尾部数字为0Fh；如果少于15位数，前面以0补足）。 高级特定域部分（HO-DSP）：AFI/IDI部分的内容决定HO-DSP的格式，它表示编址机构的级别并具有拓扑含义。它可用于互联ATM子网中的

28、路由。E.164-含有4字节（8个十六进制数） 终端系统标示符（ESI）：6个字节用于标示终端系统，通常是IEEE的MAC地址。 选择子（SEL）：一个字节，不用于ATM路由，但是可以被终端系统利用。,ATM业务ATM地址格式,初始域标示符（IDI）部分的号码范围分配： 根据编号方案，编号由国家代码86网号1941区域号AAA交换机号XXX+端口号PPP组成。 用户编号分为采用UNI协议接入和采用IISP协议接入两种情况。 用UNI 3.0接入的，应该在用户端口设置13字节（104比特）长E.164 AESA 端口前缀，并使能地址注册，而且要求用户设备必须支持地址注册。 用IISP 3.1接入

29、的，应在用户端口设置9字节（72比特）长E.164 AESA 端口前缀，并禁止地址注册。 例如：一个形式为861941AAAXXXPPP的ATM用户编号，若用户以UNI接入网络，在交换机用户端口上应配置如下形式的PORT PREFIX ：45861941AAAXXXPPPf00000000；若用户以IISP接入，则前缀为45861941AAAXXXPPPf,ATM业务路由选择,交换机对于一个给定的SVC呼叫根据以下信息来决定该呼叫的路由：网络节点配置的节点前缀、端口前缀和端口地址。 交换机选择路由的原则是“最长匹配”，即从被叫用户地址最左边的一个数字开始逐位与路由表中预先配置的路由项进行比较，

30、直到找到与被叫用户地址有最长匹配的路由，并将呼叫经由该路由对应的端口转发出去。,ATM业务呼叫控制,点对点呼叫包括下列过程： 在起始接口建立呼叫 在目的接口建立呼叫 呼叫清除 处理错误状态 点对点呼叫中只在呼叫建立与呼叫清除阶段需要信令；在多点呼叫的信息传送阶段，当有新的参加者加入或退出时，也需要进行信令的传送。,ATM业务呼叫控制,呼叫建立的信令流程,ATM业务呼叫控制,呼叫拆除的信令流程,ATM/FR网网络结构及覆盖范围,骨干网现状 -现有骨干网包括BC1和BC2两个层次。 -BC2网由位于31个省会城市的BC2节点（CBX-500）构成，其 中北京、上海、广州、沈阳、南京、武汉、西安、成

31、都等地8个BC2节点还承担了骨干网节点的汇接功能。现有BC2节点的交换能力为5Gbps。承担骨干网汇接功能的8个BC2节点的容量和端口能力已显得比较紧张，特别是北京、广州、上海3个BC2节点。同时，作为各省的出口节点，现有骨干网中的BC2节点在每省只有一个，从网络安全可靠性等方面考虑，也有必要为各省宽带网建立第二出口。 -组成BC1网的8个BC1节点BTC-9500目前也已投入使用，考虑到容量、端口能力等原因，未来BTC-9500可能不宜继续作为BC1节点使用。,ATM/FR网网络结构及覆盖范围,各省宽带网现状 -目前已有约20个省相继建成或将要建成各自的省内ATM宽带网，总的端口带宽已超过3

32、50GB，主要端口包括155M、622M、2M、34M、V.35等，提供帧中继、ATM、电路仿真等业务,供货厂家涉及国内外7个ATM设备厂家（Lucent、Nortel、Fore、Newbridge、Cisco、高鸿等）。 -由于各省网中的设备涉及多个供货厂家，若通过基于不同厂家设备构成的省网开展省际业务可能会有较大难度，特别是VPN、SVC、IP等业务的开放。,ATM/FR网网络结构及覆盖范围,骨干网扩容情况 骨干网正在进行扩容，将在57个城市引进北电网络Passport15000 VSS处理能力为40G的高性能ATM 交换机，在北京、上海和广州之间采用2.5G中继电路，其它节点间采用N*155M中继不完全网状连接，网内每个节点都至少有2个或2个以上不同方向的中继电路，保证了网络的高可靠性。正在做基于CRLDP标准信令的MPLS试验，计划采用SIN(ship in night)模式开放标准ATM、FR业务及IP业务的直接承载。