数据通信与计算机网络-ATM.ppt

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1、ATM技术的提出ATM最早在1983年由CNET和AT&T开展研究，1984年AlcatelBell研究中心公布ATM的概念，1988年CCITTTG18定名为ATM，（AsynchronousTransferMode）。TransferMode实际上是一种信息转发或交换的方式，ATM既不是电路交换，也不是分组交换，而是一种新的交换方式，称为信元交换(CellSwitch)。所谓Asynchronous（异步）体现在与TDM固定时隙相反，用户可以随时发信息。ATM原理原理ATM的定义的定义ATM是一种传递模式，在这种模式中，信是一种传递模式，在这种模式中，信息被分成信元来传递，而包含同一用户信

2、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。现。因此这种传递模式是异步的。ITU-TI.113ATMis“Atransfermodeinwhichtheinformationisorganizedintocells;itisasynchronousinthesensethattherecurrenceofcellscontaininginformationfromanindividualuserisnotnecessarilyperiodic.”三、ATM的复用方式TDM采用固定时隙，存在时隙的浪费，

3、参见图。而ATM不受时隙的影响，可以随时将信元复用到信道上。ABA队列队列信息源信息源已分配信元已分配信元:A.B未分配信元未分配信元:信头信头净净荷荷5字节字节48字节字节ATM信元信元ATM复用线复用线AAABtATM 信元和复用信元和复用时隙时隙信信元元ATM异步时分复用异步时分复用信道信道信元头信元头 信息段信息段虚拟信道虚拟信道VCj虚拟信道虚拟信道VCi时间时间ATM的的复复用用方方式式为为标标记记复复用用。它它把把信信道道看看成成是是由由一一个个个个等等长长的的时时隙隙构构成成，每每个个时时隙隙内内都都正正好好装装载载一一个个ATM信信元元。信信元元是是ATM的的基基本本传传递递

4、单单位位，是是一一种种极极短短（53字字节节）的的固固定定长长度度的的数数据据分分组组。每每一一信信元元包包括括一一个个信信元元头头和和一一个个信信息息段段。信信元元通通过过虚虚拟拟信信道道VC传传送送，虚虚拟拟信信道道利利用用虚虚拟拟信信道道标标记记来来表表示示，虚虚拟拟信信道道标记包含在信元头之中。标记包含在信元头之中。ATM异步时分复用原理异步时分复用原理 信信元元是是ATM的的基基本本传传递递单单位位。每每一一信信元元包包括括一一个个信信元元头头和和一一个个信信息息段段。信信元元通通过过虚虚拟拟信信道道VC（VirtualChannel）传传 送送，虚虚 拟拟 信信 道道 利利 用用

5、虚虚 拟拟 信信 道道 标标 记记VCI（VirtualChannelIdentifier）来来表表示示，虚虚拟拟信信道道标标记记包包含含在在信信元元头头之之中中。属属于于同同一一虚虚拟拟信信道道的的信信元元群群拥拥有有相相同同的的虚虚拟拟信信道道标标记记，但但占占用用的的时时隙隙可可以以出出现现在在不不同同的的位位置置。各各虚虚拟拟信信道道的的标标记记之之间间没没有有固固定定关关系系。通通过过虚虚拟拟信信道道标标记记可可以以在在用用户户之之间间实实现现虚虚拟拟信信道道的的动动态态分分配配，从从而而各各虚虚拟拟信信道道可可以以具具有有不不同同的的传传输输速速率率（1kb/s140Mb/s）。）

6、。“虚虚拟拟”（Virtual）即即需需要要时时立立即即设设置置，用用完完后后马上取消。马上取消。ATM传传输输技技术术是是以以分分组组传传输输模模式式为为基基础础并并融融合合了了电路传输模式高速化的优点发展而成的。电路传输模式高速化的优点发展而成的。ATM用用于于交交换换，通通过过识识别别信信元元头头中中的的虚虚拟拟信信道道标标记记，把把输输入入线线上上的的虚虚拟拟信信道道标标记记转转换换成成输输出出线线上上的的虚虚拟拟信信道道标标记记，控控制制数数据据交交换换存存储储器器的的写写入入与与读读出出，完完成交换。成交换。由由于于ATM使使网网络络与与业业务务无无关关，具具有有动动态态分分配配信

7、信道道和和带带宽宽的的功功能能，兼兼有有高高、中中、低低速速信信息息业业务务为为一一身身，使使ATM技术成为技术成为B-ISDN和信息高速公路的核心技术。和信息高速公路的核心技术。ATMATMATM异步转移模式异步转移模式 ATMATM以以异异步步时时分分复复用用技技术术为为基基础础。ATMATM的的复复用用方方式式为为标标记记复复用用。它它把把信信道道看看成成是是由由一一个个个个等等长长的的时时隙隙构构成成，每每个个时时隙隙内内都都正正好好装装载载一一个个ATMATM信信元元。信信元元是是ATMATM的的基基本本传传递递单单位位，是是一一种种极极短短（5353字字节节）的的固固定定长长度度的

8、的数数据据分分组组。每每一一信信元元包包括括一一个个信信元元头头和和一一个个信信息息段段。信信元元通通过过虚虚拟拟信信道道VCVC传传送送，虚虚拟拟信信道道利利用用虚虚拟拟信信道道标标记记来来表表示示，虚虚拟拟信信道道标标记记包包含含在在信信元元头头之之中中。属属于于同同一一虚虚拟拟信信道道的的信信元元群群拥拥有有相相同同的的虚虚拟拟信信道道标标记记，但但占占用用的的时时隙隙可可以以出出现现在在不不同同的的位位置置。各各虚虚拟拟信信道道的的标标记记之之间间没没有有固固定定关关系系。通通过过虚虚拟拟信信道道标标记记可可以以在在用用户户之之间间实实现现虚虚拟拟信信道道的的动动态态分分配配，从从而而

9、各各虚虚拟拟信信道道可可以以具具有有不不同同的的传传输输速速率率（1kb/s1kb/s140Mb/s140Mb/s）。“虚虚拟拟”(Virtual)(Virtual)即即需需要要时时立立即即设设置置，用用完完后后马马上上取消。取消。ATMATM用用于于交交换换，通通过过识识别别信信元元头头中中的的虚虚拟拟信信道道标标记记，把把输输入入线线上上的的虚虚拟拟信信道道标标记记转转换换成成输输出出线线上上的的虚虚拟拟信信道道标标记记，控控制制数数据据交交换换存存储储器器的的写写入入与与读读出出，完完成成交交换换。由由于于ATMATM使使网网络络与与业业务务无无关关，具具有有动动态态分分配配信信道道和和

10、带带宽宽的的功功能能，兼兼有有高高、中中、低低速速信信息息业业务务为为一一身身，使使ATMATM技技术术成成为为B-ISDNB-ISDN和和信信息息高高速速公路的核心技术。公路的核心技术。MUXWasted bandwidthATMTDM4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 14 3 1 3 2 2 1VoiceData packetsImagesFigure 7.37Figure19-1MultiplexingUsingDifferentPacketSizesFigure19-2MultiplexingUsingCellsFigure19-3ATMMultiplexing四、ATM是面

11、向连接的ATM采用虚电路的方式交换信息，用户向网络提交信息之前要首先建立连接，声明所需的信元特性和QoS，包括峰值信元速率、最大包长、信元延时、信元丢失率等参数。ATM传输和交换过程中采用两种连接形式，即虚通道(VirtualChannel)连接和虚通路(VirtualPath)连接。ATM连接的分类Figure19-5VP与与VC的概念的概念Figure19-6ExampleofVPsandVCs五、ATM交换ATM交换是基于VPI/VCI组合实现的。ATM交换机实际上是将一个输入的VPI/VCI信元，映射到输出VPI/VCI信元。图7.39。交换方式有两种：VP交换和VC交换。引入VP交换

12、的好处：便于管理，简化ATM交换机；提高ATM交换的速率。ATM由ITU-T主管，由ATMForum管理具体的标准。cATMSw1ATMSw4ATMSw2ATMSw3ATMDCCabdeVP3VP5VP2VP1abcdeSw=switchFigure 7.39Figure19-4ArchitectureofanATMNetworkATM层ATM信元虚连接 QoS参数ATM服务类型Figure19-27ATMLayer一、ATM信元ATM信元大小的确定ATM信元的结构 HEC控制算法 ATM信元的定界 1.ATM信元大小的确定信元大小的确定取决于三个因素：传输效率、时延和实现的复杂性。从实时通信

13、来看，小的信元可以减小时延和排队时间，固定大小便于硬件处理和交换，但信元过小会降低传输效率。欧洲提出32+4的方案。美国提出64+5的方案，经过长期争论，最后ITU-T采取折衷的方式：（32+64）/2=48。（不伦不类，不是二的幂次，后患无穷。）2.ATM信元的结构ATM信元=5字节的信头+48字节的信息图中字段的说明：GFC一般流量控制，只用于UNI，而在NNI中GFC的4比特用于VPI。VPI虚通路，对UNI是8比特，对NNI是12比特。VCI虚通道，12比特PT=Payload Type=b0b1b2,b0=0data,b0=1control;CLP=CellLossPriority比

14、特,CLP=1表示可丢，CLP=0不可丢。HEC=HeaderChecksum，8比特，是前四个字节的校验，采用CRC-8=X8+X2+X+1Figure19-9ATM信元的帧格式GFC(4 bits)VPI(4 bits)VPI(4 bits)VCI(4 bits)VCI(8 bits)VCI(4 bits)PT(3 bits)CLP (1 bit)HEC(8 bits)ATM cell headerPayload (48 bytes)Figure 9.7Figure19-8VirtualConnectionIdentifiersinUNIsandNNIsFigure19-28ATMHead

15、erFigure19-29PTFieldsFigure19-30ServiceClassesATM适配层(AAL)层AAL1类型AAL2类型AAL3/4类型AAL5类型SAAL类型ATM适配层(AAL)作用有二：一是用户数据块与信元之间的映射，二是增强ATM的服务能力，以便满足应用的需要。ATM将能够提供的业务按照时间性、数据率和连接类型分为A、B、C、D四类，相应地定义了五类AAL层的类别AAL15，其中AAL3/4合为一类。AAL层分为CS和SAR两个子层，CS子层又分为SSCS和CPCS两个子层。下面分别说明一下各种AAL层的结构及其处理过程。A/DAALVoices1,s2 Digit

16、al voice samplesA/DAALVideoCompressioncompressed framespicture framesAALDataBursty variable-length packetscellscellscellsFigure 9.3服务类型与AAL分类AAL中SAR的PDU结构AAL层的类型一、AAL1类型针对电路交换业务图9.10,9.11二、AAL2类型针对低速率、短时延的分组业务图9.13,9.14三、AAL3/4类型针对无连接的可变速率数据图9.15,9.16四、AAL5类型面向连接的可变速率数据图9.18不做任何处理，只增加8字节的Trailer，加上P

17、AD后变为48字节的整数倍，然后送给SAR层。五、SAAL类型(SignalingAAL)图9.20,9.21.Figure19-20ATMLayersFigure19-21ATMLayersinEnd-PointDevicesandSwitchesATM的应用ATMWANATM用于远程连接多种网络形式ATMLANATM用于局域网的连接Figure19-33ATMWANFigure19-34EthernetSwitchandATMSwitchATM的未来“ATMisdead,LongliveATM.”ATM与ISDN遭受同样的命运？“计划经济比不过市场经济”IP也在改进，增加QoS功能，速率也

18、在提高，如LSR线速率路由器IPoverATMoverSDHoverfiberIPoverfiberorIPoverDWDMATM特点特点不进行逐段链路差错和流量控制不进行逐段链路差错和流量控制 面向连接面向连接 信头功能简单信头功能简单 信元长度小而固定信元长度小而固定 用户信息透明地穿过网络用户信息透明地穿过网络ATM的优点的优点支持任何业务（不同速率，不同突支持任何业务（不同速率，不同突 发发性，不同实时性）性，不同实时性）有效利用网络资源（统计复用）有效利用网络资源（统计复用）单一通信网（单一通信网（B-ISDN）4.4.2 交换技术交换技术 1.1.信息交换方式信息交换方式 信信息息

19、交交换换指指信信息息在在不不同同线线路路、终终端端或或网网路路之之间间的的切切换换过过程程或或分分发发过过程程。信信息息交交换换主主要要有有电电路路交交换换、报报文文交交换换、分分组组交交换换、异步转移模式（异步转移模式（ATMATM）、）、IPIP交换、交换、MPLSMPLS等基本方式等基本方式 （1）电路交换电路交换 电电话话和和用用户户电电报报通通信信网网采采用用的的是是电电路路交交换换方方式式。这这种种方方式式的的特特点点是是：当当一一个个人人或或终终端端要要与与远远端端的的另另一一个个人人或或终终端端通通信信时时，就就向向交交换换机机送送入入被被叫叫端端的的用用户户号号码码，交交换换

20、机机根根据据这这一一号号码码在在主主叫叫和和被被叫叫之之间间建建立立起起一一条条电电路路，或或指指定定时时分分线线的的某某个个时时隙隙，主主叫叫端端的的信信息息便便立立即即传传送送到到被被叫叫端端，其其时时延延仅仅仅仅是是信信息息以以光光速速传传播播时时引引起起的的传传输输时时延延，主主、被被叫叫之之间间能能实实时时对对话话交交换换信信息息。另另外外，在在电电路路交交换换中中，通通信信时时建建立立的的电电路路被被一一对对用用户户独占，且一直保持到双方挂机。独占，且一直保持到双方挂机。（2）报文交换报文交换 公公众众电电报报系系统统采采用用的的是是报报文文交交换换，一一份份被被发发送送的的报报文

21、文传传送送到到交交换换中中心心后后，先先存存储储起起来来，当当连连接接该该交交换换机机的的中中继继线线空空闲闲时时，再再将将这这份份报报文文转转发发到到通通信信目目的的地地通通路路上上的的另另一一个个交交换换机机存存储储起起来来，这这种种“存存储储转转发发”的的过过程程辗辗转转进进行行，直直到到报报文文到到达达目目的的地地为为止止，所所以以这这种种交交换换方方式式又又称称为为“存存储储转转发发”交交换换方方式式。报报文文交换存在传输时延，不能实时对话。交换存在传输时延，不能实时对话。（3）分组交换与帧中继分组交换与帧中继 指指将将待待传传送送的的报报文文或或数数据据由由交交换换机机装装配配成成

22、规规定定长长度度和和格格式式的的数数据据块块分分组组，让让这这些些分分组组独独立立地地以以“存存储储转转发发”的的方方式式并并且且可可以以由由不不同同的的路路径径在在网网内内传传输输，在在接接收收端端的的交交换换机机又又重重新新把把它它们们组组装装成成完完整整的的报报文或数据。分组交换的数据传输协议是文或数据。分组交换的数据传输协议是X.25X.25。帧帧中中继继是是一一种种快快速速分分组组交交换换技技术术，数数据据传传输输的的基基本单元是帧。本单元是帧。（4）ATMATM异步转移模式异步转移模式 ATMATM以以异异步步时时分分复复用用技技术术为为基基础础。ATMATM的的复复用用方方式式为

23、为标标记记复复用用。它它把把信信道道看看成成是是由由一一个个个个等等长长的的时时隙隙构构成成，每每个个时时隙隙内内都都正正好好装装载载一一个个ATMATM信信元元。信信元元是是ATMATM的的基基本本传传递递单单位位，是是一一种种极极短短（5353字字节节）的的固固定定长长度度的的数数据据分分组组。每每一一信信元元包包括括一一个个信信元元头头和和一一个个信信息息段段。信信元元通通过过虚虚拟拟信信道道VCVC传传送送，虚虚拟拟信信道道利利用用虚虚拟拟信信道道标标记记来来表表示示，虚虚拟拟信信道道标标记记包包含含在在信信元元头头之之中中。属属于于同同一一虚虚拟拟信信道道的的信信元元群群拥拥有有相相

24、同同的的虚虚拟拟信信道道标标记记，但但占占用用的的时时隙隙可可以以出出现现在在不不同同的的位位置置。各各虚虚拟拟信信道道的的标标记记之之间间没没有有固固定定关关系系。通通过过虚虚拟拟信信道道标标记记可可以以在在用用户户之之间间实实现现虚虚拟拟信信道道的的动动态态分分配配，从从而而各各虚虚拟拟信信道道可可以以具具有有不不同同的的传传输输速速率率（1kb/s1kb/s140Mb/s140Mb/s）。“虚虚拟拟”(Virtual)(Virtual)即即需需要要时时立立即即设设置置，用用完完后后马马上上取消。取消。ATMATM用用于于交交换换，通通过过识识别别信信元元头头中中的的虚虚拟拟信信道道标标记

25、记，把把输输入入线线上上的的虚虚拟拟信信道道标标记记转转换换成成输输出出线线上上的的虚虚拟拟信信道道标标记记，控控制制数数据据交交换换存存储储器器的的写写入入与与读读出出，完完成成交交换换。由由于于ATMATM使使网网络络与与业业务务无无关关，具具有有动动态态分分配配信信道道和和带带宽宽的的功功能能，兼兼有有高高、中中、低低速速信信息息业业务务为为一一身身，使使ATMATM技技术术成成为为B-ISDNB-ISDN和和信信息息高高速速公路的核心技术。公路的核心技术。（5）IP交换交换 InternetInternet是是一一个个以以统统一一标标准准协协议议TCP/IPTCP/IP连连接接全全球球

26、范范围围内内的的多多个个国国家家、部部门门、机机构构和和个个人人的的计计算算机机网网络络组成的一个数据通信网。组成的一个数据通信网。路路由由器器技技术术按按照照TCP/IPTCP/IP协协议议实实现现计计算算机机用用户户之之间间的数据交互。的数据交互。IPIP交交换换技技术术是是在在ATMATM交交换换机机硬硬件件的的基基础础上上附附加加一一个个IPIP路由软件及控制交换的驱动器构成。路由软件及控制交换的驱动器构成。（6）MPLSMPLS多协议标签交换多协议标签交换 Internet应应用用的的增增长长对对网网络络的的服服务务质质量量和和网网络络的的控控制制能能力力提提出出了了更更高高的的要要

27、求求。由由于于传传统统的的IP网网络络不不能能很很好好地地提提供供服服务务质质量量（QoS）和和支支持持流流量量工工程程。为为此此，国国际际标标准准组组织织IETF提提出出了了MPLS（MultiprotocolLabelSwitching：多多协协议议标标签签交交换换）的的概概念念。MPLS在在本本质质上上是是一一种种分分组组转转发发策策略略。基基本本的的思思路路是是在在MPLS域域 入入 口口 节节 点点 处处 基基 于于 转转 发发 等等 价价 类类 FEC（ForwardingEquivalenceClasses）给给数数据据报报分分配配一一个个固固定定长长度度的的短短标标记记，在在整

28、整个个MPLS域域内内，和和数数据据报报相相捆捆绑绑的的标标记记将将决决定定数数据据报报的的转转发发，这这时时将将不不再再考考虑虑数数据据报报本本来来的的报报头头。它它能能有有效效解解决决传传统统Internet网网络络所所面面临临的的问问题题并并提提高高其其灵灵活活性性、传传输输速速率率和和节节点点吞吞吐吐量量。MPLS技技术术以以其其诱诱人人的的技技术术特特征征、充充满满活活力力的的驱驱动动力力量量和和良良好好的的发发展展潜潜力力正正为为业业界界所所注注目目。IPwithMPLS将将是是未未来来IP网网解解决决QoS的一种理想方案。的一种理想方案。软交换思想作为下一代网络控制层面的核心技术

29、，正是在软交换思想作为下一代网络控制层面的核心技术，正是在下一代网络建设的强烈需求下孕育而生的。它的主要设计思想下一代网络建设的强烈需求下孕育而生的。它的主要设计思想是业务是业务/控制、传送控制、传送/接入分离，各实体之间通过标准的协议接入分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，以便在网上更加灵活地提供业务。更具体地进行连接和通信，以便在网上更加灵活地提供业务。更具体地讲，软交换是一个基于软件的分布式交换讲，软交换是一个基于软件的分布式交换/控制平台，它将呼控制平台，它将呼叫控制功能从网关中分离出来，开放业务、控制、接入和交换叫控制功能从网关中分离出来，开放业务、控制、接入和交换间的协议，从而真正实现多厂家的网络运营环境并可以方便地间的协议，从而真正实现多厂家的网络运营环境并可以方便地在网上引入多种业务。这种设计理念，使得各个运营商可以根在网上引入多种业务。这种设计理念，使得各个运营商可以根据自己的需要，全部或者部分利用软交换体系的产品，采用适据自己的需要，全部或者部分利用软交换体系的产品，采用适合自己的网络解决方案，在充分利用现有资源的同时，开发新合自己的网络解决方案，在充分利用现有资源的同时，开发新的业务，寻找到自己的网络立足点。的业务，寻找到自己的网络立足点。（7）软交换）软交换