1、异步传递方式 ATM 网,ATM 的基本概念 ATM 协议参考模型 ATM 信元结构 ATM 的逻辑连接机制 ATM 服务类型 AAL层：AAL1、AAL2、AAL3/AAL4、AAL5 ATM 优缺点,ATM 的诞生,技术背景 第一，业务数据是集成图、文、声、像的多媒体数据； 第二，数据交换的实时性、交互性要求； 第三，随着网络互连规模的扩大，业务的规模和复杂 程度加大，原有的电路交换和分组交换在实现宽带高速交换时，都表现有一些缺陷。 人们曾经设想过“未来最理想的”一种网络应当是宽带综合业务数字网 B-ISDN。 B-ISDN 采用新的 ATM 交换技术，结合了电路交换和分组交换的优点。 虽
2、然 B-ISDN 并没有成功，但 ATM 技术还是获得了相当广泛的应用，并在因特网的发展中起到了重要作用。,ATM 异步传递方式，又叫异步传输模式 （Asynchronous Transfer Mode）：基于信元交换技术的数据传输模式。它采用异步时分复用技术：SDH传送的同步比特流被划分为一个个固定时间长度的 STM 帧，当用户的ATM信元需要传送时，就可插入到SDH的一个STM帧中。只要SDH的帧有空位置就将这些信元插入进来 ATM名词中的“异步”即是指将ATM信元“异步插入”到同步的SDH比特流中。ATM综合吸收了分组交换高效率和电路交换高速度的优点，针对分组交换速率比较低的缺陷，利用电
3、路交换几乎与协议处理无关的特点，通过高性能的硬件设备来提高处理速度，实现高速化传输。,ATM 的概念,ATM 信元,ATM 采用定长分组作为传输和交换的单位。这种定长分组叫做信元 ( cell )。当用户的 ATM 信元需要传送时，就可“异步”插入到 SDH 的一个帧中。每个 ATM 信元 53 个字节。可传输话音、数据、图像和视频业务。ATM 传输可以提供 256K 到 622M 之间的高速数据传输通道。,ATM 异步(统计)时分复用,ATM 的特点,ATM在电路交换和分组交换基础上发展起来的一种新的快速分组交换技术 ATM兼有电路交换的可靠性、实时性和分组交换的高效性、灵活性 采用面向连接
4、的技术 面向B-ISDN的技术,ATM 的网络元素,ATM 端点(endpoint): 通过点到点链路与ATM 交换机相连 ATM 交换机: 一种快速分组交换机，其交换容量高达数百Gb/s,一个ATM 网络包含：端点和交换机,ATM 交换机的主要构件是: 交换结构(switching fabric) 若干个高速输入端口和输出端口 必要的缓存,ATM 的网络元素,ATM 的网络元素(续),UNI 用户网络接口UNI（User-Network Interface） ATM端点与所连接的ATM交换机之间的接口 NNI 网络结点接口NNI（Network-Node Interface） ATM网络中两
5、个ATM交换机之间或在两个ATM网络之间的接口。,ATM 的协议参考模型,ATM协议的平面和层次,三个平面 用户平面：用于用户信息传输以及相关控制功能，如 流量控制、差错控制等。 控制平面：用于呼叫控制和连接控制，连接释放等。 管理平面：包括平面管理和层管理。 层管理执行与各层实体中的资源和参数有关的管理功能。 平面管理执行与系统整体有关的管理功能，协调各平面之间的关系。平面管理不分层次。 三个层次 物理层(ATM-PHY层)、ATM层、ATM适配层(AAL层)ATM 的协议参考模型共有三层，大体上与 OSI 的最低两层相当（但无法严格对应）。,ATM 层一： 物理层(ATM-PHY),物理层
6、分为两个子层： PMD（Physical Medium Dependent）子层 负责正确传输和接收比特流。 完成只和媒体相关的功能，如线路编码和解码、比特定时以及光电转换等。 传输媒体有光纤、UTP/STP等 TC（Transmission Convergence）子层 实现信元流和比特流的转换，包括速率适配(空闲信元的插入)、信元定界与同步、传输帧产生与恢复等. 典型的 TC 层， 就是用信元流转换成比特流装入SONET / SDH帧，接收时从SONET/SDH帧中的比特流转换成信元流，标记出每个信元的开始和结束.,ATM 信元流装入一个 STM-1 帧的例子,ATM 层二： ATM 层,
7、ATM 层主要完成交换和复用，它的功能是： 信元的复用与解复用 信元的 VPI/VCI 转换(将进入信元的VPI/VCI转换成新的数值) 信元首部的产生与提取 流量控制,VPI 与 VCI,虚通道VP和虚通路VC,每个ATM 虚连接 用信元首部中的两级标识号 VPI/VCI 来标识，该标识用于在选定虚通道VP中选定一个特定虚通路VC.虚通路标识符VCI (Virtual Channel Identifier)一个虚通路VC是两个端点之间的一个运送 ATM 信元的通信通路。虚通道标识符 VPI (Virtual Path Identifier) 一个虚通道VP包含有许多相同端点的VC，这些VC使
8、用同一个VPI,VPI 与 VCI,VPI/VCI 的值是在各段链路上分别分配的，所以只有局部的意义。 ATM交换机只根据VPI值进行路由选择，而不是对每一条虚连接单独进行路由选择。VP 在经过集中器或交换机时，其 VPI 也会改变。,ATM 层三： ATM 适配层(AAL),AAL (ATM Adaptation Layer) 作用：将各种类型的应用适配成 ATM 网络能传输的信息格式，为上面高层各种特定的业务提供服务。,ATM 的砂漏模型,不同信号源发出的信号通过AAL层都变成固定长度的数据块(48字节长)，然后再交给ATM层，加上 5字节的首部后变成53字节的信元。,AAL 的作用,AT
9、M 信元的封装,AAL 层将 48 字节长的数据块交给 ATM 层，加上 5 字节的首部后变成 53 字节的信元,AAL 层的两个子层,AAL层分为两个子层： 会聚子层 CS (Convergence Sublayer) 对不同的应用提供不同的服务。每一个 AAL 用户根据不同的应用需求通过相应的服务访问点 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。 分段与重装子层 SAR (Segmentation And Reassembly) 发送处理时，将上层数据 (CS-PDU) 分段成 48 字节数据，交给下层 ATM 层作为信元的净负荷；
10、 接收处理时，将从下层ATM层得来的各信元的48字节数据重组装交给上层 CS 子层。 在 SAR 子层形成的48字节的协议数据单元叫做 SAR-PDU 。,ATM 层和 AAL 层,在 ATM 交换机中只有物理层和 ATM 层。 AAL 层只能驻留在 ATM 端点之中。,ATM、OSI 层次的对应关系,孤立地观察ATM网络时，ATM网络像一个广域网，因为它可以覆盖很大的地理范围，有自己网络的硬件地址和进行信元转发的结点交换机，并且向上提供虚电路服务，好像是处在网络层；不过从IP层来看，将IP层中的IP分组交给下面的ATM网络传送，整个的ATM网络又相当于两个IP结点之间的一条数据链路。从这个角
11、度看，整个ATM网络又好像是处在数据链路层。因此，ATM体系结构中的层次和OSI的层次很难有严格的对应关系。ATM网络可以做为数据链路层或网络层接入现有计算机网，它们的处理方式因接入点的不同而不同。,ATM 信元格式,ATM 信元格式,通用流量控制GFC(Generic Flow Control) 只用于 UNI 接口,GFC用来在共享媒体上进行接入流量控制,现在的点到点配置不需要这一控制功能。未用时,通常置为0000。 虚通道标识符VPI/虚通路标识符VCI 载荷类型PT (Payload Type) 用于指示信元中的载荷（即数据字段中的数据）类型：区分该信元是用户信息或非用户信息、有无遭到
12、拥塞、AAL-SDU应用服务类型。 信元丢失优先级CLP(Cell Loss Priority) 指示信元丢失优先级。CLP=0表示该信元为高优先级信元，CLP=1表示该信元为低优先级信元。若网络出现拥塞，则先丢弃CLP=1的低优先级信元。 首部差错控制HEC(Header Error Control) 用于检测信元首部中的多个比特错误,并可进行信头中单个比特的纠错。,ATM 的逻辑连接机制,在 ATM 中使用的虚通路是一种逻辑连接。虚通路是 ATM 网络中的基本交换单元。两个端用户要进行通信： 首先必须建立虚通路连接， 然后才能在这个端到端连接上以固定信元长度和可变速率进行全双工的通信。 数
13、据传送完毕后再释放连接。,ATM 网络,A,B,交换机 X,交换机 Y,UNI,UNI,NNI,NNI,t,数据传送阶段,ATM 的主要信令报文,报文类型 当主机发送时的意义 当网络发送时的意义 SETUP 请求建立连接 有一个入呼叫 CALL 收到入呼叫 连接建立的请求 PROCEEDING 正在进行处理 CONNECT 接受入呼叫 呼叫请求已被接受 CONNECT 对 CONNECT 对 CONNECT ACK 报文的确认 报文的确认 RELEASE 请求释放连接 端点发出了连接释放请求 RELEASE 对 RELEASE 的确认 对 RELEASE 的确认,VCI 和 VPI 的转换,A
14、TM 信元在 ATM 网络中传输时，一定是在某个特定的虚连接上按序传送的。ATM 信元的首部一定要有这个虚连接的标识符VPI/VCI，以便惟一地标识该信元属于哪一个虚通路。所有的 VPI/VCI 值只在每一段物理链路上具有唯一的值。每经过一段链路，信元的 VPI/VCI 值都可能改变数值。,端点 A 通过 ATM 交换机 X, Y 和 Z 与端点 B 建立了一条逻辑连接,ATM 网络,A,B,交 换 机X,交 换 机Y,交 换 机Z,1,2,1,2,3,2,3,4,3,4,1,4,3/17,42/55,6/35,9/35,交换机 X 的 VPI/VCI 转换表,交换机 Y 的 VPI/VCI
15、转换表,交换机 Z 的 VPI/VCI 转换表,ATM 服务,ATM 网络可以用于金融、航空、经贸、气象、政府机构、海关、广播、商业、教育、建设、医疗等领域，主要应用有： 1、高速的局域网互连； 2、高质量的电视会议； 3、远程交互教学； 4、远程医疗诊断； 5、远程协同工作； 6、多媒体通信； 7、视频点播（VOD）和电视点播； 8、定时、可选带宽的各种业务。,ATM 的传输服务类型 ,A类服务，恒定比特率CBR（Constant Bit Rate）业务 端点间保持定时同步，比特率恒定，面向连接，就像专线 用于语音、静态图象的传输服务由AAL1子层适配 B类服务，实时可变比特率(RT-VBR
16、, Real Time Variable Bit Rate)业务 端点间保持定时同步，比特率可变，面向连接 用于可变速率语音和压缩视频图象的传输服务，如多媒体会议、视频点播等，能更有效地分配资源由AAL2子层适配 C类服务，非实时可变比特率(NRT-VBR, NRT-Variable Bit Rate)业务 端点间不要求定时同步，比特率可变，面向连接 可用于支持突发性数据的传输服务，如多媒体电子邮件 由AAL3/AAL4 或 AAL5 子层适配 D类服务，如果提供拥塞反馈机制称可用比特率(ABR, Available Bit Rate)业务;否则，称未确定比特率(UBR, Unspecifie
17、d Bit Rate)业务 端点间不要求定时同步，比特率可变，无连接 主要用于 QoS 要求较低或不要求的场合 由AAL3/AAL4 或 AAL5 子层适配 通常，A, B 类用于支持面向语音和视频的应用以及DS电路的模拟；C, D 类用于支持面向数据的应用。,ATM 服务类型一览表,面向连接的突发性数据传输,不需要,AAL 层举例：AAL1 ,AAL1针对电路交换业务、语音与静态图象，面向连接，速率恒定，端端定时。,AAL 层举例：AAL2 ,AAL2 针对可变比特率的语音、视频会议、视频点播，面向连接，要求端到端定时。,AAL 层举例：AAL3/4 ,AAL3/4 针对数据通信。有面向连接
18、、无连接传输，有无错确保操作和非确保操作。,AAL 层举例：AAL5,AAL5从AAL3/4简化得来，又称SEAL(Simple Efficient Adaptation Layer),既简单又高效,AAL5,所有的支持交换虚连接 SVC (Switched Virtual Connection)的 ATM 交换机和端点都必须支持 AAL5。 用户数据先传递给 AAL5 的汇聚子层 CS，作为汇聚子层的数据。 SAR 的协议数据单元 SAR-PDU 是由 CS 子层交来的48字节的数据块组成。 每个 SAR-PDU 往下送到ATM层，再加上 5 个字节的 ATM 信元首部就构成了一个完整的 5
19、3个字节的ATM 信元。,选择固定长度的短信元作为信息传输的单位，有利于宽带高速交换。 能支持不同速率的各种业务。 所有信息在最低层是以面向连接的方式传送，保持了电路交换在保证实时性和服务质量方面的优点。 由于ATM使用光纤信道传输，误码率极低，故省略了数据链路层的差错控制和流量控制，而把它们放到高层处理，因而明显地提高了信元在网络中的传送速率。,ATM 的主要优点,信元首部的开销太大，即 5 字节的信元首部在整个53 字节的信元中所占的比例相当大。 ATM 的技术复杂且价格较高。 ATM 能够直接支持的应用不多。 10吉比特以太网的问世，进一步削弱了 ATM 在因特网高速主干网领域的竞争能力。,ATM 的缺点,
