引言BASET網(wǎng)絡(luò)千兆位以太網(wǎng)VG.ppt

4.1 引言 4.2 100BASE-T網(wǎng)絡(luò) 4.3 千兆位以太網(wǎng) 4.4 100VG-AnyLAN網(wǎng)絡(luò) 4.5 FDDI網(wǎng)絡(luò) 4.6 ATM網(wǎng)絡(luò) 4.7 交換式網(wǎng)絡(luò) 4.8 廣域網(wǎng)絡(luò),第4章 多媒體通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,4.1 引 言,圖 4.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次劃分,4.2 100BASE-T網(wǎng)絡(luò),4.2.1 100BASE-T技術(shù)規(guī)范 100BASE-T技術(shù)規(guī)范主要是物理層規(guī)范, 定義了新的信號(hào)收發(fā)標(biāo)準(zhǔn), 將傳輸速率提高到100 Mb/s。 100BASE-T定義三種物理層規(guī)范: 100BASE-T4、 100BASE-TX和100BASE-FX, 分別支持不同的傳輸介質(zhì)。 MAC層通過(guò)一個(gè)介質(zhì)獨(dú)立接口（MII）與三種物理層規(guī)范中的一個(gè)相連接。 由于MAC層通過(guò)MII與物理層接口, 且與傳輸速率無(wú)關(guān), 因此, 在100BASE-T的MAC層, 其數(shù)據(jù)幀格式、數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度、差錯(cuò)控制及管理信息等均與10BASE-T相同。,1. 物理層 (1) 100BASE-T4 100BASE-T4是4對(duì)無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)(UTP)電纜系統(tǒng), 支持3、4和5類(lèi)UTP電纜, 使用RJ45連接器, 傳輸距離為100 m。 在4對(duì)線(xiàn)中, 3對(duì)用于數(shù)據(jù)傳輸, 1對(duì)用于沖突檢測(cè)。100BASE-T4是一種新的信號(hào)收發(fā)技術(shù), 它采用8B6T編碼方法, 將8位二進(jìn)制碼編碼成6位三進(jìn)制碼組, 再經(jīng)過(guò)不歸零（NRZ）編碼后輸出到3對(duì)數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)上, 每對(duì)線(xiàn)的傳輸速率為33.3 Mb/s, 3對(duì)線(xiàn)的總傳輸速率為100 Mb/s, 鏈路操作模式為半雙工操作。這樣, 在音頻級(jí)3類(lèi)UTP電纜上可實(shí)現(xiàn)100 Mb/s的傳輸速率, 使得那些使用3類(lèi)UTP電纜布線(xiàn)的10BASE-T網(wǎng)絡(luò)也能升級(jí)到100BASE-T, 從而保護(hù)了用戶(hù)已有的投資。,(2) 100BASE-TX 100BASE-TX是一個(gè)2對(duì)UTP電纜系統(tǒng), 支持5類(lèi)UTP或1類(lèi)屏蔽雙絞線(xiàn)(STP)電纜, 5類(lèi)UTP電纜使用RJ45連接器, 1類(lèi)STP電纜則使用9芯D型(DB-9)連接器, 傳輸距離為100 m。 100BASE-TX采用的是FDDI物理層標(biāo)準(zhǔn), 使用相同的4B5B編碼器和收發(fā)器, 鏈路操作模式為全雙工操作。 也就是說(shuō), 100BASE-TX是將已標(biāo)準(zhǔn)化的802.3 MAC子層和FDDI的物理介質(zhì)(PMD)子層結(jié)合起來(lái), 形成其信號(hào)收發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的, 因此, 技術(shù)上比較成熟, 可直接采用為FDDI開(kāi)發(fā)的物理層芯片。,(4) 10/100 Mb/s 自動(dòng)協(xié)商 自動(dòng)協(xié)商（Autonegotiation）是IEEE 802.3規(guī)定的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn), 它允許在同一網(wǎng)段上的節(jié)點(diǎn)之間相互通報(bào)容量并自動(dòng)協(xié)商傳輸速率。 對(duì)于100BASE-T來(lái)說(shuō), 站點(diǎn)(網(wǎng)卡)和集線(xiàn)器（HUB）之間允許有兩種通信操作模式: 高速率(100 Mb/s)和低速率(10 Mb/s), 而通信操作模式是由自動(dòng)協(xié)商功能來(lái)確定的。,協(xié)商信息是由一個(gè)連接測(cè)試脈沖序列傳送的, 該脈沖序列稱(chēng)為快速連接脈沖序列（FLP）, 并且不占用有效帶寬。當(dāng)一個(gè)100BASE-T站點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)將自動(dòng)產(chǎn)生FLP, 同一電纜段上的另一個(gè)站點(diǎn)將會(huì)接收到這個(gè)FLP。 如果接收站也是一個(gè)100BASE-T站點(diǎn), 便能夠識(shí)別FLP, 并根據(jù)從FLP中提取出來(lái)的數(shù)據(jù)便可知道對(duì)方的速率, 雙方通過(guò)協(xié)商自動(dòng)將通信操作模式設(shè)置成高速率, 以100 Mb/s速率進(jìn)行通信。 如果該站點(diǎn)是一個(gè)10BASE-T站點(diǎn), 則不能識(shí)別FLP, 雙方都要將通信操作模式設(shè)置成低速率, 以10 Mb/s速率進(jìn)行通信。,例如, 如果一個(gè)10/100網(wǎng)卡和一個(gè)10BASE-T集線(xiàn)器連接, 該網(wǎng)卡將會(huì)產(chǎn)生FLP, 但可能只接收到10BASE-T集線(xiàn)器返回的正常連接脈沖(NLP)。 10/100網(wǎng)卡自動(dòng)將通信操作模式設(shè)置成低速率, 以10 Mb/s速率與10BASE-T集線(xiàn)器進(jìn)行通信。 如果將10BASE-T集線(xiàn)器升級(jí)為100BASE-T集線(xiàn)器, 10/100網(wǎng)卡將會(huì)接收到FLP脈沖, 網(wǎng)卡和集線(xiàn)器通過(guò)自動(dòng)協(xié)商算法自動(dòng)將通信操作模式設(shè)置成高速率, 以100 Mb/s速率進(jìn)行通信。在這一速率升級(jí)的過(guò)程中, 無(wú)須人工干預(yù)。,2. MAC層 100BASE-T 沿用了原有的IEEE 802.3 MAC層協(xié)議, 即CSMA/CD協(xié)議, 主要完成數(shù)據(jù)幀的封裝與發(fā)送以及數(shù)據(jù)幀的接收與解封等控制。 CSMA/CD是一種分布式隨機(jī)型介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制協(xié)議, 網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)站點(diǎn)將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)自我調(diào)整和控制對(duì)介質(zhì)的訪(fǎng)問(wèn), 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。 (1) 幀格式,圖 4.2 CSMA/CD的幀格式,7 1 2/6 2 461500 4,PA（前導(dǎo)碼）: 在定界符之前發(fā)送, 以使信號(hào)電路達(dá)到穩(wěn)定的同步狀態(tài)。 PA為持續(xù)7個(gè)字節(jié)的10101010位序列信號(hào)。 SFD（幀定界符）: 它表示有效幀的開(kāi)始, 其代碼為10101011, 只有一個(gè)字節(jié)。 DA, SA（目的地址, 源地址）: 可以選擇16位或48位, 但這兩個(gè)地址長(zhǎng)度必須保持一致。DA可以是單一地址, 也可以是組播地址或廣播地址, 而SA只有單地址。選用48位地址時(shí), 可用特征位來(lái)指示, 作為局部或全局管理地址。,FL（幀長(zhǎng)度）:它用兩字節(jié)來(lái)表示LLC層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU的長(zhǎng)度。 PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）: 表示要傳送的LLC層數(shù)據(jù), 它所包含的LLC層數(shù)據(jù)應(yīng)是一個(gè)8位位組序列。 PAD（填充）: 為了滿(mǎn)足最小幀長(zhǎng)度(64字節(jié))要求, 對(duì)超短數(shù)據(jù)幀要填充若干字節(jié)的零。 FCS（幀校驗(yàn)序列）: 它采用32位CRC校驗(yàn), 用規(guī)定的生成多項(xiàng)式去除數(shù)據(jù)信息, 獲得的余數(shù)作為校驗(yàn)序列, 設(shè)置FCS字段。,(2) 幀發(fā)送控制 在MAC層, 由CSMA/CD協(xié)議控制數(shù)據(jù)幀的發(fā)送, 其工作過(guò)程如下: 一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀, 首先要監(jiān)聽(tīng)介質(zhì), 以確定介質(zhì)上是否有其它站點(diǎn)正在使用介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)幀, 以免破壞正在發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。 如果介質(zhì)是空閑的, 則可以發(fā)送; 如果介質(zhì)是忙碌的, 則要繼續(xù)監(jiān)聽(tīng), 直到介質(zhì)空閑時(shí)方可發(fā)送。 , 在發(fā)送數(shù)據(jù)幀的同時(shí), 還要繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)總線(xiàn)。 一旦監(jiān)聽(tīng)到?jīng)_突發(fā)生, 便立即停止發(fā)送, 并向介質(zhì)發(fā)出一串特殊的阻塞信號(hào)來(lái)加強(qiáng)沖突, 以通知介質(zhì)上各個(gè)站點(diǎn)已發(fā)生沖突, 以免介質(zhì)帶寬因傳送已損壞的幀而被白白地浪費(fèi); 如果無(wú)沖突發(fā)生, 則繼續(xù)發(fā)送, 直至數(shù)據(jù)發(fā)送完。 沖突發(fā)生后, 應(yīng)隨機(jī)延遲一個(gè)時(shí)間量, 再去監(jiān)聽(tīng)介質(zhì), 重新傳送因沖突而被損壞的數(shù)據(jù)幀。 通常采用二進(jìn)制指數(shù)退避算法計(jì)算延遲時(shí)間, 其計(jì)算公式為RA2N。 其中, R為一個(gè)偽隨機(jī)數(shù), A為一個(gè)時(shí)間片, 1個(gè)時(shí)間片等于信號(hào)從始端傳輸?shù)侥┒怂钑r(shí)間的2倍, N為本次傳送所發(fā)生的沖突次數(shù)。, 設(shè)置一個(gè)最大重傳次數(shù), 如果沖突次數(shù)超過(guò)這個(gè)值, 則不再進(jìn)行重傳, 而向上層報(bào)告出錯(cuò)信息。發(fā)生沖突現(xiàn)象主要是由于兩個(gè)及兩個(gè)以上的站點(diǎn)同時(shí)監(jiān)聽(tīng)到介質(zhì)空閑, 幾乎同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)幀而引起的。發(fā)生的沖突站點(diǎn)都要通過(guò)二進(jìn)制指數(shù)退避算法隨機(jī)延遲一個(gè)時(shí)間量。由于各個(gè)站點(diǎn)延遲的時(shí)間量是隨機(jī)的、互不相同的， 因而延遲時(shí)間短的站點(diǎn)將先于延遲時(shí)間長(zhǎng)的站點(diǎn)再去監(jiān)聽(tīng)介質(zhì), 重新傳送數(shù)據(jù)幀; 延遲時(shí)間長(zhǎng)的站點(diǎn)再去監(jiān)聽(tīng)介質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)介質(zhì)已被占用, 就會(huì)退出競(jìng)爭(zhēng),繼續(xù)等待; 這樣就解決了沖突問(wèn)題。二進(jìn)制指數(shù)退避算法是按照后進(jìn)先出的次序控制的, 即未發(fā)生沖突或很少發(fā)生沖突的站點(diǎn)延遲時(shí)間短, 具有優(yōu)先發(fā)送的概率。而發(fā)生過(guò)多次沖突的站點(diǎn)延遲時(shí)間長(zhǎng), 發(fā)送成功的概率較小。,(3) 幀接收控制 介質(zhì)上的非發(fā)送站點(diǎn)總是處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)。 當(dāng)監(jiān)聽(tīng)到介質(zhì)上有信號(hào)時(shí), 則啟動(dòng)幀接收過(guò)程。 對(duì)于接收到的數(shù)據(jù)幀, 要進(jìn)行如下的有效性檢查。 濾除“幀碎片”。 當(dāng)接收的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度小于最小幀長(zhǎng)(64個(gè)字節(jié))限制時(shí), 則認(rèn)為是因沖突而產(chǎn)生的不完整幀, 將該幀丟棄。 檢查數(shù)據(jù)幀的目的地址字段(DA)是否與本站地址相匹配。 如果不匹配, 則說(shuō)明不是發(fā)送給本站的, 將該幀丟棄。地址匹配分為兩種情況: 如果幀的目的地址是單一地址, 則必須完全地址匹配; 如果幀的目的地址是組播地址或廣播地址, 則要當(dāng)作地址匹配接收該幀, 因?yàn)檫@類(lèi)幀需要提交給高層協(xié)議處理。, 對(duì)幀進(jìn)行CRC校驗(yàn)。 如果CRC校驗(yàn)有錯(cuò), 則說(shuō)明發(fā)生傳送錯(cuò)誤, 將該幀丟棄。 對(duì)幀進(jìn)行幀長(zhǎng)度檢驗(yàn)。 幀長(zhǎng)必須是8位的整數(shù)倍, 否則丟棄掉。 最后將有效的幀提交給LLC層。,4.2.2 100BASE - T網(wǎng)絡(luò)組成,圖4.3 100BASE - T網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)則,100BASE - T標(biāo)準(zhǔn)定義了兩級(jí)中繼器, 即1級(jí)中繼器（Class )和2級(jí)中繼器(Class ), 一個(gè)網(wǎng)段中最多允許有一個(gè)1級(jí)中繼器或兩個(gè)2級(jí)中繼器。 100BASE-T網(wǎng)絡(luò)的主要拓?fù)湟?guī)則為: 集線(xiàn)器與站點(diǎn)之間的最大UTP電纜長(zhǎng)度仍為100 m; 采用半雙工100BASE - FX進(jìn)行MAC到MAC連接時(shí), 光纖長(zhǎng)度可達(dá)400 m; 采用兩個(gè)2級(jí)中繼器時(shí), 中繼器之間的最大電纜長(zhǎng)度為5 m;,采用雙中繼器結(jié)構(gòu)時(shí), 兩個(gè)站點(diǎn)之間(端點(diǎn)到端點(diǎn))的最大網(wǎng)絡(luò)電纜長(zhǎng)度為205 m(100+5+100=205 m UTP); 采用單中繼器結(jié)構(gòu)時(shí), 可連接185 m的光纖。 這種情況下的最大網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)纜長(zhǎng)度為285 m(100 mUTP+185 m光纖下行鏈路); 采用全雙工100BASE - FX進(jìn)行遠(yuǎn)距離連接時(shí), 兩臺(tái)設(shè)備之間的連接距離可達(dá)2000 m。,千兆位以太網(wǎng)是由千兆位以太網(wǎng)聯(lián)盟開(kāi)發(fā)的1000 Mb/s以太網(wǎng)技術(shù), IEEE已將它作為IEEE 802.3z和802.3ab標(biāo)準(zhǔn), 成為802.3標(biāo)準(zhǔn)家族中的新成員。 千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)主要定義了物理層規(guī)范, 而MAC層仍采用CSMA/CD協(xié)議, 但對(duì)其規(guī)范進(jìn)行了重定義, 以維持適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)傳輸距離。 由于千兆位以太網(wǎng)和其它以太網(wǎng)一樣, 沒(méi)有提供對(duì)QoS的支持, 這對(duì)于多媒體通信來(lái)說(shuō), 仍然是一種缺陷。,4.3 千兆位以太網(wǎng),1. 千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)分成兩個(gè)部分: IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab。 IEEE 802.3z定義的傳輸介質(zhì)為光纖和寬帶同軸電纜, 鏈路操作模式為全雙工操作。 其中: 光纖系統(tǒng): 支持多模光纖和單模光纖系統(tǒng), 多模光纖的傳輸距離為500 m; 單模光纖的傳輸距離為2000 m。 寬帶同軸電纜系統(tǒng): 其傳輸距離為25 m。 IEEE 802.3ab定義的傳輸介質(zhì)為5類(lèi)UTP電纜, 傳輸距離為為100 m, 鏈路操作模式為半雙工。,2. 向千兆位以太網(wǎng)遷移和升級(jí),圖 4.4 千兆位以太網(wǎng)解決方案,(1) 交換機(jī)與交換機(jī)之間的連接 一種簡(jiǎn)單的升級(jí)方案是將交換機(jī)與交換機(jī)之間的鏈路速率由100 Mb/s升級(jí)到1000 Mb/s。 這種升級(jí)方案需要在相應(yīng)的交換機(jī)上安裝千兆位以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)端口模塊, 并通過(guò)這些模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)1000 Mb/s鏈路的連接。 升級(jí)后的網(wǎng)絡(luò)能夠連接更多的交換式或共享式100BASE -T網(wǎng)段, 在更大的范圍內(nèi)為用戶(hù)提供高帶寬的訪(fǎng)問(wèn)能力。,(2) 交換機(jī)與服務(wù)器之間的連接 另一種升級(jí)方案是將企業(yè)網(wǎng)中全局性的超級(jí)服務(wù)器遷移到交換機(jī)的千兆位以太網(wǎng)端口上, 使鏈路速率升級(jí)到1000 Mb/s。 這種升級(jí)方案需要在交換機(jī)和服務(wù)器上分別安裝千兆位以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)端口模塊和千兆位以太網(wǎng)網(wǎng)卡, 以實(shí)現(xiàn)1000 Mb/s鏈路連接。 升級(jí)后的網(wǎng)絡(luò)將大大增加企業(yè)服務(wù)器的吞吐量, 為用戶(hù)提供更快速的信息訪(fǎng)問(wèn)能力。 千兆位以太網(wǎng)的推出再一次顯示了以太網(wǎng)技術(shù)在構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上所發(fā)揮的重要作用, 也為多媒體通信提供更大的傳輸帶寬。,4.4 100VG - AnyLAN網(wǎng)絡(luò),4.4.1 100VG-AnyLAN技術(shù)規(guī)范,1. 物理層 (1) PMD子層 PMD子層的主要功能是信道復(fù)用（僅用于2對(duì)電纜或光纖系統(tǒng)）、 NRZ編碼、 鏈路操作模式和連接狀態(tài)控制等。 100VG標(biāo)準(zhǔn)支持四種介質(zhì)類(lèi)型: 4對(duì)UTP、 2對(duì)UTP、2對(duì)STP和光纖。 對(duì)于2對(duì)電纜或光纖系統(tǒng), 由PMD子層通過(guò)多路轉(zhuǎn)換的方法將4個(gè)通道分別轉(zhuǎn)換成2個(gè)或1個(gè)通道, 實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用。對(duì)于4對(duì)電纜系統(tǒng), 每對(duì)線(xiàn)都構(gòu)成1個(gè)傳送通道, 并以25 MHz的信號(hào)速率工作, 那么4個(gè)傳送通道的數(shù)據(jù)速率之和可達(dá)到100 Mb/s。,在4對(duì)電纜系統(tǒng)中, 每對(duì)線(xiàn)都構(gòu)成1個(gè)傳送通道, 4對(duì)線(xiàn)的配對(duì)方式是: 線(xiàn)1和線(xiàn)2組成通道0; 線(xiàn)3和線(xiàn)2組成通道1; 線(xiàn)4和線(xiàn)5組成通道2; 線(xiàn)7和線(xiàn)8組成通道3。 根據(jù)傳送的數(shù)據(jù)類(lèi)型, 鏈路操作可采用全雙工或半雙工方式。 全雙工操作用于在集線(xiàn)器與站點(diǎn)之間傳輸鏈路狀態(tài)控制信息, 從集線(xiàn)器向站點(diǎn)傳輸鏈路狀態(tài)控制信息時(shí)要使用通道0和通道1; 從站點(diǎn)向集線(xiàn)器傳輸鏈路狀態(tài)控制信息時(shí)要使用通道2和通道3。 半雙工操作用于在集線(xiàn)器與站點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù), 并使用全部四個(gè)通道, 從站點(diǎn)向集線(xiàn)器傳送數(shù)據(jù), 或站點(diǎn)從集線(xiàn)器接收數(shù)據(jù)。,(2) PMI子層 PMI子層的主要功能包括傳輸通道選擇、 5B6B編碼和數(shù)據(jù)幀封裝等, 為PMD子層傳輸幀做好裝備。 通道選擇是把MAC幀8位位組分成5位位組, 并順序地分配給4個(gè)通道的過(guò)程。 分成5位位組是為了5B6B編碼的需要。 5B6B編碼是將5位位組數(shù)據(jù)編碼成6位符號(hào), 通過(guò)這一編碼過(guò)程將產(chǎn)生一個(gè)平衡的數(shù)據(jù)模式, 以便于接收端的時(shí)鐘同步。 每個(gè)通道都要進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的封裝, 為數(shù)據(jù)幀添加幀前導(dǎo)碼、 幀起始定界符和幀結(jié)束定界符, 形成最終在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)膸袷健?2. MAC層 MAC層定義了一種稱(chēng)為需求優(yōu)先訪(fǎng)問(wèn)(DPA)的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制協(xié)議。 DPA協(xié)議是一種集中式確定型協(xié)議, 由集線(xiàn)器對(duì)站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)實(shí)行集中控制。 當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)需要傳送數(shù)據(jù)時(shí), 首先要向集線(xiàn)器發(fā)出傳輸請(qǐng)求，只有當(dāng)集線(xiàn)器認(rèn)可請(qǐng)求并指示傳送時(shí), 該站點(diǎn)才能開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。從理論上講, 這種MAC協(xié)議能夠減少或消除因沖突而產(chǎn)生的重復(fù)傳送現(xiàn)象, 有利于提高網(wǎng)絡(luò)有效帶寬, 減少網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。,圖 4.5 100VG - AnyLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),(1) 100VG網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),(2) DPA協(xié)議 DPA協(xié)議是一種集中式介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制協(xié)議, 它規(guī)定任何站點(diǎn)需要傳送數(shù)據(jù)時(shí), 必須首先向集線(xiàn)器發(fā)出傳輸請(qǐng)求, 只有在集線(xiàn)器認(rèn)可請(qǐng)求并指示傳送時(shí), 站點(diǎn)才能開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。DPA協(xié)議定義了兩種傳輸請(qǐng)求: 正常優(yōu)先權(quán)請(qǐng)求（Normal Priority Request, NPR）和高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求（High Priority Request, HPR）。 通常, 傳輸請(qǐng)求優(yōu)先權(quán)是由站點(diǎn)上高層軟件(管理軟件或應(yīng)用軟件)設(shè)定的。高層軟件將根據(jù)應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性的需求, 選擇適當(dāng)?shù)姆?wù)類(lèi)別和相應(yīng)的優(yōu)先級(jí), 然后提交給MAC層。 MAC層將根據(jù)其優(yōu)先級(jí), 向集線(xiàn)器發(fā)出NPR或HPR。,每個(gè)集線(xiàn)器為NPR和HPR分別建立和維護(hù)一個(gè)獨(dú)立的請(qǐng)求隊(duì)列。NPR是按端口號(hào)順序排隊(duì)等待處理, 而HPR則按先來(lái)先服務(wù)的規(guī)則進(jìn)行處理。 集線(xiàn)器在處理NPR過(guò)程中, 如果接收到HPR, 則先存入HPR隊(duì)列, 在處理完當(dāng)前正在進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸后, 立即開(kāi)始處理HPR。當(dāng)HPR隊(duì)列中所有的HPR都處理完后, 再返回繼續(xù)處理NPR隊(duì)列中的請(qǐng)求。 為了保證在HPR過(guò)分密集的情況下也能對(duì)NPR進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚? 集線(xiàn)器將連續(xù)地監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求發(fā)送時(shí)間, 如果時(shí)間延時(shí)超過(guò)規(guī)定的最大時(shí)限（大約200300 ms）, 則集線(xiàn)器自動(dòng)將NPR升級(jí)為HPR。,當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)發(fā)出一個(gè)傳輸請(qǐng)求后, 與該站點(diǎn)直接相連的集線(xiàn)器將接收這個(gè)請(qǐng)求。如果該集線(xiàn)器是網(wǎng)絡(luò)中惟一的集線(xiàn)器, 那么它就是網(wǎng)絡(luò)的中央集線(xiàn)器, 該集線(xiàn)器將根據(jù)站點(diǎn)登記的地址和請(qǐng)求優(yōu)先權(quán)來(lái)處理這個(gè)傳輸請(qǐng)求。 如果直接相連的集線(xiàn)器不是中央集線(xiàn)器, 它就將傳輸請(qǐng)求傳送給它的上一級(jí)集線(xiàn)器, 直至送到中央集線(xiàn)器。中央集線(xiàn)器在循環(huán)掃描周期內(nèi)依次查詢(xún)各個(gè)端口, 如果有請(qǐng)求的端口是個(gè)單節(jié)點(diǎn)（連接的是站點(diǎn)）, 則分配一個(gè)時(shí)間片, 允許它傳送一個(gè)數(shù)據(jù)幀; 如果有請(qǐng)求的端口是個(gè)多節(jié)點(diǎn)（連接的是下級(jí)集線(xiàn)器）, 則根據(jù)站點(diǎn)數(shù)分配相應(yīng)數(shù)量的時(shí)間片, 允許其下級(jí)集線(xiàn)器的每個(gè)端口都能傳送一個(gè)數(shù)據(jù)幀。例如, 在圖4.5中, NPR的處理順序是: PC1 - 1, PC2 - 1, PC2 - 2, , PC2 - n, PC1 - 3, , PC1 - n。如果其中發(fā)生HPR, 則該請(qǐng)求將得到優(yōu)先處理, 而與端口順序無(wú)關(guān)。,(3) 連接準(zhǔn)備 連接準(zhǔn)備是一個(gè)連接的初始化過(guò)程。 在連接準(zhǔn)備過(guò)程中, 集線(xiàn)器與站點(diǎn)之間通過(guò)相互交換一些特殊的測(cè)試幀來(lái)測(cè)試電纜連接的正確性。 同時(shí), 站點(diǎn)還要向集線(xiàn)器報(bào)告有關(guān)的連接信息, 如設(shè)備類(lèi)型（集線(xiàn)器或站點(diǎn)）、操作模式（普通或監(jiān)控）、幀格式（802.3或802.5）以及連接到該端口的站地址等。這樣, 集線(xiàn)器在進(jìn)入連接操作前可以獲得每個(gè)端口所連接站點(diǎn)設(shè)備的有關(guān)信息。 連接準(zhǔn)備是在站點(diǎn)或集線(xiàn)器初始加電時(shí), 或在站點(diǎn)首次連接到集線(xiàn)器時(shí)由站點(diǎn)發(fā)起的。當(dāng)站點(diǎn)或集線(xiàn)器檢測(cè)到特定的錯(cuò)誤時(shí), 也會(huì)發(fā)出連接準(zhǔn)備請(qǐng)求。,(4) MAC幀準(zhǔn)備 MAC幀準(zhǔn)備是一個(gè)MAC幀的封裝過(guò)程。 MAC層要按所選擇的幀格式（802.3或802.5）對(duì)LLC層傳下來(lái)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行封裝, 如填寫(xiě)源地址字段、 計(jì)算并填寫(xiě)幀校驗(yàn)和等。封裝后的MAC幀就可提交給物理層進(jìn)行傳送了。,4.4.2 100VG - AnyLAN網(wǎng)絡(luò)組成 100VG網(wǎng)絡(luò)采用的是和10BASE - T相一致的星形結(jié)構(gòu), 主要拓?fù)湟?guī)則為: 站點(diǎn)與HUB之間的最大電纜長(zhǎng)度為: 3類(lèi)UTP和1類(lèi)STP為100 m, 5類(lèi)UTP為150 m; 對(duì)于3類(lèi)UTP和1類(lèi)STP電纜, 可支持4個(gè)中繼器(即HUB)行程, HUB之間的最大電纜長(zhǎng)度 為100 m; 對(duì)于5類(lèi)UTP, 可支持3個(gè)中繼器行程, HUB之間的最大電纜長(zhǎng)度為100 m; 兩個(gè)站點(diǎn)之間(即端 - 端)的最大網(wǎng)絡(luò)電纜長(zhǎng)度為500 m。 采用半雙工連接時(shí)的光纖長(zhǎng)度可達(dá)2000 m。,4.5 FDDI 網(wǎng) 絡(luò),4.5.1 FDDI技術(shù)規(guī)范 FDDI標(biāo)準(zhǔn)由物理層、 MAC層以及站管理等協(xié)議組成。 其中, 物理層分成物理介質(zhì)相關(guān)（PMD）和物理協(xié)議（PHY）兩個(gè)子層。 1. 物理層 (1) PMD子層 PMD子層定義了光纖介質(zhì)以及光纖連接器、 光纖收發(fā)器等連接設(shè)備的技術(shù)特性。 ,PMD子層定義了兩種光纖: 一種是多模光纖; 另一種是單模光纖。 對(duì)于多模光纖, 鏈路長(zhǎng)度可達(dá)4 km; 對(duì)于單模光纖, 型收發(fā)器所允許的鏈路長(zhǎng)度可達(dá)1015 km, 型收發(fā)器所允許的鏈路長(zhǎng)度可達(dá)4060 km, 并允許單模光纖和多模光纖混合使用。,2. MAC層 MAC層主要定義了一種稱(chēng)為定時(shí)令牌循環(huán)協(xié)議的MAC協(xié)議, 它是IEEE 802.5 MAC協(xié)議的改進(jìn)型, 在介質(zhì)利用和帶寬分配等方面具有更高的性能。 (1) MAC幀格式,圖 4.6 FDDI的MAC幀格式,PA: 前文, 用于站點(diǎn)的時(shí)鐘同步。 SD: 起始定界符, 用于識(shí)別有效信息的開(kāi)始。 FC: 幀控制, 由8位組成, 用于確定幀類(lèi)型的特征。 如果是令牌幀, 則定義令牌的類(lèi)型（限制性令牌或非限制性令牌）; 如果是數(shù)據(jù)幀, 則定義服務(wù)的類(lèi)型（同步幀或異步幀）、 地址域長(zhǎng)度（16位或48位）、 服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)（SAP)以及其它與類(lèi)型相關(guān)的信息。 DA、 SA: 目的地址、 源地址。 它們的長(zhǎng)度取決于FC的值, 可以是16位或48位。 DA可以是單一地址、 多點(diǎn)地址或廣播地址。,INFO: 信息域, 其最大長(zhǎng)度為4500個(gè)字節(jié)（基本型FDDI）或者8600個(gè)字節(jié)（增強(qiáng)型FDDI）。 FCS: 幀校驗(yàn)序列, 采用32位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）。 ED: 結(jié)束定界符, 令牌幀是8位, 其它幀是4位。 FS: 幀狀態(tài), 用于指示檢錯(cuò)、 識(shí)別地址以及幀復(fù)制等狀態(tài)。,(2) 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)機(jī)理 FDDI和TokenRing(802.5)一樣都采用了令牌環(huán)介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制協(xié)議, 即只有獲得令牌(Token)的站點(diǎn), 才有權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù)。 802.5采用的是單令牌協(xié)議; 而FDDI 采用的是多令牌協(xié)議,FDDI協(xié)議規(guī)定發(fā)送站在發(fā)送完數(shù)據(jù)幀后, 可立即發(fā)送一個(gè)新令牌, 而不必等到數(shù)據(jù)幀返回后才發(fā)送令牌, 這一點(diǎn)與802.5不同。 因此, FDDI具有較高的介質(zhì)利用率。 非發(fā)送站對(duì)接收到的幀進(jìn)行信號(hào)整形, 以補(bǔ)償信號(hào)的傳輸衰減和時(shí)鐘偏移, 同時(shí)比較數(shù)據(jù)幀的目的地址是否與本站地址相匹配。如果匹配, 則將數(shù)據(jù)幀復(fù)制到本站的緩沖區(qū)中; 否則只轉(zhuǎn)發(fā)幀。數(shù)據(jù)幀繞環(huán)一周, 再由發(fā)送站從環(huán)上取下該幀。,(3) 通信帶寬容量分配 為了保證所有的站點(diǎn)都能以均等的機(jī)會(huì)訪(fǎng)問(wèn)介質(zhì), FDDI定義一種定時(shí)令牌循環(huán)協(xié)議, 它規(guī)定每個(gè)站都要連續(xù)地測(cè)算令牌繞環(huán)一周所耗費(fèi)的時(shí)間量。 時(shí)間量越大, 說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)載(即站點(diǎn)數(shù)量)就越大。 每個(gè)站點(diǎn)都要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的大小自動(dòng)地調(diào)整占用令牌的時(shí)間, 以便公平且有限地使用介質(zhì)。,為了有效利用和控制通信帶寬, FDDI定義了兩種通信方式: 一種是同步方式, 其帶寬和響應(yīng)時(shí)間是保證的, 主要用于傳送音頻、 視頻等多媒體信息, 這類(lèi)幀稱(chēng)為同步幀; 另一種是異步方式, 其帶寬是動(dòng)態(tài)共享的, 主要用于傳送系統(tǒng)控制信息和用戶(hù)會(huì)話(huà)信息, 這類(lèi)幀稱(chēng)為異步幀。 各個(gè)站點(diǎn)在占用令牌的時(shí)間內(nèi), 利用定時(shí)令牌循環(huán)控制機(jī)制, 確定發(fā)送同步幀的數(shù)量, 并動(dòng)態(tài)地確定是否發(fā)送異步幀以及發(fā)送異步幀的數(shù)量。 此外, 在異步通信方式下, 令牌被分成限制性令牌和非限制性令牌兩種。限制性令牌主要用于實(shí)現(xiàn)多幀對(duì)話(huà)功能; 非限制性令牌則用于傳送對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù), 它提供了8個(gè)優(yōu)先級(jí)別以及相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)調(diào)度功能, 允許高層軟件通過(guò)優(yōu)先級(jí)對(duì)異步帶寬進(jìn)行調(diào)整和控制。,定時(shí)令牌循環(huán)協(xié)議規(guī)定每個(gè)FDDI站點(diǎn)設(shè)有三個(gè)計(jì)數(shù)器: 目標(biāo)令牌循環(huán)時(shí)間(TTRT): 在初始化時(shí)設(shè)置的, 并且固定不變。 令牌循環(huán)時(shí)間(TRT): 一個(gè)站點(diǎn)從發(fā)送令牌后到再次得到令牌所經(jīng)歷的時(shí)間。 TRT值大小反映了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況, 該值越大, 說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)負(fù)載越大。 令牌持有時(shí)間(THT): 一個(gè)站點(diǎn)得到令牌后可用于發(fā)送數(shù)據(jù)幀的時(shí)間。 當(dāng)THT值減為0后, 該站點(diǎn)必須向下游站點(diǎn)發(fā)送令牌。 如果這時(shí)還有數(shù)據(jù)未發(fā)送完, 則要等到下次得到令牌后再發(fā)送。,每個(gè)FDDI 站點(diǎn)將按下列方式確定同步和異步時(shí)間片: 同步時(shí)間片:TTTRTN, N為環(huán)中同步站點(diǎn)數(shù); 異步時(shí)間片: THT=TTRTTRT。 每個(gè)FDDI站點(diǎn)所采用的數(shù)據(jù)發(fā)送策略是: 首先在同步時(shí)間片內(nèi)發(fā)送同步幀, 然后再在異步時(shí)間片內(nèi)發(fā)送異步幀。 這樣, 一個(gè)令牌的繞環(huán)時(shí)間最長(zhǎng)為2TTRT, 這就是一個(gè)站點(diǎn)最遲可獲得令牌的時(shí)間。它也說(shuō)明了FDDI所采用的定時(shí)令牌循環(huán)協(xié)議是一種分布式確定型訪(fǎng)問(wèn)控制協(xié)議。,3. 站管理 站管理協(xié)議主要定義了若干管理服務(wù)功能, 用于管理和協(xié)調(diào)FDDI中各個(gè)子層的操作, 以保證環(huán)網(wǎng)上的所有站點(diǎn)都能協(xié)調(diào)一致地工作。 站管理服務(wù)主要有連接管理(站的插入和刪除)、站點(diǎn)初始化管理、內(nèi)部配置管理、 故障的隔離與恢復(fù)、外部控制接口協(xié)議、 統(tǒng)計(jì)信息的收集以及地址管理等。,4.5.2 FDDI網(wǎng)絡(luò)組成,圖 4.7 FDDI環(huán)網(wǎng)的組成, 雙連接站（DAS）。 DAS有兩個(gè)光收發(fā)器, 連接到雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)環(huán)上, 能夠在兩個(gè)環(huán)上接收和中繼光信號(hào)。DAS規(guī)定了兩個(gè)光纖連接口, 一個(gè)是A接口, 內(nèi)含主環(huán)的輸入和次環(huán)的輸出; 另一個(gè)是B接口, 內(nèi)含主環(huán)的輸出和次環(huán)的輸入。 當(dāng)其中的一個(gè)光收發(fā)器失靈或一條物理鏈路發(fā)生故障時(shí), DAS仍可正常工作, 具有較高的可靠性。 單連接站（SAS）。 SAS只有一個(gè)光收發(fā)器, 只能連接到一個(gè)環(huán)路上。SAS的物理接口稱(chēng)為從口（即S口）, 必須通過(guò)集中器與雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)連接。, 集中器（Concentrator）。 集中器本身可以是DAS（連接到雙環(huán)上）, 也可以是SAS（連接到另一個(gè)集中器上）。 集中器提供的附加口稱(chēng)為主口（即M口）, 用于將SAS連接到雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)上。 集中器接收來(lái)自主環(huán)上的數(shù)據(jù), 然后依次轉(zhuǎn)發(fā)到主口所連接的設(shè)備上, 在最后一個(gè)主口收到數(shù)據(jù)后, 再轉(zhuǎn)發(fā)到主環(huán)上。 當(dāng)集中器所連接的設(shè)備發(fā)生故障或主口空閑時(shí), 有關(guān)鏈路在其內(nèi)部被旁路, 使環(huán)網(wǎng)仍能保持連通。,在FDDI網(wǎng)絡(luò)中, 站點(diǎn)內(nèi)部設(shè)置了若干監(jiān)控機(jī)制, 用于識(shí)別鏈路或站點(diǎn)出現(xiàn)的故障、 站的刪除、 掉電以及鏈路誤碼率與噪音的監(jiān)測(cè)等。 集中器內(nèi)部采用旁路機(jī)構(gòu)來(lái)繞開(kāi)故障, 而DAS則采用短路方式來(lái)繞開(kāi)故障。在短路情況下, 站點(diǎn)上正常工作一側(cè)得到的輸入信號(hào)將直接送到同一側(cè)的輸出光纖上; 另外, 在故障一側(cè)最近的鄰接站也要作短路處理, 從而繞開(kāi)了故障。 這時(shí), 雙環(huán)網(wǎng)變成單環(huán)網(wǎng)。如果同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)短路情況, 則雙環(huán)被分成兩個(gè)不相連的子網(wǎng)。當(dāng)故障消除后, 網(wǎng)絡(luò)將會(huì)自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)的雙環(huán)操作方式。,4.6 ATM 網(wǎng) 絡(luò),ATM（Asynchronous Transfer Mode, 異步傳輸模式）是一種面向連接的交換式網(wǎng)絡(luò), 支持多種不同的服務(wù)類(lèi)別, 提供155 Mb/s、 622 Mb/s或者更高的傳輸速率。 ATM作為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B - ISDN）的核心技術(shù), 將WAN和LAN綜合在一個(gè)統(tǒng)一的公共網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)上, 以滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的多媒體通信業(yè)務(wù)的需要。 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用上發(fā)揮了巨大的作用, 目前仍然是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主體。 但隨著多媒體通信業(yè)務(wù)量的發(fā)展, 越來(lái)越暴露出以下幾個(gè)方面的缺陷。, 基于非連接的地址匹配規(guī)則。 數(shù)據(jù)傳輸是以可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)幀為單位, 并且是以“目的站點(diǎn)是可用的”的假設(shè)條件為前提的。 在數(shù)據(jù)幀中要包含源地址和目的地址, 每個(gè)站點(diǎn)都要檢查數(shù)據(jù)幀中的目的地址是否與本站地址相匹配來(lái)決定是否接收該數(shù)據(jù)幀。 這時(shí), 如果目的站點(diǎn)沒(méi)有準(zhǔn)備好, 則該數(shù)據(jù)幀將會(huì)成為一次無(wú)效的傳輸, 白白浪費(fèi)寶貴的傳輸帶寬。 共享同一條傳輸介質(zhì)。網(wǎng)絡(luò)中的所有站點(diǎn)都共享同一條傳輸介質(zhì), 如果當(dāng)前傳輸介質(zhì)被占用, 則所有其它要傳送信息的站點(diǎn)都必須要等待, 結(jié)果產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)延遲, 影響網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。, 共享相同的網(wǎng)絡(luò)帶寬。 網(wǎng)絡(luò)中的所有站點(diǎn)都采用單一傳輸速率, 并共享相同的網(wǎng)絡(luò)帶寬, 難以適應(yīng)不斷發(fā)展的應(yīng)用對(duì)傳輸速率的不同需求。 雖然通過(guò)采用交換式網(wǎng)絡(luò)和提高傳輸速率等手段使傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)多媒體通信的支持能力有了一定程度的提高, 但無(wú)法克服傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)固有的缺陷。,ATM網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)制, 從根本上克服了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的缺陷, 提供了很高的網(wǎng)絡(luò)性能, 其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為: 面向連接的傳輸機(jī)制。 以信元(Cell)為信息傳輸單位。 基于ATM交換機(jī)的交換式網(wǎng)絡(luò)。 多種速率接口。 多種服務(wù)類(lèi)型。,4.6.1 ATM網(wǎng)絡(luò)參考模型,圖 4.8 ATM網(wǎng)絡(luò)參考模型,1. ATM物理層 ATM物理層由傳輸匯聚（Transmission Convergence）子層和物理介質(zhì)相關(guān)(Physical Medium Department)子層組成, 主要完成物理線(xiàn)路編碼和信息傳輸?shù)墓δ堋?傳輸匯聚子層的功能是實(shí)現(xiàn)物理層匯聚協(xié)議(PLCP), 如信元頭差錯(cuò)校正、 信元同步、 信元速率匹配和傳輸幀生成等, 以保證整個(gè)物理鏈路上信號(hào)的傳送和接收。物理介質(zhì)相關(guān)子層負(fù)責(zé)物理介質(zhì)性質(zhì)、 位同步定時(shí)以及線(xiàn)路編碼等。,ATM論壇定義了下列物理層接口: SONET: SONET(同步光纖網(wǎng))是一種以光纖為傳輸介質(zhì)的物理網(wǎng)絡(luò), 主要應(yīng)用于公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。 SONET定義了五個(gè)速率等級(jí), 并且都是51.84 Mb/s的倍數(shù), 即51.84 Mb/s2488.32 Mb/s。 國(guó)際上采用SONET作為國(guó)際信令系統(tǒng)時(shí), 則將這種系統(tǒng)稱(chēng)為SDH（同步數(shù)字系列), SDH的操作基本上與SONET相同。 ATM將SONET 中STS - 3作為廣域連接接口, 其速率為155.52 Mb/s。, DS - 3: DS（Digital Signal）接口也是用于ATM網(wǎng)絡(luò)的廣域連接, 其中DS-3的傳輸速率為44.736 Mb/s。 DS - 3和SONET都使用了幀結(jié)構(gòu), 即將一組信元封裝在一個(gè)幀結(jié)構(gòu)中進(jìn)行傳送的, 而且每幀之間要有指定的間隔。 由于這些幀是以固定的間隔進(jìn)行傳輸?shù)? 如果用戶(hù)信息未能按固定的規(guī)律達(dá)到, 則對(duì)應(yīng)的幀只能填入空信元。 4B5B: 4B5B用于實(shí)現(xiàn)ATM網(wǎng)絡(luò)的局域連接, 其傳輸速率是100 Mb/s。 4B5B接口是面向信元傳輸?shù)? 只有在用戶(hù)信元有效情況下才啟動(dòng)信元傳送, 故稱(chēng)4B5B為信元接口。, 8B10B: 8B10B接口也是用于實(shí)現(xiàn)ATM網(wǎng)絡(luò)的局域連接, 其傳輸速率是155.52 Mb/s。 這一速率與SONET、 STS-3C數(shù)據(jù)速率嚴(yán)格匹配。 8B10B接口與4B5B接口不同的是使用了幀結(jié)構(gòu), 每個(gè)幀由27個(gè)信元組成, 即每次傳送27個(gè)信元, 故稱(chēng)8B10B為數(shù)據(jù)塊接口。 ATM物理接口描述了特定的信號(hào)編碼, 使ATM信元以可識(shí)別的格式傳送到目的地。,2. ATM層 ATM層主要定義了面向連接的信元傳輸服務(wù)機(jī)制和通信規(guī)程。 ATM連接是基于虛電路概念的, 并分為永久虛電路（PVC）和交換虛電路（SVC）兩種。永久虛電路是通過(guò)人工方式在ATM網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)路徑映射而建立的連接, 必須由人工干預(yù)才能撤銷(xiāo); 交換虛電路是通過(guò)ATM信令協(xié)議動(dòng)態(tài)地在ATM網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)之間建立的連接或撤銷(xiāo), 而無(wú)需人工干預(yù)。 不論是永久虛電路還是交換虛電路, 它們都是建立在虛路徑 (VP)和虛通道（VC)概念基礎(chǔ)上的。虛路徑是虛通道的集束, 一個(gè)虛路徑內(nèi)可以有多個(gè)虛通道, 允許ATM交換設(shè)備將多個(gè)虛通道捆綁在一個(gè)虛路徑上以相同的方式進(jìn)行公共處理。,在建立連接時(shí), 每個(gè)連接都被分配一個(gè)惟一的虛路徑標(biāo)識(shí)符(VPI)和虛通道標(biāo)識(shí)符(VCI)。 VPI和VCI的組合則可惟一地標(biāo)識(shí)ATM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的一個(gè)連接, 也可以在ATM網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)多個(gè)端點(diǎn)間的相互映射。 在ATM網(wǎng)絡(luò)中, 一個(gè)ATM端點(diǎn)可支持256個(gè)虛路徑, 每個(gè)虛路徑可支持65 536個(gè)虛通道, 組合起來(lái)可支持多達(dá)16 777 216個(gè)連接。 ATM網(wǎng)絡(luò)定義了兩種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn): 端點(diǎn)和中間點(diǎn)。 端點(diǎn)是用戶(hù)節(jié)點(diǎn), 如工作站、服務(wù)器或其它設(shè)備; 中間點(diǎn)是ATM交換節(jié)點(diǎn), 如ATM交換機(jī)。端到端的連接要通過(guò)中間點(diǎn)才能連接起來(lái), 中間點(diǎn)一般不關(guān)心信息的內(nèi)容,只提供信息轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中, 中間點(diǎn)要保證在建立連接時(shí)所承諾的服務(wù)質(zhì)量。,(1) ATM信元格式,圖 4.9 ATM信元結(jié)構(gòu),信元頭各個(gè)字段的意義如下: GFC為一般流量控制標(biāo)志, 用來(lái)實(shí)現(xiàn)端點(diǎn)到交換機(jī)的流量控制。 GFC是針對(duì)UNI信元的, 對(duì)于NNI信元, 該字段為VPI。 VPI為虛路徑標(biāo)識(shí)符, 用來(lái)定義ATM網(wǎng)絡(luò)中的一條虛路徑連接。 VCI為虛通道標(biāo)識(shí)符, 用來(lái)定義ATM網(wǎng)絡(luò)中的一條虛通道連接。 PT為信元載體類(lèi)型, 用來(lái)定義該信元是用戶(hù)信元, 還是管理信元。 CLP為信元的優(yōu)先級(jí), 用于網(wǎng)絡(luò)擁塞處理。 當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí), 交換機(jī)將丟棄CLP=1的信元, 而保留CLP=0的信元。 HEC為信元頭錯(cuò)誤控制, 用來(lái)保證信元頭的正確性。,(2) 信元處理 根據(jù)ATM節(jié)點(diǎn)性質(zhì)(端點(diǎn)和中間點(diǎn))不同, ATM層提供的信元處理功能也不同。 對(duì)于端點(diǎn), ATM層提供的信元處理功能相對(duì)比較簡(jiǎn)單, 即: 信元頭的生成。 當(dāng)ATM層從ATM適配層接收到信元體后, 生成一個(gè)信元頭, 附加在信元體上, 形成完整的信元格式, 然后再傳送給物理層。ATM層并不關(guān)心信元體的內(nèi)容, 只是把它當(dāng)作要傳送的二進(jìn)制位流, 也就是說(shuō), ATM層與服務(wù)級(jí)別無(wú)關(guān)。, 信元頭的分離。當(dāng)ATM層從物理層接收到信元時(shí), 先分離信元頭, 將信元體傳送給ATM適配層。然后再把信元頭提交給ATM適配層進(jìn)行處理, 這些信息包含了用戶(hù)信元類(lèi)型、接收優(yōu)先級(jí)以及阻塞指示等。 對(duì)于中間點(diǎn)(即交換機(jī)), ATM層的信元處理功能要復(fù)雜一些, 即: 信元頭的轉(zhuǎn)換。由于VPI和VCI只有局部意義, 當(dāng)信元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)這些值可能會(huì)發(fā)生變化。中間點(diǎn)必須將輸入的VPI/VCI值轉(zhuǎn)換成輸出的VPI/VCI值。 每當(dāng)信元頭被轉(zhuǎn)換時(shí), 必須對(duì)HEC值重新進(jìn)行計(jì)算。, 信元的選徑。 對(duì)于從端口輸入的信元, 首先進(jìn)行信元分撿, 然后根據(jù)信元的VPI和VCI值選擇適當(dāng)?shù)亩丝谳敵觥?duì)于多個(gè)端口輸入的信元, 有些信元可能需要匯集到同一個(gè)端口輸出, 有些信元也可能需要匯集到不同的端口輸出。 信元的差錯(cuò)處理。 當(dāng)發(fā)生下列情況之一時(shí), 信元將被丟棄: 無(wú)效的信元頭, 即信元頭的HEC值校驗(yàn)錯(cuò)誤。 信元頭的VPI和VCI值標(biāo)識(shí)了一個(gè)尚未建立的連接或超出指定的范圍。 信元頭的PT值為2（即系統(tǒng)保留值）。 在鏈路上發(fā)生阻塞, 將丟棄CLP=1的信元, 不能支持更多的交通。, 信元的流量管理。 在建立連接時(shí), 端點(diǎn)將根據(jù)ATM適配層的服務(wù)級(jí)別要求向交換機(jī)提交網(wǎng)絡(luò)特性參數(shù)來(lái)描述該連接的性能需求, 這些特性參數(shù)主要有峰值信元速率、 可支持信元的速率、 速率變化的最大范圍以及可容許的信元延遲等, 這些特性參數(shù)實(shí)際上規(guī)定了用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腝oS需求。一旦雙方按商定的特性參數(shù)建立起連接, 在以后的信元傳輸過(guò)程中, 交換機(jī)必須按上述特性參數(shù)要求對(duì)信元流量實(shí)施控制和管理, 提供信元轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù), 并保證與建立連接時(shí)相一致的服務(wù)質(zhì)量。, 網(wǎng)絡(luò)阻塞控制。當(dāng)一條鏈路的流量大于該鏈路的容量時(shí), 將產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)阻塞現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)阻塞將會(huì)造成信元的丟失。通常, 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載超過(guò)交換機(jī)最大容量的90% 以上時(shí), 交換機(jī)將通過(guò)修改信元頭來(lái)指示阻塞事件的發(fā)生, 其它節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)信元后便知道網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生阻塞。當(dāng)發(fā)生阻塞后, 交換機(jī)將按信元的優(yōu)先級(jí)別由低到高地丟棄信元, 直到阻塞緩解或消除。,(3) 信令協(xié)議 在ATM網(wǎng)絡(luò)中, 連接的建立、 維護(hù)和拆除以及其它的網(wǎng)絡(luò)控制和管理操作是由信令協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。ATM定義兩類(lèi)信令協(xié)議: UNI(User to Network Interface)信令和NNI(Network to Network Interface)信令。 UNI用于端點(diǎn)與交換機(jī)之間的連接, NNI用于交換機(jī)與交換機(jī)之間的連接。信令協(xié)議由一系列用服務(wù)原語(yǔ)描述的過(guò)程組成, 定義了建立、維護(hù)和拆除連接所需的操作。在建立連接時(shí), 端點(diǎn)使用相應(yīng)的UNI信令原語(yǔ)向中間點(diǎn)發(fā)出建立連接請(qǐng)求, 該連接請(qǐng)求包含有特性參數(shù)信息。交換機(jī)將為該連接分配VPI和VCI標(biāo)識(shí)符, 并按特性參數(shù)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源。 ,3. ATM適配層 ATM適配層主要負(fù)責(zé)將用戶(hù)層的信息轉(zhuǎn)換成ATM網(wǎng)絡(luò)可用的格式。當(dāng)用戶(hù)層把一個(gè)較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包提交給ATM適配層后, ATM適配層按規(guī)定長(zhǎng)度將數(shù)據(jù)包分割成若干信元體, 再傳送給ATM層。 ATM適配層由匯聚子層（Convergence Sublayer）和分割組裝子層(Segmentation and Reassembly Sublayer)組成。 匯聚子層為分割用戶(hù)信息作準(zhǔn)備。為了使目的端點(diǎn)的ATM 適配層能夠重新裝配數(shù)據(jù)包, 匯聚子層需要將一些控制信息附加在用戶(hù)信息上。 也就是說(shuō), 48字節(jié)的信元體將包含控制信息和用戶(hù)信息兩部分內(nèi)容。分割組裝子層在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)負(fù)責(zé)將匯聚子層傳來(lái)的信息單元（稱(chēng)為匯聚子層協(xié)議數(shù)據(jù)單元CS - PDU)精確地分割成48字節(jié)的信元體, 然后提交給ATM層; 接收數(shù)據(jù)時(shí)負(fù)責(zé)將ATM層傳來(lái)的信元體重新組裝成原始數(shù)據(jù)包, 然后再傳送給用戶(hù)層。,ATM的傳輸服務(wù)分成五種類(lèi)型: A類(lèi)(Class A）服務(wù): 其特點(diǎn)是端點(diǎn)間保持定時(shí)同步、 數(shù)據(jù)率固定、 面向連接。這種服務(wù)也稱(chēng)恒定比特率（CBR）業(yè)務(wù), 主要用于64 kb/s PCM語(yǔ)音以及靜止圖像的傳輸服務(wù)。 B類(lèi)(Class B）服務(wù): 其特點(diǎn)是端點(diǎn)間保持定時(shí)同步、 數(shù)據(jù)率可變、 面向連接。 這種服務(wù)也稱(chēng)可變比特率（VBR）業(yè)務(wù), 可用于支持變速率的語(yǔ)音和壓縮視頻信息的傳輸服務(wù)。, C（Class C）類(lèi)服務(wù): 其特點(diǎn)是端點(diǎn)間不要求定時(shí)同步、 數(shù)據(jù)率可變、 面向連接。 這種服務(wù)也稱(chēng)可用比特率（ABR）業(yè)務(wù), 可用于支持面向數(shù)據(jù)的傳輸服務(wù)。 D類(lèi)（Class D）服務(wù): 其特點(diǎn)是端點(diǎn)間不要求定時(shí)同步、 數(shù)據(jù)率可變、非連接。這種服務(wù)也稱(chēng)未確定比特率（UBR）業(yè)務(wù), 主要用于QoS要求較低或不要求的場(chǎng)合。 X類(lèi)（Class X）服務(wù): 由用戶(hù)或廠家自定義的服務(wù)。 通常, A、B類(lèi)用于支持面向語(yǔ)音和視頻的應(yīng)用以及DS電路的模擬; C、 D類(lèi)用于支持面向數(shù)據(jù)的應(yīng)用。 ATM適配層提供了五個(gè)AAL子層, 即AAL1、 AAL2、 AAL3、 AAL4及AAL5與上述服務(wù)類(lèi)型相適配。,4.6.2 ATM網(wǎng)絡(luò)路由選擇,ATM地址: 標(biāo)識(shí)ATM終端, 全局惟一。 其編碼格式有三種, 均為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)地址代碼: 兩種為ISO 8348格式, 長(zhǎng)度為20字節(jié); 一種為ITU E.164 的ISDN格式, 長(zhǎng)度為15個(gè)十進(jìn)制數(shù)。 ATM地址分成兩部分: 網(wǎng)絡(luò)地址和用戶(hù)地址, 網(wǎng)絡(luò)地址由有關(guān)組織統(tǒng)一分配, 用戶(hù)地址由ATM終端自行定義(ATM網(wǎng)卡)。 虛電路號(hào): 標(biāo)識(shí)虛電路及其局部地址。其編碼格式為: 虛路徑號(hào)(VPI)。 虛通道號(hào)(VCI)。 UNI使用8位VPI, 16位VCI; NNI使用12位VPI, 16位VCI。 由交換機(jī)動(dòng)態(tài)分配(SVC)。 其中, ATM地址是在建立連接階段使用的, 虛電路號(hào)是在數(shù)據(jù)傳輸階段使用的。,ATM網(wǎng)絡(luò)的連接建立和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程如下: 每個(gè)ATM終端接入ATM交換機(jī)時(shí), 都要通過(guò)UNI信令執(zhí)行客戶(hù)注冊(cè)過(guò)程。 客戶(hù)注冊(cè)主要有兩個(gè)目的。一是ATM終端聲明自己的存在; 二是ATM終端與UNI上的ATM交換機(jī)交換尋址信息。 ATM終端將用戶(hù)地址提供給ATM交換機(jī), ATM交換機(jī)將網(wǎng)絡(luò)地址提供給ATM終端, 并且為已注冊(cè)成功的ATM終端分配VPI和VCI。 在建立連接階段, 呼叫方通過(guò)UNI信令Setup發(fā)送連接請(qǐng)求, 在Setup中包含被叫方的ATM地址和QoS參數(shù)。 信令虛電路是周知的: VPI=0, VCI=5。, Setup信令在經(jīng)過(guò)ATM網(wǎng)絡(luò)時(shí), NNI上的ATM交換機(jī)根據(jù)其被叫方ATM地址選擇傳輸路由, 分配VPI(ATM交換機(jī)只處理VPI), 并記錄在交換機(jī)的路徑表中。注意, UNI信令和NNI信令不同。 最靠近被叫方的ATM交換機(jī)查找客戶(hù)注冊(cè)表, 確定該客戶(hù)是否存在以及它所對(duì)應(yīng)的虛電路號(hào)(VPI和VCI), 然后使用UNI信令Setup通知被叫方, 該Setup信令包含了為被叫方分配的虛電路號(hào)。, 被叫方如果同意連接, 則使用UNI信令Connect進(jìn)行響應(yīng)。 該信令沿著已建立的虛電路傳輸給呼叫方, 在最靠近呼叫方的交換機(jī)上, 通過(guò)查找客戶(hù)注冊(cè)表來(lái)確定該客戶(hù)是否存在以及它所對(duì)應(yīng)的虛電路號(hào)(VPI和VCI), 然后使用UNI信令Connect通知呼叫方。 Connect信令包含的是為呼叫方分配的虛電路號(hào)。 至此, 這條虛電路已建立起來(lái), 可轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸階段。 在數(shù)據(jù)傳輸階段, 通信雙方使用信元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸, 信元中所包含的虛電路號(hào)就是在建立連接時(shí)ATM網(wǎng)絡(luò)為雙方各自分配的虛電路號(hào)。 在單條虛電路上，可以進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的單向或雙向數(shù)據(jù)傳輸。如果要進(jìn)行點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸, 則必須建立多條虛電路, 但只能進(jìn)行單向數(shù)據(jù)傳輸。 在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中, ATM交換機(jī)按建立連接時(shí)所承諾的QoS提供相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量。, 數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后, 任何一方要使用UNI信令Release拆除虛電路, 釋放所占有的系統(tǒng)資源。 其過(guò)程如圖4.10所示。,圖 4.10 ATM SVC數(shù)據(jù)交換過(guò)程,4.6.3 ATM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式,圖4.11 ATM網(wǎng)絡(luò)連接方式,4.6.3.1 ATM上的IP（IPOA）,1. IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝 IPOA協(xié)議規(guī)定, IP數(shù)據(jù)報(bào)將放置在ATM適配層5（AAL5）的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）中。每個(gè)PDU都有一個(gè)包含邏輯鏈路控制/子網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議（LLC/SNAP）標(biāo)識(shí)的協(xié)議頭, 以及用于有效性檢查的填充、 長(zhǎng)度和校驗(yàn)和（CRC）字段。,IPOA的IP數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度缺省為9180字節(jié), 最大為64 K字節(jié)。其缺省長(zhǎng)度足以包容以太網(wǎng)、令牌環(huán)以及FDDI的最大幀長(zhǎng)。也就是說(shuō), IPOA所提供的傳輸特性要優(yōu)于基于傳統(tǒng)LAN上的IP。因?yàn)镮P數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度是受物理的最大幀長(zhǎng)的限制, 如果超過(guò)最大幀長(zhǎng), 則IP數(shù)據(jù)報(bào)必須進(jìn)行分段。而單一數(shù)據(jù)報(bào)越長(zhǎng), 其文件傳輸性能越好。在一個(gè)子網(wǎng)內(nèi), 所有站點(diǎn)的IP數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度必須設(shè)置成是相同的。當(dāng)所有站點(diǎn)的IP數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度都按最大長(zhǎng)度設(shè)置時(shí), 單一IP數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度可達(dá)64 K字節(jié)。,2. ATM地址解析,圖 4.12 ATM地址解析過(guò)程,3. IP邏輯子網(wǎng)互連 常規(guī)的IP網(wǎng)絡(luò)是使用路由器實(shí)現(xiàn)IP邏輯子網(wǎng)間互連。 IPOA完全支持這種基于路由器的互連方式。由于IP只把ATM看作是一種物理網(wǎng)絡(luò), 與以太網(wǎng)、令牌環(huán)以及FDDI等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)同等對(duì)待, 因此很容易實(shí)現(xiàn)與這些常規(guī)網(wǎng)絡(luò)的互連。 在ATM互連網(wǎng)絡(luò)中,每個(gè)IP邏輯子網(wǎng)都要配置一個(gè)ATMARP服務(wù)器, 并且邏輯子網(wǎng)間使用路由器實(shí)現(xiàn)互連。一個(gè)ATMARP服務(wù)器經(jīng)過(guò)配置后可以為多個(gè)子網(wǎng)提供地址解析服務(wù), 而不必設(shè)置多個(gè)物理服務(wù)器。,當(dāng)一個(gè)IP邏輯子網(wǎng)的用戶(hù)試圖與另一個(gè)IP邏輯子網(wǎng)的用戶(hù)進(jìn)行通信時(shí), 首先由發(fā)送站建立與路由器的ATM連接, 然后由路由器建立與接收站的ATM連接, 其連接過(guò)程如上所述。 在數(shù)據(jù)傳輸時(shí), 發(fā)送站將IP數(shù)據(jù)報(bào)分割成ATM信元（Cell）, 以便在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳輸。路由器將ATM信元組裝成IP數(shù)據(jù)報(bào), 根據(jù)IP報(bào)頭來(lái)查找轉(zhuǎn)發(fā)路由。對(duì)于要轉(zhuǎn)發(fā)的IP數(shù)據(jù)報(bào)必須重新分割成ATM信元, 通過(guò)另一個(gè)ATM連接傳輸給接收站。 接收站再把ATM信元組裝成IP數(shù)據(jù)報(bào)。,4.6.3.2 局域網(wǎng)仿真（LANE）,LANE主要由下列網(wǎng)絡(luò)部件組成: LANE客戶(hù)機(jī)（LEC）: 提供LAN客戶(hù)機(jī)與ATM網(wǎng)絡(luò)的接口和仿真功能。 LANE服務(wù)器（LES）: 提供MAC地址注冊(cè), 以及MAC地址與ATM地址的映射功能。 LANE配置服務(wù)器（LECS）: 為L(zhǎng)EC提供配置信息及LES地址。 廣播和未知數(shù)據(jù)類(lèi)型服務(wù)器（BUS）: 提供在ATM網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行廣播和組播傳輸?shù)墓δ堋?下面簡(jiǎn)述LANE的工作過(guò)程。 (1) 初始化 (2) 建立與LES的連接 (3) 客戶(hù)注冊(cè) (4) 地址映射 (5) 建立連接 (6) 數(shù)據(jù)傳輸 (7) 斷開(kāi)連接,4.7 交 換 式 網(wǎng) 絡(luò),4.7.1 交換機(jī)的技術(shù)特性,圖 4.13 集線(xiàn)器結(jié)構(gòu) (a) 單網(wǎng)段集線(xiàn)器； (b) 多網(wǎng)段集線(xiàn)器,圖 4.14 交換機(jī)結(jié)構(gòu) (a) 模塊交換; (b) 端口交換,4.7.2 虛擬網(wǎng)絡(luò),圖 4.15 虛擬網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成 (a) 點(diǎn)到點(diǎn)的通信； (b) 廣播到虛擬