數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM

1、數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 1數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 2*第第10章章 異步傳輸模式異步傳輸模式ATM本章主要介紹ATM的基本概念、ATM協(xié)議及工作原理，并對(duì)ATM的參考模型及各層次的功能予以描述，對(duì)于IP與ATM的結(jié)合問(wèn)題也予以涉及。通過(guò)本章學(xué)習(xí)，重點(diǎn)了解以下內(nèi)容： 了解ATM技術(shù)的產(chǎn)生背景 了解ATM的基本概念 理解ATM協(xié)議的參考模型及各層次功能 了解ATM與IP的結(jié)合 數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 310.1 ATM技術(shù)概述技術(shù)概述10.1.1 ATM的由來(lái)的由來(lái)20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的ISDN（Integrated Services Digital

2、 Network）是綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng) 20世紀(jì)80年代以來(lái)，跨越廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)LAN的互聯(lián)越來(lái)越多。同時(shí)隨著多媒體技術(shù)的出現(xiàn)，人們對(duì)可視圖文、視頻電話、視頻會(huì)議、圖像傳輸?shù)韧ㄐ艠I(yè)務(wù)需求迅速增加，對(duì)帶寬的需求也越來(lái)越高。結(jié)果是B-ISDN (Broadband-ISDN, 寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)) 標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)世。 ATM是支持B-ISDN服務(wù)的一種交換技術(shù)。數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 410.1 ATM技術(shù)概述技術(shù)概述10.1.1 ATM的由來(lái)的由來(lái)異步傳輸模式ATM (Asynchronous Transfer Mode) 是建立在電路交換和分組交換基礎(chǔ)上的一種新的交換技術(shù)。ATM是面向連接的

3、，它通過(guò)建立虛電路來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。ATM采用固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包，稱作信元。ATM采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。統(tǒng)計(jì)復(fù)用就是根據(jù)各種業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)特性，在保證業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的情況下，在各個(gè)業(yè)務(wù)之間動(dòng)態(tài)地分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，以達(dá)到最佳的資源利用率。數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 510.1 ATM技術(shù)概述技術(shù)概述10.1.2 同步光纖網(wǎng)絡(luò)同步光纖網(wǎng)絡(luò)SONET和同步數(shù)字系列和同步數(shù)字系列SDHATM的物理基礎(chǔ)目前主要是采用標(biāo)淮的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)。SONET和SDH是以光纜作為傳輸媒體的數(shù)字傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)首先在1988年推出了標(biāo)準(zhǔn)同步光纖網(wǎng)SONET (Synchronous Optical Ne

4、twork)，為光纖傳輸系統(tǒng)定義了線路速率的等級(jí)結(jié)構(gòu)，其傳輸速率以51.84Mb/s為基礎(chǔ)，大約對(duì)應(yīng)于T3E3的傳輸速率。ITU-T以美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)SONET為基礎(chǔ)，制訂出國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列SDH (Synchronous Digital Hierarchy)，即1988年通過(guò)的G.707709等三個(gè)建議書(shū)。SDH/SONET定義了標(biāo)準(zhǔn)光信號(hào)，規(guī)定了波長(zhǎng)為1310nm和1550nm的激光源。在物理層為寬帶接口并使用了幀技術(shù)以傳遞信息，為數(shù)字信號(hào)的復(fù)用和操作過(guò)程定義了幀結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 610.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.1 ATM網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成ATM網(wǎng)

5、絡(luò)是網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括兩種網(wǎng)絡(luò)元素，即ATM端點(diǎn)和ATM交換機(jī)。ATM端點(diǎn)就是在網(wǎng)絡(luò)中能夠產(chǎn)生或接收信元的源站或目的站。ATM端點(diǎn)與ATM交換機(jī)相連。ATM交換機(jī)與ATM交換機(jī)相連，構(gòu)成ATM網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 710.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.1 ATM網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 810.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.1 ATM網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成用戶網(wǎng)絡(luò)接口UNI(User-Network Interface) 這是ATM端點(diǎn)與它們所連接的ATM交換機(jī)之間的接口。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)接口NNI(Network-Node

6、Interface) 這是在ATM網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)ATM交換機(jī)之間或兩個(gè)ATM網(wǎng)絡(luò)之間的接口。數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 910.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.2 ATM的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)ITU-T制定的ATM參考模型借鑒了ISO的OSI參考模型，但同時(shí)引入了“平面”的概念。為了便于理解，我們暫時(shí)略去“平面”的問(wèn)題，先給出ATM的分層結(jié)構(gòu)，如圖。 數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 1010.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.3 ATM適配層適配層AALATM適配層記為AAL (ATM Adaptation Layer)，其作用是增強(qiáng)ATM層所提供的服務(wù)功能，并向上

7、面高層提供各種不同的服務(wù)。AAL的主要功能是： 將用戶的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU劃分為信元或?qū)⑿旁匮b成為應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU； 對(duì)比特差錯(cuò)進(jìn)行監(jiān)控和處理； 處理丟失和錯(cuò)誤交付的信元； 流量控制和定時(shí)控制。數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 1110.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.3 ATM適配層適配層AAL為實(shí)現(xiàn)上的方便，AAL層又劃分為兩個(gè)子層，即CS子層和SAR子層。匯聚子層匯聚子層CS (Convergence Sublayer) 使ATM系統(tǒng)可以對(duì)不同的應(yīng)用(如文件傳送、點(diǎn)播視像等)提供不同的服務(wù)。每一個(gè)AAL用戶通過(guò)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)SAP (即應(yīng)用程序的地址)接入到AAL層。在CS

8、子層形成的協(xié)議數(shù)據(jù)單元叫做CS-PDU。拆裝子層拆裝子層SAR (Segmentation And Reassembly) 在發(fā)送時(shí)，將CS子層傳下來(lái)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元CS-PDU劃分成為長(zhǎng)度為48字節(jié)的單元，交給ATM層作為信元的凈負(fù)荷。在接收時(shí)，SAR子層進(jìn)行相反的操作，將ATM層交上來(lái)的48字節(jié)長(zhǎng)的凈負(fù)荷裝配成CS-PDU。這樣，SAR子層就使得ATM層與上面的應(yīng)用無(wú)關(guān)。數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 1210.2 ATM的基本原理的基本原理AAL子層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 1310.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM層層ATM層主要完成

9、交換和復(fù)用功能。在ATM層構(gòu)成53字節(jié)的信元并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸。 ATM層提供的基本服務(wù)是完成ATM網(wǎng)上用戶和設(shè)備之間的信息傳輸。其功能主要有：信元頭生成和去除、一般流量控制、連接的分配和取消、信元復(fù)用和交換、網(wǎng)絡(luò)阻塞控制、匯集信元到物理接口以及從物理接口分檢信元等。數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 1410.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM層層1ATM信元信元數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 1510.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM層層1ATM信元信元GFC（Generic Flow Control）字段）字段 PTI(Payload Type

10、Indicator)字段字段 CLP(Cell Loss Priority)字段字段 HEC(Header Error Control)字段字段 數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 1610.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM層層1ATM信元信元VPI/VCI（Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier）字段：）字段：VPI稱作虛通道標(biāo)識(shí)符，VCI稱作虛通路標(biāo)識(shí)符。一個(gè)虛通路VC是在兩個(gè)或兩個(gè)以上的地點(diǎn)之間的一個(gè)運(yùn)送ATM信元的通信通路；一個(gè)虛通道VP是一組具有相同端點(diǎn)的虛通路，而這一組虛通路使用同一個(gè)虛通道標(biāo)識(shí)符V

11、PI。 數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 1710.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM層層2ATM交換交換數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 1810.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.4 ATM層層2ATM交換交換數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 1910.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.5 ATM物理層物理層ATM物理層又分為與媒體有關(guān)的物理媒體子層 PMD (Physical Medium Dependent) 和傳輸匯聚子層TC (Transmission Convergence)。PMD子層的作用是在適當(dāng)?shù)奈锢砻襟w上正確地發(fā)送和接收比特以

12、及負(fù)責(zé)比特在物理媒體上的正確傳輸。TC子層的作用是為其上的ATM層提供一個(gè)統(tǒng)一的接口。在發(fā)送方，它從ATM層接收信元，組裝成特定的形式 (如信元、SONET數(shù)據(jù)幀、FDDI數(shù)據(jù)幀等) 以使其在物理媒體子層上傳輸。在接收方，TC從來(lái)自PMD子層的比特或字節(jié)流中提取信元，驗(yàn)證信元頭，并將有效信元傳遞給ATM層 數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 2010.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.5 ATM物理層物理層TC子層具有OSI模型中數(shù)據(jù)鏈路層的功能，主要功能如下：信元頭驗(yàn)證：信元頭驗(yàn)證：每個(gè)信元中包含5個(gè)字節(jié)的頭部。信元頭中的最后一個(gè)字節(jié)，也就是HEC字段，其功能是進(jìn)行信元頭的差錯(cuò)控制

13、。信元有效負(fù)載中的傳輸錯(cuò)誤由高層控制。傳輸幀適配傳輸幀適配：TC子層的另一個(gè)重要作用是為傳輸媒體子層生成幀格式。在基于信元的傳輸方式中，傳輸幀中剛好含有一個(gè)信元。信元被連續(xù)地傳輸、不存在任何規(guī)則的時(shí)間幀同步。在基于SONET、FDDI、T1、T3等傳輸幀的傳輸方式中，傳輸幀的有效負(fù)載不是信元大小的整數(shù)倍，信元被嵌在傳輸幀的有效負(fù)載內(nèi)，信元邊界沒(méi)有固定位置，信元邊界由信元?jiǎng)澐止δ軟Q定。 數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 2110.2 ATM的基本原理的基本原理10.2.5 ATM物理層物理層信元定界：信元定界：在接收端，TC子層接收輸入的比持流，對(duì)信元的邊界進(jìn)行定位，驗(yàn)證信元頭，拋棄錯(cuò)誤的

14、信元，對(duì)OAM信元進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)信元傳送給ATM層。在這個(gè)過(guò)程中，最復(fù)雜的過(guò)程就是信元定界。在TC子層，使用有限狀態(tài)機(jī)來(lái)完成信元定界。次連續(xù)的不正確HEC次連續(xù)正確的HEC數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 2210.3 ATM10.3 ATM的連接管理的連接管理 10.3.1 ATM參考模型參考模型ITU-T制定的ATM參考模型不但具有層次結(jié)構(gòu)，還具有平面的概念，是一個(gè)立體的體系結(jié)構(gòu) 高 層 高 層管理平面ATM適配層（AAL）CSSAR ATM 層物理層TCPMD控制平面 用戶平面 層管理平面管理用戶平面用戶平面 用來(lái)傳送用戶數(shù)據(jù)、流量控制、差錯(cuò)控制和其他用戶功能信息； 控制平面控制

15、平面 處理為建立和釋放連接所需的信令； 管理平面管理平面 提供層管理和平面管理兩種不同的功能 ；數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 2310.3 ATM10.3 ATM的連接管理的連接管理 10.3.2 ATM地址地址ATM是面向連接的，通信之前需要首先建立虛電路。虛連接建立時(shí)，源站點(diǎn)需要指明需要建立連接的目的站點(diǎn)的地址。由ATM論壇根據(jù)開(kāi)放系統(tǒng)互連OSI的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)NSAP (Network Service Access Point) 格式定義了ATM專用UNI的ATM地址。它采用20個(gè)字節(jié)。ATM地址包括三個(gè)部分： AFI (Authority and Format Identif

16、ier)字段授權(quán)和格式標(biāo)識(shí)符，用于指出起始域 標(biāo)識(shí)符(IDI)的類型和格式，指明地址命名方式；IDI (Initial Domain Identifier) 字段起始域標(biāo)識(shí)符，指明地址的位置和管理權(quán)限；DSP (Domain Specific Part) 字段域特定部分，指明專用網(wǎng)UNI的識(shí)別信息。數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 2410.3 ATM10.3 ATM的連接管理的連接管理 10.3.2 ATM地址地址AFIDCC HO-DSP ESISELAFIICD HO-DSP ESISELAFI E.164 HO-DSP ESISEL 字節(jié) 1 2106 1 字節(jié) 1 2106 1

17、 字節(jié) 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 數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 2510.3 ATM10.3 ATM的連接管理的連接管理 10.3.3 ATM虛連接機(jī)制虛連接機(jī)制 SETUPSETUPSETUPCALLPROCEEDINGCALLPROCEEDINGCALLPROCEEDINGCONNECTCONNECTCONNECTACKACKACKRELEASERELEASECOMPLETE連接建立連接釋放時(shí)間RELEASECOMPLETERELEASE交換機(jī)X交換機(jī)YUNIATM網(wǎng)絡(luò)NNINNIUNI

18、ABRELEASERELEASECOMPLETE數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異步傳輸模式ATM 26 源站點(diǎn)通過(guò)缺省虛連接 (通常為VPI=5，VCI=0) 向目的站點(diǎn)發(fā)出連接建立 (Setup) 請(qǐng)求。該請(qǐng)求中包含源站點(diǎn)ATM地址、目的站點(diǎn)ATM地址、傳輸特性以及QoS參數(shù)等。 網(wǎng)絡(luò)向要求建立連接的源站點(diǎn)回送呼叫確認(rèn) (Call Proceeding)，表明呼叫建立已啟動(dòng)。并不再接收呼叫建立信息。 Setup沿網(wǎng)絡(luò)向目的地站點(diǎn)傳播。在傳播的每步，目的都會(huì)返回Call Proceeding 確認(rèn)。 目的站點(diǎn)接收到連接建立請(qǐng)求后，若連接條件滿足，則返回連接(Connect)，表明接受呼叫。然后，網(wǎng)絡(luò)用連接 (Connect) 響應(yīng)源站點(diǎn)，源站點(diǎn)被接受。 在Connect返回源站點(diǎn)過(guò)程中，每一步均會(huì)產(chǎn)生連接確認(rèn) (Connect Ack)，最后源站點(diǎn)用連接確認(rèn) (Connect Ack) 響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成后，虛連接要被拆除。虛連接拆除的過(guò)程如圖10-11的下部。 要求拆除虛連接的源站點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出拆除虛連接 (Release) 請(qǐng)求，相鄰的交換機(jī)接到該消息后，向源站點(diǎn)返回Release Complete。 Release沿ATM網(wǎng)絡(luò)向目的站點(diǎn)傳播。在網(wǎng)絡(luò)中傳播的每一步，都會(huì)得到Release Com