劉君宏--ATM網(wǎng)絡(luò)可生存性技術(shù)

1、網(wǎng)絡(luò)備份與容災(zāi)ATM網(wǎng)絡(luò)可生存性技術(shù)姓名：劉君宏學(xué)院：計算機(jī)科學(xué)與工程班級：110407指導(dǎo)老師：常欣目錄ATM基本概念A(yù)TM的結(jié)構(gòu)ATM交換的基本原理ATM生存性的特點(diǎn)ATM故障恢復(fù)的基本原理預(yù)先計算變更路徑和實(shí)時查找變更路徑局部恢復(fù)和端端恢復(fù)ATM典型恢復(fù)機(jī)制備用VP恢復(fù)機(jī)制基本的分布泛紅恢復(fù)機(jī)制引言：隨著Internet與多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，Web上的圖像、音 頻、視頻等多媒體內(nèi)容越來越多，用戶需要有更高的接入速率。而 現(xiàn)有的電路交換和分組交換很難勝任寬帶高速的交換任務(wù)。對于 電路交換，當(dāng)數(shù)據(jù)的傳輸速率及其突發(fā)性變化很大時，交換的控制 就變得十分復(fù)雜對于分組交換，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率很高時，

2、協(xié)議數(shù)據(jù) 單元在各層的處理成為很大的開銷，無法滿足實(shí)時性很強(qiáng)的業(yè)務(wù) 的時延要求。異步傳輸模式 ATM （Asynchronous Transfer Mode） 就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)，它可 以很好地進(jìn)行寬帶信息交換。ATM基本概念1.ATM的結(jié)構(gòu)它由53個字節(jié)長度構(gòu)成，其中5個字節(jié)是信元頭，48個字節(jié)是信息域 （或稱凈負(fù)荷、凈荷）。也就是說ATM將已經(jīng)數(shù)字化的信息，全部分 割為長度為48字節(jié)（1字節(jié)為8比特）的組塊，負(fù)責(zé)承載發(fā)送信息。分組 交換時組塊長度可以不一樣，在每一組塊上再加上5字節(jié)是信頭（包頭） 含源地址和目的地址信息，這樣便形成了53（48 + 5）字節(jié)

3、的信息“單 元”。由于分成單元，因此可以自由地傳輸從低速到高速各種位 速率的信息，運(yùn)動圖像的位速率最高、聲音次之而文字的位速率最低。 單元長度足夠短，避免數(shù)據(jù)傳輸排隊(duì)的等待時間過長，使線路出現(xiàn)空 閑的機(jī)會降到最少，充分發(fā)揮了線路傳輸能力。單元有包頭便知道信 息從哪里來，應(yīng)往哪里去，不會發(fā)生混淆，根據(jù)包頭上的收件方號碼 進(jìn)行切換。ATM信元格式PTI負(fù)荷類型標(biāo)識3比特：比特3為0表示為數(shù)據(jù)信元，為1表示 為OAM信元。OAM信元，后兩比 特表明7 0AM信元的類型。對數(shù)據(jù) 信元，比特2用于前向擁塞指示(EFCI)，當(dāng)經(jīng)過某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)擁 塞時，就將這一比特置位;比特1用 于 AAL5。CLP丟失優(yōu)

4、先綴1 BitHEC信元義差錯校瞼8比特CRCGFC一股流量控制僅僅在UNI信元中VPI/VCI標(biāo)識虛通道和虛通路字-節(jié)ATM UNI信元PTI： pay load type indicator.ATWI NNI 信元2.ATM交換的基本原理ATM是一種快速分組交換技術(shù)，對應(yīng)于OSI的第二層(數(shù)據(jù)鏈路層DL),它采用超大規(guī)模集成(VLSI)技術(shù)對需要傳輸?shù)母鞣N數(shù)據(jù)高速地 進(jìn)行分段處理，通過定長度信元(cell)和不同的虛信道或虛電路組 合進(jìn)行負(fù)載的傳送ATM交換中有兩個重要的連接形式，即虛通路(VC) 和虛信道(VP)。其中VC用來承載業(yè)務(wù)實(shí)體的帶寬，而VP是一束具有 相同端點(diǎn)的VC鏈路，即V

5、P是指具有相同端點(diǎn)的一組虛通路，它包含 有若干個VC。屬于同一虛通路的信元群擁有相同的虛通路識別號 VCI，屬于同一虛信道的不同虛通路擁有相同的虛信道識別號VPI。 VCI和VPI都作為信元頭的一部分與信元同時傳輸。傳輸信道(TP) 、虛信道(VP)和虛通路(VC)是ATM中的三個重要概念。atm的協(xié)議參考模型虛通道VP與虛通路VCATM生存性特點(diǎn)采用面向連接的方式為提高處理速度，ATM采用面向連接的方式工作,但不是物理連 接而是虛連接,即在通信開始時先建立虛電路(虛電路包括虛通路和 虛通道),用戶將虛電路的標(biāo)識寫入信頭VCI/VPI中，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)虛電標(biāo) 識將信息送往目的地。這種方式避免了復(fù)雜的

6、信元順序控制工作，通 過合理的QoS、流量控制、網(wǎng)絡(luò)資源管理控制以及各種差錯控制技術(shù)， 使信元丟失率降低到各種業(yè)務(wù)可以接受的程度，滿足各類業(yè)務(wù)的語 義透明性要求。無差錯控制和流量控制、時延小與幀中繼相同，ATM網(wǎng)中也不進(jìn)行逐段鏈路的差錯控制和流量控 制，因此ATM信頭的功能被大大簡化，從而提高了信頭處理速度， 使信元的排隊(duì)時延大大縮短。長度小而固定的信元的信息交換是在第 二層完成的，而且協(xié)議簡單，可以采用硬件來實(shí)現(xiàn)交換，使得交換度 加快,從而減小了交換節(jié)點(diǎn)內(nèi)部緩沖器的容量，使信元的排隊(duì)時延和 時延抖動降低(如端到端時延小于24 ms，時延抖動小于幾百以s), 有利于信息傳送的時間透明性。因此M

7、能夠很好地滿足話音、動態(tài)圖像 等實(shí)時性業(yè)務(wù)的要求。采用透明的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式ATM網(wǎng)絡(luò)以語義透明和時間透明的傳輸方式工作。所謂語義透明 是要求網(wǎng)絡(luò)在傳送信息時不產(chǎn)生錯誤，或者說端到端的錯誤率非低， 即不改變業(yè)務(wù)信息的語義。所謂時間透明是要求網(wǎng)絡(luò)用最短的時間將信息從發(fā)源地送到目的地，即不改變業(yè)務(wù)信息的時間關(guān)系。具有統(tǒng)計復(fù)用功能網(wǎng)絡(luò)資源可以按需分配，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。在ATM方式 下，網(wǎng)絡(luò)具有支持多方連接的能力，其中包括支持廣播(broadcast) 型連接和多播(multicast)型連接的能力。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被簡化ATM除了 OAM(操作維護(hù))信元、PM(性能監(jiān)測)信元以及RM(資源管 理)信元等

8、特殊信元外，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般只關(guān)心信元中53個字節(jié)的前 5個字節(jié)，而對其余48個字節(jié)的凈荷內(nèi)容不加處理。滿足各類業(yè)務(wù)的要求ATM通過設(shè)置AAL層，對業(yè)務(wù)類型進(jìn)行劃分，通過AAL層的適配 把不同電信業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的ATM標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)使用同一個網(wǎng)絡(luò)來承 載各種應(yīng)用業(yè)務(wù)的目的，再輔之必要的網(wǎng)絡(luò)管理功能、信令處理與 連接控制功能，可以設(shè)置多級優(yōu)先級(如連接優(yōu)先級和信元優(yōu)先 級等)管理功能，使ATM能夠廣泛適應(yīng)各類業(yè)務(wù)的要求。能夠兼容已有技術(shù)ATM可以兼容FR、DDN業(yè)務(wù)，并且支持PSTN和NISDN業(yè)務(wù)，同 時還可兼容現(xiàn)有的IP技術(shù)(如利用ATM網(wǎng)絡(luò)承載IP業(yè)務(wù))。當(dāng)然, ATM也有其固有的缺陷，主要問題是

9、過高的信元開銷和網(wǎng)絡(luò)過于復(fù) 雜。就ATM信元本身而言，信元頭的開銷超過了 10% ,如果再把ATM 適配層以及更高層協(xié)議的開銷考慮進(jìn)去，總開銷可能會超過酬這對 于一些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(例如，E-mal等短分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))來講是難以接受的。 此外,ATM網(wǎng)絡(luò)為了支持綜合業(yè)務(wù)和保證QoS而引入的流量控制功能, 使得網(wǎng)絡(luò)的信令和網(wǎng)絡(luò)管理功能十分復(fù)雜，這不僅增加了網(wǎng)絡(luò)成本， 同時也增大了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。由于ATM終端和信令復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)端到端 的ATM連接已不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)閷υ捯魳I(yè)務(wù)的支持它不如PSTN,對數(shù)據(jù) 業(yè)務(wù)的支持它不如千兆以太網(wǎng)。ATM故障恢復(fù)基本原理故障恢復(fù)機(jī)制根據(jù)變更路徑時間可以分為預(yù)先計算變更路徑和 實(shí)時

10、查找變更路徑。前者針對常見故障，如單鏈路故障，節(jié)點(diǎn)為可能 受影響的工作流量預(yù)先計算變更路徑，一旦這些故障發(fā)生時，在變更 路徑上捕獲容量，將受影響的工作流量切換到變更路徑上，完成故障 恢復(fù)。后者則在出現(xiàn)故障時，啟動拓?fù)涓滤惴ㄈ绶杭t算法，通過節(jié) 點(diǎn)間交換消息實(shí)時地查找空閑容量，建立變更路徑。ATM故障恢復(fù)的基本原理是在檢測到故障發(fā)生后，通過重新路由，將 受影響的工作流量轉(zhuǎn)換到具有空閑容量的變更路徑上，以保證服務(wù)的 連續(xù)性，達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)生存能力的目的。故障恢復(fù)機(jī)制主要包括什么時候建立、如何建立，資源管理機(jī)制決定 如何提供空閑容量來支持故障恢復(fù)。性能項(xiàng)方式預(yù)先計算變更路徑實(shí)時查找殳更路徑恢復(fù)速度很高

11、高恢復(fù)消息數(shù)目少多恢復(fù)消息傳遞過程空閑容量的需求量較少較多對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的依賴不需要預(yù)先制定的工作量較大不需要恢E點(diǎn)所需存儲量未預(yù)見故障的恢復(fù)不能夠能夠可以看出，實(shí)時查找的恢復(fù)機(jī)制具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，不需要預(yù)先計算 工作，但恢復(fù)是需要進(jìn)行較多消息交換，所需的恢復(fù)時間長。而預(yù)先 計算恢復(fù)機(jī)制速度快，但節(jié)點(diǎn)要預(yù)先計算并且進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)存儲，無 法處理未預(yù)見的故障另一種對恢復(fù)機(jī)制的分類是根據(jù)重新路由的范圍以及施行重新 路由的節(jié)點(diǎn)劃分，可分為兩種：一種是局部恢復(fù)，又稱鏈路恢復(fù)，是 指重新路由的范圍發(fā)生故障鏈路的上下行節(jié)點(diǎn)之間，上下行節(jié)點(diǎn)是恢 復(fù)節(jié)點(diǎn)對；另一種是端端恢復(fù)，又稱路徑恢復(fù)，是指重新路由的范圍 在受

12、影響的vp的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，vp起點(diǎn)與終點(diǎn)是恢復(fù)節(jié)點(diǎn)對。性能項(xiàng)局部恢復(fù)端端恢復(fù)恢復(fù)設(shè)計的節(jié)點(diǎn)數(shù)目少多節(jié)點(diǎn)對要恢復(fù)的呼數(shù)目多少恢復(fù)過程影響的范圍小大變更路徑中閉合同路的片 生可能不可能閑余容量的需求量多較少所用時間短較長ATM典型恢復(fù)機(jī)制備用VP恢復(fù)機(jī)制的基本思想是在故障發(fā)生前，對每個工作vp均預(yù) 先建立一個備用vp。恢復(fù)過程分為三個階段1、故障檢測：檢測到故障的節(jié)點(diǎn)將通知受故障影響的各個vp的日的 節(jié)點(diǎn)。2、帶寬捕獲：由各個vp的日的節(jié)點(diǎn)作為發(fā)送者，沿備用vp路徑發(fā) 送恢復(fù)消息，信息中包含有vp的帶寬參數(shù)。路徑上每個收到消息的 中間節(jié)點(diǎn)檢查可用的空間容量，如果大于要求的帶寬，則預(yù)留適當(dāng)?shù)?鏈路

13、空閑容量，并繼續(xù)傳遞消息；如果空閑容量不夠，則返回消息到 發(fā)送者，并取消已預(yù)留的容量，放棄該vp的恢復(fù)3、故障恢復(fù)的完成：當(dāng)vp源節(jié)點(diǎn)收到消息后，將受影響的vp切換 到備用vp，完成該vp的恢復(fù)基本的分布泛紅恢復(fù)機(jī)制通過兩個階段:查找、選擇變更路徑階段和確認(rèn)變更路徑、切換故障vp階段，來完成故障恢復(fù)1、查找、選擇變更路徑：發(fā)送點(diǎn)廣播恢復(fù)消息到相鄰的節(jié)點(diǎn)，消息 中描述故障鏈路的標(biāo)識、受影響的vp數(shù)日及vp帶寬大小等。收到消 息的中間節(jié)點(diǎn)，查詢所連鏈路上的可用空閑容量，進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)留， 更新消息的有關(guān)內(nèi)容，并繼續(xù)向所連的其它鏈路光比恢復(fù)消息。當(dāng)選 擇點(diǎn)收到恢復(fù)消息后，它將根據(jù)消息的內(nèi)容選擇出具有空閑容量的變 更路徑。2、確認(rèn)變更