異步傳輸模式

1、第七章 異步傳輸模式 本章將討論異步傳輸模式(ATM)協(xié)議, 內(nèi)容包括ATM信元、UNI、NNI、ATM多路復(fù)用和路由選擇操作等, 并且分析了53字節(jié)的合理性, 討論了延遲、糾/檢錯和同步問題. 17.1 ATM的用途 ATM的用途是提供高速、低延遲、多路復(fù)用和交換網(wǎng)絡(luò), 以支持各種類型的用戶業(yè)務(wù), 如語音、數(shù)據(jù)和視頻應(yīng)用.ATM將用戶業(yè)務(wù)分成定長的單元,大小為53字節(jié),其中5個字節(jié)為頭部. 每個信元用頭部的虛電路標(biāo)識符來區(qū)別.ATM提供有限的糾/檢錯工作, 以面向連接方式工作.ATM的流量控制和擁塞控制和低速網(wǎng)絡(luò)有較大的不同.ATM網(wǎng)絡(luò)不但對現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)兼容, 也能適應(yīng)未來新業(yè)務(wù)的要求.ATM

2、網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)B-ISDN的一種選擇. 27.2 相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn) ATM的標(biāo)準(zhǔn)大部分有ITU-T、ANSI ATM和FORUM頒布, 表7.1. 37.3 一種ATM拓?fù)?ATM是B-ISDN的一部分, 它的設(shè)計是用來支持公共或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò), 相應(yīng)有兩種形式的用戶到網(wǎng)絡(luò)接口(UNI). 4圖7.2中給出了一個可能的拓?fù)? 57.4 VPI和VCI標(biāo)號 VCI 虛信道標(biāo)識符VPI 虛路徑標(biāo)識符ATM網(wǎng)絡(luò)用面向連接的方式工作, 用VPI+VCI來標(biāo)識虛電路, 以提供PVC和SVC的服務(wù).與VPI+VCI類似的有: 幀中繼中的DLCI和X.25中的LGN+LCN等.67.5 ATM的層 圖7.3表示了ATM的層

3、. ATM適配層AAL的目的是匹配不同類型的業(yè)務(wù)到ATM 層. 7圖7.4是兩個對等實體的層配合. 網(wǎng)絡(luò)中不涉及到用戶AAL操作, 用戶AAL操作在網(wǎng)絡(luò)的邊界發(fā)生, 由接入的ATM交換機完成.在網(wǎng)絡(luò)中, 對于非用戶業(yè)務(wù), 如信令消息和網(wǎng)絡(luò)管理消息, AAL被用來接收信元并重裝這些消息, 以使交換機知道對這些消息作和處理.8B-ISDN參考模型基于OSI和ISDN標(biāo)準(zhǔn), 圖7.5. 9圖7.6是圖7.5另外一種描述. 控制平面含有Q.2931協(xié)議, 用于在ATM網(wǎng)絡(luò)中建立連接.Q.2931下面是SAAL, SAAL有三個子層構(gòu)成, AAL5、SSCOP和SSCF.用戶平面包含和應(yīng)用特定協(xié)議, 如

4、語音、視頻和數(shù)據(jù)等.管理平面提供管理服務(wù).107.6 ATM協(xié)議數(shù)據(jù)單元(信元) ATM信元在UNI和NNI略有不同, 圖7.7.其中的類型標(biāo)識符PT在ATM論壇中得到了比較大的擴(kuò)展, 可用于擁塞通知操作, 類似幀中繼中的擁塞告知位(FECN和BECN). 117.7 ATM操作詳述 7.7.1 物理層接口 標(biāo)準(zhǔn)化組織為ATM在以下媒體上制定了規(guī)范： (a) SONET/SDH; (b)44.736Mbit/s載波; (c)100Mbit/sFDDI系統(tǒng); (d)銅纜等.12 為了使ATM在DS3載波系統(tǒng)上運行, ATM論壇制定了物理層會聚協(xié)議(PLCP), 圖7.8. 每幀由12行ATM信元

5、組成, 每行有4個字節(jié)的開銷. 開銷用于組幀、差錯檢驗、比特填充、告警條件、路徑開銷標(biāo)志以及保留字節(jié).13ATM論壇規(guī)定了100Mbit/s多模光纖系統(tǒng)接口. 在FDDI中, 助記符JK表示線路空閑, TT用來表示信元開始, QQ用于對信元信號丟失進(jìn)行編碼. 同時這些操作不使用MAC層, 直接使用FDDI的物理層. 147.7.2 銅纜上的ATM ATM論壇制定了在3類非屏蔽雙絞線上運行的ATM規(guī)范, 其速率為(a)51.84Mbit/s, (b)25.92Mbit/s, (c)12.96Mbit/s. 表7.3總結(jié)了針對第3類和第5類電纜的允許速率和傳輸距離. 15 7.7.3 信元大小的基

6、本原理 信元長度有以下特點：(a)適合于語音網(wǎng)絡(luò),(b)有助于前向糾錯操作,(c)使在出錯情況下必須傳輸?shù)谋忍財?shù)減到最小, (d)與現(xiàn)在的載波傳輸設(shè)備協(xié)同運行. 小信元避免了處理長PDU使固有的延遲.信元長度的選取應(yīng)考慮：(a)與現(xiàn)有設(shè)備配合, (b)提供可接受的傳輸效率, (c)不至于過于復(fù)雜而難以實施. 167.7.4 網(wǎng)絡(luò)透明操作 本節(jié)討論ATM信元及其與出錯、延遲、信元大小的關(guān)系. 對于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU), 要考慮三個重要概念.語義透明: 不出錯地把用戶SDU從信源傳送到目的地;SDU大小透明: 適應(yīng)用戶的變長SDU;時間透明: 在信源和目的地之間以固定的延遲傳送用戶SDU. 17

7、出錯和出錯率 誤碼的概率特性是非常重要的, 光纖的誤碼特性見圖7.9. 由于光纖很少出錯, ATM不進(jìn)行復(fù)雜的重發(fā), 它可以糾正出錯單比特的信元頭部而丟棄那些出現(xiàn)多比特差錯的頭部. 18差錯糾正和檢測 ATM的HEC操作用于保護(hù)信元的頭部. 它可以糾單比特錯并檢測多比特差錯. 圖7.10表示了糾/檢錯的邏輯. ATM 的HEC是非常精致的設(shè)計, 還可以用于信元的同步.19可變和固定大小的負(fù)載 SDU采用定長或變長取決于 (a)傳輸效率, (b)交換速度和網(wǎng)絡(luò)延遲. 經(jīng)過仔細(xì)考慮, 在1989年日內(nèi)瓦大會時ITU-T決定將信元大小定為48字節(jié). 20下面考慮傳輸延遲, 圖7.11. 某些用戶通信

8、之間需要可預(yù)測和固定的時延, 它們有AAL層來負(fù)責(zé)實現(xiàn). 下面通過一個示例來說明各部分時延的相對關(guān)系, 圖7.11. C/S 12000s(信源和信宿各一半); PD 2000s(信源和信宿之間的距離500公里); SD 72s(三個交換機); QD 225s(三個交換機). 合計為14.297ms, 符合ITU-T對語音業(yè)務(wù)的要求. 21 同時應(yīng)該看到, 打包和傳播時延為主要部分. 上面的示例為一個純ATM網(wǎng)絡(luò), 也可能經(jīng)過幾次轉(zhuǎn)接, 時延估計會復(fù)雜一些. 227.7.5 ATM標(biāo)號 在ATM網(wǎng)絡(luò)中, 將不同的虛電路復(fù)用在一條物理電路中. 根據(jù)Q.2931可以為用戶提供預(yù)先建立的PVC或按需

9、連接的SVC.同時可能要考慮建立點到點或點到多點的連接. 23 7.7.6 多路復(fù)用VCI和VPI 圖7.13中表示了VPI和VCI的相對概念. 247.7.7 ATM按需連接 SVC需要一個連接建立和拆除的過程. ATM的連接控制規(guī)程被稱為Q.2931. 在UNI處, 需要支持的功能見表7.3. 表7.4中是一些連接控制消息. 25 需要指明, X類規(guī)程是一個用戶自己定義的服務(wù)質(zhì)量(QOS)操作. QOS不能在用戶之間協(xié)商. 26 下面簡單討論建立(SETUP)消息, 這個消息中包含了建立連接所必須的參數(shù).ATM的AAL參數(shù)業(yè)務(wù)類型;業(yè)務(wù)子類型;AAL 3/4的最大SDU長度;CBR速率;A

10、AL1的時鐘恢復(fù)類型;AAL5中的模式(消息模式或流模式);AAL1的糾錯方法.27 7.7.8 ATM交換 ATM交換的難點在于綜合交換, 必須使排隊和交換延遲最小化. ATM交換所面臨的業(yè)務(wù)流的特征是不確定的, ATM交換的實現(xiàn)可以由不同的交換結(jié)構(gòu)來實現(xiàn). 28圖7.14中表明了VPI和VCI交換機的不同.29在圖7.15中繼續(xù)說明了這種情況. 30圖7.16說明了ATM交換機是如何運行的. 31 在交換結(jié)構(gòu)中, Banyan 網(wǎng)絡(luò)是經(jīng)常用到的結(jié)構(gòu). 這種網(wǎng)絡(luò)的特點在于唯一和自選路由, 并且可以實現(xiàn)點到點或點到多點的連接. 經(jīng)過一些處理后, 可以解決交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部沖突, 出線沖突和入線沖突.

11、 現(xiàn)代交換機的信元丟失率可達(dá). 32 在圖7.19中是地址解析示例, 表明如何自選路由. 33 圖7.20表明為了解決三種沖突, 可以有不同的排隊模式. 34 在圖7.21中為一臺并行交換模型, 能十分有效 解決各種沖突和提高吞吐率. 357.7.9 業(yè)務(wù)種類 AAL的設(shè)計是支持不同類型的業(yè)務(wù)和應(yīng)用, 表7.5對業(yè)務(wù)類型進(jìn)行了總結(jié). 相應(yīng)有A,B,C,D四類業(yè)務(wù), X類業(yè)務(wù)的QOS和計時要求由用戶自己定義. 在下面要討論的不同AAL將配合不同的業(yè)務(wù), 不過現(xiàn)在這些分類有了不小的變化. 367.7.10 AAL類型 AAL1 目標(biāo)支持CBR的應(yīng)用, 并且要完成: (a)對用戶信息的分段和重裝,(

12、b)處理可變信元延遲, (c)檢測失序和丟失的信元, (d)在接收端恢復(fù)源時鐘的頻率, 圖7.22.37AAL2AAL3/4 這是一個合并的類型. 圖7.23表示了AAL3/4的PDU.38AAL3/4的各層功能類似MAN和SMDS的相應(yīng)部分, 圖7.24 39 AAL3/4由CS和SAR組成, CS主要負(fù)責(zé)檢錯, SAR負(fù)責(zé)分段和重裝. AAL3/4可以接收和處理達(dá)到65536字節(jié)的用戶PDU, 支持兩種類型的數(shù)據(jù)傳輸: (a)報文模式業(yè)務(wù), (b)流模式業(yè)務(wù). 40AAL5 AAL5的設(shè)計目的是為了ATM與幀中繼的互通. 后來被用來支持所有的高速數(shù)據(jù)應(yīng)用, 相對于AAL3/4減少了開銷.

13、圖7.25為AAL5的PDU 格式.41 在ATM與幀中繼互連中, 應(yīng)考慮: 保證幀中繼QOS的端到端完整性;幀中繼用戶意識不到ATM操作;幀中繼DLCI必須映射為ATM的VPI/VCI, 反之亦然;幀中繼的DE位必須映射為ATM的CLP位;保證QOS的端到端完整性;保證幀的順序從端到端不變;保證擁塞和流量控制從端到端的一致性; 427.7.11 ATM網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)管理 一個結(jié)構(gòu)合理的ATM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能公平地管理業(yè)務(wù), 并能為不同種類的應(yīng)用(如語音、視頻、數(shù)據(jù))有效地分配容量. ATM網(wǎng)絡(luò)必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶要求的服務(wù)水平(QOS)提供高性能價格比的服務(wù), 并能夠支持各種應(yīng)用對延遲的不同要求.ATM網(wǎng)

14、絡(luò)應(yīng)能適應(yīng)一些不可預(yù)見的情況. 43網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能夠監(jiān)視用戶業(yè)務(wù), 用戶和網(wǎng)絡(luò)必須共同承擔(dān)QOS操作. 為了能夠說明業(yè)務(wù)多樣性, 表7.6給出了可變比特率的一些特征.44自然比特率 圖7.26給予了一定的描述. 45ITU-T建議I.35B定義了許多基于ATM網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù), 圖7.27對這些參數(shù)進(jìn)行了總結(jié), 它們是:(a)成功傳輸?shù)男旁?(b)丟失的信元,(c)插入的信元,(d)嚴(yán)重?fù)p壞的信元.46 在圖7.28中, 假定用戶和ATM網(wǎng)絡(luò)之間達(dá)成了一個服務(wù)合同, 其中規(guī)定一些QOS參數(shù). ATM網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商可以在出現(xiàn)擁塞時確定如何處理業(yè)務(wù). 47傳輸監(jiān)視機(TMM) 圖7.29給出了另外一種業(yè)務(wù)

15、監(jiān)督和管理策略. 487.7.12 ATM論壇和ITU-T業(yè)務(wù)控制和擁塞控制 ATM論壇和ITU-T對UNI處的CBR、VBR業(yè)務(wù)定義了監(jiān)視業(yè)務(wù)的算法. 使用的參數(shù)為: (a)CBR連接的PCR,(b)VBR連接的PCR, SCR和最大的突發(fā)長度(MBS). 另一個參數(shù)是突發(fā)容限(BT), 它限制了在把業(yè)務(wù)標(biāo)記為過多業(yè)務(wù)之前能以高于SCR的速率傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)量. 49通用信元速率算法(GCRA) 用于監(jiān)視用戶業(yè)務(wù). 在圖7.30中給出了描述.關(guān)于帶寬分配和管理的方案遠(yuǎn)沒有得到解決, 事實上這是ATM最困難之處. 50 7.8 ATM B-ISDN交換運營商 接口(B-ICI) ATM網(wǎng)絡(luò)互通規(guī)范由

16、ITU-T在G.708推薦標(biāo)準(zhǔn)中以網(wǎng)絡(luò)接點接口(NNI)的方式頒布, 而由ATM論壇頒布的相應(yīng)部分則被稱作寬帶交換運營商接口(B-ICI)1.0版. 這兩種規(guī)范的主要差別在物理層: NNI規(guī)定采用SDH, 而B-ICI規(guī)定采用SONET或DS3. 51圖7.31給出了B-ICI和其他接口和協(xié)議之間的關(guān)系.ATM B-ICI的功能強大, 是一個可以發(fā)送和接收來自不同系統(tǒng)的業(yè)務(wù)的互通單元. 52 7.8.1B-ICI的物理層要求B-ICI的物理層要求與ATM NNI一致. 7.8.2B-ICI的業(yè)務(wù)管理B-ICI在網(wǎng)絡(luò)之間規(guī)定業(yè)務(wù)合同, 對于每個方向業(yè)務(wù)合同包括如下幾個參數(shù)(a)連接業(yè)務(wù)描述符,

17、(b)請求的QOS種類, (c)對所屬的ATM連接的定義. 這些參數(shù)包括: 峰值信元速率、持續(xù)信元速率、突發(fā)容限、信元延遲變異容限以及基于GCRA的一致定義 53 7.8.3參考業(yè)務(wù)負(fù)載B-ICI規(guī)范就網(wǎng)絡(luò)運營商如何按照業(yè)務(wù)合同中的性能目標(biāo)來確定和管理業(yè)務(wù)負(fù)載, 提供了準(zhǔn)則. 表7.7列出了3種業(yè)務(wù)類型的參考業(yè)務(wù)負(fù)載. 54 7.8.4B-ICI的層管理操作B-ICI層管理操作使用B-ISDN /SONET/ SDH F4,F5的運行、管理和維護(hù)(OAM)信息流. 557.9 ATM需要注意的其他方面 7.9.1 ATM網(wǎng)絡(luò)的尋址ATM地址模仿OSI的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問點(NSAP), NSAP在I