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1、可编辑 数据通信工程第四章异步传输模式 ATM 网络 2020 4 4 1 可编辑 教学内容 自测训练题 2020 4 4 2 可编辑 第四章异步传输模式 ATM 网络 第三节ATM信元结构 第二节ATM的分层结构 第四节ATM连接建立 第七节ATM信令技术与网络维护 第一节ATM网络概述 第五节ATM网络 第六节ATM网络的流量控制和拥塞控制 第八节ATM技术的应用 2020 4 4 3 可编辑 第一节ATM网络概述 一 ATM技术的产生 二 ATM技术的特点 2020 4 4 4 可编辑 一 ATM技术的产生 异步传输模式ATM被ITU T定义为未来宽带综合业务数字网 B ISDN 的传递
2、模式 传统的传输模式包括了通信网的传输 复用和交换技术 其中关键是交换技术 交换技术主要采用两种形式 电路交换和分组交换 电路交换的不足是带宽的浪费 分组交换的不足是系统延时的不确定性 2020 4 4 5 可编辑 表4 1几种技术比较 2020 4 4 6 可编辑 B ISDN BroadbandIntegratedServiceDigitalNetwork 服务要求高速通道来传输数字化的声音 数据 视频和多媒体信息 ATM是支持B ISDN服务的一种交换技术 也是新一代的交换和复用技术 ATM实际是电路交换和分组交换发展的产物 2020 4 4 7 可编辑 二 ATM技术的特点 1 采用时
3、隙划分的方法进行复用在ATM方式中保留了时隙的概念 在ATM时隙中存放的实际就是分组交换中的分组 称为信元 Cell 信元长度固定 而且长度比分组的长度要小的多 这样可以降低交换节点内部缓冲区的容量要求 减少在缓冲区的排队时延 从而保证了实时业务的短时延和小时延变化 2020 4 4 8 可编辑 2 ATM网络采用面向连接并预约传输资源的方式ATM方式中采用分组交换中的虚电路的形式 同时在呼叫过程中向网络提出传输所希望使用的资源 网络根据当前的状态决定是否接收这个呼叫 其中资源的约定并不像电路交换中给出确定的电路或时隙 只是用以表示将来通信过程中可能使用的通信速率 采用预约资源的方式 保证网络
4、上传输信息可以在一定允许差错率下传输 网络中预分配的通信资源小于信元实际传输的峰值速率 2020 4 4 9 可编辑 3 在ATM网络内部取消逐段链路的差错控制 旨在网络的边缘进行控制ATM协议运行在误码率很低的光纤传输网上 同时预约资源的机制保证网络中的负载小于网络的传输能力 所以ATM取消了网络内部节点之间的链路上的差错控制和流量控制 而将这些工作推给网络边缘的终端设备完成 如果信元头部出现差错导致信元丢失和信元误插 那么网络就简单的丢弃这些信元 如果信元的负载 用户信息 部分出错 判决和处理也由通信终端完成 2020 4 4 10 可编辑 4 ATM信元的头部功能降低标志虚电路 这个标志
5、在呼叫建立制产生 表示信元经过网络中传输的路径 依靠这个标志可以很容易的将不同虚电路信息复用到一条物理通道上 信元头的纠错和检错机制 以便及早地发现信头错误 防止或降低误选路由的可能性 有限的几个关于维护的额外比特开销 2020 4 4 11 可编辑 ATM综合了电路交换和分组交换的优点 既具有电路交换的 处理简单 的特点 支持实时业务和数据透明传输 同时也具有分组交换支持变比特率业务的特点 并且能对链路上传输的业务进行统计复用 异步转移模式ATM是下一代通信网的交换和复用首选技术 2020 4 4 12 可编辑 一 B ISDN协议参考模型 二 物理层 三 ATM层 四 ATM适配层 第二节
6、ATM的分层结构 2020 4 4 13 可编辑 为了能保证各厂家的终端设备能互相通信 ITU T定义了B ISDN的协议参考模型 一 B ISDN协议参考模型 2020 4 4 14 可编辑 B ISDN协议参考模型整体从两个角度描述网络中支持的业务 通过面 plane 描述网络中可以支持的不同功能 例如用户信息传输 网络呼叫功能 信令过程 及网络的管理过程 同时将网络的不同方面分成若干层次 实现信息的可靠传输 2020 4 4 15 可编辑 1 协议参考模型的平面功能 2 协议参考模型的分层功能 2020 4 4 16 可编辑 协议参考模型分成3个平面 1 用户面 UserPlane 提供
7、用户信息的传送 采用分层控制架构 2 控制面 ControlPlane 提供呼叫和连接的主要功能 主要是信令功能 采用分层结构 控制面和用户面只是高层和AAL层不同 而ATM层和物理层并不区分 3 管理面 ManagementPlane 提供两种管理功能 一是面管理 实现与整个系统有关的管理功能 并实现所有面之间的协调 面管理不分层 二是层管理 实现网络资源和协议参数的管理 处理运行维护管理 OAM 信息流 采用分层结构 1 协议参考模型的平面功能 2020 4 4 17 可编辑 协议参考模型分四层功能 其中 物理层完成传输信息 比特 信元 功能 ATM层负责交换路由选择和信源复用 ATM适配
8、层完成将各种业务的信息适配成ATM信元流 高层根据不同的业务特点完成高层功能 2 协议参考模型的分层功能 2020 4 4 18 可编辑 各层还可以细分为几个子层 各层和子层的功能表如下 2020 4 4 19 可编辑 物理层功能主要是提供ATM信元的传输通道 将ATM层传来的信元加上其传输开销后形成连续的比特流 同时在接收到物理媒介上传来的连续比特流后 取出有效的信元传给ATM层 该层从上至下又可分为2层 传输汇聚子层 TC 和物理媒介子层 PM 二 物理层 2020 4 4 20 可编辑 1 物理媒介子层PM 2 传输汇聚TC子层 2020 4 4 21 可编辑 物理媒介子层功能 Phys
9、icalMediumSublayer PM 负责在物理媒体上正确传输和接收比特 包括比特传送 比特定位 线路编码和光电转换 比特定位是指采用适合于物理媒介传输的波形 根据需要插入和取出定时信息并进行线路编码 1 比特传输的能力对比特定时和线路编码作出规定 为了确保以正确的可识别格式收发ATM信元在发送前要进行编码 经过编码的信息码流含有比特定时信息 可以保证接收端正确的接收恢复时钟 1 物理媒介子层PM 2020 4 4 22 可编辑 2 物理传送接口不同的传输系统要求不同的物理接口 可以是光纤或铜线 光纤介质又分为 单模光纤 多模光纤 铜线分为 同轴电缆 屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线 2020
10、4 4 23 可编辑 TC子层主要完成五个功能 传输帧产生 恢复根据传输媒介的具体类型确定传输帧的格式 在发送端产生标准的传输帧 在接收端从传输系统中将传输帧提取出来 为进一步提取信元做准备 传输帧的适配在发送端将传输的信元适配到相应传输帧的负载区 在接收端从传输帧的负载区提取相应的信元 2 传输汇聚TC子层 2020 4 4 24 可编辑 3 信元定界 Delineation 按照某种算法从连续的比特流中分割出信头 ITU T建议采用HEC HeaderErrorControl 方式 即将每32比特进行CRC计算 若结果与其后的8比特相等 则认为找到了一个信头 4 HEC序列产生和序列校验在
11、发送端计算HEC序列并将其插入信头中 在接收方 校验信头差错 确定信头中出现无法改正的差错后 信元将被丢弃 5 信元速率解耦 Decoupling 为了使有效ATM信元和传输系统的有效负载容量适配 信元速率去藕包括空闲信元的插入和消除 2020 4 4 25 可编辑 ATM层位置 在物理层之上 利用物理层提供的服务 与对等层间进行以信元为信息单位的通信 同时为AAL层提供服务 ATM层与物理媒介的类型以及物理层的具体传送业务类型是无关的 ATM层只是识别和处理信头 ATM层功能可以分为以下几大类 信元复用 解复用 信元的产生和提取 信元VPI VCI的翻译 一般流量控制功能 三 ATM层 20
12、20 4 4 26 可编辑 1 信元复用 解复用在ATM层和物理层的TC子层接口处完成 发送端ATM层将具有不同VPI 虚通道标识 VCI 虚通路标识 的信元组合成一路非连续的组合信元流交给物理层 接收端ATM层识别物理层送来的信元VPI VCI 并将各信元送到相应的VP VirtualPath 或VC VirtualChannel 如识别出信令信元就交给控制面处理 若为OAM Operations AdministrationandMaintenance 等管理信元则交管理面处理 2020 4 4 27 可编辑 2 信元VPI VCI翻译在用户终端信头操作是指填写VPI VCI和PT 在网络
13、节点是VPI VCI的变换 用户信息的VPI VCI值在连接建立时可由主叫方设置 并经过信令消息通知网络节点 由网络节点认可 3 信元头的产生和提取在ATM层和上层的接口处完成该功能 在发送方向 ATM层从上一层接收信元负载信息 并产生一个相应的ATM信头 但不包括HEC系列 在接收方向 信头提取操作去掉ATM信头 并将信元负载区内容提交给上一层 4 一般流量控制功能由信头中的GFC比特支持 在ATM层产生携带这种信息的信元 用于UNI接口的信元速率控制 2020 4 4 28 可编辑 位置 ATM适配层AAL ATMAdapterLayer 位于ATM层之上 这一层是和业务相关的 即针对不同
14、的业务 其处理方法不尽相同 功能 将上层传来的信息流 长度 速率各异 分割成48字节长的ATM业务数据单元SDU ServiceDataUnit 同时将ATM层传来的ATMSDU组装 恢复再传给上层 由于上层信息种类繁多 AAL层处理比较复杂 所以分两个子层 拆装子层 SAR 和汇聚子层 CS 四 ATM适配层 2020 4 4 29 可编辑 1 拆装子层SAR完成的是汇聚子层CS传送的数据格式和信元负载格式的适配 简言之就是两种数据格式的适配 2 汇聚子层CS对高层数据进行检错纠错处理 对于实时业务必须考虑收发业务的同步 CS层和具体的应用有关 此外为了提高交换网络的速率 对ATM层作了尽可
15、能的简化 而ATM层未能提供的处理信元丢失 误传 时延 时延抖动等与业务服务质量密切相关的功能 则由AAL层完成 2020 4 4 30 可编辑 ATM是一种基于信元的交换和复用技术 ATM传送信息的基本载体是ATM信元 ATM信元和分组交换中的分组类似 但又有自己的特点 ATM信元是定长的 而且信元的长度较小 只有53字节 分为信头和净荷两部分 信头为5字节 净荷为48字节 第三节ATM信元结构 2020 4 4 31 可编辑 ATM信元的结构 2020 4 4 32 可编辑 信头内容在用户网络接口 UNI 和网络接口节点 NNI 中稍有差别 如前页图 主要由以下几部分构成 VPI 虚通道标
16、志 NNI中为12比特 UNI中为8比特 VCI 虚通道标志 16比特 标识虚通道中的虚通道 VPI VCI联合标识一个虚联接 HEC 信头差错控制 8比特 检测有错误的信头 可纠正信头中单个比特的差错 HEC的另一个作用是进行信元定界 利用HEC字段和它之前的4字节的相关性可识别出信头位置 由于在不同的链路中VPI VCI的值不同 所以在每一段链路都要重新计算HEC 2020 4 4 33 可编辑 PT PayloadType 净荷类型 3比特 b3是最重要的比特 用来区分本信元是数据信元 为0 还是OAM信元 为1 对OAM信元后两比特表明了OAM信元的类型 对数据信元b2用于前向拥塞指示EFCI 当经过某一节点出现拥塞时 就将这一比特置1 只用于AAL5 其他情况下透明传输 CLP CellLossPriority 信元丢失优先级 1比特 用于拥塞控制 CLP比特将ATM信元分为两个优先级 CLP 0信元优先级高于CLP 1的信元 因此拥塞情况下CLP 1的信元将先被丢弃 GFC 一般流量控制 4比特 只用于UNI接口 目前置为0000 将来可能用于流量控制或在共享媒体的网络中标
