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1、第四章 异步传输模式,4.1 ATM概述,ATM是一个用于数据、语音、视频以及多媒体应用程序的高速网络传输方法。 ATM也包括硬件、软件以及与ATM协议标准一致的介质。 ATM提供广阔的带宽，并具有带宽的可伸缩能力。能够减少网络拥塞。, ATM的主要属性,面向连接 分组交换 采用称为信元的固定长度分组 高速低延迟信元传输 信元按顺序到达 由于ATM是一个基于交换的技术，所以它能够很容易地伸缩。当通信负载增加或者当网络大量增加时，只要给网络添加更多的ATM交换机就可以了。,优点和缺点,ATM主要优点 低延迟差异 服务质量保证 在链路层集成语音/视频和数据 在LAN和园区网中，ATM的缺点很明显
2、高成本 面向连接的体系结构 在以太帧和ATM信元之间的转换过于复杂，这种转换需要单独适应ATM的需要。,ATM技术,TM是面向连接的。在交换信息之前，必须通过网络建立连接。,4.2 ATM交换 ATM网络概述,ATM交换机类似于IP路由器，负责接收输入分组和顺着正确的链路将它们转发出去。, ATM交换,ATM交换机接收一个进入的信元并决定如何选择该信元的路由，使它到达一个指定的本地ATM交换机接口以便该信元能够到达目的地。 根据网络结构的不同，信元可能进入一个或多个ATM交换机，直到它到达它的路由上的最后一个交换机，并且对于到达接收结点的剩余路途，该信元被转换到一个包中。 该信元的目的地可能是
3、另外一个交换机，或者是多个交换机 使用路由表能非常快地转发信元，简单地插入和删除表中的新条目就能建立和释放通道。,4.2 ATM信元结构,与其他数据信元结构相比， ATM信元是非常简单的。信元结构由ATM层定义，长度为53字节。每一个信元有一个5字节的信元头，用于管理及控制信息，48字节是信元的有效负载，还有4位的有效负载信息或数据。,固定长度的小信元的好处,小信元简单，这简化了作业所需的硬件和软件，还保持成本较低。 小信元可改善延迟特性。 信元越小，它等待被填充的时间越短(在发起设备方)。信元传送立刻完成，不会长期占据输出链路，可以迅速为其他电路来的传送腾出空间。 较小的信元意味着高优先信元
4、能更快地出发。,固定长度的小信元的好处,小信元简单，这简化了作业所需的硬件和软件，还保持成本较低。 小信元可改善延迟特性。,大信元,小信元,固定长度的小信元的好处,小信元简单，这简化了作业所需的硬件和软件，还保持成本较低。 小信元可改善延迟特性。 有效负载呆在缓冲区中的时间少了。 由于信息被更快地转发，交换机要维护的信息少了，因而输出队列小了,固定长度的小信元的好处,小信元简单，这简化了作业所需的硬件和软件，还保持成本较低。 小信元可改善延迟特性。 有效负载呆在缓冲区中的时间少了。 字节以一致的速度到达最终目的地，而不是许多字节在一个大信元中快速到达的脉冲方式。 简化了负责同时转发多个分组的交
5、换机的设计。, ATM信元结构,通用流量控制字段(GFC),4比特，只用于本地控制功能；域中的编码值并不是从端到端传递的 GFC被设计用来控制从一个设备进入ATM网络的交通流量（但不是反方向的）。本质上有控制和非控制两类连接 在控制连接时，网络向用户提供有关它可发送多少信元的信息。 在非控制连接时，网络只是简单地启用或禁止信元的发送。,虚路径标识符(VPI),8比特，包含ATM路由地址的第一部分，以便标识用户之间，或者用户和ATM网络之间的虚拟路径。,虚电路标识符(VCI),16比特，包含ATM路由地址的第二部分，以便标识用户之间，或者是用户和ATM网络的虚拟电路。,有效负载类型指示符(PTI
6、),3比特，标识有效负载区域内的数据类型，也有可能包括用户、网络或者管理信息。 第1位为0表示是数据，为1表示是ATM的控制信息。 第2位表示是否发生拥塞。 最后一位由AAL5定义，表示是否为包的最后一个信元。,有效负载类型指示符(PTI),信元丢失优先级(CLP),1比特，指示信元是否能够丢弃 值为0则意味着该信元有很高的优先级，而且不能丢弃 值为1表示该信元将在CLP=0的信元之前被抛弃。 无论何时发生拥塞，ATM有权删除信元以便缓解拥塞。首先选择CLP值为1的。由应用来决定哪个信元不太重要。,头错误控制(HEC),8比特，用于错误探测以及单个位错误的纠正。 它只为前面的四个头字节提供差错
7、检测，而对有效负载无保护。这使差错检测和信元递送更快。 差错检测是以CRC方法为基础的自适应技术。可以查出超过90%的多比特差错，甚至能校正单比特差错。,信元丢失,ATM是为语音/视频电话设计的。在这种环境中，偶尔丢失少量信息不太引人注目。只要大部分信元能够正确传送，人类的语音和视频通信具有相当强的容错能力，一切问题不大。 因此，在ATM网络上，电话应用不使用任何差错控制机制。当信元偶尔毁坏或丢失时，没有必要恢复或重传。,4.4 ATM传输特征,ATM是一个逻辑定向连接的技术，因为ATM信元是由一个特定的虚拟电路进行标识的，而且只通过该电路进行传输。 这一特征使得ATM比以太网以及令牌环网络更
8、加高效，在以太网和令牌环网络中，所有连接设备都参与到所有网络通信的工作中。, ATM虚拟电路,ATM网络使用虚拟电路来创建发送和接收结点之间的路径。一个虚拟电路是一个网络上两个结点之间的一个路径，看上去是一个专用的点到点链接。 永久虚拟电路(PVC) 这种类型的电路一旦创建之后就总是活跃的，这样能够消除由于安装以及电路的拆卸引起的延迟。 PVC的一个缺点是该电路必须手工地创建或维护, ATM虚拟电路,ATM网络使用虚拟电路来创建发送和接收结点之间的路径。一个虚拟电路是一个网络上两个结点之间的一个路径，看上去是一个专用的点到点链接。 永久虚拟电路(PVC) 交换机虚拟电路(SVC) 是在需要的时
9、候创建，不需要的时候就拆卸的电路 它不要求手工干涉, ATM虚拟电路,ATM网络使用虚拟电路来创建发送和接收结点之间的路径。一个虚拟电路是一个网络上两个结点之间的一个路径，看上去是一个专用的点到点链接。 永久虚拟电路(PVC) 交换机虚拟电路(SVC) 灵活永久虚拟电路(SPVC ), 虚电路和虚路径,虚电路的建立,建立过程是：在每个交换机上建立呼叫映射数据库，指定该虚电路所对应的端口，以及对外连接的标识符。,4.5 ATM分层参考模型,规定了如何建立和释放连接,规定了数据的传送以及相关的问题，流量控制和差错检测和校正,4.5 ATM分层参考模型,提供了管理功能,通过交换机交换的信息分组提供操
10、作、管理和维护（OAM）服务，保持系统有效地运行。,确保了各种平台恰当地协调它们的行为。, ATM分层通信,ATM采用了一个分为四层的结构，称为ATM协议参考模型。该模型使得在同一时间，多个服务能够对同一个网络起作用。几乎任何类型的高层协议都能够放在ATM信元中。, ATM分层通信, ATM物理层,ATM物理层将信元流转换为可传输的比特并处理物理媒介的功能。电子及物理接口，线路速度以及传输控制都是在这一层定义的。 传输集中( TC )子层： 首先，在接收结点，子层处理来自PMD子层的形式为比特流的信元； 第二，通过将空闲信元插入到比特流中，子层能够处理物理接口以及ATM层上传输速度的变化。 物
11、理介质依赖( PMD )子层：适应不同的传输介质以及与该介质相关的不同的接口速度, ATM层,ATM层负责创建ATM信元。这一层决定信元的结构，信元如何路由以及错误控制技术。这一层也保证了一个电路的QoS。 ATM层的功能是由ATM网络的设备来完成的。 ATM交换机 ATM附属设备,两类基本ATM设备,ATM附属设备将数据流翻译成为一个ATM信元流，或者将ATM信元流翻译为数据流。附属设备是包含一个ATM接口的工作站或服务器。 ATM交换机的主要任务是保证信元被传递到正确的接收结点，并且顺序与发送时相同。ATM交换机为每一个电路提供QoS。,服务质量(QoS),ATM可让应用选择各种“服务质量
12、”(QoS )。 根据应用的需要和用户愿意承受的费用(对于赢利服务提供者来说，QoS越高要求的费用越高)，网络可以向用户保证一定的带宽、延时和可用性。 为了保证质量，网络必须根据应用声明的需求保留固定的资源(交换内存、信道带宽等)。, ATM适配层,TM适配层(AAL，ATM Adaptation Layer)主要负责分割ATM信元格式或是将数据重组成ATM信元格式。 集中子层(CS)：从更高层接收包，为不同的数据类型(语音、视频、数据)设置服务类型，并创建一个协议数据部件( PDU )，传递到分段重组子层。 分段重组子层(SAR)：将PDU转化成48位的信元有效负载，将它们传输到ATM层。在
13、接收端，将信元转换成包，然后在接收端的高层进行处理。, ATM服务和应用层,ATM服务和应用层决定传输所需要的服务类型，并在产生数据流的结点及AAL之间建立链接。,4.6 ATM拓扑结构 标准网络接口类型,ATM论坛提出了标准网络接口类型，用于将终端结点及ATM交换机连接到公共及私有网络上。 用户/网络接口(UNI)：用于一个终端结点和一个交换机连接之间的连接。 网络结点接口(NNI)：用于两个ATM交换机之间。, ATM组件,ATM网络设备是由ATM适配器或者是NIC实现的，而NIC是安装到在网络ATM交换机之间通信的设备上的。这些设备对ATM模型的最低三层进行操作, ATM交换机,ATM交
14、换机建立两个终端设备之间的连接。基本上，ATM交换机ATM信元从传输结点传递到接收结点。 ATM交换机之间的连接共享一种介质，该媒介被划分为多个虚拟电路，以便在每一个电路上传送信元。 ATM将大多数差错检验功能都交给ATM内部传输的协议去做, 连接管理,连接有两种类型：永久虚电路PVC和交换虚电路SVC。永久电路类似于出租的电话线，而交换电路必须使用连接协议来建立。 建立一个ATM连接时,一方初始化一个呼叫请求，说明连接的一些属性，并等待确认。控制平台负责建立连接。,A申请与B连接时的连接建立逻辑,连接的建立与释放,建立：发送信号建立一个呼叫。 呼叫进行中：该信号由交换机送给它前一跳的交换机（
15、对于目的端为可选）。表明它已经接收到了一个呼叫建立请求信号，并正在试图处理它。 连接：由目的端发送，并被传递给源端，表明目的端已经接受了这个呼叫。 连接确认：由源端发送，并被传递给目的端，表明源端已经知道目的端接受了这个呼叫请求。 释放：可由会话的任何一方提出，然后通过网络传送给另外一端。 释放确认：由收到释放请求一端提出，并通过网络传送给另外一端。,连接参数,B-ISDN服务级别：B-ISDN定义了A类、B类、C类D类4个级别。 峰值信元速率： 发送信元的最大速率。 容忍信元速率：在一段时间内定义的信元传输平均速率的上限。峰值信元速率可能在短时间内更高，但长时间来说速率不能超过此处说明的。
16、定时:用来决定最大容忍信元速率的参数。 最小信元速率：说明必须能接收的信元最低速率。低于此速率的都被认为是不能接收的。, ATM拓扑结构,一个ATM应用的示例, ATM主干网络,在LAN环境中，ATM最广泛的使用是作为一个主干网络，最常见的LAN实现是在校园网络中，其中的连接都是在扩展地理距离的基础上建立起来的。, ATM上的LAN仿真,LAN仿真从字面上说，就是在ATM电路上仿真传统的LAN行为。它使面向连接的ATM基础结构看上去像无连接的，使现有的软件能够直接在ATM网络上运行。,LAN仿真协议分层,如果ATM网络仅仅被用于LAN之间的互连，就不需要LAN仿真。 假设每个端站(客户机或服务器)都有一个直接的ATM连接，并且使用ATM网络来替代LAN (即现有的协议和应用在ATM数据链路上使用)。在这种情况下，所有直接和ATM网络连接，并且位于通向端站的传输路径上的设备(端站、网桥和路由器)，都需要LAN仿真。,
