ATM原理（胶片）-20021205-A

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1、ATMATMATMATM原理介绍原理介绍原理介绍原理介绍内容提要内容提要内容提要内容提要ATMATM技术的起源和技术特点技术的起源和技术特点ATMATM技术简介技术简介ATMATM技术的发展趋势技术的发展趋势自自 1835年莫尔斯发明电报和年莫尔斯发明电报和1876年贝尔发明电话以来年贝尔发明电话以来两种电信业务在长达近百年的时间里一直处于垄断地位两种电信业务在长达近百年的时间里一直处于垄断地位电信网技术的深刻变化电信网技术的深刻变化60年代数据通信的出现年代数据通信的出现80年代末年代末 Internet的急剧膨胀性发展的急剧膨胀性发展电话交换电话交换电话交换技术电话交换技术 - 窄带综合业

2、务数字网窄带综合业务数字网 (N-ISDN) - B-ISDN(ATM)数据通信数据通信分组交换分组交换 ( X.25 ) - 帧中继帧中继 ( FR ) - ATM - 光交换光交换(WDM)传输传输/传送传送点对点传输点对点传输 - PDH - SDH -光传送光传送(WDM)电信网的演变电信网的演变电信网的演变电信网的演变传统的交换方式：电路交换（Circuit Switching）浪费带宽分组交换（Packet Switching）系统延迟的不确定性ATM（Asynchronous Transfer Mode）是一种以信元为单位的异步转移模式，异步意味着来自任一用户的信息信元流不必是周

3、期性的。ATM结合了电路交换和分组交换的优点，能在单一的主体网络中携带多种信息媒体，承载多种通信业务，并且能够保证Qos。各种通信网的可靠性思想早期传输媒介质量差,X.25采用点到点的完全差错控制：帧定位、比特透明、差错检验(CRC)、差错恢复(重传）IP网：43213 32 21 14321IP无差错控制IP无差错控制TCP端到端可靠性路由器终端终端3213 32 21 1321点到点可靠性X.25网：点到点可靠性IP“尽力传递”：不验证，不重传，不保证顺序X.25 FR，提高了节点的交换速度FR的2a子层只完成链路层的核心功能：帧定位、比特透明、差错检验，无差错恢复。FR网：32b2a12

4、a 2a1 132b2a1有限差错控制端到端可靠性ATM网：ATM网络节点无任何差错控制可实现快速交换。有限差错控制321b1a1b 1b1a 1a321b1aCell无差错控制端到端可靠性Cell无差错控制简化ATMATM交换网和电话交换网的比较交换网和电话交换网的比较HW1HWn电 话交 换网 络入端口1入端口n ATM交 换网 络信元2信元1信元2信元1出端口1出端口nHW1HWnTS2TS1TS2TS1要求有组播和广播能力支持点到多点信元拷贝要求有流控和拥塞控制功能提供QoS功能：复杂的排队控制多级网络的内部拥塞问题复杂复杂一般不支持组播和广播功能不需要流控不提供QoS功能简单简单AT

5、MATMATMATM异步转移模式异步转移模式异步转移模式异步转移模式Asynchronous Transfer ModeAsynchronous Transfer ModeAsynchronous Transfer ModeAsynchronous Transfer Mode转移模式转移模式:综合了传输、复用、交叉连接和交换的技术综合了传输、复用、交叉连接和交换的技术ATM是快速分组交换技术、采用统计复用方式是快速分组交换技术、采用统计复用方式一种结合了电路交换和分组交换的各自优点的技术一种结合了电路交换和分组交换的各自优点的技术ATM能传送所有类型的业务量能传送所有类型的业务量(话音、数据、

6、图像话音、数据、图像)固定比特率简单可变比特率 复杂电路交换多速率 电路交换快速电路交换ATM快速分组交换 帧中继 分组交换交 换 技 术使用固定长度的信元使用固定长度的信元面向连接面向连接采用统计复用方式采用统计复用方式支持多速率、多业务支持多速率、多业务可适应于局域网和广域网可适应于局域网和广域网信元信元话音话音数据数据视频视频ATMATMATMATM的基本特点的基本特点的基本特点的基本特点 ATMATM是一种面向连接的技术是一种面向连接的技术是一种面向连接的技术是一种面向连接的技术无连接,逐段转发数据报较长,不固定长度网络服务质量无法保证面向连接,一次呼叫,高速转发信元53字节,固定长度

7、服务质量(Qos)保证无连接交换网络无连接交换网络无连接交换网络无连接交换网络面向连接面向连接面向连接面向连接ATMATM网络网络网络网络 ATMATMATMATM能应用在各种网络技术和桌面应用中能应用在各种网络技术和桌面应用中能应用在各种网络技术和桌面应用中能应用在各种网络技术和桌面应用中传送网传送网 ATM VP交叉连接节点交叉连接节点 (VPX)和和 ATM ADM设备设备交换网交换网ATM交换机，窄带向宽带演进的方式交换机，窄带向宽带演进的方式Internet网网 ATM路由器，如采用路由器，如采用 IP交换技术、交换技术、 多协议标记交换技术多协议标记交换技术 (MPLS)等等 局域

8、网局域网 ATM局域网交换机，局域网交换机，受到千兆以太网和三层交换机的挑战受到千兆以太网和三层交换机的挑战桌面应用桌面应用ATM网卡直接支持高层应用系统软件，网卡直接支持高层应用系统软件，已不可能大量使用已不可能大量使用ATMATMATMATM的应用范围的应用范围的应用范围的应用范围ATMATMATMATM的标准化组织的标准化组织的标准化组织的标准化组织ATM Forum，华为是论坛成员之一华为是论坛成员之一IETFITU-T内容提要内容提要内容提要内容提要ATMATM技术的起源和技术特点技术的起源和技术特点ATMATM技术简介技术简介ATMATM技术的发展趋势技术的发展趋势ATMATMAT

9、MATM技术的关键内容技术的关键内容技术的关键内容技术的关键内容采用采用 53-byte 固定长度的信元固定长度的信元 = 48B 净荷净荷 + 5B 信元头信元头信元使用连接标识信元使用连接标识VPI/VCI通过通过ATM交换机交换交换机交换面向连接：在通信前先建立端到端的虚连接面向连接：在通信前先建立端到端的虚连接 (VCs) 建立连接时就定义业务（或连接）的建立连接时就定义业务（或连接）的QoS属性属性48-Byte PayloadContractUNI = 用户到网络接口用户到网络接口NNI = 网络到网络接口网络到网络接口信元头内容根据对话对象的不同而变化信元头内容根据对话对象的不同

10、而变化公共公共 UNIB-ICIUNINNINNINNIATM公网公网ATM专网专网ATMATMATMATM网络和接口网络和接口网络和接口网络和接口ATMATMATMATM信元格式信元格式信元格式信元格式GFCGFC一般流量控制一般流量控制仅仅在仅仅在UNI信元中信元中VPI/VCIVPI/VCI 虚通道和虚通路标识虚通道和虚通路标识PTIPTI负荷类型标识负荷类型标识3比特比特:1. 用户用户/控制数据控制数据2. 拥塞拥塞3. 末尾末尾CLPCLP丢失优先级丢失优先级1 BitHECHEC信元头差错校验信元头差错校验8比特比特CRC ATM UNI UNI 信元信元48 48 字节字节字节

11、字节负荷负荷负荷负荷GFC (4)GFC (4)VPI VPI VCI VCI PTIPTICLPCLPHECHECATM NNINNI 信元信元48 48 字节字节字节字节负荷负荷负荷负荷VPI VPI VCI VCI VCI VCI VCI VCI VPI VPI VCI VCI PTIPTICLPCLPHECHECVPI VPI VCI VCI VCI VCI VCI VCI VPI VPI ATM 常用缩略语常用缩略语GFC Generic Flow ControlGFC Generic Flow ControlGFC Generic Flow ControlGFC Generic F

12、low ControlVPIVPIVPIVPI Virtual Path Identifier Virtual Path Identifier Virtual Path Identifier Virtual Path IdentifierVCIVCIVCIVCI Virtual Channel Identifier Virtual Channel Identifier Virtual Channel Identifier Virtual Channel IdentifierPTI PTI PTI PTI Payload Type Indicator Payload Type Indicator

13、 Payload Type Indicator Payload Type IndicatorCLP CLP CLP CLP Cell Loss Priority (bit) Cell Loss Priority (bit) Cell Loss Priority (bit) Cell Loss Priority (bit)虚通道虚通道虚通道虚通道VPVPVPVP与虚通路与虚通路与虚通路与虚通路VCVCVCVCATM物理连接物理连接虚通路连接虚通路连接(VCC)虚通道虚通道(VP)包括多条包括多条VC虚通路连接虚通路连接(VCC)包括多条包括多条VP虚通路虚通路(VC)ATM端节点之间的端节点之间

14、的逻辑通路逻辑通路虚通路虚通路 (VC)虚通路虚通路 (VC)E3OC-3OC-12虚通道虚通道 (VP)虚通道虚通道(VP)连接标识连接标识 = VPI/VCIVPI/VCIATMATMATMATM交换的实现交换的实现交换的实现交换的实现ATM 交换机翻译交换机翻译 VPI/VCI值值每个接口的每个接口的VPI/VCI值唯一值唯一1/353/643 32 21 12/401/351/351/352/403/64121 13 31/351/353/64 2/40213 31 1VPI/VCI端口端口VPI/VCI端口端口输入输入输出输出VPVPVPVP交换和交换和交换和交换和VCVCVCVC交

15、换交换交换交换VCI 1VCI 2VCI 3VCI 4VPI 2VPI 2VPI 3VPI 3VPI 1VPI 1VPI 2VPI 2VPI 3VPI 3VPI 5VPI 1VPI 1VPI 4端口端口端口端口1 1端口端口端口端口2 2端口端口端口端口3 3VCI 1VCI 2VCI 1VCI 2VP交换交换VC 交换交换虚通路连接虚通路连接 (VCC)虚通道连接虚通道连接(VPC)VP交换交换VC交换交换VC交换交换NNINNIVPI = 2VCI = 44VPI = 1VCI = 1VPI = 26VCI = 44VPI = 20VCI = 30UNIUNI这种逐跳转发被称为信元转发这种

16、逐跳转发被称为信元转发VPVPVPVP交换和交换和交换和交换和VCVCVCVC交换交换交换交换SAR分段和重组分段和重组源进行分段源进行分段目的地进行重组目的地进行重组目的目的地址地址源源地址地址数据数据帧校验帧校验负荷负荷负荷负荷头头头头包包信元信元负荷负荷负荷负荷头头头头负荷负荷负荷负荷头头头头负荷负荷负荷负荷头头头头数据包在数据包在数据包在数据包在ATMATMATMATM中的封装中的封装中的封装中的封装无连接：包路由无连接：包路由路径路径 1 = S1, S2, S6, S8路径路径 2 = S1, S4, S7, S8数据能够走不同的路径、不按照顺序数据能够走不同的路径、不按照顺序到达

17、到达面向连接：信元交换面向连接：信元交换VC = S1, S4, S7, S8数据沿着相同的连接按照顺序到达数据沿着相同的连接按照顺序到达时延比较固定、易控制时延比较固定、易控制S2S6S4S7S3S5S1S8111222S2S6S4S7VCS1S8S3S5面向连接的特点面向连接的特点面向连接的特点面向连接的特点永久虚电路永久虚电路永久虚电路永久虚电路PVCPVCPVCPVCVPI/VCI 表由操作员人工维护表由操作员人工维护A AB BD DC C输入输入输入输入输出输出输出输出PortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI1333022 21

18、5153 31414164329329164输入输入输入输入输出输出输出输出PortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI1 129293 345452 252524 41515164329329164输入输入输入输入输出输出输出输出PortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI1 145452 2161625212916432932916429293030101016161515454514144343输入输入输入输入输出输出输出输出PortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort

19、 VPI/VCIVPI/VCI1 116162 243433 314144 4101016432932916412423324123高层高层高层高层ATM 层层物理层物理层控制面控制面用户面用户面层管理层管理面管理面管理ATM 适配层（适配层（AAL）用户业务用户业务, 信令等信令等高层信息与高层信息与ATM信元信元 的转换的转换信元中继与复用信元中继与复用 方式方式帧结构，物理媒介帧结构，物理媒介ATMATMATMATM的协议参考模型的协议参考模型的协议参考模型的协议参考模型ATM ATM 适配层适配层适配层适配层( (AAL)AAL)ATM ATM 层层层层物理层物理层物理层物理层2个子层

20、个子层:传输汇聚传输汇聚 (TC)FramingHEC物理媒介物理媒介(PM)物理媒介译码物理媒介译码ATMATMATMATM物理层物理层物理层物理层Cell 头的插入头的插入/移动移动Cell中继中继复用复用/去复用不同连接的信元去复用不同连接的信元ATM ATM 适配层适配层适配层适配层( (AAL)AAL)ATM ATM 层层层层物理层物理层物理层物理层ATMATMATMATM层层层层ATM ATM 交换交换交换交换P PH HY YA AT TMMPort 1P PH HY YA AT TMMPort 2PortPortVPIVPIVCIVCI1 11 151512 23 33939A

21、TM 层层ATM ATM 交换交换交换交换P PH HY YA AT TMMPort 1P PH HY YA AT TMMPort 2PortPortVPIVPIVCIVCI1 12 237372 21 15151ATM 层层P PH HY YA AT TMMA AA AL LP PH HY YA AT TMMA AA AL LVPI 2VCI 37VPI 3VCI 39NNIUNIUNIATMATMATMATM层完成信元交换层完成信元交换层完成信元交换层完成信元交换2个子层：个子层：汇聚子层汇聚子层 (CS) 分段和重组分段和重组 (SAR)ATM ATM 适配层适配层适配层适配层( (AA

22、L)AAL)ATM ATM 层层层层物理层物理层物理层物理层ATMATMATMATM适配层适配层适配层适配层SARCSAALAAL = 流量参数流量参数 + QoS参数参数 + SARCS：分配不同的服务质量的业务以不同的流量类型分配不同的服务质量的业务以不同的流量类型SAR：信元信元 包包ATMATMATMATM适配层的功能适配层的功能适配层的功能适配层的功能ContractContractATM 网络网络通信契约通信契约流量参数流量参数QoS 参数参数通信契约的签订通信契约的签订通信契约的签订通信契约的签订AALAALAALAAL层的业务分类层的业务分类层的业务分类层的业务分类Consta

23、nt bit rateConstant bit rateConstant bit rateConstant bit rate CBR CBR CBR CBRVariable bit rate-real timeVariable bit rate-real timeVariable bit rate-real timeVariable bit rate-real time VBR-RT VBR-RT VBR-RT VBR-RTVBR-VBR-VBR-VBR-nonrealnonrealnonrealnonreal time time time time VBR-NRT VBR-NRT VBR-N

24、RT VBR-NRTUnspecified bit rateUnspecified bit rateUnspecified bit rateUnspecified bit rate UBR UBR UBR UBRAvailable bit rateAvailable bit rateAvailable bit rateAvailable bit rate ABR ABR ABR ABR 峰值信元率峰值信元率峰值信元率峰值信元率PCRPCRPCRPCR：最大数据速率最大数据速率最大数据速率最大数据速率在不丢失数据的情况下一条连接能够传递的速率在不丢失数据的情况下一条连接能够传递的速率在不丢失数据

25、的情况下一条连接能够传递的速率在不丢失数据的情况下一条连接能够传递的速率 可维持速率可维持速率可维持速率可维持速率SCRSCRSCRSCR：应用产生的平均信元速率应用产生的平均信元速率应用产生的平均信元速率应用产生的平均信元速率 最大突发长度最大突发长度最大突发长度最大突发长度MBSMBSMBSMBS：最大的信元突发长度最大的信元突发长度最大的信元突发长度最大的信元突发长度 最小信元速率最小信元速率最小信元速率最小信元速率MCRMCRMCRMCR：应用应付延迟的能力应用应付延迟的能力应用应付延迟的能力应用应付延迟的能力流量参数流量参数流量参数流量参数 最大信元传递时延最大信元传递时延最大信元传

26、递时延最大信元传递时延MCTDMCTDMCTDMCTD 信元从一个端点到另一个端点所需要的时间信元从一个端点到另一个端点所需要的时间信元从一个端点到另一个端点所需要的时间信元从一个端点到另一个端点所需要的时间 信元抖动容限信元抖动容限信元抖动容限信元抖动容限 ：CDVTCDVTCDVTCDVT （信元时延变化容限）信元时延变化容限）信元时延变化容限）信元时延变化容限）信元间隔的上限信元间隔的上限信元间隔的上限信元间隔的上限 信元丢失率信元丢失率信元丢失率信元丢失率CLRCLRCLRCLR 可以接受的因网络拥塞而导致信元丢失比例可以接受的因网络拥塞而导致信元丢失比例可以接受的因网络拥塞而导致信元

27、丢失比例可以接受的因网络拥塞而导致信元丢失比例QoSQoSQoSQoS参数参数参数参数开销开销QoS流量参数流量参数低低低低高高高高Tolerance1 1 字节字节字节字节5 5 字节字节字节字节头头头头47 47 字节字节字节字节负荷负荷负荷负荷信元抖动信元抖动信元抖动信元抖动信元丢失信元丢失信元丢失信元丢失PCR峰值信元率峰值信元率实时视频和音频实时视频和音频实时视频和音频实时视频和音频CBRCBRCBRCBR业务类型业务类型业务类型业务类型VBRVBRVBRVBR业务类型业务类型业务类型业务类型负荷负荷QoS流量参数流量参数LOWLOWHIGHHIGHTolerance1-81-8字节

28、字节字节字节5 5 字节字节字节字节信元头信元头信元头信元头1-47 1-47 字节字节字节字节负荷负荷负荷负荷信元丢失信元丢失信元丢失信元丢失( (NRT)NRT)信元丢失信元丢失信元丢失信元丢失 ( (RT)RT)PCRPCRSCRSCR峰值信元率峰值信元率可维持信元率可维持信元率MBSMBS最大突发长度最大突发长度信元丢失信元丢失信元丢失信元丢失分组音频和视频分组音频和视频分组音频和视频分组音频和视频TCPTCPIPIPLLC/SNAPLLC/SNAPAALAALATMATMPHYPHYTCP TCP 数据包数据包数据包数据包IP IP 数据包数据包数据包数据包增加增加增加增加 5 5字

29、节信元头带字节信元头带字节信元头带字节信元头带VPI/VCIVPI/VCI和和和和CLPCLPApp DataApp DataTCP HeaderTCP HeaderIP HeaderIP HeaderLLCLLCApp DataApp DataTCP HeaderTCP HeaderIP HeaderIP HeaderApp DataApp DataTCP HeaderTCP Header汇聚子层汇聚子层汇聚子层汇聚子层 ( (CS)CS)SARSARApp DataApp DataTCP HeaderTCP HeaderIP HeaderIP HeaderLLCLLCQoSQoS + +分

30、段到分段到分段到分段到4848字节信元中或汇聚到字节信元中或汇聚到字节信元中或汇聚到字节信元中或汇聚到PDUPDU中中中中传输汇聚传输汇聚传输汇聚传输汇聚 ( (STS, STM, DS)STS, STM, DS)物理介质物理介质物理介质物理介质 ( (MMF, SMF, STP, UTPMMF, SMF, STP, UTP）TCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IP数据帧的处理数据帧的处理数据帧的处理数据帧的处理内容提要内容提要内容提要内容提要ATMATM技术的起源和技术特点技术的起源和技术特点ATMATM技术简介技术简介ATMATM技术的发展趋势技术的发展趋势ATM网网面向连接，有面

31、向连接，有N2 问题问题靠链路层选路，基于靠链路层选路，基于VPI/VCI或标记或标记有阻塞通知与信元丢失优先级指示有阻塞通知与信元丢失优先级指示业务质量有保证，可保证实时业务业务质量有保证，可保证实时业务网络网络ATM化进程的重新定位化进程的重新定位IP网网无连接，无无连接，无N2 问题问题基于网络层选路，基于基于网络层选路，基于IP地址地址无业务量控制与阻塞控制无业务量控制与阻塞控制业务质量无保证业务质量无保证ATMATMATMATM网与网与网与网与IPIPIPIP网的比较网的比较网的比较网的比较下一代网将是一个混合结构的网络下一代网将是一个混合结构的网络混合结构：混合结构：IP over

32、 ATM/SDH/WDM/OTN 交换机和综合交换机交换机和综合交换机是核心网的关键组成部分是核心网的关键组成部分IP over ATM 将会在网络边缘长期存在将会在网络边缘长期存在长期看，独立长期看，独立ATM和和SDH会消失，但基本功能会分别融于会消失，但基本功能会分别融于IP层和层和WDM/OTN层；层；IP over WDM 将会在核心骨干网乃至全网中起中心将会在核心骨干网乃至全网中起中心作用作用在可以预见的未来，在可以预见的未来，IP over ATM，IP over SDH 和和 IP over WDM 将将共存互补共存互补中国下一代网络结构中国下一代网络结构中国下一代网络结构中国下一代网络结构韦乐平韦乐平韦乐平韦乐平ATMATMATMATM在在在在SDHSDHSDHSDH网络中的传输网络中的传输网络中的传输网络中的传输ATMATMATMATM在在在在MetroMetroMetroMetro多业务平台中的传输多业务平台中的传输多业务平台中的传输多业务平台中的传输