ATM基本知识概念PPT学习课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1,第七章 宽带,ISDN,的关键技术,ATM,1,2,7.1,B-ISDN,基本概念,7.2 ATM,的基本概念,7.3 ATM,协议结构,7.4 ATM,交换,7.4 IP/ATM,集成交换,2,3,7.1 B-ISDN,基本概念,B-ISDN,是一种宽带的，独立于业务的网络，这,种网络能够提供高于一次群速率的业务，适用于从低,速到高速的各种业务的传送和交换，做到整个网络资,源共享。,B-ISDN,分为交互型业务和分配型业务,3,4,业务类型,具体业务实例,交互型,业 务,会话型业务,高质量可视电话会议,消息型业务,视频信件,检索型业务,宽带可视图文,分配型,业 务,不由用户控制的分配型业务,电视广播,用户控制的分配型业务,视频图文广播,B-ISDN,业务的分类,4,5,B-ISDN,必备的条件,既能传输高速数据业务也能传输低速数据业务,网络设备与业务的特性无关,信息的传输与交换都与业务无关,时延和时延抖动小,ATM,作为,B-ISDN,中信息表达、传送和交换的方式,5,6,7.2 ATM,的基本概念,7.2.1 ATM,的发展背景,窄带,ISDN,的发展主要存在以下局限：,（,1,）窄带,ISDN,的信息传输速率有限,。,（,2,）窄带,ISDN,是在数字电话网的基础上发展起来的，网络内部的交换是基于,64 kbit/s,的电路交换方式，而电路交换方式对技术发展的适应性较差。以固定比特率传输，采用同步时分复用方式。这种传递方式的优点是时延和时延抖动小。,但是固定的比特率约束了传输的业务，如果选用低于峰值的速率时，会降低业务质量，若采用峰值速率作为传输速率，则会浪费网络资源,6,7,（,3,）窄带,ISDN,虽然也综合了分组交换业务，但是这种综合仅在用户,网络接口的,D,通道上实现。,分组交换传递是异步传递方式，采用统计时分复用。,7,8,7.2.2,ATM,基本概念,习惯上将传输、复用、交换三个部分合起来统称,为传递方式，传递方式通常分为同步传递方式和异步,传递方式。同步传递方式是各路信号按一定时间间隔,周期性的出现，可根据时间识别信号；异步传递方式,是采用统计时分复用，各路信号不按照一定时间周期,性出现，要根据标志标识每路信号。,主要有：电路传递方式、分组传递方式、帧中继,和,ATM,（异步传输方式）,8,9,ATM,定义,ATM,也是一种异步转移模式，这种模式将信息组织成固定长度的信元，来自某用户一段信息的各个信元并不周期性的出现，,ATM,以信元为单位异步时分复用、传输和交换,9,10,7.2.3 ATM,的基本工作原理,ATM,是英文,Asynchronous Transfer Mode,（异步转送方式）的缩写。,1.,信元,2.,复用,3.,交换,10,11,7.2.4 ATM,信元的格式,ATM,信元分为两部分：,5,个字节的信头和,48,个字节的信息段，共,53,个字节。信头表征信元去向的逻辑地址、优先等级等控制信息。信息字段包含不同用户的信息。,注：包含某一段信息的信元取决于这段信息所要求的比特率,或瞬间比特率,11,12,7.2.5 ATM,信元的信头格式,结构,图,7-1 ATM,信元的信格式,a,图是终端与网络间信元结构,b,图是网络内交换机的信元结构,12,13,GFC,（,Generil Flow Control,）一般流量控制，用于控制用户向网上发送信息的流量。防止缓冲区内信元过满而丢失信元,VPI,（,Virtual Path Identifer,）和,VCI,（,Virtual Channel Identifier,）虚通道标识符和虚通路标识符，用来将一条传送,ATM,信元的信道划分为多个子信道。,PTI,（,Payload Type Indicator,）净荷类型，指明,48,字节信息字段的信息类型,CLP,（,Cell Loss Priority,）信元优先级比特，,CLP=0,标识高优先级别，不可以丢弃,HEC,（,Header Error Check,）信头校验码，采用,CRC,校验，有,8bit,；,HEC,产生方法：信元前,4,个字节所对应的多项式乘以,x,8,，然后除以（,x,8,+x,2,+x+1,）所得余数就是,HEC,13,14,7.2.6,ATM,复用,来自不同信息源的信元汇集在一个缓冲器中排队，队列中的信元按输出次序复用在传输线路上，信息和它在时域中的位置没有任何关系，只是按照信头中的优先标志来区分。,如果缓冲区中的队列已满，则后面的信元被丢弃掉，如果缓冲区还有空余，但是没有了用户信息，此时就要分配空闲信元，它不包含任何信息,14,15,图,7-2 ATM,多路复用,15,16,3,交换,图,7-3 ATM,交换的基本原理,16,17,7.2.7,与电路交换方式和分组交换方式的比较,1,电路交换方式,图,7-4,同步时分复用中的帧和时隙,17,18,电路交换方式具有如下特点：,在通信开始时应首先建立连接。,一个连接在通信期间始终占用某一固定的数字子信道，这些数字子信道是依据其在时间轴上的位置确定的。,建立连接以后，信息在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。,同步时分复用系统中的各个子信道的速率是固定分配的，不可能在不改变此系统的情况下临时调配各个子信道的速率。,交换节点对传输中出现的错误不进行校正，对节点的处理要求简单。,18,19,2,分组交换方式,通信网中传输、复用和交换的基本单位是分组。,分组交换方式具有如下特点：,分组交换采用异步时分复用方法，可以将信道按照需要动态地分配给各个用户，信道利用率较高。,在分组交换中普遍采用逐段反馈重发的措施，以保证数据传输是无差错的。,分组数据在通信网中传送的时延是随机的，这主要是因为数据分组在交换节点有可能要排队等待，另外，逐段反馈也可能引入附加的时延。,由于要进行逐段差错控制，交换节点的处理负担较重。,19,20,3,ATM,兼具电路交换方式和分组交换方式的优点,ATM,与分组交换方式的基本差别是：,ATM,信元的长度固定，并使用了空闲信元填充信道，这使信道被划分为等长的时间小段，为提供固定比特率和固定时延的电信业务创造了条件。,取消了逐段的差错控制，减轻了交换节点的处理负担。,20,21,7.2.8 ATM,的特点,1,采用统计时分复用方式,2,取消了逐段的差错控制和流量控制,（,1,）适当的资源分配和队列容量设计使队列溢出的概率很低，信元丢失率可压低到,10,-8,10,-12,；,（,2,）在呼叫建立时审查用户申请的带宽，当确信网络中有足够的资源时才接受这个呼叫。,3,采用面向连接的方式,4,信头的功能被简化,5,信元长度固定，信息段长度短,21,22,7.2.9,ATM,网络结构,1.ATM,网络结构,ATM,以光纤线路为传输介质，采用电交换的形式，所以,信道容量大，传输损失小,ATM,网络是由复用设备、,ATM,传输系统和,ATM,交换机组成,ATM,复用设备：将终端各类信息变换成信元格式，并时分复,用到,ATM,网络，发端与收端复用设备功能相反,ATM,传输信道采用光纤信道，信元的传送有三种方式：,基于,SDH,的传输方式、基于,PDH,的传输方式、基于信元的传输,方式（参考课本图,7.11,）。,22,23,此外，通过,ATM,集线器,(HUB),，,ATM,路由,器,(router),，网桥,(bridge),等可实现电话,网，数字数据网,(DDN),，以太网和帧中继,网等与公用,ATM,网的互连,23,24,2.B-ISDN,用户,-,网络接口（参看课本图,7.12,）,B-TE1:,第一类宽带终端设备，即标准,B-ISDN,设备,B-TE2:,第二类宽带终端设备，即非标准,B-ISDN,设备,TE2:N-ISDN,标准终端，非信元格式，需经过,B-TA,适配接入,ATM,B-TA:,宽带终端适配器，可以适配,TE2,和,B-TE2,设备,B-NT1:,第一类宽带网络终端，物理线路终端设备，具有网络,维护，管理等功能,B-NT2:,第二类宽带网络终端，物理设备大多是专用,ATM,交换机,B-LT:,宽带线路终端，由公用,ATM,交换机实现其功能,B-ET:,宽带交换终端,24,25,R,接口：专用,UNI,接口，处理非信元格式的终端业务,S,B,接口：专用,UNI,接口，此接口处的信息是信元格式的，传,输线路可以适用非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线，同,轴电缆及光纤等,T,B,接口：公用,UNI,接口，接口处的信息是信元格式的，传,输线路可使用非屏蔽双绞线,UTP,同轴电缆或光纤,U,B,接口：公用,UNI,接口，信元格式信息，其传输线路采用光,纤介质,25,26,公用,UNI,与专用,UNI,的区别,接口位置不同，公用,UNI,是公用,ATM,与用户终端设备或与专用,ATM,网的接口；专用,UNI,是专用,ATM,网与用户终端设备之间的接口,链路类型不同，公用,UNI,采用光纤线路，专用,UNI,采用同轴电缆,接口标准的规定组织不同，公用,UNI,标准由,ITU-T,规定；而专用,UNI,标准由,ATM,论坛规定,26,27,7.3 ATM,协议结构,7.3.1 B-ISDN,的协议参考模型,图,7-5 ATM,协议参考模型,用户平面主要用于用户信息的传输，采用分层结构。,控制平面负责呼叫控制和连接控制。,管理平面包括面管理和层管理两类功能。,27,28,AAL,CS,会聚,SAR,分段与重组,ATM,一般流量控制、信元头产生与提取,信元,VPI/VCI,翻译、信元复接,/,分接,物理层,TC,传输汇聚,信元速率解耦、信元定界和扰码,信头差错控制、传输帧的产生,/,恢复和适配,PM,物理媒介相关,传送编码和定时、同步物理传送接口,B-ISDN,协议参考模型各层功能,28,29,7.3.2,物理层,（,1,）物理媒体子层,PM,：定义物理传送接口，进行线路编码，保证比特流的定时、同步等,物理媒体子层（,PM,）的功能接近于在传统网络中的物理层。,物理媒体子层在发送方向上从传输会聚子层取得比特流，并把比特流在链路上透明地传输。,物理媒体子层和传输会聚子层之间交换数据流时需要互相同步。,29,30,传输帧的产生和恢复,信元定界,产生信头错误检验码（,HEC,）,传输帧自适应,信元速率解耦,（,2,）传输会聚子层,TC,：发送端将信元流转换成可以在传输系统中传输的比特流，接收端将比特流转为信元流,30,31,传输帧的产生和恢复,发送端：将信元流封装成适合在传输系统传输的帧结构，进,行速率的适配后送到物理媒介相关子层。,接收端：从物理媒介相关子层送来的比特流进行帧定位，恢,复成信元流。,传输帧的产生方法：每隔一定的,ATM,信元就插入一个物理层,信元，没有,ATM,信元的时候也插入一个物理层的空,闲信元；每,27,个连续的信元中不多于,1,个物理层维,护操作信元，每,513,个连续信元中不能少于,1,个,PL-,OAM cell,。,物理层信元：分空闲信元和物理层操作维护信元，它们都采,用预分配的信头值,31,32,信元定界,信元定界的方法是,HEC,检验,根据收到的,32,比特数码计算出,HEC,，然后与后面的,8,比特进行比较，若相同则表示,HEC,正确，此时认为是,信元的起始位置，并开始进入帧预同步状态，在帧预,同步状态下，逐信元进行,HEC,核对，若有连续,6,次正确,的,HEC,就进入同步状态，继续进行,HEC,核对，若有连续,7,次不正确的,HEC,核对再转入搜索状态（参看图,7.15,）。,32,33,图,7.7,信元定界状态图,33,34,另外，为了防止在信息字段中出现,“,伪,HEC,码,”,，需要在帧同步,状态和同步状态中加自同步扰码；发送端用多项式（,x,43,+1,）,扰码，接收端解扰。此操作只对信息字段执行，不对信头加,扰，避免信头差错率上升。,34,35,信头差错控制,信头中包含了流量控制,GFC,、路由,VPI/VCI,信息和,HEC,检,验，因此需要对信头前,4,个字节作循环冗余检验，发送端,按照,CRC,算法生成,1,字节的,HEC,码，接收端按同样的算法,校验。可以检验并纠正出单个比特错误和检测到多个比,特错误,35,36,信元速率解耦,解耦：,ATM,层传送信元的速率不受传输媒体速率的影响,信元解耦：发送端插入一些空闲信元将速率适配成在传输媒体上传输的速率，接收端再将这些插入的空闲信元丢弃，不送到,ATM,层。,36,37,物理层的工作过程：,发送端：由,ATM,送下来的信元流到达,TC,子层，首先对信元进行速率解耦，插入空闲信元，将,ATM,层信元流速率适配成传输媒体的速率，并将信元封装成帧结构送入,PM,子层，进行编码、加同步定时信息后，将连续比特流送入物理媒体,接收端：经物理媒体接口送来的信号在接收端的,PM,子层进行定时、同步、恢复成连续比特流，送入,TC,子层，在这里恢复帧结构，然后将传输帧的信元净荷提取出来，接着进行信元定界，通过,HEC,检验判断信元信头有无错误，最后对正确的信元进行速率解耦，丢弃发送时插入的空闲信元，并将有效信元作解扰处理后送入,ATM,层,37,38,7.3.3,ATM,层,ATM,层负责交换、选路由和信元复用。,信头的产生提取,信元交换,信元的复用和分路,ATM,层管理,38,39,2,、虚通路,VC,和虚通道,VP,ATM,是面向连接的传递信息，信元的复用、传输和交换都在,VP,和,VC,上完成。,VP,是在给定参考点上具有同一虚通道标识符,(VPI),的一组虚通路,VC,。,因此物理媒介可以划分为若干个,VP,子,通道，每个,VP,子通道进一步可以划分为若干个,VC,子信道。不,同的,VP,中可以有相同的,VCI,值，,ATM,间的虚连接由,VPI,和,VCI,共,同标识,39,40,图,7-8,虚信道,VC,、虚通道,VP,及传输通道之间的关系,40,41,3,、虚通路连接,VCC,和虚通道连接,VPC,虚通路连接,VCC,：由多段,VC,链路连接而成，两个,VCC,端点间可,以有多个,VCI,存在。,VCC,端点是,ATM,层和,AAL,层,交换信元净荷的地方,虚通道连接,VPC,：由多段,VP,链路连接而成，两个,VPC,端点间可,以有多个,VPI,存在。,VPC,端点是虚通路标志,VCI,产生、交换或终止的地方,二者的关系参看课本图,7.17,41,42,图,7.9,VCC,和,VPC,的概念,42,43,4,、,ATM,虚连接建立的方式,永久虚连接,PVC,：由管理控制建立的永久,/,半永久连接，用户,传送信息前不需要建立过程来临时建立虚连接,交换虚连接,SVC,：由信令控制建立的连接，用户在传送信息前,要先有连接建立，信息传输完后拆除连接,43,44,5,、,VP,交换和,VC,交换,VP,交换：将一条,VP,上所有的,VC,链路全部转到另外一条,VP,上；,改变,VPI,的值，但,VCI,值不变（图,7.18,）,设备：,VP,交叉连接设备、,VP,交换设备,VC,交换：,VC,交换必须与,VP,交换同时进行，,VPI,值和,VCI,值都改,变，因此，当一条,VC,链路终止时，,VPC,也终止，,VPC,上的,VP,链路、,VC,链路也各自加入到不同方向的新的,VPC,中,设备：,VC,交叉连接设备、,VC,交换设备,44,45,图,7-10 VP,交换,45,46,图,7-11 VC,和,VP,交换,46,47,7.3.4 ATM,适配层（,AAL,）,将高层信息适配成,ATM,信元，保证多种业务在,ATM,网络内的传送,ATM,适配层分为汇聚子层与分段和重组子层,(,图,7.20),汇聚子层将高层业务接入点的信息汇聚，分段与重组将,CS,来的信息分割后装入,ATM,信元的信息段，或者将,ATM,业务,接入点的,ATM,信元中的信息段重组后传给高层。,47,48,1,AAL,业务种类,按照,3,个坐标轴来组织服务空间可以分为,8,种不同服务，其中有,4,种是有用的。,A,类,B,类,C,类,D,类,源与终端,定时关系,需要,需要,不需要,不需要,比特率,恒定,可变,可变,可变,连接方式,面向连接,面向连接,面向连接,无连接,典型例子,ATM,网中传输的,64kbit/s,话音业务和固定比特率的图像业务,采用可变比特率的图像和音频业务,面向连接的数据传送和信令传送业务,无连接的数据传送业务，,48,49,2,AAL,协议分类,AAL.1;AAL.2;AAL.3/4;AAL.5,参看课本图,7.21,49,50,图,7-12,当前定义的,AAL,适配层,50,51,图,7-13 AAL,层的一般结构,51,52,图,7-14 AAL1,协议数据单元,3,AAL-1,52,53,7.3.5,信令的适配,SAAL,信令主要控制虚连接的建立、保持和释放等。,ATM,信令从作,用的区域分有两类：,UNI,信令和,NNI,信令,UNI,信令：控制用户,-,网络接口上用户平面的虚连接的建立、,保持和释放。通常用,VCI=5,的,VC,作为专门的信令,虚通路,NNI,信令：在交换机之间建立一条满足用户要求的虚电路连接,（,VPC,或,VCC,），可以通过,ATM,网传送也可以通过,No.7,信令网传送,53,54,7.4 ATM,交换,ATM,交换应能实现高速、高吞吐量和高服务质量的信,息交换，提供灵活的带宽分配，适应从低速率到高速率的宽,带业务的交换要求；其特点是：,(1),固定长度的信元中继,(2),信头简化,(3),面向连接,(4),异步时分交换,54,55,7.4.1,ATM,交换机的组成,交换结构,控制模块,输出模块,OM,输出模块,OM,输入模块,IM,输入模块,IM,图,7.28 ATM,交换机的组成,55,56,（,1,）输入模块的信元处理,定界与分离：信元被包含在帧结构中，输入模块定界帧结构,中的信元并将其分离出来,有效性检验和类型分离：信元被分离出来后要进行,HEC,检,验，并利用净荷类型标识符将信元分类,（,2,）交换结构对信元实现交换，按照,VPI/VCI,的信息将信元,送到目的地,（,3,）输出模块处理,将传输过来的信元流再进行复合，变换成帧结构模式并加上,操作管理维护信息；如果速率过低要加入空闲信元进行速率,适配，速率过高要将信元流先存入缓冲存储器中,56,57,7.4.2 ATM,交换功能原理,1.,基本功能,信头变换：信头中包含,VPI/VCI,值，如果实现了,ATM,交换，,则逻辑信道将被改变，,VPI/VCI,值相应的也改变,选路：信元从一条传输信道送入另一条传输信道，也叫空,分交换,排队：交换机中提供了缓冲存储器，供同时到达的信元排,队使用，防止它们竞争同一条出现而引起信元丢失,57,58,7.4.2 ATM,交换功能原理,2.,交换原理,交换结构中有链路翻译表,58,59,7.4.2 ATM,交换功能原理,3.,交换结构（参看课本图,7.25,）,ATM,交换单元是构成,ATM,交换机的核心，大型,ATM,交换机的交换单,元一般由多个交换结构互连而成，小型,ATM,交换机的交换单元由单个交,换结构组成,时分结构：输入输出共享单一通信公路,空分结构：多对输入,/,输出端口之间同时并行传送信元,59,60,7.4.2 ATM,交换功能原理,4.ATM,交换的缓冲排队方式,（,1,）输入缓冲排队方式,交换机构的每条入线处设置缓冲器，采用轮询和队长择优,放行方式，可以减少竞争防止信元丢失，但是存在队头阻塞,现象，排在后面的信元即使去往的出线空闲也不能走出,（,2,）输出缓冲排队方式,交换机的每条出线上设置缓冲器，采用先进先出方法控制,读出，缺点是要求缓冲器的写入速率要非常快,（,3,）中央缓冲排队方式,在交换结构中设置一个缓冲器，所有入线全部信元存入中央,缓冲器，根据路由选定每个信元的出线，并按先进先出原则,读取信元,60,61,7.4.3 ATM,网络的互通与应用,1.,ATM,网络互通方式,网络互通：可以以,ATM,为主干的互通，也可以是不同传输协,议终端之间的互通，对于上层来说并不知道通过,了,ATM,网络,业务互通：使一个,ATM,业务和一些具有类似能力和功能的其,他业务互连,61,62,7.4.3 ATM,网络的互通与应用,2.ATM,网络应用领域,（,1,）连接各种通信网，支持现有电话网的演变,（,2,）利用,ATM,网络为,IP,用户提供高速直达的数据链路,（,3,）支持并作为第三代移动通信网的核心交换网与传输网,（,4,）利用,ATM,实现校园网或企业网的互连,62,