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第一章 宽带 ATM 技术

第一章 宽带 ATM 技术. 1.1 ATM 技术概述. 1.2 ATM 物理层. 1.3 ATM 交换. 1.4 ATM 适配层 (AAL). 1.5 NO.7 信令系统与 ATM 信令. 1.1 ATM 技术概述. 一、 ATM( 异步转移模式 ) 原理 1．历史 1983年，法国邮电科学院的 Coudreuse 提出异步时分复用 ATD (Asynchronous Time Division) ； 同步 异步

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第一章 宽带 ATM 技术

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  1. 第一章 宽带ATM技术 • 1.1ATM技术概述 • 1.2 ATM物理层 • 1.3 ATM交换 • 1.4 ATM适配层(AAL) • 1.5 NO.7 信令系统与ATM信令 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  2. 1.1 ATM技术概述 一、ATM(异步转移模式)原理 1．历史 1983年，法国邮电科学院的Coudreuse提出异步时分复用ATD (Asynchronous Time Division)；同步异步 在 Globecom’83上,Turner提出交换方面的FPS-Fast Packet switching(硬件实现的交换)。 2．定义 采用固定长度的短分组cell(称为信元)，实现信息异步高效复用和高速硬件交换技术，称为 Asynchronous Transfer Mode (ATM)。 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  3. 信头 (Header-5B) 载荷(P-payload,48B) • 3．工作原理 • (1)异步高效复用： • 最大限度地利用传输资源; • (2)异步高效交换： • 信头到达即可分析处理，确定该信元的输出链路及新的标头/Header值.(尽可能减少存储、转发时延，Storing & Forwarding ) ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  4. t X(2) H Y(2) H Y(1) H H X(1) H Z(1) 注解：MUX＝Multiplexing,可翻译为复用或复接(复用＝复接＋分接)，demultiplexing译为分接,不能译为解复用； Multiplexing译为复用或复接，主要看英文中它是代表复接＋分接，还是仅代表复接。 MUX DeMUX 话音X 数据Y I1 O1 I2 O2 Im On MUX 图象Z MUX(复用) ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  5. t X(2) H Y(2) H Y(1) H H X(1) H Z(1) Hx’(2) H’’其它路在端口2输出信元 Hx’(1) O2 X(1) H X(2) H Hy’(2) H’’其它路在端口3输出信元 Hy’(1) O3 Y(2) H Y(1) H Hz’(1) Oi H Z(1) 从同一输入接口输入的信元，在不同输出端口上的输出信元时间：可能出现顺序倒置(FILO: First In Last Out) ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  6. 输入链路(端口) 信元 标头值 输出链路 (端口) 输出信元标头值 I1 X1 Y1 Z1 2 3 i X1’ Y1’ Z1’ I2 X2 Y2 a b c X2’ Y2’ Im Xm ym Xm’ Ym’ ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  7. (入链路，入标头值)(输出链路,出标头值) ATM交换 二、ATM技术的优点与特色 ATM具有电路交换的简单性和分组交换的灵活性，具有如下两大优点 ：   1.复用方面： 利用统计复用技术，可动态地为每种业务分配带宽，最有效地利用网络资源，适合现有业务及未来业务的需要。 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  8.   3路突发 64kbps共用一个64kbps：64*(0.1+0.3+0.6) • 2.交换方面： • (1)取消逐链差错恢复和流量控制 • 分组交换网(Packet Switching)： • 逐链差错恢复与流量控制(X.25在第二/三层均有此功能)。 • 帧中继网(FR: Frame Relay)： • 网络仅支持第二层核心功能(帧定位、比特透明性、差错检验等)，第二层其它功能在端到端(Client/Server)上实现。 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  9. ATM网络：(采用ATM技术的B-ISDN)网络仅对信头进行差错控制(传输技术的进步，光纤BER, Bit Error Ratio=1E-10, not ration, rate) • (2)在进行用户信元传输前，必须建立连接//( ATM 是一种面向连接(connection oriented)的技术，而IP是一种“边传送边选路 routing at each lop when forwarding ”的无连接(connectionless)技术) • (3)减少了信头(信元标头)功能，易于硬件高速处理 • (4)短固定分组保证了交换时延及时延波动性小，适于实时业务传输。 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  10. GFC VPI VPIVCI VCI VCI PT CLP HEC VPI VPIVCI VCI VCI PT CLP HEC 三、ATM信元组成 • 1．信元格式 • UNI (b) NNI • UNI：User Network Interface • NNI：Network Node Interface ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  11. GFC-Generic Flow Control (4b) 一般流量控制 VPI-Virtual Path Identifier (8/12b) 虚通道标识符 VCI-Virtual Channel Identifier (16b) 虚通路标识符 //(记忆道》路) PT-Payload Type (3b) 载荷类型 CLP-Cell Loss Priority (1b) 信元丢失优先级 HEC-Header Error Control (8b) 信元标头差错控制 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  12. 2. 各字段含义 GFC: 多种用户终端接入时的流量控制(业务优先级，或基于用户类型); VPI/VCI#:只具有端点处的局部意义(单向!!)，用于(传输资源中的)信元复用与交换; PT:标明载荷类型(用户数据、操作管理维护OAM信元、资源管理等)，是否拥塞?是否为用户消息的最后一段？(即一个用户消息形成的多个信元中的最后一个，为什么需要此功能？) ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  13. PT编码及含义(D3 D2 D1) ： 0 0 0 UD, CNE, AUU0 //UD: user data 0 0 1 UD, CNE, AUU1 //CE/CNE: Congestion (Non) Experienced 0 1 0 UD, CE, AUU0 // ATM user-to-user Indication. 0 1 1 UD, CE, AUU1 1 0 0 维护管理 每段(Segment ) 1 0 1 维护管理 端到端( end-to-end) 1 1 0 资源管理 1 1 1 预留 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  14. 四、ATM协议参考模型 CLP=0/1 (1=优先丢弃(拥塞时, 与常规相反) • HEC:信元标头前4字节纠检错. • 检错(可纠：纠正1 bit错误；不可纠：丢弃该信元)； • 不可检：信元被错误地传递(misdirect) 1、B-ISDN协议参考模型 (图见谷P92) PRM可表现一个系统中协议构成及其关系(部分及其与整体的关系)，有利于协议的认识及改进，便于实现 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  15. B-ISDN协议参考模型 ATM协议参考模型 面管理 控制平面 用户平面 层管理 高层 高层 AAL SAAL ATM层 物理层 信息 信令 Do you know how many types of PRMs are there for information systems? And name of each? ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  16. B-ISDN/RM由用户面(User Plane)、控制面(Control Plane)、管理面(Management Plane)组成 • 用户面U ：负责用户消息的传递(transport)，还包括相应的差错恢复和流量控制(此两功能仅限于终端Client/Server，流控功能也能在部分交换机中实现)； • 控制面C ：负责呼叫和连接控制，即建立、监督、释放连接所需的信令处理功能; • 管理面M ： • 面管理：系统管理、面间协调; • 层管理：每一层的层管理, 操作管理维护OAM# (Operation, Administration, Maintenance)。 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  17. 高层功能 高层 汇聚 分段与重组 CS SAR AAL 一般流量控制 信元标头产生/提取 信元VPI/VCI转换 信元复接和分接(Mux/ Demux) ATM 信元速率解耦decoupling HEC序列的产生/检验 信元定界, 传输帧适配 传输帧产生/恢复 比特定时，物理媒质 TC PM 物理层 2、协议分层及其功能 M面 U面/C面 层 管 理 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  18. 注：PM: Physical Medium sublayer (物理媒质子层) TC: Transmission Convergence sublayer (传输汇聚子层) SAR: #Segmentation And Reassembly sublayer (分段与重装子层) CS: Convergence Sublayer (汇聚子层) HEC: # Header Error Control (信元)标头差错控制 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  19. (1) 物理层：为ATM层提供可靠高效的信元传递服务(1) 物理层：为ATM层提供可靠高效的信元传递服务 • PM(物理媒质) 提供比特传输能力：比特定时、线路编解码、传输波形产生与恢复(bit 级别)。 传输媒质：单/多模光纤、同轴电缆(75Ω)、双绞线、微波等。 • TC(传输汇聚)完成: • *传输帧产生与恢复； (frame级别) • *传输帧适配：信元 传输帧载荷区； • *信元定界与扰码 ；(确定信元起始点) ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  20. (2)ATM层 * 信元复接、分接； * 信元VPI/VCI转换：在ATM交换结点进行VPI/VCI转换； * 信元标头产生与提取；(信元标头处理位置：源点产生、中间点提取与产生、宿点提取) (3)AAL层 * 根据高层业务的性质，将其组装成特定格式的信元 (4) 高层 (面向应用) * 根据业务的性质，进行适当的处理 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  21.  见谷P93 五、ATM提供的业务 C/V/A/U BR:Const, Variable, Available,Unspecified Bit Rate ABR：提供”尽力而为Best efforts”的服务质量; UBR:网络不对QoS提供任何保证 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  22.  见谷P95 六、ATM网络 ATM公共网 ATM专用网 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  23. 1. ATM骨干网络 • 由(ATM交换机)结点通过高速中继线路互连而成，提供网络连接，实现信元的高速传递; • 2. 用户侧设备 • 用户终端： • 符合UNI或其它标准(经过适配、转换而符合) • 用户接入设备(UAE/User Access Equipment)： • ATM用户交换机、ATM复用器、宽带适配器等  ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  24. 3．接口类型 • 在公共网中(public)，NNI和UNI分别称为公共NNI和公共UNI，标准由ITU-T制定。 • 在专用网中(Private)，NNI和 UNI分别称为专用 NNI和专用 UNI，其标准分别由 ATM论坛(ATM Forum)制定。 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  25. 1.2 ATM物理层 • 1.1 ATM技术概述 • 1.2 ATM物理层 • 1.3 ATM交换 • 1.4 ATM交换适配层(AAL) • 1.5 ATM信令 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  26.  物理层: • 为ATM层提供可靠高效的信元传递服务 • (1) PM― • 提供比特传输能力：比特定时、线路编解码、传输波形产生与恢复。 • 传输媒质：单/多模光纤、同轴电缆(75Ω)、双绞线(120Ω)、微波等。 • (2) TC • *传输帧产生与恢复 • *传输帧适配：信元 传输帧载荷区 • *信元定界与扰码 一、ATM物理层功能 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  27. ATM TC PM 二、ATM信元传输方式与接口 1. 传输接口方式 • ITU-T传输接口 • 基于SDH、纯信元、PDH • ATM Forum(论坛)传输接口 • 基于SDH、纯信元、PDH ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  28. 信元传输方式与接口 • ITU-T传输接口 • 基于SDH、纯信元、PDH • ＃SDH: (STM-N, N=0,1, 4, 16, 64, 256 (40G) ) • STM-0/(OC-1, in SONET)51.84Mb/s, STM-1 /(OC-3, in SONET) 155.52Mb/s, STM-4/(OC-12, in SONET) 622.08Mb/s , …, STM-256/(OC-768), 40G • 注：STM: Synchronous Transfer Module, OC- Optical Carrier) • PDH: (Plesi-synchronous Digital Hierarchy) • T11.544 Mb/s T2 6.312 Mb/s, • T3 44.736 Mb/s • E1 2.048 Mb/s E2 8.448Mb/s, • E3 34.368 Mb/s E4 139.264 Mb/s ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  29. 信元传输方式与接口 • ATM Forum 传输接口 • 基于SDH、纯信元、PDH、FDDI (Fiber Distributed Data Interface) • 基于光纤的155.52Mb/s (SDH方式) • 基于屏蔽双绞线的 155.52Mb/s ( STP: Shielded Twisted pair) (SDH方式) • 基于非屏蔽双绞线的25.6Mb/s (UTP: Unshielded TP) (基于信元－－信元就是传输帧) ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  30. 2. SDH传输接口 (以STM-1为例) 9 261 RSOH 3 H4 AU-PTR 1 下一级结构体或信元、分组的起始位置 MSOH 5 AU Payload area 承载的结构体VC-4 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  31. NE NE NE NE RS RS RS MS RS: Relay Section 中继段， MS:Multiplexing Section NE: Network Element 网元 RSOH: Relay Section Overhead 实现STM-1帧同步和再生段管理功能 MSOH:Multiplexing SectionOverhead 实现端到端的管理功能(见下页) ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  32. MSOH: Multiplexing Section Overhead 实现复用段管理功能(性能监测、故障处理、操作维护信道、自动保护切换(APS：Automatic Protection Switching) 等 AU-PTR: Administration Unit Pointer 指出承载的结构体(VC-4/ Virtual Container/虚容器)在(STM-1)载荷区的起始位置(允许VC-4数据滑动) ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  33. VC-4 PDU 格式 POH C-4 Payload H P H P H P P …… 9 H P 1 260 H P 信元一部分装在下一帧(260X9部分) ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  34. POH：Path Overhead 实现路径(VC级别)管理功能(路径故障/性能监测、差错控制、VC数据格式/载荷类型(PDH、ATM信元、FDDI) 等 POH中的H4字节指出ATM信元在VC-4载荷区的起始位置。 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  35. 3. 基于单个信元的传输 (纯信元传输 Cell-based transmission) H 1’ H 1 H 2 H k H 2’ H 1 一个帧周期 Kmax=26 保证净载荷率与SDH帧的净载荷率相同(如STM-1 260/270=149.76/155.52 ) 1’, 2’, … 表示 (1) 空信元 (VPI=0,VCI=0, PT=000b) 信元标头(00H, 00H, 00H, 01H(CLP=1), HEC) (2)OAM信元 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  36. 三、汇聚子层TC功能 1.传输帧产生/恢复 2.传输帧适配与信元速率解耦 1) 适配：信元在传输帧载荷区的装入/取出(Mapping) 2)速率解耦：发送端加入空闲信元(Idle Cell) /OAM信元以适应传输帧载荷区净速率; 接收端删除空闲信元或取出OAM信元交给管理实体 (为什么需要速率解耦？信元载荷速率与。。。的净载荷速率不一致) 3. HEC序列的产生/检验 产生: 发端用生成多项式g(x)=x8+x2+x+1产生校验码, 再“模2” 加‘01010101’b m(x). x8 =a(x).g(x) + r(x) ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  37. 检验: 接收端用生成多项式g(x)=x8+x2+x+1产生校验码, 再加‘01010101’b, 再决定检错/纠错 g(x)= x8+x2+x+1检错(多个比特)/纠错(单个) ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  38. 接收端HEC工作原理与模式 (黄P132) 初始状态 What are the purposes of HEC processing in receive side? ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  39. 初始状态 4. 信元定界 Delineation (黄P135) 根据CRC计算确定信元的起始 Why the cell delineation is necessary ? ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  40. 三种状态: (1)搜索态: 开始态, 逐比特进行CRC (2)预同步: 逐信元进行比较 (3)同步态: 正常工作 :抗拒伪定界的能力, 越大越准确 :抗拒伪失界的能力, 越大反应时间越长 ITU-T建议: 对于SDH系统 =7, =6 对于纯信元传输系统 =7, =8 Why in cell-based is larger than one in SDH-based? ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  41. 5. 信元扰码 (Scrambling) 目的：使信元或载荷随机化, ITU建议两种方式： • 对于SDH的物理层, 采取对信元载荷采用(x43 +1)自同步扰码(Self -Synchronous Scrambling) • 对于纯信元传输系统的物理层, 采用(x31+x28+1 ) Distributed Sampling Scrambling), 对信元标头和载荷进行模2加. ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  42. 1.1 ATM技术概述 • 1.2 ATM物理层 • 1.3 ATM交换 • 1.4 ATM适配层(AAL) • 1.5 ATM信令 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  43. 一、ATM层概述 1. ATM层(ATM Layer)功能 • 信元复接、分接: • 依据VPI或VPI+VCI完成; • 信元VPI/VCI转换： • 在ATM交换结点进行VPI或VPI+VCI转换 • 信元标头产生与提取: • 在终端、结点(交换机、UAE(Universal Access Equipment)、复用器等)处完成; ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  44. 2. ATM连接 1)传输通道、虚通道和虚通路 无论是用户-网络结点，还是网络结点间均有传输资源 传输通道： 表示两点间的单向物理传输能力 虚通道和虚通路用于对传输通道资源进行两级管理： 一个传输通道由若干虚通道(VP: Virtual Path)组成，一个VP包括若干个虚通路(VC: Virtual Channel)；用VPI标识虚通道，用VPI＋VCI标识虚通路。 思考：层数多少的优缺点？(带宽颗粒度，实现复杂度) ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  45. A 传输通道 a b a c a B C VC VP(A,B,C) 传输通道：西安二环路; VP:不同等级车道;VC:各等级中的不同子级别 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  46. VPI(VP’)=A, VPI(VP’’)=B, VPI(VP’’’)=C • 三个VP传输容量： 32kb/s (VC1,VC2) , • 24kb/s (VC3,VC4) , 8kb/s (VC5) • VC1=VPI.VCI=A.a 16kb/s 或 20kb/s • VC2=VPI.VCI=A.b 16kb/s 或 12kb/s • VP’ 的总容量＝ (16+16)或(20+12)kb/s • VC3=VPI.VCI=B.a 12kb/s 或 16kb/s • VC4=VPI.VCI=B.c 12kb/s 或8kb/s • VP’’的总容量＝ (12+12)或(16+8) kb/s • VC5=VPI.VCI=C.a 8kb/s ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  47. 同一物理传输通道中的不同VP需用不同的VPI标识； 同一物理传输通道中的不同VP需用不同的VPI标识； • 同一VP中不同虚通路需用相同的VPI+不同的VCI标识； • 不同VP中的虚通路可由不同的VPI+相同或不同的VCI标识 (do not care whatever the VCI may be same as the others or not)。 • 总结#： • 一个VP可用“物理通道号+VPI”这2参数标识，不同VP至少要有一个参数不同 • 一个VC可用“物理通道号+VPI+VCI”这3参数标识，不同VC至少要有一个参数不同 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  48. 总之： • 标识一个VP，(物理传输通道号，VPI)中至少有一个参数不同, 隐含：如果物理传输通道数＝1， 则VPI标识一个VP；一个特定VP的带宽肯定不小于其中的任一个VC，但不一定大于另一个VP中的一个VC的带宽； (注解：物理通道号大于1时，表示该链路有多个物理传输通道，例如2根光纤，或光纤＋微波等；如果不同的通道中，采用不同的VPIs分配原则，则可不要物理传输通道号，仅用 VPI标识一个VP ，但交换表必须有信元的输出物理通道号) • 标识一个VC，(物理传输通道号，VPI, VCI)中至少有一个参数不同. (注意：不能用单个VCI值标识一个VC，即某个VCI必属于某个VPI，单独的VCI数值没有任何意义！！) • 2) VP和VC交换 • VP交换仅变换VPI值; • VC交换需变换VPI+VCI值; ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  49. VP和VC交换(见黄P70) VC 交换 VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4 VPI 1 VPI 3 VPI 2 VP交换 VPI 2 端口1 端口2 VCI 1 VPI 1 VPI 3 VCI 2 VCI 1 VPI 4 VPI 5 VCI 2 端口3 How the VP and VC switching are implemented in an ATM switch? ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

  50. 3) VPC和VCC (见黄P70) • 虚通道连接(VPC-VP Connection)： • 表示由若干VP链路(由VPI标识)和VP交换机串接的(concatenated)一条 从源点－－》宿点 传送信元的通道。 • 虚通路连接(VCC -VC Connection)： • 表示由VC链路(由VPI+VCI标识)和VC交换机串接的一条 从源点－－》宿点 传送信元的通路。 ftp:219.245.73.1, Name: bcn,Password:2014

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