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网络技术培训之 ATM 原理

网络技术培训之 ATM 原理. ATM 概述 ATM 技术的基本概念 ATM 协议栈 ATM 业务类型 流量控制和拥塞控制与算法 IPOA 协议和 RFC1483 ATM 信令 IMA 协议 ATM 网络维护. ATM 概述. ATM 的标准化组织. ATM Forum IETF ITU-T. ATM 概述. ATM 与传统交换方式比较 -1. 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 概述.

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网络技术培训之 ATM 原理

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  1. 网络技术培训之 ATM 原理

  2. ATM概述 • ATM技术的基本概念 • ATM协议栈 • ATM业务类型 • 流量控制和拥塞控制与算法 • IPOA协议和RFC1483 • ATM信令 • IMA协议 • ATM网络维护

  3. ATM概述 ATM的标准化组织 • ATM Forum • IETF • ITU-T

  4. ATM概述 ATM与传统交换方式比较-1 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

  5. ATM概述 ATM与传统交换方式比较-2 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。

  6. ATM概述 交 换 技 术 固定比特率 可变比特率 简单 复杂 电路交换 多速率 电路交换 快速电路交换 快速分组 交换 帧中继 分组交换 ATM ATM与传统交换方式比较-3 • 转移模式: 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 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(话音、数据、图像)

  7. ATM概述 ATM网与IP网的比较 • ATM网 • 面向连接，有N2问题 • 靠链路层选路，基于VPI/VCI或标记 • 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 • 网络ATM化进程的重新定位 • IP网 • 无连接，无N2问题 • 基于网络层选路，基于IP地址 • 无业务量控制与阻塞控制 • 业务质量无保证

  8. ATM概述 • ATM技术的基本概念 • ATM协议栈 • ATM业务类型 • 流量控制和拥塞控制与算法 • IPOA协议和RFC1483 • ATM信令 • IMA协议 • ATM网络维护

  9. ATM技术的基本概念 1 2 3 4 5 . . . 53 8 7 6 5 4 3 2 1 VPI GFC VCI VPI VCI 8 7 6 5 4 3 2 1 PTI VCI VPI CLP VCI VPI HEC VCI PAYLOAD PTI VCI CLP HEC PAYLOAD ATM信元格式 1 2 3 4 5 . . . 53 UNI 信元格式 NNI 信元格式 PTI - 净荷类型 CLP - 信元丢失优先级 HEC - 信头误码控制 Payload - 载荷,48 字节 信头5字节(包括GFC,VPI, VCI, PTI,CLP,HEC) GFC - 一般流量控制 VPI - 虚通道标识 VCI - 虚通路标识

  10. ATM技术的基本概念 ATM信元类型 空闲信元：VPI=0，VCI=0，PTI=0，CLP=1，用于速率适配 未赋值信元：VPI=0，VCI=0，PTI=任意值，CLP=0。 VP子层：VCI=3用于VP链路，VCI=4用于VP连接 OAM信元 VC子层：PTI=4用于VC链路，PTI=5用于VC连接 信元包括 元信令信元：VPI=任意值，VCI=1 信令信元 一般广播信元信令：VPI=任意值，VCI=2 点对点信令信元：VPI=任意值，VCI=5 用户信元

  11. ATM技术的基本概念 虚通道VP与虚通路VC 虚通路 (VC) ATM物理连接 虚通路连接(VCC) 虚通道(VP) E3 OC-3OC-12 虚通道 (VP) 虚通路 (VC) 虚通路(VC)ATM端节点之间的 逻辑通路 虚通路连接 (VCC)包括多条VP 虚通道 (VP)包括多条VC 连接标识 = VPI/VCI

  12. ATM 交换机翻译 VPI/VCI值 每个接口的VPI/VCI值唯一 ATM技术的基本概念 2 1 3 ATM交换的实现 输入 输出 45/26 端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 1 29/33 2 45/26 29/33 64/12 1 64/12 3 37/18 37/18

  13. ATM技术的基本概念 VC 交换 VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4 端口2 VPI 1 VPI 3 VPI 2 VP交换 VPI 2 端口1 VCI 1 VPI 1 VPI 3 VCI 2 VCI 1 VPI 4 VPI 5 VCI 2 端口3 VP交换和VC交换-1

  14. ATM技术的基本概念 虚通路连接 (VCC) 虚通道连接(VPC) UNI UNI NNI NNI VC交换 VP交换 VC交换 VPI = 1VCI = 1 VPI = 2VCI = 44 VPI = 26VCI = 44 VPI = 20VCI = 30 VP交换和VC交换-2 • 这种逐跳转发被称为信元转发

  15. ATM技术的基本概念 S2 1 S6 S2 S6 1 1 S1 S8 S1 S3 S5 S8 S3 S5 VC 2 2 S4 2 S7 S4 S7 • 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 • 时延比较固定、易控制 • 无连接：包路由 • 路径 1 = S1, S2, S6, S8 • 路径 2 = S1, S4, S7, S8 • 数据能够走不同的路径、不按照顺序到达 面向连接的特点

  16. ATM技术的基本概念 ATM是一种面向连接的技术 Setup Setup Setup Setup 无连接交换网络 面向连接ATM网络 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 服务质量(Qos)保证

  17. ATM技术的基本概念 • ATM的统计复用

  18. ATM概述 • ATM技术的基本概念 • ATM协议栈 • ATM业务类型 • 流量控制和拥塞控制与算法 • IPOA协议和RFC1483 • ATM信令 • IMA协议 • ATM网络维护

  19. ATM协议栈 面管理 层管理 控制平面 用户平面 高层 高层 AAL SAAL ATM层 物理层 ATM协议参考模型 信令 信息

  20. ATM协议栈 ATM物理层 ATM 适配层 (AAL) 2个子层: • 传输汇聚 (TC) • Framing • HEC • 物理媒介(PM) • 物理媒介译码 ATM 层 物理层

  21. ATM协议栈 ATM层 ATM层功能 • 信元头的产生和提取； • 信元丢失优先级处理，处理CLP； • 载荷类型指示处理，通过PTI提取EFCI信息，区分F5 OAM信元，RM信元与用户信元 • 通用流量控制，GFC； • 信元接续标识处理，VPI/VCI值验证、识别、变换等处理，信元交换； • UPC/NPC算法等； • F4，F5 OAM功能。 ATM 适配层 (AAL) ATM 层 物理层

  22. ATM协议栈 ATM 交换 ATM 层 Port 1 Port VPI VCI PHY ATM 1 2 37 AAL ATM PHY UNI 2 1 51 Port 2 VPI 2VCI 37 PHY ATM NNI ATM 交换 ATM 层 Port 1 Port VPI VCI PHY ATM 1 1 51 2 3 39 VPI 3VCI 39 Port 2 AAL ATM PHY PHY ATM UNI ATM层完成信元交换

  23. ATM协议栈 ATM适配层 ATM 适配层 (AAL) 2个子层： • 汇聚子层 (CS) • 分段和重组 (SAR) ATM 层 物理层

  24. ATM协议栈 AAL S A R C S ATM适配层的功能 AAL = 流量参数 + QoS参数 + SAR • CS：分配不同的服务质量的业务以不同的流量类型 • SAR：信元 <-> 包

  25. ATM协议栈 ATM适配层等级

  26. ATM协议栈 ATM适配层-AAL1 • AAL1主要适用于信源和信宿间有严格定时关系且面向连接的CBR类业务； • CSI标识不同的应用，如时钟信号传递和结构化数据传递等； • SC放置每个信元的序号，用于检测信元丢失及误插入。 • CRC-3和奇偶校验位用来保证序号域中信元序号的正确传输；

  27. ATM协议栈 ATM适配层-AAL5 • AAL5用于信源和信宿间不要求时间同步的业务，以提供面向连接或非面向连接的数据传输，且传输速率可变； • CPCS-PDU载荷，用于承载CPCS用户信息，如SSCS-PDU； • PAD，0到47字节，用于将CPCS-PDU补充为48字节的整数倍； • CPCS-UU，用于透明装载CPCS用户到用户的信息； • 公共部分指示CPI，用于将CPCS尾调整到8字节，默认的编码为0，这一字段也可被用于消息类型功能； • LENGTH，长度，用于指示出按字节计算的CPCS-PDU载荷的长度，当被置为0时，它指示出异常终止功能；

  28. ATM协议栈 ATM适配层-AAL5 AAL5 SAR将CPCS-PDU分割成48字节的SAR-PDU，或根据ATM层提供的信息ATM-UU重组CPCS-PDU，因协议简单而被大量使用

  29. ATM概述 • ATM技术的基本概念 • ATM协议栈 • ATM业务类型 • 流量控制和拥塞控制与算法 • IPOA协议和RFC1483 • ATM信令 • IMA协议 • ATM网络维护

  30. ATM业务类型 ATM业务分类 • Constant bit rate CBR • Variable bit rate-real time VBR-RT • VBR-non real time VBR-NRT • Unspecified bit rate UBR • Available bit rate ABR

  31. ATM业务类型 ATM 流量参数 • 峰值信元率PCR：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 • 可维持速率SCR：应用产生的平均信元速率 • 最大突发长度MBS：最大的信元突发长度 • 最小信元速率MCR：应用应付延迟的能力 • 信元抖动容限CDVT：信元间隔的上限

  32. ATM业务类型 ATM QoS参数 • 包括峰－峰信元时延抖动：peak-to-peak CDV • 最大信元传递时延Max CTD：信元从一个端点到另一个端点所需要的时间 • 信元丢失率CLR：可以接受的因网络拥塞而导致信元丢失比例

  33. ATM业务类型 业务类型与参数描述

  34. ATM业务类型 流量参数 QoS Tolerance PCR 低 高 峰值信元率 信元丢失 信元抖动 开销 5 字节头 实时视频和音频 1 字节 47 字节负荷 CBR业务类型

  35. ATM业务类型 分组音频和视频 流量参数 QoS PCR Tolerance 峰值信元率 LOW HIGH SCR 可维持信元率 MBS 信元丢失 最大突发长度 信元丢失(NRT) 信元丢失 (RT) 负荷 5 字节信元头 1-8字节 1-47 字节负荷 VBR业务类型

  36. ATM业务类型 公共广域网 流量参数 QoS Tolerance 低 高 没有质量保证 全凭上帝保佑 Cell 抖动 Cell 丢失 负荷 5 字节头 44 字节负荷 4 字节 UBR业务类型

  37. ATM业务类型 局域网互联 流量参数 QoS PCR Tolerance 峰值信元率 低 高 MCR 最小信元率 信元丢失 信元抖动 Overhead 5 ByteHeader • No celloverhead • Uses congestionfeedbackinstead 48 BytePayload ABR业务类型

  38. ATM概述 • ATM技术的基本概念 • ATM协议栈 • ATM业务类型 • 流量控制和拥塞控制与算法 • IPOA协议和RFC1483 • ATM信令 • IMA协议 • ATM网络维护

  39. 流量控制和拥塞控制与算法 ATM网的流量管理机制 • 呼叫请求建立连接阶段 • 关键技术是连接允许控制。 • 通信过程中对入网流量的监测与控制 • 关键技术是使用参数控制。 • 拥塞控制阶段 • 关键技术是选择信元丢弃与拥塞指示。

  40. 流量控制和拥塞控制与算法 QoS的保证机制——CAC 网络的资源是否足够？ 我需要一个VC: X Mbps Y 抖动 Z 信元丢失 保证QoS请求 契约 ATM 网络

  41. 流量控制和拥塞控制与算法 契约 你违反了 契约，应该任何处罚 你呢？ ?决定? 违约 应用 ATM 网络 QoS的保证机制——UPC

  42. 流量控制和拥塞控制与算法 UPC Marked 0 0 0 0 1 0 ?决定? D r o p • 通过 • 标记 CLP • 丢弃 • 算法：一般信元速率算法(GCRA) QoS的保证机制——UPC

  43. 流量控制和拥塞控制与算法 UPC 标记 0 0 0 0 1 0 丢 弃 3 2 QoS的保证机制——UPC （1）让信元通过：信元被UPC认为是守约的。 （2）将信元打标签：仅仅只对CLP=0的信元打标签，将CLP位改为1， 允许其通过。 （3）丢弃信元：信元违规，不能被继续向下传输。

  44. 流量控制和拥塞控制与算法 QoS的保证机制——EPD/PPD • 早期包丢弃（EPD）和部分包丢弃（PPD）。 • 1、当发送流量超过申请带宽的时候，UPC开始丢弃信元，PPD发挥作用，丢弃同一个AAL5包中的除去包尾的其余信元。 • 2、PPD功能并不能保证UPC不丢弃AAL5包的最后一个信元，因此会出现上一个包的最后一个信元被丢弃了，影响到下一个包，使两个包成为了一个坏包。 • 3、EPD功能在交换机发生拥塞的时候起作用，当拥塞发生的时候，交换机将按照包而不是信元来丢弃，但是EPD功能并不能区分哪些包是正常的包，哪些包是坏包，因此并不能选择性地丢弃坏包。

  45. 流量控制和拥塞控制与算法 我要遵守 契约，因此我 必须对我的流量 进行整形 前进, 多保重 Shaper 实际数据 整形过的数据 私网 公共ATM网络 • 在用户侧进行流量整形 • 改变流量特征 • 漏桶算法 QoS的保证机制——流量整形

  46. 流量控制和拥塞控制与算法 流量控制算法 • 通常采用漏桶算法GCRA（一般信元速率算法 Generic Cell Rate Algorithm ）。 • 我们假设一用户向网络申请一项业务所申请的最大网络带宽为PCR ，记T=1/PCR ，则T意味着用户每隔不小于T的时间向网络发送一个信元。

  47. 流量控制和拥塞控制与算法 信元到达交换机的时间—信元预期到达 后续的信元2在信元1到达T时间后准时到达，而且信元3预期在t2+T也就是t1+2T时刻到达（记初始时刻交换机在此时收到用户信元1为t1）。

  48. 流量控制和拥塞控制与算法 信元到达交换机的时间—信元迟到达 信元2迟到了，信元2本来预期在t1+T时刻到达，但它实际到达交换机的时刻t2>t1+T， 需要注意的是虽然信元2迟到了，但是信元3预期到达交换机的时间为t2+T ，并不是t1+2T 。

  49. 流量控制和拥塞控制与算法 信元到达交换机的时间—信元提早到达 用户端发送的速率大于所约定的PCR值，导致信元2到达交换机的时间早于所预期的t1+T ，虽然此时t2<t1+T， 但是t1+T-t2<=L

  50. 流量控制和拥塞控制与算法 信元到达交换机的时间—信元过早到达 用户的信元发送速率太大，导致信元2到达交换机太早，t1+T-t2>L ，交换机认为用户所发送过来的信元2违约。

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