William Stallings Data and Computer Communications

1. William StallingsData and Computer Communications Chapter 11 非同步傳輸模式與訊框中繼(Asynchronous Transfer Mode and Frame Relay)

2. 協定架構(Protocol Architecture) • ATM與封包交換(packet switching)相似之處 • 以離散的片段(discrete chunks)做資料傳輸 • 在單一實體介面(physical interface)上可以有多條邏輯連接(logical connections) • 在每一條邏輯連接的ATM資料流(flow)中傳送的是稱為細包(cell)的固定大小(fixed sized)封包 • 最少的錯誤與流量控制(error and flow control) • 降低額外負擔(overhead) • 實體層資料率(data rates)為25.6Mbps到 622.08Mbps

3. 協定架構(圖示)

4. 參考模型層面(Reference Model Planes) • 使用者層面(User plane) • 提供使用者資訊之傳輸 • 控制層面(Control plane) • 通話與連接控制(Call and connection control) • 管理層面(Management plane) • 層面管理(Plane management) • 完整的系統功能(whole system functions) • 層級管理(Layer management) • 協定個體(protocol entities)中的資源(Resources)與參數(parameters)

5. ATM 邏輯連接(Logical Connections) • 虛擬通道連接(Virtual channel connections, VCC) • 相當於X.25中的虛擬電路(virtual circuit) • 交換的基本單元(Basic unit of switching) • 介於兩個端點使用者(end users)之間 • 全雙工(Full duplex) • 固定大小之細包(Fixed size cells) • 資料Data, 使用者／網路間交換(user-network exchange) (控制(control))以及網路間交換(network-network exchange) (網路管理與路由(network management and routing)) • 虛擬路徑連接(Virtual path connection, VPC) • 束捆(Bundle)相同端點間之VCC

6. ATM 連接關係(Connection Relationships)

7. 虛擬路徑之優點 • 簡化網路結構 • 增加網路效能(performance)與可靠性(reliability) • 降低處理負擔 • 縮短連接建立時間(connection setup time) • 增進網路服務

8. 以VP建立通話(Call Establishment Using VPs

9. 虛擬通道連接之使用(Virtual Channel Connection Uses) • 介於兩端點使用者之間 • 端點對端點使用者資料 • 控制訊號(control signals) • VPC 提供整體的傳送能力(overall capacity) • 由使用者組織VCC • 介於端點使用者與網路之間 • 控制訊令(control signaling) • 介於網路個體(network entities)之間 • 網路交通管理(network traffic management) • 路由(routing)

10. VP/VC 特徵(Characteristics) • 服務品質(quality of service) • 交換式的(switched)以及半永久的(semi-permanent)通道連接 • 通話序列整合(call sequence integrity) • 交通量參數交涉(traffic parameter negotiation) 以及使用情形監測(usage monitoring) • VPC 才有的 • 在VPC之內的虛擬通道識別碼(Virtual channel identifier)限制

11. 控制訊令(Control Signaling) – 虛 擬通道連接(VCC) • 在個別的連接上執行 • 半永久的(semi-permanent) VCC • 主控訊令通道(meta-signaling channel) • 作為永久的控制訊號通道(permanent control signal channel)使用 • 使用者至網路的(user to network)訊令虛擬通道 • 作為控制訊令(for control signaling) • 用以設定(set up) VCCs以載送使用者資料 • 使用者至使用者的(user to user)訊令虛擬通道 • 含於事先建立完成的(pre-established) VPC之內 • 讓兩端點使用者在建立(establish)或解除(release)使用者至使用者的VCC時不需涉及網路(without network intervention)

12. 控制訊令(Control Signaling) – 虛擬路徑連接(VPC) • 半永久的(semi-permanent) • 用戶控制的(customer controlled) • 網路控制的(network controlled)

13. ATM 細包(Cells) • 固定大小(Fixed size) • 5 位元組(octet)標頭(header) • 48 位元組資訊欄位(information field) • 小細包降低對於高優先權細包(high priority cells)的佇列延遲(queuing delay) • 小細包可以更有效率地被交換 • 交換小細包之硬體更容易設計

14. ATM 細包格式(Cell Format)

15. 標頭格式(Header Format) • 一般流量控制(generic flow control) • 只有在使用者至網路介面(user to network interface) • 只在此處控制流量 • 虛擬路徑識別碼(virtual path identifier) • 虛擬通道識別碼(virtual channel identifier) • 負載型態(payload type) • 例如使用者資訊(user info)或是網路管理(network management) • 細包遺失優先等級(cell loss priority) • 標頭錯誤控制(header error control)

16. 一般流量控制(Generic Flow Control, GFC) • 在使用者至網路介面(user to network interface, UNI)上控制交通流量以減輕短期的過載(short term overload) • 兩套程序 • 未控制的傳輸(Uncontrolled transmission) • 控制的傳輸(Controlled transmission) • 每條連接可接受流量控制或不接受 • 接受流量控制(Subject to flow control) • 可以預設的單一群組(A) • 可以是兩個群組(A與B)—雙佇列 • 流量控制是從客戶至網路 • 被網路這一方所控制

17. 單一群組的連接(Single Group of Connections) (1) • 終端設備(Terminal equipment, TE)起始兩個變數 • TRANSMIT旗標設為 1 • GO_CNTR (額度計數器，credit counter)設為 0 • 若TRANSMIT=1，則在未控制的連接上之細包可以隨時傳送 • 若TRANSMIT=0，則不能傳送任何細包(在控制的或未控制的連接上) • 若收到HALT, TRANSMIT 設為 0且持續至收到 NO_HALT

18. 單一群組的連接(Single Group of Connections) (2) • 若 TRANSMIT=1且在任何的未控制連接上無細包要傳送，則： • 若 GO_CNTR>0, TE 可送出在控制連接上之細包 • 細包被標幟(marked)為正在控制的連接上 • GO_CNTR 減一 • 若 GO_CNTR=0, TE 不可以在控制連接上作傳送 • 當收到 SET 訊號，TE 設定 GO_CNTR 為 GO_VALUE • 空訊號(Null signal)無作用(no effect)

19. HALT的用處 • 以限制在ATM上的有效資料率(effective data rate) • 必須是循環的(cyclic) • 資料率欲減半, 則HALT發行作用(issued in effect)50%的時間 • 在連接的生命期當中以規律之型態(regular pattern)運作

20. 雙佇列模型(Two Queue Model) • 兩個計數器 • GO_CNTR_A, GO_VALUE_A,GO_CNTR_B, GO_VALUE_B

21. 標頭錯誤控制(Header Error Control, HEC) • 8 位元錯誤控制欄位(error control field) • 由標頭中其他的32位元計算得到 • 可做到一些錯誤更正(error correction)

22. 在接收端的錯誤控制運作(HEC Operation at Receiver)

23. 在細包標頭錯誤的影響

24. 隨機位元錯誤之衝擊(Impact of Random Bit Errors)

25. ATM細包之傳輸 • 622.08Mbps • 155.52Mbps • 51.84Mbps • 25.6Mbps • 基於細包的(Cell Based)實體層 • 基於同步資料階層的(SDH based)實體層

26. 基於細包的實體層(Cell Based Physical Layer) • 無額外之分框負擔(No framing imposed) • 連續的(53位元組)細包流串(stream) • 細包的分界(Cell delineation)是基於標頭的錯誤控制欄位

27. 細包分界的狀態圖(Cell Delineation State Diagram)

28. 隨機位元錯誤對於細包分界效能之衝擊

29. 粹取時間(Acquisition Time) v 位元錯誤率(Bit Error Rate)

30. 基於同步資料階層(SDH)的實體層 • 在ATM流串上加上額外結構 • 例如，使用155.52Mbps的同步光纖網路 • 使用STM-1 (STS-3)訊框(frame) • 可以同時載送ATM及STM負載(payloads) • 某些特定之連接可以使用SDH通道作電路交換(circuit switched using SDH channel) • SDH多工技術可用以結合若干個ATM流串

31. 基於SDH ATM細包傳輸的STM-1負載

32. ATM 服務分類(Service Categories) • 即時(Real time) • 固定位元速率(Constant bit rate, CBR) • 即時變動位元速率(Real time variable bit rate, rt-VBR) • 非即時(Non-real time) • 非即時變動位元速率(Non-real time variable bit rate, nrt-VBR) • 可利用位元速率(Available bit rate, ABR) • 未指定位元速率(Unspecified bit rate, UBR)

33. 即時服務(Real Time Services) • 延遲量(Amount of delay) • 延遲的變異(Variation of delay) (又稱jitter)

34. 固定位元速率(CBR) • 有持續固定的資料率可供使用 • 延遲有嚴謹的上限(tight upper bound) • 用於未經壓縮的音訊或視訊(uncompressed audio and video) • 視訊會議(video conferencing) • 交談音訊(interactive audio) • 影音(A/V)播放與存取(distribution and retrieval)

35. 即時變動位元速率(rt-VBR) • 對時間敏感的應用(time sensitive application) • 有嚴謹的延遲(delay)與延遲變異之限制(delay variation) • rt-VBR 應用程式的傳送速率會隨時間變動 • 例如：經壓縮的視訊(compressed video) • 產生資料量不一的影像畫面(varying sized image frames) • 原始未經壓縮的(uncompressed)畫面速率是固定的(constant) • 因此，壓縮後資料率是變動的 • 可以統計式分時多工多條連接(statistically multiplex connections)

36. 非即時性變動位元速率(nrt-VBR) • 可能可以描繪預期交通流量(expected traffic flow)的特徵(characterization) • 在遺失率及延遲上增進服務品質(QoS) • 端點系統指定： • 尖峰細包速率(Peak cell rate) • 支撐的(Sustainable)或是平均的(average)速率 • 量測(measure)突發的交通量(bursty traffic)為如何 • 例如：航空訂位(airline reservations), 銀行交易(banking transactions)

37. 未指定的位元速率(UBR) • 除了被CBR及VBR交通量所使用外，可能還有多餘的通訊容量(additional capacity) • 並非所有的資源(resources)皆被使用 • VBR的突發性本質(bursty nature) • 適用於那些可容忍(tolerate)某些封包遺失或變動延遲的應用 • 例如：基於TCP的交通 • 以先進先出方式轉傳細包(Cells forwarded on FIFO basis) • 盡力而為的服務(Best efforts service)

38. 可利用位元速率(ABR) • 應用程式指定尖峰細包速率(peak cell rate, PCR) 及最起碼的細包速率(minimum cell rate, MCR) • 配置資源以得到至少MCR的速率 • 空下的容量(spare capacity)再由所有ABR資源所分享 • 例如：區域網路連結(LAN interconnection)

39. ATM 位元速率服務(Bit Rate Services)

40. ATM 適應層(Adaptation Layer) • 支援非基於ATM的資訊傳輸協定 • PCM (語音，voice) • 將位元組合成細包(Assemble bits into cells) • 再組合成接連不連的資料流 • IP • 將IP封包映射成(map onto) ATM細包 • 分割(fragment)IP封包 • 於ATM之上使用LAPF以保留所有IP基礎結構(infrastructure)

41. 適應用層服務(Adaptation Layer Services) • 處理傳輸錯誤(handle transmission errors) • 分段與重組(segmentation and re-assembly) • 處理遺失(lost)與誤植的細包 (misinserted) • 流量控制(flow control)及時序(timing)

42. 被支援的應用型態 • 電路模擬(circuit emulation) • VBR 聲音(voice)及視訊(video) • 一般的資料服務(general data service) • 於ATM上的IP (IP over ATM) • 於ATM上的多重協定封裝 (Multiprotocol Encapsulation over ATM, MPOA) • IPX, AppleTalk, DECNET • 區域網路模擬(LAN emulation)

43. ATM調適層協定 (AAL Protocols) • 收歛子層(Convergence sublayer, CS) • 以支援特定應用 • AAL使用者附著於服務存取點(SAP) • 分段與重組子層(Segmentation and re-assembly sublayer, SAR) • 包裝(Packages)及解包裝(unpacks)來自收歛子層的資訊成為細包 • 四種型態(types) • Type 1 • Type 2 • Type 3/4 • Type 5

44. AAL協定

45. 分段與重組封包資料單元(PDU)

46. AAL Type 1 • CBR來源端(source) • 分段與重組子層(SAR)包裝與解包裝位元資料 • 區塊伴隨著序號(block accompanied by sequence number)

47. AAL Type 2 • VBR • 類比應用(analog applications)

48. AAL Type 3/4 • 非連接導向(Connectionless)或連接導向(connected) • 訊息模式(Message mode)或流串模式(stream mode)

49. AAL Type 5 • 為連接導向的上層協定提供串列傳輸(streamlined transport)

50. 共同部分收歛子層(CPCS) PDUs