ATM技术简介和网络概况1

ATM技术简介和网络概况中国电信数据通信局基础网络产品处张大炜DataCommunicationBureau,ChinaTelecomATM/FR网技术简介异步转移模式（ATM）是以定长的53字节信元作为高速通信信息的载体，提供高速和小延迟的异步传送，也称作信元中继（CELLRELAY）业务。帧中继（FRAMERELAY）是从X.25分组技术派生出来的，利用帧对数据进行封装，使之在网络中传输,是简化的快速分组交换。ATM/FR网技术简介ATM网的特点是:（1）具有大容量的宽带交换能力，使用统计复用技术，大大提高了网络资源的利用率；（2）具有网络流量管理、拥塞管理、业务量管理机制和灵活的网络资源管理，PVC故障自动迂回，网络具有高度可靠性；（3）高速、低时延,可支持CBR、rt-VBR、nrt-VBR、UBR多种类型业务，并为不同类型业务提供不同等级的端到端质量（QOS）保证，是实现话音、图像及数据综合传送的平台。用户速率适用范围:512Kbps－155MbpsATM/FR网技术简介FR网的特点是:（1）以ATM网络为核心，是ATM网的业务接入层，使用统计复用技术，大大提高了网络资源的利用率；（2）网络进行PVC管理和拥塞管理，PVC故障自动迂回，网络具有高可靠性；（3）经济实用，尤其适用于突发性较强的数据业务传输；（4）灵活的用户接入方式用户速率适用范围:64kbps－34MbpsATM原理——定义和特点ATM定义ATM是一种传递模式，在这种模式中，信息被分成信元来传递，而包含同一用户信息的信元不需要在传输链路上周期性地出现。因此这种传递模式是异步的。ATM特点不进行逐段链路差错和流量控制面向连接信头功能简单信元长度小而固定用户信息透明地穿过网络支持任何业务（不同速率，不同突发性，不同实时性）有效利用网络资源（统计复用）ATM原理——信元和复用ABA队列信息源已分配信元:A.B未分配信元:Ø信头净荷5字节48字节ATM信元ATM复用线AAABtØØATM原理——交换•交换•ATM信元从一条入线上被传送到一条或多条出线的逻辑信道上。•集中/复用•把N条入线上的信息组合到M条出线上。–集中：物理入线数物理出线数–复用：把多个逻辑输入通道统计复用到一条逻辑输出通道上•扩展/分路•集中/复用的逆操作。ATM原理——交换•逻辑ATM信道–以物理端口以及该物理端口上的逻辑信道来表征：•逻辑ATM信道=物理端口+物理端口上的逻辑信道–物理端口号：表征了物理入线或出线–物理端口上的逻辑信道：由虚通路/虚信道标识(VPI/VCI)表征•ATM交换的定义•从一条逻辑ATM信道到一条或多条逻辑ATM信道的信息交换（该交换可以在许多逻辑ATM信道中选择）。•ATM交换的基本功能•时分交换、空分交换、信元头交换（翻译）ATM原理——交换•空分交换功能•一条物理入线上的信息交换到另一条物理出线上。•时分交换功能•将物理入线上一个逻辑信道上的信息交换到物理出线上的另一个逻辑信道上。•信元头交换（翻译）•一个逻辑ATM信道上的信元被交换到另一个逻辑ATM信道上时，其输入信元头的值将会被翻译成一个与输出逻辑ATM信道相对应的信元头输出值。ATM原理——交换信头信元数据队列输出信头信头/链路翻译表输入信头翻译表输入链路时隙输出电路时隙kknnggmlizyyxxssOOOOlll12q12nOOOOO1q212qkmlnigxyzxsy1lln...数据txATM原理——交换•ATM交换的过程–在交换节点处完成–信息从交换节点的入线交换到出线–将输入VPI/VCI值交换为输出VPI/VCI值•ATM连接分为VPC和VCC，ATM交换相应分为两类：–VP交换–又称交叉连接(cross-connect)，相应的设备称为交叉连接设备–只提供VP连接的交换，实现输入VPI值到输出VPI值的映射–被交换的VPC中所包含的所有VCC被作为整体被交换–用于骨干网中大量VCC的成组交换，通常不需信令功能，通过网管控制–VC交换–功能涵盖了VP交换–提供不同VPC中各VCC之间的信息交换–实现输入VPI/VCI值到输出VPI/VCI值的映射ATM原理——交换VP交换VPI=1VPI=3VPI=5VPI=2VPI=4VPI=6VCI=1VCI=2VCI=3VCI=4VCI=5VCI=6VCI=3VCI=4VCI=5VCI=6VCI=1VCI=2ATM原理——交换VC交换VP交换VCI=1VCI=2VCI=1VCI=2VCI=3VCI=4VCI=1VCI=21243VPI=1VPI=4VPI=5VPI=2VPI=3ATM原理——网络性能信息（语义）透明性Information(Semantic)transparencyBER（误比特率）PER（分组差错率）PLR（分组丢失率）PIR（分组误插率）时间透明性TimetransparencyDelay（时延），Delayjitter（时延抖动）ATM标准——标准化组织及其工作国际电信联盟-电信标准部门（ITU-T）已完成了包括B-ISDN框架、业务、物理层、ATM层、AAL层、接口、信令、管理、性能参数、流量和拥塞控制、OAM、编号、设备要求等建议，以及一些互通规范。（I系列，Q系列，G系列建议）ATM论坛（ATMForum）其工作主要集中在用户设备（CPE）和专用交换的规范上，在ATM与IP结合的方面也做了许多工作，制定了一系列标准，如UNI标准、PNNI、局域网仿真（LANE）、ATM上的多协议（MPOA）等。IETF（InternetEngineeringTaskForce)IETF的重点在于通过ATM实现IP的互通，目前其影响很大。DAVIC(DigitalAudioVideoInternationalCouncil)以音频和视频标准研究为主，研究有关VOD业务和影音接口等方面的标准。ATM标准——协议参考模型•由不同的层和面组成•参考模型中的平面–用户平面–控制平面–管理平面•参考模型中的分层–物理层–ATM层–ATM适配层–高层协议ATM标准——信元结构•信元头（UNI--用户网络接口格式）–GFC——一般流量控制（NNI--网络节点接口信元中的GFC改为VPI）–VCI——虚通路标志–VPI——虚通道标志–PTI——净荷类型指示（用户信息、OAM、信令、未分配和空信元）–CLP——信元丢失优先级（CLP=0，高优先；CLP=1，低优先）–HEC——信头差错控制•净荷•48字节•信息段ATM标准——VPI和VCI传输链路VPI=1VPI=2VCI=1VCI=2VCI=1VCI=2VP/VC的带宽可以由用户任意设定VPI--VirtualPathIdentifierVCI--VirtualChannelidentifierATM标准——接口速率类型E1——接口速率为2.048Mbit/sE3——接口速率为34.368Mbit/sSTM-1——接口速率为155.520Mbit/sSTM-4——接口速率为622.080Mbit/sSTM-16——接口速率为2488.320Mbit/sATM业务——业务量合约(TrafficContract)•业务量合约–在用户申请建立连接时，用户和网络需要通过协商，来约定保证连接性能的各种参数的取值，达成一致的约定参数值的集合就是业务量合约。•描述一个ATM连接的参数有两类：–终端设备（TE）或用户设备（CPE）向网络所要求的连接特定•如业务类型、参数使用信息、路由优先信息、流量控制能力等–终端用户向网络提供的连接信息•如带宽、服务质量、时延变化容限、流量控制、优先级控制等•业务量合约的作用：业务量管理的目标是以连接为基础来保证用户预定的QoS。网络需要根据业务量合约来向用户提供其要求质量的服务，包括：–用户根据该合约监视网络提供的服务是否达到了其要求的质量–网络根据该合约监视用户提交的业务量是否符合业务量合约中的参数约定，对不履行合约的业务量将采取相应的措施（丢弃或减低其优先级）ATM业务——业务量合约的构成•连接业务量描述器–源业务量描述器，如峰值信元速率、可维持信元速率、突发容限等–UNI/NNI上的信元时延变化容限（CDVT）•要求的服务质量（QoS）参数•用于规定信元丢失率、传输时延、时延抖动等参数•ATM的传输能力（TransferCapability）–ITU-T定义的传输能力：DBR、SBR、ABT、ABR–ATM论坛定义的业务类型：CBR、rt/nrt-VBR、ABR、UBR•一致性的定义•定义一种方法，来判断连接或连接中的信元是否一致（符合业务量合约）•其他选项•如优先级功能、信元标记功能(CellTagging)等ATM业务——连接业务量描述器参数•连接业务量描述器是在连接建立时由用户通过信令等方式来确定的•连接业务量描述器参数通常包括：–峰值信元速率（PCR）–信元时延变化容限（CDVT）–可维持信元速率（SCR）–突发容限（BT）–最大突发长度（MBS）•其中：–SCR、BT、MBS是可选项–PCR、SCR、BT、MBS是源业务量描述器参数ATM业务——峰值信元速率•峰值信元速率（PCR）定义为：Rp=1/TPCR–TPCR表示峰值发送间隔（PEI），两次基本事件间隔的最小值–PCR定义了一个ATM连接可发送的业务量速率的上限–UPC/NPC利用该上限为连接分配足够的网络资源，以满足QoS目标•PCR是一项基本的业务量参数–必须在源业务量描述器中被显示或隐式定义ATM业务——信元时延变化容限•CDV容限的定义：–为描述接口上信元时延变化的程度（即信元到达时间间隔的失真度），引入了CDV容限（CDVT），表示为–CDVT定义了接口上CDV的最大有效值•UNI/NNI接口上的CDVT参数在业务量合约中是必需的–CDV容限是与峰值信元速率相对应的，在UNI/NNI接口上信元的一致性由GCRA（TPCR，）算法定义–由于CDV容限的引入，使UNI/NNI接口链路上一致性信元的实际速率可能超过连接的峰值信元速率ATM业务——信元时延变化容限•CDVT的取值属于网络支持的一组参数，用户可以为一个ATM连接在UNI/NNI接口上选择一个合适的CDVT值•若选取的CDV容限小，表明信元流将以均匀的速率传输•若选取的CDV容限较大，表明信元流对时延变化的要求不高，允许网络有较长的时延•CDV容限较大时，业务量的突发性高，要求网络有更多的资源来进行处理ATM业务——可维持信元速率•可维持信元速率（SCR-SustainableCellRate）–SCR定义为一个VBR业务源的平均信元速率的最大值–平均信元速率是在一个时间段内（相对于TPCR足够长）业务源在PHY-SAP上信元速率的统计平均值–SCR是各时间段内平均信元速率的最大值–SCR表示为Rs：Rs=1/Ts•其中，Ts是两次基本事件之间的平均间隔时间的最小值•SCR的特性：–SCR定义在等效终端的PHY-SAP上，必须小于PCR–SCR是源业务量参数，VBR业务可以在连接建立时协商–网络在对VBR业务量进行统计复用时，可根据SCR来进行最佳的资源分配ATM业务——最大突发长度和突发容限•最大突发长度（MBS）和突发容限（BT）：–MBS——ATM连接能够以PCR传输的一致性信元的最大长度–BT（s）——BT是用来度量业务源MBS特性的时间范围参数，它定义了相对于SCR的信元速率波动的容许范围–MBS与BT的关系：MSB=[1+s/（TS-TPCR）]–（SCR，BT）是一组对应参数，在PHY-SAP上业务源对SCR的信元一致性由GCRA（TS，s）算法来定义–MBS并不表示该长度的信元突发都是一致的ATM业务——传输能力•ATM传输能力的概念–ATM传输能力（承载能力）定义为：在ATM层中被某个特定的业务量复用机构所支持的、适合于某种应用（用户）的一组QoS承诺和ATM业务量参数的组合。–一种ATM传输能力对应了一种QoS等级–一个ATM连接所使用的ATM传输能力必须在连接