ATM原理概述

1什么是ATMATM（AsynchronousTransferMode)即异步转移模式:以信元(cell)为单位的异步转移模式。异步意味着来自不同用户的信息源不必是周期性的。综合了传输、复用、交叉连接和交换的技术2ATM的技术特点采用53byte固定长度的信元=5Bytes信元头+48Bytes净荷信元使用连接标识VPI/VCI通过ATM交换机进行交换，在通信前必须先建立端到端的虚连接。建立连接时就定义业务（或连接）的QoS属性Contract5-BytesHeader48-BytesPayload3面向连接的概念面向连接：单一路径信元沿预先连接好的路径：S1,S4,S7,S8所有数据包沿着相同的路径，按照发送的顺序到达。时延比较固定、易控制无连接：多路径数据包1路径：S1,S2,S6,S8数据包2路径：S1,S4,S7,S8各数据包走不同的路径、不一定按发送的顺序到达S2S4S7S1S6S8S3S5S2S4S7S1S6S8S3S54传统交换方式的优缺点传统交换方式：电路交换（CircuitSwitching）因同一连接的信息经过相同的路由，所以时延抖动小易于高速率的交换采用固定时隙分配，电路交换只能支持单一速率带宽浪费分组交换（PacketSwitching）分组交换可以支持多种速率的交换系统延迟不确定性分组交换的交换速率不易提高5ATM网络模型UNIUNIUNIPNNIPNNINNINNINNINNINNINNINNIICI其他网络业务NNI：NetworkNodeInterfaceUNI：UserNodeInterfaceICI：Inter-carrierInterfacePNNI：PrivateNetworkNodeInterface6ATM信元格式GFC：一般流量控制VPI：虚通道标识VCI：虚信道标识PTI：净荷类型CLP：-信元丢失优先级HEC：信头误码控制UNI信元格式NNI信元格式PTICLPHECPAYLOADGFCVCIVPI13245653VPI81765432PTICLPHECPAYLOADVCIVPI13245653817654327Port1VPI=2VCI=37VPI=3VCI=39NNIUNIUNIATM信元的交换过程ATM交换PortVPIVCI12372151Port2Port1ATM交换PortVPIVCI11512339Port2ATM终端设备ATM终端设备用户B用户AATM网络设备ATM网络设备信元和用户数据的互相转化信元和用户数据的互相转化VPI=1VCI=518ATM交换分类•ATM的交换本质上是分组交换•ATM交换分为VP（VirtualPath）交换和VC（VirtualChannel）交换两种•VPI和VCI仅在两个物理节点间只有局部意义9信元转发采用逐跳转发的方法UNI信元VPI=1VCI=1VC交换和VP交换用户B用户AATM终端设备ATM终端设备ATM网络设备ATM网络设备ATM网络设备UNI信元VPI=20VCI=30NNI信元VPI=26VCI=44NNI信元VPI=2VCI=44VC交换VC交换VP交换一般情况下：VP交换只改变VPI的值不改变VCI的值VC交换既改变VPI的值又改变VCI的值10ATM虚连接UNI信元VPI=1VCI=1UNI信元VPI=20VCI=30NNI信元VPI=26VCI=44NNI信元VPI=6VCI=44NNI信元VPI=2VCI=44123123132123ATM虚连接（VC）PortVPIVCI126442244PortVPIVCI12442644PortVPIVCI164422030PortVPIVCI11122644ABA需要传送数据到B，首先在信元要经过的ATM节点上建立一系列的交换表格，保证信元经逐次转发后最终到达B。这些表格建立后A到B间的信元所经路径是一致的（至少在一次呼叫内如此），这种路径称为ATM虚连接。11ATM中虚连接的分类•ATM的虚连接分为两种–虚通道VPC(VirtualPathConnection)–虚信道VCC(VirtualChannelConnection)•无论哪种虚连接，根据建立方式的不同都可分为：–交换虚连接SVC(SwitchingVirtualConnection)–永久虚连接PVC(PermanentVirtualConnection)12UNI信元虚通道和虚信道ATM终端设备AATM终端设备CATM网络设备EATM网络设备GATM网络设备FUNI信元NNI信元NNI信元VC交换VC交换VP交换虚信道（VCC）虚通道（VPC）虚信道（VCC）UNI信元UNI信元ATM终端设备BATM终端设备D为提高G的交换效率，所有发自A、B并要经过F的信元，E在转发时将它们的VPI统一填写为某一固定值，发送到G。G进行VP交换后到达F，F再根据VCI的值进行VC交换分发到C、D（反向业务流也如此处理）。这些信元从E到F，VCI值不变。相当于在E、F间建立了以VPI为标识的信元管道，称之为虚通道。而终端A、B、C和D之间的虚连接称为虚信道。13ATM适配层功能示意ATM适配层功能示意图：利用ATM网络的数据传送和交换能力，为各类电信业务提供服务。ATMPayloadConstantBitRateDataBurstsVariableBitRateATMCellMultiplexingAALSDU14AAL适配方式分类目前AAL层有5种适配方式，用于承载不同类型的数据业务。本课程的重点是AAL2和AAL5，因为在TD-CDMA系统中，主要使用使用AAL2承载和AAL5承载。业务A类B类C类D类比特率固定可变可变可变信源、信宿定时关系需要需要不需要不需要连接方式面向连接面向连接面向连接无连接适配AAL1AAL2AAL3/4AAL515ATM层的业务分类•CBR(Constantbitrate)不变比特率•VBR-RT(Variablebitrate-realtime)实时可变比特率•VBR-NRT(VBR-nonrealtime)非实时可变比特率•UBR(Unspecifiedbitrate)未指定比特率•ABR(Availablebitrate)可用比特率16IPOA协议栈ATM网络物理层将IP地址映射为ATMPVC或SVC高层应用ATMAALIPTCP/UDP高层应用ATMAALIPTCP/UDP将IP数据包转化为ATMPayload17TCP/IP数据帧处理AppDataTCPHeaderTCPheaderAppDataIPHeaderIPHeaderTCPHeaderAppDataLLCSAR-SDU#1SAR-SDU#2SAR-SDU#3SAR-PDU#4SAR-PDU#5TCPIPSNAP/LLCAAL5CSSARATMPHY在SAR-PDU前加上5Bytes的ATM信元头，并根据IP地址和PVC/SVC的映射关系填写VPI/VCI的值，将已构造完成的ATM信元交由物理层传送。具体的数据传输协议和物理介质，完成ATM信元的传送LLCIPHeaderTCPHeaderAppDataPADCPCS-PDUTail18IPOA下ARP协议的实现——典型组网图ATM网络ARP服务器以太网WAN路由器19IPOA下ARP协议的实现——SVC情况主机向ARP服务器登记其IP地址和ATM地址主机1ARP服务器IP:192.168.1.1ATM:50412081IP:192.168.1.2ATM:50412082ATM网络主机220IPOA下ARP协议的实现——SVC情况ARP服务器建立IP地址和ATM地址映射表主机1ARP服务器ATM网络主机2IP:192.168.1.2ATM:50412082IP:192.168.1.1ATM:5041208121IPOA下ARP协议的实现——SVC情况主机1以主机2的IP地址为索引，向ARP服务器要求解析主机2的ATM地址。主机1ARP服务器IP:192.168.1.2ATM:？？？？ATM网络22IPOA下ARP协议的实现——SVC情况ARP服务器在IP地址和ATM地址映射表中查出主机2的ATM地址，并通知主机1。主机1ARP服务器IP:192.168.1.2ATM:50412082ATM网络IP:192.168.1.2ATM:50412082IP:192.168.1.1ATM:5041208123IPOA下ARP协议的实现——SVC情况主机1ARP服务器ATM网络主机2主机1使用主机2的ATM地址，通过呼叫建立连接主机2的SVC。实现两者间的IP数据包交换。24IPOA下ARP协议的实现——PVC情况主机AIP:192.168.1.1ATM网络主机BIP:192.168.1.2PVC在这种方式下，任意两个有通信要求的IPOA终端间必须建立PVC。主机A和主机B间如果要实现IP数据交互首先要配置一条PVC。25IPOA下ARP协议的实现——PVC情况主机A作为本端IPOA客户在所有已配置的PVC上，发送InvATMARP消息来请求对端IPOA客户（主机B和其他主机）的IP地址。主机B也如此操作。主机AIP:192.168.1.1ATM网络主机BIP:192.168.1.2PVCInvATMARPInvATMARPVPIVCIIPAddress133？.？.？.？XXYY？.？.？.？VPIVCIIPAddress233？.？.？.？ZZYY？.？.？.？26IPOA下ARP协议的实现——PVC情况主机A、B分别将自己的IP地址回应给对方，于是双方均在自己的系统中建立对方的IP地址和PVC的映射表，当然，该表中还有其他做出回应的主机IP地址和PVC的映射。主机AIP:192.168.1.1ATM网络主机BIP:192.168.1.2PVCACKACKVPIVCI133XXYYIPAddress192.168.1.2xxx.xxx.xxx.xxxVPIVCI133ZZYYIPAddress192.168.1.1xxx.xxx.xxx.xxx27IPOA下ARP协议的实现——PVC情况主机A如果有以目的地为主机B的IP数据包，主机A的ATM层在收到该数据包转化后的AAL-PDU就会根据主机B的IP查找IP地址和PVC的映射表，索引出相应的PVC，并据此填写ATM信元头中的VPI/VCI。该信元即可由ATM网络传送到主机B。主机AIP:192.168.1.1ATM网络主机BIP:192.168.1.2PVCATM信元流ATM信元流VPIVCI133XXYYIPAddress192.168.1.2xxx.xxx.xxx.xxxVPIVCI133ZZYYIPAddress192.168.1.1xxx.xxx.xxx.xxx28反向复用IMAPHYIMA组PHYPHYPHYIMA组PHYPHYPhysicalLink#1PhysicalLink#0PhysicalLink#2VirtualATMLink当Iub口连接使用多条E1时，可以采用IMA（反向复用）组方式传送ATM信元。反向复用的目的就是用多条低速物理链路共同传送一条高速ATM链路信元的方法。ATMLayerATMLayer传送：按循环的次序把信元分配到各条低速的物理链路上接收：将各条低速物理链路传输来的信元重新汇成信元流