1、第七章 寬帶ISDN的關(guān)鍵技術(shù)ATM,7.1 ATM的基本概念 7.2 ATM協(xié)議結(jié)構(gòu) 7.3 IP/ATM集成交換,7.1 ATM的基本概念 7.1.1 ATM的發(fā)展背景 帶ISDN的發(fā)展主要存在以下局限： （1）窄帶ISDN的信息傳輸速率有限 。 （2）窄帶ISDN是在數(shù)字電話網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的交換是基于64 kbit/s的電路交換方式，而電路交換方式對技術(shù)發(fā)展的適應(yīng)性較差。 （3）窄帶ISDN雖然也綜合了分組交換業(yè)務(wù)，但是這種綜合僅在用戶網(wǎng)絡(luò)接口上實(shí)現(xiàn) 。,7.1.2 ATM的基本工作原理 ATM是英文Asynchronous Transfer Mode（異步轉(zhuǎn)送方式）的縮

2、寫。 1信元 2復(fù)用,圖7-1 ATM多路復(fù)用,3交換,圖7-2 ATM交換的基本原理,7.1.3 ATM信元的,結(jié)構(gòu)圖7-3 ATM信元的格式, GFC（Generil Flow Control）用于控制用戶向網(wǎng)上發(fā)送信息的流量。 VPI（Virtual Path Identifer）和VCI（Virtual Channel Identifier）用來將一條傳送ATM信元的信道劃分為多個子信道。 PTI（Payload Type Indicator） CLP（Cell Loss Priority） HEC（Header Error Check）,7.1.4 與電路交換方式和分組交換方式的比較

3、 1電路交換方式,圖7-4 同步時分復(fù)用中的幀和時隙,電路交換方式具有如下特點(diǎn)： 在通信開始時應(yīng)首先建立連接。 一個連接在通信期間始終占用某一固定的數(shù)字子信道，這些數(shù)字子信道是依據(jù)其在時間軸上的位置確定的。 建立連接以后，信息在系統(tǒng)中的傳輸時延基本上是一個恒定值。 同步時分復(fù)用系統(tǒng)中的各個子信道的速率是固定分配的，不可能在不改變此系統(tǒng)的情況下臨時調(diào)配各個子信道的速率。 交換節(jié)點(diǎn)對傳輸中出現(xiàn)的錯誤不進(jìn)行校正，對節(jié)點(diǎn)的處理要求簡單。,2分組交換方式 通信網(wǎng)中傳輸、復(fù)用和交換的基本單位。 分組交換方式具有如下特點(diǎn)： 分組交換采用統(tǒng)計復(fù)用方法，可以將信道按照需要動態(tài)地分配給各個用戶，信道利用率較高。

4、在分組交換中普遍采用逐段反饋重發(fā)的措施，以保證數(shù)據(jù)傳輸是無差錯的。 分組數(shù)據(jù)在通信網(wǎng)中傳送的時延是隨機(jī)的，這主要是因?yàn)閿?shù)據(jù)分組在交換節(jié)點(diǎn)有可能要排隊(duì)等待，另外，逐段反饋也可能引入附加的時延。 由于要進(jìn)行逐段差錯控制，交換節(jié)點(diǎn)的處理負(fù)擔(dān)較重。,3ATM兼具電路交換方式和分組交換方式的優(yōu)點(diǎn) ATM與分組交換方式的基本差別是： ATM信元的長度固定，并使用了空閑信元填充信道，這使信道被劃分為等長的時間小段，為提供固定比特率和固定時延的電信業(yè)務(wù)創(chuàng)造了條件。 取消了逐段的差錯控制，減輕了交換節(jié)點(diǎn)的處理負(fù)擔(dān)。,7.1.5 ATM的特點(diǎn) 1采用統(tǒng)計時分復(fù)用方式 2取消了逐段的差錯控制和流量控制 （1）適當(dāng)?shù)?/p>

5、資源分配和隊(duì)列容量設(shè)計使隊(duì)列溢出的概率很低，信元丟失率可壓低到10-810-12； （2）在呼叫建立時審查用戶申請的帶寬，當(dāng)確信網(wǎng)絡(luò)中有足夠的資源時才接受這個呼叫。 3采用面向連接的方式 4信頭的功能被簡化 5信元長度固定，信息段長度短,7.2 ATM協(xié)議結(jié)構(gòu) 7.2.1 B-ISDN的協(xié)議參考模型,圖7-5 ATM協(xié)議參考模型,用戶平面主要用于用戶信息的傳輸，采用分層結(jié)構(gòu)。 控制平面負(fù)責(zé)呼叫控制和連接控制。 管理平面包括面管理和層管理兩類功能。,1物理層 （1）物理媒體子層 （2）傳輸會聚子層 傳輸幀的產(chǎn)生和恢復(fù) 信元定界 產(chǎn)生信頭錯誤檢驗(yàn)碼（HEC） 傳輸幀自適應(yīng) 信元速率解耦,2ATM層

6、 ATM層負(fù)責(zé)交換、選路由和信元復(fù)用。 信頭的產(chǎn)生提取 信元交換 信元的復(fù)用和分路 ATM層管理 3ATM適配層（AAL） 4高層,7.2.2 物理層規(guī)范 物理層是ATM協(xié)議參考模型的最下面一層，負(fù)責(zé)在相鄰的節(jié)點(diǎn)之間為ATM層傳輸ATM信元，使ATM層能獨(dú)立于傳輸介質(zhì)，能夠在多種物理鏈路上運(yùn)行。 1物理媒體子層 物理媒體子層（PM）的功能接近于在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的物理層。 物理媒體子層在發(fā)送方向上從傳輸會聚子層取得比特流，并把比特流在鏈路上透明地傳輸。 物理媒體子層和傳輸會聚子層之間交換數(shù)據(jù)流時需要互相同步。 物理媒體子層的另一個功能是線路編碼和解碼。,2傳輸會聚子層 （1）傳輸幀自適應(yīng) （2）信元

7、頭差錯檢測（HEC）,圖7-6 接收端差錯控制過程,（3）信元定界和擾碼,（4）信元速率解耦 7.2.3 ATM層規(guī)范 1ATM層連接,圖7-8 ATM網(wǎng)絡(luò)中邏輯連接的等級結(jié)構(gòu),（1）虛信道和虛信道連接 （2）虛通道和虛通道連接 （3）VC、VP及傳輸通道的關(guān)系,圖7-9 虛信道VC、虛通道VP及傳輸通道之間的關(guān)系,（4）VP交換和VC交換,圖7-10 VP交換,圖7-11 VC和VP交換,（5）ATM連接的建立和釋放 （6）連接的服務(wù)質(zhì)量 （7）在ATM網(wǎng)絡(luò)中采用VP和VC兩級交換的原因,圖7-12 虛信道連接示例,圖7-13 虛通道連接+虛信道連接示例,2流量控制和擁塞控制 （1）ATM網(wǎng)

8、絡(luò)流量和擁塞控制的復(fù)雜性 流量控制的目的是防止擁塞的發(fā)生。擁塞控制的目的是在擁塞發(fā)生時盡量減小擁塞的影響和持續(xù)時間，使網(wǎng)絡(luò)能盡快恢復(fù)運(yùn)行到可接受的性能水平上。, ATM網(wǎng)絡(luò)要支持各種不同類型的業(yè)務(wù)，包括恒定位速率業(yè)務(wù)（CBR）和可變位速率（VBR）有的業(yè)務(wù)還具有實(shí)時性要求。當(dāng)前對各種類型的業(yè)務(wù)流量特征的研究還不夠深入。 單個源可能產(chǎn)生具有不同業(yè)務(wù)流量特征的業(yè)務(wù)，例如多媒體業(yè)務(wù)就同時包括話音、數(shù)據(jù)和圖像。 具有不同業(yè)務(wù)流量特征（如CBR和VBR）的業(yè)務(wù)進(jìn)入同一傳輸鏈路一起多路統(tǒng)計復(fù)用，使對網(wǎng)絡(luò)性能的可預(yù)測性變得十分復(fù)雜。 高傳輸速率限制了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理的時間。,（2）ATM層流量控制的目標(biāo) 靈

9、活性 簡單性 強(qiáng)壯性 （3）ATM網(wǎng)絡(luò)流量控制措施 連接準(zhǔn)許控制（CAC） 業(yè)務(wù)流量參數(shù) 業(yè)務(wù)質(zhì)量參數(shù) 信元時延變化容限CDV, 用戶網(wǎng)絡(luò)參數(shù)控制。,圖7-15 遵守約定和不遵守約定的信元,3ATM層的管理,圖7-16 F4和F5信元的信息段的格式,（1）故障管理信元 （2）性能管理信元,圖7-17 性能管理信元的功能域格式,MSN TUC TS BIP-16 BER L/M,4激活去活信元,圖7-18 激活去活信元的功能域格式,7.2.4 ATM適配層AAL 1AAL概述 在源點(diǎn)和目的地之間是否需要明確的定時； 傳送所需的位速率是固定的還是可變的； 采用的是面向連接的工作方式還是無連接工作方

10、式。,圖7-19 當(dāng)前定義的AAL適配層,2AAL-1,圖7-20 AAL層的一般結(jié)構(gòu),圖7-21 AAL1協(xié)議數(shù)據(jù)單元,（1）SAR子層,圖7-22 AAL-1的SAR-PDU格式,（2）CS子層 處理ATM信元延遲的變化 處理順序計數(shù)。 提供傳送定時信息的機(jī)制。,圖7-23 AAL-1的非P格式和P格式的示意圖,3AAL-2 拆裝用戶信息； 處理信元時延的變化； 處理丟失了的或誤插入的信元； 在接收端恢復(fù)源時鐘頻率； 在接收端恢復(fù)源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 監(jiān)視誤碼，并進(jìn)行可能的糾錯。 （1）AAL-2的基本結(jié)構(gòu) （2）CPS數(shù)據(jù)單元,圖7-24 AAL-2各層及ATM層的數(shù)據(jù)單元的相互關(guān)系, CPS-

11、Packet（CPS分組）,圖7-25 CPS-Packet的格式,CPS-Packet由CPS-PH和CPS-PP兩大部分組成。CPS-PH占3個字節(jié)，包括以下四個部分：信道標(biāo)識（CID）、長度指示（LI）、用戶至用戶指示（UUI）、 信息頭差錯控制（HEC）。, CPS-PDU,圖7-26 CPS-PDU的格式,CPS-PDU的起始段STF包含以下3個部分： 偏移段（OSF） 序號（SN） 奇偶校驗(yàn)位（P）,4AAL-3/4,圖7-27 AAL-3/4中各子層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元之間的關(guān)系,下面介紹AAL-3/4的SAR子層和CS子層協(xié)議。 （1）SAR子層,圖7-28 AAL-3/4的SAR-

12、PDU的格式,AAL-3/4的SAR子層功能是： 完成CPCS-PDU的拆裝 錯誤檢測及處理 復(fù)用分路 丟棄傳送過程中的CPCS-PDU,（2）會聚子層（CS）協(xié)議,圖7-29 CPCS-PDU的格式,5AAL-5 （1）CPCS子層,圖7-30 ALL-5的CPCS-PDU格式,（2）SAR子層,7.3 IP/ATM集成交換 1TCP/IP協(xié)議結(jié)構(gòu) （1）TCP/IP分層模式,圖7-31 TCP/IP和OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu), 應(yīng)用層 傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)接口層,圖7-32 IP數(shù)據(jù)報頭部的格式,（2）IP地址,圖7-33 IP地址的格式,2IP/ATM結(jié)合的兩種模型,圖7-34 數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)示例

13、,7.3.2 MPLS的基本原理 1MPLS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),圖7-35 MPLS的基本結(jié)構(gòu),2MPLS傳送示例,圖7-36 IP數(shù)據(jù)包通過MPLS網(wǎng)絡(luò)示例, 邊緣標(biāo)簽交換路由器（LERl）在轉(zhuǎn)發(fā)信息庫中按傳統(tǒng)的最長匹配算法進(jìn)行L3層查找，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址172.4/16（其中172.4為網(wǎng)絡(luò)地址，16為網(wǎng)絡(luò)地址的長度）在轉(zhuǎn)發(fā)信息庫中查到標(biāo)簽5，進(jìn)行標(biāo)簽的壓入操作（Push），向IP頭壓入一個標(biāo)簽5，稱為FTN（轉(zhuǎn)發(fā)等價類FEC到下一站點(diǎn)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)入口NHFEC的映射）。 標(biāo)簽交換路由器（LSR2）根據(jù)頂層入標(biāo)簽5查找標(biāo)簽信息庫（LIB），進(jìn)行標(biāo)簽的交換操作（Swap），用標(biāo)簽9替換標(biāo)簽5，這稱為入標(biāo)簽映

14、射ILM（Incoming Label Map）； 倒數(shù)第二跳LSR3所做的和LSR2一樣，用標(biāo)簽2替代標(biāo)簽9； LER4根據(jù)入標(biāo)簽2查找標(biāo)簽信息庫（LIB），進(jìn)行標(biāo)簽的彈出操作（Pop），得到目的地址為172.4.2.1的IP包，然后按L3層轉(zhuǎn)發(fā)給下一站點(diǎn)。,7.3.3 標(biāo)簽分配協(xié)議（LDP）和基于限制路由的標(biāo)簽分配協(xié)議（CR-LDP） 1標(biāo)簽分配協(xié)議（LDP） （1）轉(zhuǎn)發(fā)等價類FEC IP地址前綴，提供一個含有一個或多個IP地址前綴的集合，符合其中一個或多個IP地址前綴的包被映射到相應(yīng)的LSP； 主機(jī)地址，以一個32位的IP地址作為單元。,圖7-37 LDP消息格式,（2）LDP消息,LD

15、P消息有四大類: 發(fā)現(xiàn)消息（Discovery Messages） 會話消息（Session Messages） 公布消息（Advertisement Messages） 通知消息（Notification Messages）,下面簡要介紹幾條常見的LDP消息。 問候消息 初始化消息 地址消息 標(biāo)簽映射消息 標(biāo)簽請求消息 標(biāo)簽釋放消息,（3）標(biāo)簽分配協(xié)議 LDP發(fā)現(xiàn)過程 a）基本發(fā)現(xiàn)過程 b）擴(kuò)展發(fā)現(xiàn)過程 LDP會話的建立和維護(hù) a）LDP會話的建立 傳輸連接的建立。 會話的初始化。 b）LDP會話的維護(hù), 標(biāo)簽的分配和管理 a）標(biāo)簽分配控制 在獨(dú)立標(biāo)簽分配控制方式下，LSR可以在任何時候向?qū)?/p>

16、等節(jié)點(diǎn)發(fā)出標(biāo)簽映射通告。 使用有序標(biāo)簽分配控制時，LSR只能將已經(jīng)存在下一跳標(biāo)簽映射的FEC 在本節(jié)點(diǎn)分配的標(biāo)簽綁定分發(fā)給上游， b）標(biāo)簽保留 保守標(biāo)簽保留方式， 自由標(biāo)簽保留方式， c）標(biāo)簽通告,2基于限制路由的標(biāo)簽分配協(xié)議CR-LDP 基本和或擴(kuò)展的發(fā)現(xiàn)機(jī)制； 有序控制下游按需標(biāo)簽通告模式中使用的標(biāo)簽請求消息； 有序控制下游按需標(biāo)簽通告模式中使用的標(biāo)簽映射消息； 通知消息； 標(biāo)簽撤銷和釋放消息； 環(huán)路檢測機(jī)制。,（1）嚴(yán)格非嚴(yán)格顯式路由 （2）業(yè)務(wù)特征描述,圖7-38 顯示路由TLV,（2）業(yè)務(wù)特征描述 峰值速率表征了最大可以何種速率向CR-LSP提交業(yè)務(wù)。峰值速率可用于進(jìn)行資源分配，由兩

17、個流量參數(shù)PDR和PBS定義。 協(xié)定速率定義了MPLS域劃分給CR-LSP使用的速率，可以由兩個流量參數(shù)CDR和CBS定義。 超標(biāo)突發(fā)長度可以用于MPLS域邊界上的流量調(diào)節(jié)，可以用于測定一個CR-LSP上發(fā)送的流量超過協(xié)定速率的程度。 頻率指定以何種粒度到達(dá)CR-LSP的恒定業(yè)務(wù)速率（CDR）可用。 權(quán)值確定各CR-LSP在其協(xié)定速率以上對可能的額外帶寬的相對共享程度，這種共享程度要取決于不同的MPLS域。,（3）路由鎖定 （4）搶占 （5）資源分類 7.3.4 MPLS標(biāo)記捆綁的驅(qū)動方式 1數(shù)據(jù)驅(qū)動 標(biāo)記捆綁和發(fā)布的開銷是數(shù)據(jù)流量特征函數(shù)。 整個數(shù)據(jù)流的時延及其經(jīng)過標(biāo)記交換或轉(zhuǎn)發(fā)后的流量特征

18、，與標(biāo)記捆綁處理過程密切相關(guān). 數(shù)據(jù)驅(qū)動要求高性能的數(shù)據(jù)流分類能力，很多情況下出于特定需要，要求能夠靈活使用各種流合并和流分類策略。,2控制驅(qū)動 （1）基于拓?fù)涞目刂乞?qū)動 標(biāo)記捆綁和標(biāo)記發(fā)布過程中網(wǎng)絡(luò)資源和處理器資源的消耗與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有關(guān)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越大，路由器維護(hù)的路由表越長，相應(yīng)的資源消耗也就越多。 只要有路由存在，就存在相應(yīng)的標(biāo)記捆綁，所以一般情況下，標(biāo)記是預(yù)先分配的，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)路由器后就可以立即進(jìn)行標(biāo)記交換，相對于數(shù)據(jù)驅(qū)動而言，不存在標(biāo)記捆綁過程的時延。, 標(biāo)記捆綁能夠和路由具有相同的粒度，例如可以將具有相同目的子網(wǎng)地址的IP分組作為轉(zhuǎn)發(fā)同等類（FEC），而在分配標(biāo)記時統(tǒng)一進(jìn)行考慮，從而能夠像IP網(wǎng)絡(luò)一樣很好地支持流合并功能。 由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變動，目前的路由協(xié)議都不可避免地可能會出現(xiàn)暫態(tài)路由環(huán)路，從而