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电梯直达

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发表于 2010-3-26 15:09:15 |只看该作者 |倒序浏览

异步传输模式ATM协议概述ATM技术的产生：随着通信市场对宽带通信业务的需求增加，宽带业务包括：数字电视／高清析度电视 (HDTV)，高质量的可视电话／可视电话会议，高速数据传输／高速LAN互VCD／家庭教育，多媒体Email／桌面多媒体电话会议等。过去的任何一种通信网电报网，PSTN网，DDNM，包括LAN／和N—I SD N网都不适应或不能很好地些宽带业务的需求。所以ATM技术应运而生，ＡＴＭ技术是八十年代后期由ＩＴＵ－Ｔ针对电信网支持宽带多媒体业务而提出的。经过近十年的研究，到九十年代中期ＡＴＭ技术已基本成熟，由ＩＴＵ－Ｔ和ＡＴＭ论坛制定的相关的国际标准也基本齐全，并有多个电信设备厂商和计算机网络设备厂商推出了商用化的ＡＴＭ设备。此后，ＡＴＭ网络的建设也得到了长足的发展，全世界许多网络（公用网或专用网）都已安装并使用了ＡＴＭ网路设备。ATM技术的相关技术:ATM信元格式及速率　　ATM传送信息的基本载体是ATM信元。ATM信元采用53B的固定长度，其中48B为数据，另附加5B作为信头。在信元交换过程中，主要是参照信头的内容对信元进行处理。信头内容在UNI和NNI中略有不同，如图1所示。　　GFC（GenericFlowControl）：一般流量控制，只用于UNI接口，目前没用，置为0000。　　VPI（VirtualPathIdentifier）：虚通道标识，在一个接口上将若干个虚通路集中起来组成一个虚通道（VP），并以虚通道为网络管理的基本单位。VPI在UNI中为8b，在NNI中为12b。　　VCI（VirtualChannelIdentifier）：虚通路标识，标识虚通道内的虚通路，VPI／VCI一起标识一个虚连接。　　PTI（PayloadType）：载荷类型指示，用于指明信元中的载荷（数据域中携带的数据）类型。　　CLP（CellLossPriority）：信元丢失优先级，用于拥塞控制。当网络出现拥塞时，首先抛弃CLP等于1的信元。　　HEC（HeaderErrorControl）：信元差错控制，用来检测信头中的错误，并可以纠正信头中的1b差。HEC的另一个作用是用于信元定界，利用HEC字段和他之前的4B的相关性可识别出信头位置。HEC的功能在物理层实现。ATM交换原理与普通IP传输的非面向连接不同，ATM是一种面向连接的交换方式。ATM交换机是根据信元头的信息，基于信元完成的。一个ATM交换机可能只使用信元头的VPI部分，或只使用VCI部分，或者两个部分都使用来决定如何转发信元。其工作过程大致是：ATM交换机接收来自特定输入端口的、带有标记的VPI／VCI字段和表明属于特定虚电路的信元，然后检查路由表，从中找出从哪个输出端口转发该信元，并设置输出信元的VPI／VCI值。就像电话呼叫的例子，只使用信元头部的VPI字段进行ATM信元的大量交换是非常有用的。　　ATM采用了虚连接技术，将逻辑子网和物理子网分离。类似于电路交换，ATM首先选择路径，在2个通信实体之间建立虚通路，将路由选择与数据转发分开，使传输中间的控制较为简单，解决了路由选择瓶颈问题。设立虚通路和虚通道两级寻址，虚通道是由两结点间复用的一组虚通路组成的，网络的主要管理和交换功能集中在虚通道一级，减少了网管和网控的复杂性。在一条链路上可以建立多个虚通路。在一条通路上传输的数据单元均在相同的物理线路上传输，且保持其先后顺序，因此克服了分组交换中无序接收的缺点，保证了数据的连续性，更适合于多媒体数据的传输。　　在信头的各个组成部分中，VPI和VCI是最重要的了。这两个部分合起来构成了一个信元的路由信息，该信息表示这个信元从哪里来，到哪里去。为此常把这两个部分合起来记作VPI和VCI。ATM交换就是依据各个信元上的VPI和VCI，来决定把他们送到哪一条输出线上去。　　每个ATM交换机建立一张对照表。对于每个交换端口的每一个VPI和VCI，都有对应表中的一个入口。当VPI和VCI分配给某一信道时，对照表将给出该交换机的一个对应输出端口以及用于更新信头的VPI和VCI值。　　当某一信元到达交换机时，交换机将读出该信元信头的VPI和VCI值，并与路由对照表比较。当找到输出端口时，信头的VPI和VCI被更新，信元被发往下一段路程。　　在ATM环境中，怎样使用VP和VC呢？VP就像一个能够携带许多VC（最多可达65000条）的管道或通道，他可以是从交换机到交换机的虚拟线路，也可以是横穿ATM网络由终端到终端的所有线路。除了最大的专用局域网或广域网外，65000条VC在当今是足够的。实际上支持复杂的VP并不需要这么多VC，许多ATMLAN发送点仅支持一条虚通道，即VPI＝0。当只有一条VP被支持时，他不用作端到端的连接，所以这里并不要求VC一定在给定的VP中，这样VC可连接任何一组站群而不受VP的影响。通常数据是在一条VC中传送的。　　另一方面，交换机在典型情况下，必须支持成百上千条不同的VP，最大可能支持上百万条不同的VC。通常客户系统希望能够提供给他们用户一条通过网络的专用VP，VP可以连接网络中任意2个端到端用户，若VP使用这种方式，则被称为一条虚通道连接（VPC）或称为一个“虚通道路径（VPChannel）”。他可以带有“永久虚拟线路（PVC，PermanentVirtualCircuits）”和“交换虚拟线路（SVC，SwitchedVirtualCircuits）”。如图2所示。　　在一个VP通道中，系统用户可以建立PVC和SVC，而无需系统以任何方式参与，甚至系统的交换机也不必直接支持SVC。VP通道能够提供一条路径将公用网中不同的公司互相隔离开来。在使用公用ATM服务器的这条路径中，就需要用复合VP通道互联用户网络中的网点。　　在公用ATM网络环境中，若系统不提供VP通道的能力（有些可能没有），则系统只能提供PVC，这是因为交换机不能直接支持SVC（有些从不支持），有些系统也不希望支持SVC（因为他使企业间帐目复杂化，并增加了保密数据的流量）。若无VP通道，系统通常在网络端点用VPI＝0，产生和结束PVC。如图3所示。　　在公用网络中，PVC是用户提前申请并由系统建立的。PVC在对外连接“ATM网络设备”（如以太网或带ATM的FDDI转换器、ATM集线器）时是相当有用的。许多非ATM信号源可通过单个PVC动态多路复合返回到指定点。在ATM主机间使用PVC也可限制预定端点的通信。在公用网中这是符合要求的。　　在专有网络（LAN或WAN）中，由于终端站可以自己申请建立SVC，所以SVC是站点之间的通信更可取的路径。这就是当今大多数专用非ATMLAN和WAN的工作方式。因此，占用网络ATM交换机必须直接支持SVC。但是，若终端站或边缘设备不支持SVC或是按要求不允许申请连接SVC，这时在专用网中有用PVC的，PVC必须由网络控制者提前建立。但由于路径是预定的，所以当网络出现故障时，PVC比SVC优越性差。故此，在专用网络中虚通道VP不重要甚至不需要了，如图4所示。ATM交换机　在B-ISDN中，ATM交换机连接着用户线路和中继线路。在用户线路上和中继线路上传送的都是ATM信元。ATM信元交换机的通用模型及其原理如图5所示。其通用模型有一些输入线路和一些输出线路，通常在数量上相等（因为线路是双向的）。在每一个周期从每一输入线路取得一个信元（如果有的话）。通过内部的交换结构（switchingfabric），并且逐步在适当的输出线路上传送。从这一角度上看，ATM交换机是同步的。而且，他不关心信息的内容和形式。他简单地把信息分割成相同长度的分组，并给分组加上头部，以使分组能到达目的地。ATM信头只有很少的几项功能，这使其能被网络无时延地处理。所有的ATM交换机都有2个共同的目标：一个是以尽可能低的丢失率交换所有的信元；另一个是决不能在虚电路上记录信元。可以说，ATM交换机的任务，就是根据ATM信头上虚通道标识符和虚通路标识符，把送入的ATM信元转送到相应的中继线或用户线上去。举例来说，用户A正在使用虚通道VPI＝2、虚通路VCI＝1向北京发送一幅图片；同时又在使用VPI＝3、VCI＝1向北京发送一段语音；同时还在用VPI＝4、VCI＝2从深圳接收数据。那么，交换机就应该把从用户线A上收到的VPI＝2、VCI＝1的ATM信元转送到中继线C上，把从用户线A上收到的VPI＝3、VCI＝1的ATM信元也转送到中继线C上；同时把从中继线D上收到的VPI＝4、VCI＝2的ATM信元转送到用户A上，如图6所示。　　由于在B-ISDN上，用户线和中继线上传送的都是ATM信元，所以对ATM交换机来说，可以在许多情况下对中继线和用户线不予区分，这样就可以得到一个抽象的ATM模型。联接在这个交换机模型上的一部分线路向这个交换机抄送出ATM信元，因而叫做这个交换机的入线；另一部分线路则从这个交换机接收ATM信元，因而叫做这个交换机的出线。ATM交换机的功能就是根据送入的ATM信元的VPI和VCI，把他们送到相应的出线上去。　　为了完成上述ATM信元的工作，一个ATM交换机一般由3个基本部分构成：入线处理和出线处理部分、ATM交换单元、ATM控制部分。其中，ATM交换单元完成交换动作；ATM控制单元对ATM交换单元的动作进行控制；入线处理部分对各入线上的ATM信元进行处理，使他们成为适合送入ATM交换单元的形式；出线处理部分对ATM交换单元送出的ATM信元进行处理，使他们成为适合于传输的形式。　　我们知道，在通信线路上常常是传送一个比特一个比特的串行信号，而在ATM交换单元中为了提高速度，常常需要一次读入若干比特的并行信号。因此，诸如串／并转换等功能，在入、出线处理部件里总是需要的。事实上，为了简化交换单元的设计，我们也总是把那些可以在入线和出线就能处理的事放入到入、出线处理部件上工作。交换机的主要功能是提供一种方法，将来自输入端口的信元快速、有效地路由到输出端口。ATM交换设备将进行单个信元的输入处理、标头的转换以及输出处理。信元标头必须按输出端口的要求进行转换。为确保信元进入适当的物理链路，交换机必须对信员进行输出处理。 ATM的发展与应用领域：ＡＴＭ技术的特点　ＡＴＭ作为电信网的一种新技术，不仅适用于高速信息传送和对服务质量（ＱｏＳ）的支持，还具备了综合多种业务的能力，以及动态带宽分配与连接管理能力和对已有技术的兼容性。对服务质量（ＱｏＳ）的支持　　（１）ＡＴＭ采用固定短长度的信元传送信息。信息交换是在第二层完成的而且协议简单简化了网络节点中信息存贮管理与处理的复杂性，加快了信息交换的速率减少了信元在节点缓冲区中的排队时延和时延抖动，有利于信息传送的时间透明性，特别适合在核心网中用于信息传送。　　（２）ＡＴＭ采用面向连接的通信方式通信之前要建立虚通道（ＶＰ）和虚通路（ＶＣ），避免了复杂的信元顺序控制工作加上用户接入时的流量控制和合理的ＱｏＳ与网络资源管理控制，以及各种差错控制技术，可以使信元丢失率降低到各种业务可以接受的程度，满足各类业务的语义透明性。　　（３）在ＡＴＭ方式下，辅之以必要的网络管理功能和信令处理与连接控制功能，可以设置多种优先级（连接优先级，信元优先级等）管理功能，满足各种使用要求。　　２．ＡＴＭ的综合能力ＡＴＭ以信元的方式传送信息，与业务的特性、比特率无关，只要将各类业务的信息在入网时转化为统一格式的信元，就可以在网络中进行传输与交换，因此，高灵活性使之具有各种综合能力。　　３．灵活的动态带宽分配与连接管理能力　　（１）ＡＴＭ具有统计复用的特点网络资源可以按需分配，网络资源的利用率高。　　（２）在ＡＴＭ方式下，网络具有支持多方连接的能力其中包括支持广播（ｂｒｏａｄｃａｓｔ）型连接和多播（ｍｕｌｔｉｃａｓｔ）型连接的能力。　　４．ＡＴＭ对已有技术的兼容性ＡＴＭ作为一项独立的技术充分考虑了与已有技术的融合，ＡＴＭ的兼容性表现在两方面：　　１）对现有广域网技术（包括分组交换及电路交换技术）的兼容：ＡＴＭ可以兼容帧中继（ＦＲ）业务、专线数据业务（ＤＤＮ），并且支持ＰＳＴＮ和Ｎ－ＩＳＤＮ业务。　　２）对现有ＩＰ技术的兼容：ＡＴＭ对ＩＰ技术既有第二层（数据链路层）的兼容（如局域网仿真-ＬＡＮＥ），又有第三层（网络层）的兼容（如ＣＩＰＯＡ、ＭＰＯＡ及ＭＰＬＳ）。由于ＡＴＭ技术的上述优点，因此得到了电信界、计算机网络界的广泛重视。然而，研究开发和利用ＡＴＭ技术的两大阵营显然代表了两种不同的观点和角度。电信界期望ＡＴＭ能够实现其网络的综合，实现现有电信网与未来网络（包括ＩＰ网、第三代移动通信网）的无缝融合，保护现有电信网的投资；而计算机界希望利用ＡＴＭ更好地支持ＩＰ，以实现ＩＰ的ＱｏＳ。当然，ＡＴＭ也有其固有的缺陷，主要问题是过高的信元开销和网络复杂性。就ＡＴＭ信元本身而言，信元头的开销超过了１０％（５／４８），如果再把ＡＴＭ适配层以及更高层协议的开销考虑进去，总开销可能会超过２５％，这对于一些数据业务（例如：Ｅ－ｍａｉｌ等短分组数据）来讲是难以接受的；另外，ＡＴＭ网络为了支持综合业务和保证ＱｏＳ而引入的ＣＡＣ、ＵＰＣ／ＮＰＣ等流量控制功能使得网络所支持ＳＶＣ的信令和网络管理功能十分复杂，这不仅增加了网络成本，同时也加大了网络的复杂性。ＡＴＭ的应用领域　　根据ＡＴＭ技术的特点和电信网技术的发展，就ＡＴＭ技术本身而言，要对它的应用领域进行重新定位。由于ＡＴＭ终端和信令复杂，端到端ＡＴＭ连接（信元到桌面）的想法已基本落空，其原因是在用户驻地网支持话音业务它不如ＰＳＴＮ，支持数据业务它不如千兆以太网。然而，在核心网和边缘接入网中ＡＴＭ技术仍然大有作为，在这里ＡＴＭ作为多业务平台的优势可以得到充分发挥。此外，ＡＴＭ与ＩＰ的结合将增加ＡＴＭ的竞争能力。因此，ＡＴＭ的应用领域主要有以下几个方面：　　１．支持现有电信网逐步从传统的电路交换技术向分组（包）交换技术演变。　　（１）支持现有电话网（如ＰＳＴＮ／ＩＳＤＮ）的演变，并作为其中继汇接网；　　（２）支持并作为第三代移动通信网（要支持移动ＩＰ）的核心交换与传送网；　　（３）支持现有数据网（ＦＲ／ＤＤＮ）的演变，作为数据网的核心，并提供租用电路，利用ＡＴＭ实现校园网或企业网间的互连。　　２．为Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干传送网互连核心路由器，支持ＩＰ网的持续发展。　　３．与ＩＰ技术结合，取长补短，共同作为未来信息网的核心技术。由于ＩＰ与ＡＴＭ技术，有各自的优势，在传统电信网与互联网融合与演变的过程中都将发挥各自的重要作用，如果把这两项技术结合起来，利用ＡＴＭ网络为ＩＰ用户提供高速直达数据链路，既可以使ＡＴＭ网络运营部门充分利用ＡＴＭ网络资源，发展ＡＴＭ网络上的ＩＰ用户业务，又可以解决Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络发展中遇到的瓶颈问题，推动ＩＰ业务的进一步发展，使这两项技术的潜力充分发挥出来，获得巨大的经济效益。ATM的发展前景：和许多事物的发展一样，ATM技术的发展，走过了一条曲折的路。从它诞生之日起到现在，一波三折，人们对于ATM的态度，可以说先是顶礼膜拜，后是打入冷宫，现如今好象又发现了它的内在价值。事实上，近年来，ATM在与IP的较量之中，确实落于下风，尤其是在局域网领域，千兆和万兆以太网此起彼伏地交响，几乎已经淹没了ATM的所有声音。但从市场情况来看，2002年ATM交换机的市场容量在106亿美元左右，而路由器的市场总额是40亿美元左右；从网络建设的情况看，一此电信运营商还在投资建设ATM网。这些方面说明ATM并没有死，也没有被替代。它仍然在网络建设中占据着应有的份额。在这种情况下，应当如何来看待ATM技术的发展呢？ATM会如何发展，这是一个许多人都关心的问题，尤其是在千兆、万兆以太网的步步紧逼之下，人们对ATM的业务提供能力、投资价格取向以及应用前景更为关心。对于这个问题，雷振明主任说：“就ATM技术本身，从它的提出到现在，所走过的路就是一个很好的例证。从目前的情况看，它已经是网络技术的基础，不会轻而易举地消失，或者被其它技术所替代。并非像某些分析家所说的，IP+MPLS会取代ATM”。他强调指出：“ATM未来的发展，主要取决于客户的需求。有两种可能：一种是技术融合的趋势，实际上，ATM已经融合了其它许多技术，如MPLS等，这种融合的趋势，会使未来网络变成多技术的集成。另一种是并存的趋势。也就是说将来ATM核心网络、IP核心网络和光网络会是相互并存的，未来的核心网络还会有ATM，只不过在ATM上运行的业务是ATM适合提供的业务”。