年计算机网络考研辅导讲座数据链路层下.ppt

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1、第四讲 数据链路层(下) 第五讲：数据链路层(下) 2011年考研大纲考查范围: 数据链路层（下半部分）： （2012年1月的考研不考这这部分） (七) 广域网（这部分内容教材没有，但考研大纲有，要详细讲） 1. 广域网的基本概念 广域网与局域网比较的主要不同之处： 覆盖的地理范围不同 核心技术与标准不同 组建与管理方式不同 Internet是将多个广域网、城域网、局域网互连构成的网际网 。 广域网是Internet的核心部分，其任务是通过长距离传输主机 所发送的数据。连接广域网各结点交换机的链路都是高速链路， 其距离可以是几千公里的光缆线路，也可以是几万公里的点对点 卫星链路，还有无线分组交

2、换网，通信容量必须足够大。 知识点归纳 知识点归纳 广域网和局域网都是Internet的重要组成构件。相距较远的 局域网通过路由器与广域网相连组成了一个覆盖范围很广的 互联网。 知识点归纳 互联网，一般不称它为广域网。因为在互联网中，不同 网络的“互连”才是其最主要的特征。互联网必须使用路 由器来连接。 广域网是单个的网络，它使用结点交换机连接各主机而 不是用路由器连接各网络。 结点交换机在单个网络中转发分组，而路由器在多个网 络构成的互联网中转发分组。 从互联网的角度来看，广域网和局域网都是平等的。 广域网和局域网有一个共同点：连接在一个广域网或一 个局域网上的主机在该网内进行通信时，只需要

3、使用其 网络内的物理地址即可。 知识点归纳 公共电话交换网(PSTN) 综合业务数字网(ISDN) 数字数据网(DDN) X.25分组交换网 帧中继(Frame Relay, FR)网 异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode, ATM)网 GE与10GE的光Ethernet技术 波分复用(WDM)技术 q 用于构成广域网的主要网络类型与技术 由于广域网的造价较高，一般都是由国家或较大的电信公司 出资建造。 知识点归纳 广域网是一种公共数据网络 Public Data Network，PDN 电信运营商，国家 广域网技术研究的重点是宽带核心交换技术 广域网核心技术-电

4、信运营商负责的通信子网中使用的技 术，涉及：光纤传输、无线传输、卫星传输。 将核心交换技术与接入技术分开，由城域网承担用户接入 的任务，而广域网技术主要研究远距离、宽带、高服 务质量的核心交换技术。 知识点归纳 广域网组成与结构 资源子网 通信子网 广域网结构与OSI参考模型 OSI参考模型中的通信子网结构就是典型的广域网 结构。 知识点归纳 知识点归纳 广域网与分组交换技术： 分组交换技术 在广域网中传输分组的方法有两类 线路交换 线路建立、数据传输、线路释放 分组存储转发交换 数据报方式 (Datagram, DG) 虚电路方式 (Virtual Circuit,VC) 永久虚电路(Per

5、manent, PVC) 交换虚电路(Switched VC, SVC) 知识点归纳 虚电路服务分为三个阶段： 虚电路的建立、数据传输、虚电路的释放。 在虚电路建立后，网络向用户提供的服务就好像在两个主 机之间建立了一对穿过网络的数字管道。所有发送的分组 都按顺序进入管道，然后按照先进先出的原则沿着此管道 传送到目的站主机。 到达目的站的分组顺序就与发送时的顺序一致，因此网络 提供虚电路服务对通信的服务质量 QoS (Quality of Service) 有较好的保证。 注意：由于采用存储转发技术，虚电路和电路交换的连接 不同。电路交换真正占有一条通道，而虚电路则是断续地 占有一段又一段的链

6、路。 虚电路服务示意图 H1 H5 H2 H4 H3 A C D B H6 E 分组交换网 H1 要和 H5 通信 主机 H1 先向主机 H5 发出一个特定格式的控制信息分组，要求进行通信，同 时寻找一条合适路由。若 H5 同意通信就发回响应，然后双方就建立了虚电路。 虚电路 H1 向 H5 发送的 所有分组都沿此 虚电路传送。 H1 H5 H2 H4 H3 A C D B H6 E 分组交换网 同理，主机 H2 和主机 H6 通信之前，也要建立虚电路。 虚电路服务示意图 虚电路转发表 虚电路转发表在建立虚电路（虚呼叫）时确定。分组在传送 时只需携带虚电路号，虚电路号只具有本地意义，根据虚电路

7、建 立顺序由各主机、各结点自主排序，入出口号不一定相同。 A E D CB H2H3 H1 H4 H5 结点A的虚电路转发表 入口出口 H1 H1 H1 0 1 2 B0 1 2 B B 入虚电路号出虚电路号 虚电路转发表建立过程示例一 A E D CB H2H3 H1 H4 H5 依次建立5条VC： VC1：A-B-E VC2：A-B-D VC3：B-D-E VC4：C-E-D VC5：A-B-C-D 入口出口 H1 H1 H1 1 2 5 0 1 2 B0 1 2 B B 入口出口 A A H2 3 0 1 0 E0 0 1 D D 入口出口 B B E 0 1 0 H40 0 1 E H

8、4 入口出口 H3 B 4 0 0 0 E0 0 2 D 入口出口 B D C 0 0 0 H50 1 0D A B C D E A2C 0 H5 CH4 1. A 请求与 B 建立虚电路 虚电路转发表建立过程示例二 虚电路转发表建立过程示例二 2. B 响应 A 的虚电路建立请求 虚电路转发表建立过程示例二 3. A 和 B 使用虚电路进行数据传输 知识点归纳 比较两种服务的思路来源： 数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控制 功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服 务。 可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保 证。 虚电路服务的思路来源于传统的电信网。 电信网负责保证可靠通信

9、的一切措施，因此电 信网的结点交换机复杂而昂贵。 数据报服务和虚电路服务的比较 对比的方面虚电路服务数据报服务 思路 可靠通信应当由网络来保证 可靠通信应当由用户主机来保证 连接的建立 必须有不要 目的站地址 仅在连接建立阶段使用，每个 分组使用短的虚电路号 每个分组都有目的站的全地址 分组的转发 属于同一条虚电路的分组均按 照同一路由进行转发 每个分组独立选择路由 进行转发 结点出故障时 所有通过出故障结点的虚电路 均不能工作 出故障的结点可能会丢失分组，一 些路由可能发生变化 分组的顺序 总是按发送顺序到达目的站到达目的站不一定按发送顺序 差错控制和 流量控制 可由分组交换网负责，也可由

10、用户机负责 用用户机负责 拥塞控制 易于实现很难实现 主要的几种广域网与提供的速率主要的几种广域网与提供的速率 55/155/622Mbps ATM * 45Mbps SMDS 64k - 2Mbps 帧中继 * 9.6k - 2Mbps DDN * 144kbps(BRI)，2Mbps(PRI) ISDN * 64kbps及以下 X.25 * 56Kbps ARPANET 常见速率广域网类型 HDLC： ISO 提出的高级数据链路控制规程 High-level Data Link Control HDLC的主要概念： 主站(Primary Station)：负责链路控制，包括对次 站的控制、

11、恢复链路差错，它发出的帧为命令帧。 次站(Secondary Station)：受主站控制的站，它完 成主站所命令的工作，返回响应帧。 复合站(Combined Station)：既有主站功能，又有 次站功能。可发出命令帧和响应帧。 （2）链路结构 非平衡式结构(Unbalanced)：由一个主站和一个或 多个次站组成，点对点或多点通信。 平衡式结构(Balanced)：由二个复合站组成。 知识点归纳 HDLC的链路结构 HDLC数据操作方式： 正常响应方式(NRM-Normal Response Mode) 用于非平衡式链路结构(点-点、点-多点) 传输过程由主站启动，并向次站发命令，主站轮

12、询、选择次站 ，主站并负责链路管理及对超时重发和各类恢复操作的控制。 异步平衡方式(ABM-Asychronous Balanced Mode) 用于平衡式链路结构(全双工点-点)，每个站都是复合站。 每一个复合站都可以发出命令帧和响应帧，对另一站传输数据 。 异步响应方式(ARM-Asychronous Response Mode) 用于非平衡式链路结构 次站无主站允许，即可主动向主站发送数据。 主站仍负责初始化、错误恢复等，起控制作用。 此方式一般使用较少 知识点归纳 （1） 标志字段 8比特序列 01111110 标志帧的开始和结束，即用于 帧的同步 “0”比特插入法，保持标志字段的唯一

13、性，以实现数 据的透明传输。 在发送端发送数据时，每5个连续“1”后面自动插 入一个“0”。 在接收端，检测到连续5个“1”后，自动删除后面 的一个“0”，恢复成原来的数据。 HDLC 帧结构 HDLC 帧格式 （2）地址字段： 一般为8个比特，可扩展。 全“1”为广播地址，全“0”为测试用。 扩充地址时，前面的8位组首位为0，只有最后一个 首位为“1”，表示地址结束。 （3）控制字段： 用于构成各种命令和响应，以便对链路监视和控制 （4）信息字段： 可以是任意长度的二进制比特串，一般为02000比 特长。 （5）帧校验序列字段：FCS 用于差错控制，采用CRC码，多项式为 X16+X12+X

14、5+1。 校验范围为两个标志字段之间。 HDLC 帧结构 信息帧 I-Frame：用于传送数据 监控帧 S-Frame：用于差错控制和流量控制 无编号帧 U-Frame：主要用于提供链路的建立、 拆除及其它多种控制功能 帧 类型 控制字段比特 12345678 信息帧 0N(S)P/FN(R) 监控帧 10S1S2P/FN(R) 无编号帧 11M1M2P/FM3M4M5 HDLC 帧的类型 三种类型的幀格式全视图三种类型的幀格式全视图 三种类型的幀格式、提供的命令与响应 (1)信息帧结构视图 帧 类型 控制字段比特 12345678 信息帧 0N(S)P/FN(R) 采用滑窗协议，N ( S）

15、表示发送的帧序列号， N（R ）表示捎带的确认信息(期待接收的下一个幀) ，N具有3 位，即幀序号07。扩展方式下有7位。 q P/F为探询/终止位。 NRM下，主站轮询次站有无数据要发送，置P=“1” 。若次站有数据发送，则在前面各帧中置F=“0”， 最后一数据帧中置F=“1” ；若无数据发送，则在响 应帧中置F=“1”。 ARM和ABM中，任何一站在发送的S帧和I帧中置 P=“1”，表示询问对方状态，对方在收到该帧后应 回答本站的状态，并置F=“1”。 信 息 帧 (2)监控帧视图 帧 类型 控制字段比特 12345678 监控帧 10S1S2P/FN(R) 监控帧： 根据3,4位的取值有

16、四种类型。 S1,S2 帧名 功能 00 RR (Receive Ready ) 准备好接收N(R)帧,即确认N(R)以前各帧 。用于无捎带应答的场合 01 REJ (Reject ) 否认N(R)起的各帧，要求对方从N(R)开始 全部重发，同时表明确认N(R)以前各帧 10 RNR (Receive Not Ready) 确认N(R)以前各帧,但还未准备好接收下 一幀N(R) ，要求对方暂停发送。 11 SREJ (Selective Reject) 只否认N(R)一帧(要求对方选择重发) 同时表明确认N(R)以前各帧 监 控 帧 (3)无编号帧视图 帧 类型 控制字段比特 12345678

17、 无编号帧 11M1M2P/FM3M4M5 无编号帧： 不包含N(S)和N(R)，即无编号。 用于提供链路的建立、拆除及其他多种控制功能。 它的类型由M1M5来编码，总共可有32种命令或响应。 DISC（DISConnect）：终止逻辑链接，结束以前操作模式. 置模式命令：SNRM、SABM、SNRME、SABME等。后带E的为 置扩展模式，扩展模式下帧序号由3位变成7位。 FRMR（FRaMe Reject）：帧发生语义格式错误。 UA（Unnumbered Acknowledgement）：无编号命令的应答。 DM（Disconnect Mode）：响应幀，表明本方已与链路断开。 UI（U

18、nnumbered Information）：无编号信息幀，为送给对方链 路层实体的信息。 其它命令与响应，用于测试、链路初始化、参数协商等。 无 编 号 帧 HDLC的扩展模式 LAPB(Link Access Procedure Balanced)： 平衡型链路访问规程，它是HDLC的一个 子集，用于X.25中。 操作过程可分为建立链路、数据传输和断开链路三 个阶段。 通过任意一方发送SABM命令，另一方返回UA响应 来建立双向链路。 在启动建立链路之前，为确保DCE和DTE处于相同 的阶段，DCE常可主动发一个DM响应幀，要求DTE 启动链路的建立过程。 HDLC 的链路访问规程 HDL

19、C 帧应用举例(无错时) HDLC 帧应用举例 (有错时) DTE与DCE在数据链路层上的通信过程 优点： 适用于点-点或点对多点通信。 可用于半双工或全双工通信。 采用同步方式和滑窗协议传输，传输效率高。 主站可同时与多个从站建立链路，传输效率高。 幀都有幀校验序列，且按顺序编号，可靠性较高 。 采用比特填充法实现数据透明传输。 可传输任意长度的二进制比特串。 采用统一的帧格式来传输数据、命令和响应，非 常利于程序的实现。 因此HDLC和相类似的协议获得了广泛的应用。 使用 HDLC 的优点 因特网的点对点协议 PPP 现在全世界使用得最多的数据链路层协议是 点对点协议 PPP (Point

20、-to-Point Protocol) 用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都 是使用 PPP 协议； 两个路由器间的点到点链路上也可以使用PPP 协议。 用户拨号入网的示意图 路由器 调制解调器 调制解调器 因特网服务提供者(ISP)用户家庭 拨号电话线 使用 TCP/IP 的 PPP 连接 使用 TCP/IP 的 客户进程 路由选择 进程 至 因 特 网 PC 机 PPP 协议 1992 年制订了 PPP 协议。经过 1993 年和 1994 年的修订，现在的 PPP 协议已成为 因特网的正式标准 RFC 1661 PPP协议有三个组成部分 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法 链路控

21、制协议 LCP(Link Control Protocol) 网络控制协议 NCP(Network Control Protocol) PPP 协议的帧格式 PPP 的帧格式和 HDLC 的相似 标志字段 F 仍为 0x7E （十六进制的 7E 的二 进制表示是 01111110） 地址字段 A 只置为 0xFF。地址字段实际上并 不起作用 控制字段 C 通常置为 0x03 PPP 是面向字节的，所有的 PPP 帧的长度都 是整数字节 PPP 协议的帧格式 PPP 有一个 2 个字节的协议字段。 当协议字段为 0x0021 时，PPP 帧的信息字段就是IP 数据报。 若为 0xC021, 则信

22、息字段是 PPP 链路控制数据。 若为 0x8021，则表示这是网络控制数据。 IP 数据报 1211字节12不超过 1500 字节 PPP 帧 先发送 7E FF03 FAC FCS F 7E 协议 信 息 部 分 首部尾部 PPP 透明传输问题 当 PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用 硬件来完成0比特填充（和 HDLC 的做法一 样）； 当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的 字符填充法。 PPP 字符填充法 将信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成 为 2 字节序列 (0x7D, 0x5E) 若信息字段中出现一个 0x7D 的字节, 则将其 变成为 2 字节序列 (0x

23、7D, 0x5D) 若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即 数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要 加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加 以改变 共同规律：前加0x7D ，后将出现的这些字节b5反相 不提供使用序号和确认的可靠传输 PPP 协议之所以不使用序号和不使用确认 机制是出于以下的考虑： 在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比 较简单的 PPP 协议较为合理 在因特网环境下，PPP 的信息字段放入的数 据是 IP 数据报。数据链路层的可靠传输并不 能够保证网络层的传输也是可靠的 帧检验序列 FCS 字段可保证无差错接受 PPP 协议的工作状态 当用户拨号接入

24、 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号 做出确认，并建立一条物理连接。 PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧), 这些分组及其响应选择一些 PPP 链路参数 。 接着进行网络层配置，交互的NCP分组 给新接入的 PC 机分配一个临时的 IP 地址，PC 机成为因特网上的一个 主机。 通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出 去的 IP 地址。接着，LCP 释放数据链路层连接。最后 释放物理层连接。 PPP 协议的状态图 建立 失败 失败 NCP 配置 鉴别成功 通信 结束 载波 停止 检测到 载波 双方协商 一些选项 鉴别 网络 打开 终止 静止 LCP

25、配置 宽带综合业务数字网 B-ISDN与ATM* 综合业务数字网ISDN的基本概念 与单一业务的电信网不同，ISDN可以同时提供多种业务，用户线路可供 多种业务共用，在线路上可以同时传输电话、电报、数据等多种信息。 ISDN用户可以以不同业务类型同时与多个用户通信。ISDN完全采用数字 信道，因而能获得较高的通信质量与可靠性。 N-ISDN向B-ISDN的发展 N-ISDN: (1)以PSTN为基础，(2)采用同步时分多路复用技术，(3)各个通路 及其速率是预定的； B-ISDN: (1)以光纤作为干线和传输介质，(2)采用异步传输模式ATM技术 ， (3)使用通路的概念但其速率不是固定的。

26、设计B-ISDN的目标是将语音、数据、静态与动态图像的传输，以及N- ISDN的所有服务综合于一个通信网中，覆盖从低传输速率到高传输速率的 各种非实时、实时与突发性的传输要求。 （以下，加*号内容在2012.1考研的大纲中已不再列入，可不复习 ） ATM网* ATM的基本概念: SONET/SDH: 同步光纤网、同步数字体系，全网使用统一的时 钟，在链路上传输严格同步， SONET/SDH的同步指的是物理层的 时钟同步。 ATM: 一种面向连接的分组交换技术，传输的是固定长度53 字节的信元 (是数据链路层的PDU) ，被插入到SONET/SDH的帧中 进行传输。采用统计时分复用方法，每一个用

27、户发送的信元插到 SONET/SDH帧中的位置并不固定，取决于链路的忙闲程度、取决 于当时SDH帧中哪些地方有空位置。 相对于“同步时分复用” ，ATM的数据传输是“异步”的。 目前， ATM主要用于广域网的核心交换网。 （ATM的内容在教材中没有，下面详细讲） ATM 异步传输模式 （Asynchronous Transfer Mode）： 基于信元交换技术的数据传输模式。它采用异步时分复用 技术： SDH传送的同步比特流被划分为一个个固定时间长度的 STM 帧，当用户的ATM信元需要传送时，就可插入到SDH的 一个STM帧中。只要SDH的帧有空位置就将这些信元插入进 来 ATM名词中的“异

28、步”即是指将ATM信元“异步插入”到 同步的SDH比特流中。 ATM综合吸收了分组交换高效率和电路交换高速度的优 点，针对分组交换速率比较低的缺陷，利用电路交换几乎与协 议处理无关的特点，通过高性能的硬件设备来提高处理速度， 实现高速化传输。 ATM 的概念* ATM的主要技术特点* 面向连接，采用固定长度数据传输单元-53字节的信元(cell) 各类信息(数字、语音、图像、视频)均可以信元为单位进行传送，因此 ATM能够支持多媒体通信 ATM以统计时分多路复用方式来动态分配带宽，网络传输时延小，能够适 应实时通信的要求 ATM无链路的纠错与流量控制，协议简单，数据交换效率高 ATM采用两级虚

29、电路机制，增加了虚电路分配的灵活性 ATM的数据传输率为155Mbps2.4Gbps 从本质上看，ATM是一种高速分组交换技术。 ATM规范制定：ITU-T，ATM Forum 各种网络(X.25, FR, IP网络等)都可以通过互联设备与ATM网络连接， 用户也可以通过T1, E1, T3或OC-3等线路接入ATM网络。 ATM 的网络元素 * ATM 端点(endpoint): 通过点到点链路与ATM 交换机相连 ATM 交换机: 一种快速分组交换机，其交换容量高达数百 Gb/s 一个一个ATM ATM 网络包含：端点和交换机网络包含：端点和交换机 ATM网络由ATM交换机与ATM端点组成

30、* ATM 的网络元素* UNI 用户网络接口UNI（User-Network Interface） ATM端点与所连接的ATM交换机之间的接口 NNI 网络结点接口NNI（Network-Node Interface） ATM网络中两个ATM交换机之间，或在两个 ATM网络之间的接口。 ATM 交换机的主要构件是: 交换结构(switching fabric)、若干个高速 输入端口和输出端口、必要的缓存。 当输入端A、C有信元进入时，它们将通过交换结构并行地转发到输出端 口E、H。交换机在一个时钟周期内就会将到达输入端口的信元经过交换结构 送往相应的输出端口，因此在交换机中进行的交换非常快速

31、。 ATM 交换机 a b c d e f g h 交换结构 输入信元输出信元 ATM 交换机* ATM 信元* ATM 采用定长分组作为传输和交换的单位。这种定长分组叫做信元 ( cell )。当用 户的 ATM 信元需要传送时，就可“异步”插入到 SDH 的一个帧中。 每个 ATM 信元 53 个字节。可传输话音、数据、图像和视频业务视频业务 。ATM 传输传输 可以提供 155Mbps 到 2.4Gbps 之间间的高速数据传输传输 通道。 ATM采用异步时分复用方式工作，来自不同信息源的信元汇集到一起，在一个缓冲 器内排队，队列中的信元逐个输出到传输线路，在传输线路上形成首尾相接的信元流

32、 。信元的首部标有VPI/VCI字段，说明该信元使用的虚电路号，网络根据信元头中的 虚电路号来转发信元。 ATM 异步(统计)时分复用 异步时分复用(统计时分复用) * 信息源随机地产生信息，因此信元到达队列也是随机的。 高速的业务信元来得十分频繁、集中，低速的业务信元来得很 稀疏。这些信元都按先来后到在队列中排队，然后按输出次序 复用到传输线上。 具有同样虚电路标识号的信元在传输线上并不像T1、E1同 步时分多路复用那样对应某个固定的时间间隙，也不是按周期 出现的，也即信息和它在帧中时隙位置之间没有关系，信息只 是按信元头中的虚电路标识号VPI/VCI来区分的。这种复用方 式称为异步时分复用

33、，又称统计时分复用。而在同步时分复用 方式(如PCM复用方式)中，信息以它在一幀中的时间位置(时 隙)来区分，一个时隙对应着一条信道，不需要另外的信息头来 标识信息的身份。 异步时分复用(统计时分复用) * 异步时分复用方式使ATM具有很大的灵活性，任何业务都可 按实际需要来占用资源。对于特定的业务，传送速率可随信息 到达的速率而变化，因此网络资源得到了最大限度的利用。 ATM网络可以适用于任何业务，不论其特性如何(速率高低、 突发性大小、质量和实时性要求等)，真正做到了完全的业务综 合。 若某个时刻队列中没有等待发送的信元，此时线路上就插入 空信元(信元头中含有标志)；反之，若某个时刻队列已

34、经充 满缓冲区，传输线路上找不到可以传送信元的机会(信元流都已 排满)，此时为了尽量减少对业务质量的影响，将优先级别低的 信元先丢弃。缓冲区的容量必须根据信息流量来计算，以使信 元丢弃率在10-9以下。 ATM 交换结点的工作* 为了提高处理速度和降低延迟，ATM以面向连接的方式工作 。网络的处理工作十分简单：通信开始时建立虚电路，以后用 户将虚电路标识号VPI/VCI写入信元头(即地址信息)，网络中的 ATM交换机根据虚电路标识号将信元逐站转发，送往目的地。 ATM网络中的交换结点提供信元的交换。结点完成的只是虚 电路的交换，因为同一虚电路上的所有信元都选择同样的路由 ，经过同样的通路到达目

35、的地。在接收端，这些信元到达的次 序总是和发送次序相同。 ATM交换结点的工作比X.25分组交换网中的结点要简单得 多。ATM结点只做信元头的CRC检验，对于数据字段的传输差 错根本不过问。ATM结点不做差错控制(信元头中没有信元的编 号)，也不参与流量控制，这些工作都留给端结点去做。ATM交 换结点的主要工作就是读信元头，根据信元头中虚电路号快速 将信元转发，这件工作在很大程度上依靠硬件完成，所以ATM 交换的速度非常快，可以和光纤的传输速度相匹配。 ATM 的协议参考模型* 用户、控制、管理三个平面意味着，在ATM网络中传输的信元种类有： 用户数据类信元、信令(控制)类信元、管理类信元 A

36、TM协议的平面和层次* 三个平面： 用户平面：用于用户信息传输以及相关控制功能，如 流量控制、差错控制等。 控制平面：用于呼叫控制和连接控制，连接释放等。 管理平面：包括平面管理和层管理。 层管理执行与各层实体中的资源和参数有关的管理功能。 平面管理执行与系统整体有关的管理功能，协调各平面之间 的关系。平面管理不分层次。 三个层次： 物理层(ATM-PHY层)、ATM层、ATM适配层(AAL层) ATM 的协议参考模型共有三层，大体上与 OSI 的最低 两层相当（但无法严格对应）。 ATM 层一： 物理层(ATM-PHY) * 物理层PHY分为两个子层： PMD (Physical Mediu

37、m Dependent)子层 负责正确传输和接收比特流。 完成只和媒体相关的功能，如线路编码和解码、比特 定时以及光电转换等。 传输媒体有光纤、UTP/STP等 TC (Transmission Convergence)子层 实现信元流和比特流的转换，包括速率适配(空闲信 元的插入)、信元定界与同步、传输帧产生与恢复等. 典型的 TC 层， 发送时就是用信元流转换成比特流 装入SONET / SDH帧，接收时从SONET/SDH帧中的比 特流转换成信元流，标记出每个信元的开始和结束. ATM 信元流装入一个 STM-1 帧的例子* 9 行 270 字节 261 字节 9 行 9 字节 的开销和

38、指针 5 字节首部 53 字节53 字节53 字节 53 字节53 字节53 字节53 字节 有效载荷区域 放入 ATM 信元 ATM 层二： ATM 层* ATM 层主要完成交换和复用，它的功能是： 信元的复用与解复用 信元的 VPI/VCI 转换 (将进入信元首部中的VPI/VCI转换成新 的数值) 信元首部的产生与提取 流量控制 VPI 与 VCI * 虚通道VP和虚通路VC 每个ATM 虚连接 用信元首部中的两级标识号 VPI/VCI 来标 识，该标识用于在选定虚通道VP中选定一个特定虚通路VC. q 虚通路标识符VCI (Virtual Channel Identifier) 一个虚

39、通路VC是两个端点之间的一个运送 ATM 信元的通信通路。 q 虚通道标识符 VPI (Virtual Path Identifier) 一个虚通道VP包含有许多相同端点的VC，这些VC使用同一个VPI VPI 与 VCI * VPI/VCI 的值是在各段链路上分别分配的，所以只有局部的意义 。 ATM交换机根据信元首部中的VPI/VCI值进行路由选择，信元首 部中的VPI/VCI值 在经过ATM交换机时，其 VPI /VCI值 会改变。 ATM 层三： ATM 适配层(AAL) * AAL (ATM Adaptation Layer) 作用： 将各种类型的应用适配成 ATM 网络能传输的信

40、息格式，为上面高层各种特定的业务提供服务。 ATM 的砂漏模型 不同信号源发出的信号通过AAL层都变成固定长度的数据 块(48字节长)，然后再交给ATM层，加上 5字节的首部后变 成53字节的信元。 话音信号 A/DAAL 层ATM 层 48 字节数据块 数字化的采样信号 53 字节信元 数据信号 长度可变的突发数据分组 AAL 层 48 字节数据块 ATM 层 53 字节信元 视频信号 A/D 图像帧 压缩的编码信号 AAL 层 48 字节数据块 ATM 层 53 字节信元 AAL AAL 的作用的作用* ATM 信元的封装* AAL 层将 48 字节长的数据块交给 ATM 层，加上 5 字

41、节的首部后变成 53 字节的信元 AAL 层的两个子层* AAL层分为两个子层： 会聚子层 CS (Convergence Sublayer) 对不同的应用提供不同的服务。每一个 AAL 用户根据不 同的应用需求通过相应的服务访问点 SAP（即应用程序的地 址）接入到 AAL 层； 在 CS 子层形成的协议数据单元叫做 CS-PDU。 分段与重装子层 SAR (Segmentation And Reassembly) 发送处理时，将上层数据 (CS-PDU) 分段成 48 字节数据 ，交给下层 ATM 层作为信元的净负荷； 接收处理时，将从下层ATM层得来的各信元的48字节数 据重组装交给上层

42、 CS 子层。 在SAR子层形成的48字节的协议数据单元叫做 SAR-PDU ATM 层和 AAL 层* 在 ATM 交换机中只有物理层和 ATM 层 。 AAL 层只能驻留在 ATM 端点之中。 ATM 端点 AAL层 IP 层 物理层 ATM层 AAL层 IP 层 物理层 ATM层 ATM 网络 ATM 网络 交换机交换机 ATM 层 物理层物理层物理层 ATM 层 物理层 ATM 端点 ATM、OSI 层次的对应关系* 孤立地观察ATM网络时，ATM网络像一个广域网，因为 它可以覆盖很大的地理范围，有自己网络的硬件地址和进 行信元转发的结点交换机，并且向上提供虚电路服务，好 像是处在网络

43、层； 不过从IP层来看，将IP层中的IP分组交给下面的ATM网 络传送，整个的ATM网络又相当于两个IP结点之间的一 条数据链路。从这个角度看，整个ATM网络又好像是处 在数据链路层。 因此，ATM体系结构中的层次和OSI的层次很难有严格 的对应关系。ATM网络可以做为数据链路层或网络层接 入现有计算机网，它们的处理方式因接入点的不同而不同 。 ATM 信元格式* ATM 信元格式* 通用流量控制GFC(Generic Flow Control), 4位 只用于 UNI 接口,如用共享介质接入时，用其进行接入流量控制,类似 局域网MAC功能。ATM网一般采用点到点接入，此时不需要这一控制 功能

44、，通常置为0000。 虚通道标识符VPI/虚通路标识符VCI，8/16位(UNI), 12/16位(NNI) 载荷类型PT (Payload Type)，3位 用于指示信元中的载荷（即数据字段中的数据）类型：区分该信元是 用户信息或非用户信息；有无遭到拥塞；AAL-SDU应用服务类型。 信元丢失优先级CLP(Cell Loss Priority)，1位 指示信元丢失优先级。CLP=0表示该信元为高优先级信元，CLP=1表 示该信元为低优先级信元。若网络出现拥塞，则先丢弃CLP=1的低优先 级信元。 首部差错控制HEC(Header Error Control)，8位 检测信元首部中的多个比特错

45、,并可进行信元头中单个比特的纠错。 ATM 的逻辑连接机制* 在 ATM 中使用的虚通路是一种逻辑连接。 虚通路是 ATM 网络中的基本交换元素。 两个端用户要进行通信： 首先必须建立虚通路连接， 然后才能在这个端到端连接上以固定信元长 度和可变速率进行全双工的通信。 数据传送完毕后再释放连接。 ATM 网络 AB 交换机 X交换机 Y UNIUNINNINNI CONNECT ACK CONNECT ACK RELEASE COMPLETE RELEASE COMPLETE 连 接 建 立 连 接 释 放 t SETUP SETUPSETUP CALL PROCEEDING CALL PRO

46、CEEDING CALL PROCEEDING CONNECT CONNECT CONNECT CONNECT ACK RELEASE RELEASE RELEASE RELEASE COMPLETE 数据传送阶段 * ATM 的主要信令报文* 报文类型 当主机发送时的意义 当网络发送时的意义 SETUP 请求建立连接 有一个入呼叫 CALL 收到入呼叫 连接建立的请求 PROCEEDING 正在进行处理 CONNECT 接受入呼叫 呼叫请求已被接受 CONNECT 对 CONNECT 对 CONNECT ACK 报文的确认 报文的确认 RELEASE 请求释放连接 端点发出了连接释放请求 R

47、ELEASE 对 RELEASE 的确认 对 RELEASE 的确认 COMPLETE VCI 和 VPI 的转换* ATM 信元在 ATM 网中传输时一定是在某特定的虚连接上按序传送的。 ATM 信元的首部一定要有这个虚连接的标识符VPI/VCI，以便唯一地标 识该信元属于哪一个虚通路。 所有的 VPI/VCI 值只在每一段物理链路上具有唯一的值。 每经过一段链路，信元的 VPI/VCI 值都可能改变数值。 每一个交换机中都有一个VPI/VCI的转换表(也叫信元转发表)，至少有4 个参数：入端口号、入VPI/VCI值、出端口号、出VPI/VCI值，每当建立 一个新的虚连接时，会在该表中建立一

48、行，填入相应的项。 虚连接很多时表会很大，对内存和处理带来很大负担。若有许多ATM连 接，它们的源点和终点在地理上都比较集中，则这些连接就可以使用一个 共同的虚通道标识符VPI，这样，在ATM网络中的交换机就只需将VPI值 进行转换，而不管每条连接的VCI值是多少。这样的VPI转换表要比 VPI/VCI转换表简单得多，进行这种交换的ATM交换机就是ATM交连机 。 端点 A 通过 ATM 交换机 X, Y 和 Z 与端点 B 建立了一条逻辑连接* ATM 网络 AB 交 换 机 X 交 换 机 Y 交 换 机 Z1 2 1 2 3 2 3 4 3 4 1 4 入 入 出 出 端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 4 3/17 2 9/35 3/1742/55 6/35 9/35 交换机 X 的 VPI