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1、2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,ATM 标准,电路交换,交换器,ATM 交换,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,ATM 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（ATM Forum） 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（LAN
2、E）、ATM 上的多协议（MPOA）等。 IETF （Internet Engineering Task Force) IETF 的重点在于通过 ATM 实现 IP 的互通,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,B-ISDN 分层模型,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,B-ISDN 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 (AAL) 高层协议,PHY,ATM,AAL,APP,控制平面,用户平面,管理平面,层 管 理,面 管 理,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,协议参
3、考模型中的平面,用户平面 实现用户数据的传递 与用户数据流量相关的控制功能，如流量控制、纠错等 用户平面内存在协议分层 控制平面 信令消息的传送 呼叫控制、连接控制 控制平面内存在协议分层 管理平面 网络的维护与操作，提供各平面的协调 层管理功能，管理协议实体中的资源和参数，处理各协议层有关的 OAM 信息流，存在协议分层 面管理功能，进行与系统全局有关的管理和各平面间协调,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,物理层,分为两个子层 物理介质（媒体）子层 （PM） 在物理介质上正确地发送和接收比特，提供比特流传输、线路编码、比特流定时。 传输会聚子层 （TC） 提供信元流和比特流之间的
4、相互转换所需的功能： 传输帧的生成/恢复 传输帧的适配 信元定界（用HEC） 信头差错检验（HEC）的产生/校验 信元速率解耦,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,ATM 层,由于传送 ATM 信元 在物理层以上，且与物理介质无关 主要功能 信元复用/分路 信元标识（VPI/VCI）翻译 信元头的生成 流量控制 提供服务质量（QoS）保证,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,ATM 适配层,功能： 增强 ATM 层服务，适应高层需要 支持 ATM 层与高层间的信息映射 拆装子层 （SAR） 将高层信息拆开装配到适当虚连接的 ATM 信元序列中去 逆过程 会聚子层 （CS）
5、消息识别 定时、时钟恢复 功能与业务有关,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,2.3 ATM 层的相关标准,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,ATM 信元结构,信元头（UNI-用户网络接口格式） GFC 一般流量控制 （NNI-网络节点接口信元没有 GFC） VCI 虚通路标志 VPI 虚通道标志 PTI 净荷类型指示 CLP 信元丢失优先级 HEC 信头差错控制 净荷 48 字节 信息段,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,ATM 信元结构,信元头（NNI-网络节点接口格式）,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,VPI/VCI 和 VPC/VCC,V
6、PI-Virtual Path Identifier 虚通道标志 VCI-Virtual Channel identifier 虚通路标志,VPC VP连接,以VPI来标识 VCC VC连接,以VPI/VCI来标识 VPC/VCC 的带宽可以由用户任意设定,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,PTI: Payload Type ID,ATM 信元分类 用户信息信元（ VCI15, PTI = 0xx） OAM 信元 信令信元（VCI=1/5, PTI=0xx） 未分配信元（ATM层, VCI/VPI = 0） 空信元（物理层, VCI/VPI=0）,2019/8/21,网络与交换国家
7、重点实验室,CLP（信元丢失优先级）,定义在网络拥塞期间丢弃信元的优先级 CLP=0 高优先 CLP=1 低优先,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,HEC（信头差错控制）,由于对信元头部分（不包括HEC字段本身）的检错和纠错 检测多比特错误，纠正单比特错误 生成多项式： x8+x2+x+1,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,ATM 层功能,提供 ATM 连接与交换控制 保证 ATM 承载业务端到端的 QoS 定义信元类型 确定信元丢失优先级 进行流量整形,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,2.4 物理层标准,PM,TC,PHY,2019/8/21,网络与交换
8、国家重点实验室,ATM 物理层接口标准,基于 PDH 的 ATM 信元传输接口 基于 SDH 的 ATM 信元传输接口 基于其他标准的 ATM 信元传输接口 基于 ITU-T I.432 的直接信元传输接口 基于 ATM 论坛规范的信元直接传输 基于 ATM 论坛的STS-1/UTP-3信元传输接口 ATM论坛的 FDDI信元传输接口 基于25.6Mbit/s的直接信元传输接口 UTOPIA 接口,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,TC子层功能,信头差错控制（HEC）,未检测到错误 （无动作）,检测到错误 （丢弃信元）,未检测到错误 （无动作）,检测到多个比特错误 （丢弃信元）,检
9、测到单个比特错误 （纠正）,检错方式,纠错方式,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,TC子层功能 ：信元定界,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,2.5 ATM 适配层标准,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,增强 ATM 层提供的服务，以适合高层不同业务应用的需要 AAL 将用户/控制/管理的协议数据单元映射到ATM虚连接中一个或多个连续ATM信元的信息段中去 AAL 层分为两个子层： 拆装子层（SAR） 完成高层数据单元到 ATM 信元的映射（拆分和组装） 会聚子层（CS） 与业务有关,ATM 适配层的功能,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,分类依
10、据 源和目的之间的时间关系，比特率特性，连接方式 AAL 层业务分类,ATM 适配层的类型,源端点与 目的端点之间 的定时关系,需要,不需要,比特率,连接模式,面向连接,固定,可变,类型A,类型B,类型C,类型D,无连接,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL1 适用于 A 类业务 AAL2 适用于 B 类业务 AAL3/4 适用于 C、D 类业务 AAL5 适用于 C类业务,ATM 适配层类型,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,General AAL Functional Model,Service Specific Convergence Sublayer (SS
11、CS),Common Part Convergence Sublayer (CPCS),Segmentation and Reassembly (SAR) Sublayer,AAL-SAP,ATM-SAP,No SAP,A A L,AAL Service Specific part,AAL Common part,AAL-SDU,SSCS-PDU Header,SSCS-PDU Payload,SSCS-PDU Trailer,CPCS-SDU,CPCS-PDU Header,CPCS-PDU Payload,CPCS-PDU Trailer,SAR-SDU,SAR-PDU Header,SA
12、R-PDU Trailer,SAR-PDU Payload,ATM-SDU,ATM-PDU = cell,ATM Layer,Higher Layer,SSCS-PDU,CPCS-PDU,SAR-PDU,No SAP,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL 1,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL1 层次,SAR,CPCS,AAL 1,ATM,SSCS,CS,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL1 拆装子层 (SAR),AAL1 拆装子层功能 给来自会聚子层（CS）的 CS-PDU （47Byte）增加SAR 头，构成 48 字节的 SAR-PDU
13、。 逆过程 CSI：CS 指示 SN: 序号 SNP：序号保护，1bit 偶校验3bit CRC (x3+x+1) SAR-SDU：SAR子层的服务数据单元,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL1 汇聚子层(CS),会聚子层的功能与业务有很大关系 AAL1汇聚子层的功能 对结构化数据传输（SDT）的支持 时钟同步和恢复,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL 类型 2,用于低比特率、短且变长分组、对时延敏感业务 将 ATM 净荷分割为固定或可变长度的微信元 提供高效传输，降低适配时延,APP,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL2 的提出,低比特率
14、实时业务 窄带话音 PSTN 话音（64Kb/s） GSM 话音（全速率13Kb/s，半速率（6.5Kb/s） 其他 CBR/VBR 低速话音，如CDMA、3.1KHz 话音等 低速、时延敏感的电路模式或帧模式数据业务 低比特率实时业务的特点 速率低短分组 （ 小于几十 Kb/s，小于到几十字节） 时延敏感 以 PSTN 为例，时延、时延抖动是影响通话质量的主要因素 ITU-T建议： 国内长途电话连接的单向传输时延不超过 18ms 国际长途电话连接的单向传输时延（包括回波抑制器）不超过 150ms,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL1 规程的缺陷,信元发送前，必须等待数据填满
15、 47 字节的 AAL1 SAR-SDU 业务数据的速率越低，等待的时间越长 等待时间造成了很大的业务适配时间,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,解决方法 : 微信元法,把信元净荷划分成更小的分组（微信元），用不同微信元来承载不同的业务流，降低适配时延，同时保证了信道利用率。 微信元法后来发展成了 AAL2 规范,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL2 规程,用于低比特率、短分组的实时业务的 ATM 适配 AAL2 关键的出发点： 将 ATM 净荷分割为固定长度或可变的微信元，称为 CPS 分组 不同用户的业务数据被封装到CPS 分组中，可在同一个信元中传输 每个C
16、PS 分组具有逻辑链路标识和长度标识 AAL2 的优点： 降低适配时延 提高适配效率 节省 VPI 和 VCI 资源,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,CPS,AAL2 协议的结构,业务特定会聚子层 （SSCS） 功能与具体业务有关 消息识别 处理信元时延变化（CDV） 处理信元净荷组装时延 公共部分子层 （CPS） 从 SSCS 子层接收数据块 完成 CPS 分组的拆装 完成 CPS 分组到 ATM 信元净荷（CPS-PDU）之间的拆装,SSCS,SAP,SAP,原语,ATM 层,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL2 公共部分子层 (CPS),CPS 分组结构,
17、CPS 分组头（CPS-PH） 通道标识（CID） 长度标识（LI） 用户-用户标识（UUI） 包头差错控制（HEC）,CPS 净荷 可变长的 CPS 分组信息域（1-45/64字节）,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,公共部分子层 (CPS),起始域（STF） 长度 1 字节 偏移域（OSF） 序列号（SN） 奇偶校验位（P）,CPS 协议数据单元（CPS-PDU）的结构,CPS-PDU净荷 47 字节 可承载一个或多个 CPS 分组 无有效净荷时，用 0 进行填充（PAD）,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,CPS 分组到 ATM 信元的映射,2019/8/21,网
18、络与交换国家重点实验室,AAL 类型 3/4,支持对时延不敏感、对丢失敏感的业务，支持可变比特率、面向连接或无连接，支持点到多点连接，支持变长数据 支持 CPCS 连接在 ATM 上的复用 两种接口模式 流模式 消息模式,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL3/4 的操作方式,确保方式 CS-PDU 出错重传 支持流量控制 限于点到点的 AAL 连接 非确保方式 出错不重传，不确保 CS-PDU 的正确性 流量控制是可选的 用于点到点、点到多点的 AAL 连接,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL3/4 汇聚子层（CS）,业务特定汇聚子层 （SSCS） （与特定
19、业务相关）,公共部分子层 （CPCS） CPI: 公共部分标识 Btag/Etag: 起始/终止标记 BAsize: 缓冲器分配容量 AL：校准填充 PAD : 净荷填充 LEN：CPCS-PDU 净荷长度（CPCS-SDU 长度）,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL3/4 拆装子层 (SAR),可变长 CS-PDU 的拆装 错误检测 在 ATM 层上承载多个 CS-PDU 的连接复用 ST : 段类型 SN: 序号 RES: 备用(第3类) MID: 复用标识（第4类） LI: 长度指示 CRC：循环冗余校验,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,ST (Segme
20、nt type),Beginning of message (BOM) 10 Continuation of message (COM) 00 End of message (EOM) 01 Single segment of message (SSM) 11,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL3/4 数据适配过程,CPCS-SDU,5,Trailer,SAR-PDU,48,CPCS-PDU Payload,ATM Cell,Header,Fill,44,2,EOM,2,2,2,2,2,SAR-PDU,44,44,SAR-PDU,COM,BOM,ATM,AAL,2019/8/
21、21,网络与交换国家重点实验室,AAL 类型 5,为解决 AAL3/4 的缺点而提出 AAL3/4 在面向连接的高速应用中开销大，纠错能力不足 开销低、有效保护长数据块，支持可变长数据，针对时延不敏感业务，支持可变比特率、面向连接业务 不支持 CPCS 复用,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL5 的汇聚子层(CS),SSCS 子层 与业务有关 CPCS 子层 在 CPCS-PDU 信息域后加上 CPCS-PDU 尾 填充 PAD，使整个 PDU 长度为 48 的整倍数 PAD: 填充域 UU: 用户-用户标识 CPI: 公共部分标识 LE: CPCS-PDU 净荷长度 CRC
22、: 循环冗余校验,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL5 拆装子层 (SAR),接收来自 CPCS 的变长 SDU SDU 长度必须为 48*N 按 48 字节对 CPCS-PDU 分段和组装 用信元头中的 PTI 来指示一个 PDU 的开始或结尾 PTI中U比特=0，开始或继续；U 比特=1，结尾,SAR-PDU 净荷（48Bytes）,Cell Header PTI,2019/8/21,网络与交换国家重点实验室,AAL5 数据适配过程,CPCS-SDU,5,Trailer,SAR-PDU,48,CPCS-PDU Payload,ATM Cell,48,SAR-PDU,48,48,SAR-PDU,ATM,AAL,U=0,U=0,U=1,5,5,5,