第七章 ATM与MPLS (一)7.1 ATM的概念 7.1.1 ATM的产生n分组交换的特点：n其工作模式是将信息分成若干段，装配成 有源目的地址、控制码、校验码及包封的分组 ，并以分组为单元进行交换和统计复用传送。n其特点是占用带宽随意，资源利用率高， 但实时响应差，逐段转发模式转送效率低，网 络吞吐量较小，不能适应宽带高速业务交换传 送的需要。7.1 B-ISDN及ATM的概念n异步转移模式(ATM)的产生，设想一种新的方 案，既具有电路交换那样控制简单、实时性好的 特点，又具有分组交换的统计复用那样资源利用 率高的特点。nATM方案：n采用分组统计复用方式，以适应各类信息传送 的需要；n采用固定长度分组，使交换能按照类似于电路 模式进行，保障业务服务质量；n所有交换节点不检错，以提高网络信息转移速 度。7.1 .2 ATM 的概念 ATM定义 (ITU-T I.113) ATM is “A transfer mode in which the information is organized into cells; it is asynchronous in the sense that the recurrence of cells containing information from an individual user is not necessarily periodic”ATM (ATM (Asynchronous Transfer Mode)是一种传递模式，在这一模是一种传递模式，在这一模 式中，信息被组织成信元，包含一段信息的信元不需要周期式中，信息被组织成信元，包含一段信息的信元不需要周期 的出现，从这个意义上讲，这个传递模式是异步的。的出现，从这个意义上讲，这个传递模式是异步的。nATM本质上是一种高速分组交换模式，它将语音、数据 、图像等所有数字信息分解成长度固定的数据块，并在 数据前装配地址、丢失优先级等控制信息构成信元，空 信元以一定速率发送，只要获得空信元即可插入信息发 送。n信息插入位置无周期性，需要排队等待空信元到来才 能发送信息，所以ATM是以信元为单位的存储转发方式， 成为信元交换。n在ATM中，语音、数据、图像等业务的信息被分解成固 定长度（48字节）的数据块，加上5字节的信元头，形成 53字节的完整信元。n采用异步时分复用的方式，将来自不同信息源的信息 汇聚到一起，信元头中的虚通路标识符（VPI）、虚信道 标识符（VCI）作为地址标签，网络根据信元头中的标签 识别和转发信元。ATM的特征n电路传送方式的演进 -时分复用，在每个时隙中放入信元，则电路传送方式 就演变为ATM，依据信头标签来区分用户的数据； -面向连接，采用固定长度分组，使交换能按照类似于 电路模式进行，保障业务服务质量； -控制简单、实时性好。n分组交换方式的演进 -统计时分复用/异步时分复用，信道利用率高； -信元是一种特殊的数据分组。与分组交换方式的不同n使用了固定长度的分组ATM信元n使用了空闲信元来填充信道n由用户在申请信道时，提出业务质量要求n不使用逐段反馈重发方法，必要时采用端到端的差错 纠正措施。7.2 ATM体系结构n7.2.1 ATM传送模式7.2.1 ATM传送模式nATM，一种高速分组交换模式，将信道划分 成53字节定长单元，48字节承载信息数据，5字 节装配上地址、优先级等控制信息，以定速方式 传送。n待传数字信息分成多个48字节定长块，以统计 复用方式占用信道上的ATM空信元，交换系统 以信元为单位进行存储转发。n由于信元定长、定速传送，信元无包封，交换 控制类似电路方式，较简单，网络吞吐量大；用 户以统计复用方式占用空信元，可适应不同速率 需求的业务应用，资源利用率高。7.2.2 ATM信元结构信头信头（5 5字节）字节）信息段信息段（4848字节）字节）ATM信元头部包含流量控制信息 、虚连接标识符、净荷类型、信 元丢失优先级和信头差错控制信 息。 与分组交换的分组头比，ATM信 头功能大大简化： -只对信头进行差错控制，不进 行逐段链路的检错和纠错； -端到端的差错控制只在需要时 由终端完成； -只用VPI/VCI标识一个虚连接 ，无需源地址、目的地址和分组 序号； -信元顺序由终端保证。 信元头（信元头（5 5字节）字节） GFCGFC：一般流量控制。：一般流量控制。GFC为一般流量控制，4比特，用于流量控制或共享介质网络中标识不同的接入 。 VCI VCI （Virtual Path Identifier Virtual Path Identifier ）：虚通路标识。）：虚通路标识。 用来区分传输信道上不同的虚通路。 VPI VPI （Virtual Channel identifier Virtual Channel identifier ）：虚通道标识）：虚通道标识 。可标识65536个虚信道。 PTIPTI：净荷类型指示。：净荷类型指示。 3比特，可标识8种类型。（见下表）下表）ATM ATM 信元结构信元结构n nCLPCLP：信元丢失优先级。：信元丢失优先级。1比特,用于拥塞控制。 CLP=0时网络应保障带宽资源供给；CLP=1时如有拥堵 可丢弃信元。n nHECHEC：信头差错控制。：信头差错控制。8比特，用于信头中的差错控制 和信元同步。I.432建议，这一区域的处理在物理层进行 。n n净荷净荷(48 (48 字节字节) )：信息段。：信息段。传输链路VPI=1VPI=2VCI=1VCI=2VCI=1 VCI=2ATM是面向连接的，传送信息前要先建立虚连接，可建 立虚通路VP和虚信道VC两个层次的连接，并在信头中用 VPI/VCI标识信元属哪个连接。其概念如下图所示。PTI-Payload TypeATM ATM 信元分类信元分类 各类信元的各类信元的PTIPTI值不同值不同 用户信息信元用户信息信元 OAM OAM 信元信元 信令信元信令信元 未分配信元未分配信元（ATMATM层）和空信元（物理层）层）和空信元（物理层）ATM信元类型表，ATM信元的净荷类型 PTI值净荷类型 000无拥塞的用户信元,ATM层间指示=0 001无拥塞的用户信元,ATM层间指示=1 010有拥塞的用户信元,ATM层间指示=0 011有拥塞的用户信元,ATM层间指示=1100VC的OAM信元(用于传输通道) 101VC的OAM信元(用于端到端的传输) 110资源管理信元(用于改变正在使用的带宽) 111备用UNINNIVP数256 (8bits)4096(12bits)VC数 (每VP）65,536(16bits)65,636(16bits)最大 虚连接数16,777,216(24bits)268,435,456(28bits)UNINNICLP（信元丢失优先级） 在网络拥塞期间丢弃信元的优先级在网络拥塞期间丢弃信元的优先级 CLP=0 CLP=0 高优先高优先CLP=1 CLP=1 低优先低优先GFC用在UNI接口上控制流量周期性地阻止周期性地阻止UNIUNI接口上所有连接的业务流量接口上所有连接的业务流量（Cyclic HALT)Cyclic HALT)对受控对受控ATMATM连接进入网络的业务量进行接入控制连接进入网络的业务量进行接入控制指明指明UNIUNI接口上的流量是否属于受控接口上的流量是否属于受控ATMATM连接连接1 1、ATMATM信元头与信元头与IPIP头的区别？头的区别？2 2、为什么要用两种标识：、为什么要用两种标识：VPIVPI、VCIVCI，有何益处？有何益处？3 3、信元长度固定、且短有什么优势信元长度固定、且短有什么优势? ?4 4、哪种接口（、哪种接口（NNI/UNINNI/UNI）流量控制功能更丰富？流量控制功能更丰富？5 5、UNIUNI和和NNINNI接口分别能支持多少个接口分别能支持多少个VPIVPI和和VCI?VCI?思考题：思考题：7.2.3 ATM7.2.3 ATM协议参考模型和功能解析协议参考模型和功能解析ATM参考模型分成3个 平面，用户面、控制面 和管理面，每个面又分 成4个层次规约所完成的 功能。1、ATM物理层n利用通信线路的比特流传送功能实现传送ATM信 元功能，如SDH、SONET、DS1、E1等。n物理层包括物理介质子层、传输汇聚子层、帧 生成与恢复、信元校正、信元定界和信元速率匹 配等功能。l l物理媒体子层物理媒体子层 （PMPM）在物理媒体上正确地发送和接收比特，在物理媒体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。提供比特流传输、线路编码、比特流定时。l l传输会聚子层传输会聚子层 （TCTC）提供信元流和比特流之间的相互转换所需的功能提供信元流和比特流之间的相互转换所需的功能 ： 传输帧的生成传输帧的生成/ /恢复恢复传输帧的适配传输帧的适配信元定界（用信元定界（用HECHEC）信头差错控制（信头差错控制（HECHEC）信元速率解耦信元速率解耦n传输帧的生成与恢复，当前传输系统有SDH和 PDH系统，均以125s为周期传送帧，发送端将信 元嵌入到相应帧格式中，或相反过程。n信元差错校正，利用 HEC只对信头部分进行检 验，可纠正一位错码和发现多位错码。信头有错 而无法纠正时则丢弃该信元。n信元定界，利用HEC字节在接收的比特流中找 出信元的边界。n信元速率适配，ATM信元传输信道速率恒定， 当发送端没有信息可传时，须向信道送出空闲信 元，接收端则把收到的空闲信元丢掉，以保证传 输信道速率恒定。HEC信元纠错n一般采用循环冗余编码（CRC）规则n在发送端，将信头的前四个字节和x8相乘后再除以生 成多项式x8+x2+x+1，所得的余数就是要发送的HEC字段。n在接收端，如果按CRC编码规则计算出来的HEC字段正 确，则表明信头在传输过程中没有出现差错；n利用这种方法可以纠正所有单比特差错，或者检测出 单比特和多比特差错。n美国AT&T公司测试结果表明，90%差错为单比特差错。n检测到差错，可选择丢弃该信元。HEC信元定界n接收机连续不断的扫描相邻的5个输入字节，一确定这 5个字节是否是信元头n如果将这5个字节除以生成多项式后的余数为零，这5 个字节就是一个信元的信头n接收机就等待后48个字节净荷的到来， 然后再扫描5 个输入字节，检查是否也为合法信头，反复多次；n如果每次都成功，则接收器就判定已和发送信元取得 同步；n如果找不到合法信头，接收器则逐1bit移动，直至找到 合法的信头。ATM信元定界处理模型 主要功能主要功能 信元复用信元复用/ /分路分路 信元标识（信元标识（VPI/VCIVPI/VCI）翻译翻译 信元头的生成信元头的生成/ /去除去除 一般流量控制一般流量控制l l2 2、ATM ATM 层层n信元复用/解复用，在与TC层接口处发端 完成不同VPI/VCI信元的复用并递交给TC 层发送；收端根据VPI/VCI值将各信元送 给不同面模块的适配层处理。n信元传输，ATM网络采用面向连接方式工 作，由ATM层按呼叫需求建立永久/交换式 虚连接，信元沿已建立的虚连接进行传送 。n流量和拥塞控制，用户源端按需求产生 流量控制域，接收点依该域要求控制流量 ，超出流量约定部分当网络拥塞时可丢弃 这部分信元。n信元头部处理，按照已建立的虚通路路 由表项依VPI/VCI选择交换路径，并产生 下一段新的VPI/VCI。l l3 3、ATM ATM 适配层适配层(AAL)(AAL)功能：功能：增强增强 ATM ATM 层服务，适层服务，适 应高层需要应高层需要支持支持 ATM ATM 层与高层间层与高层间 的信息映射的信息映射ATM适配层(AAL)n控制面，AAL层将信令消息适配成A