ATM资料(转)

ATM（Asynchronous Transfer Mode）是一种以信元为单位的异步转移模式。所谓“转移模式”，就是在电信网路中信息传输、复用和交换的方式。异步意味着来自任一用户的信息信元流不必是周期性的。
ATM是一种特殊的分组传送，提供保障，满足实时业务和非实时业务的需求。
1987年ITU-T将异步转移模式（ATM）选为B-ISDN中的转移模式。ATM的突出特点是可以灵活地支持现有的和将来可能出现的各种业务，能达到很高的网络资源利用率，支持高速交换。
电路交换方式是面向连接的，按时隙交换，独占线路资源。打电话之前先拨电话号码，建立起两个人之间的连接线路，然后通话、挂断，这种通讯方式称为面向连接的交换，又因为通讯的两者有一条电路存在，所以称为电路交换。在网络资源分配上，电路交换中网络资源可由信令系统在连接建立时分配，分配给一个连接的网络资源不能被别的连接占用，只在连接拆除时才释放网络资源。基于电路交换的PSTN在语默期同样占有64K的时隙，独占线路资源。
分组交换是面向无连接，无连接的意思是说通讯的两者之间，不具备唯一独立的链路，它采用的主要技术是包交换技术，将欲传输的数据打成包，实际上是具有特殊标记的字节，每个包有目的地址、源地址、错误控制信息等等，这样的数据包具有自己去找目的地的能力，这种非独占性传输的好处是，许多应用可以共享一个很小的带宽，利用率比较高。
ATM结合了电路交换和分组交换的优点，是面向连接的分组交换。
无连接的分组交换利用包交换的形式，将用户信息封装在分组中进行交换，每个分组有一个分组头，分组头用于路由选择、差错控制和流量控制等功能，交换设备查看到来的每个分组头中的地址信息，并根据当时的网络状态选择一条路由，将分组发到下一级网络设备中，因此同一业务的不同分组在网络中经过的路径不同。各个分组的长度和间隔时间都可改变，因此分组交换可以支持多种速率的交换。这种逐段转发方式使分组网络不能提供可靠的服务质量。
ATM是面向连接的，即任何一个ATM终端用户在与另一用户通信时都需要建立连接；另一方面ATM传输采用了53字节固定长度的信元，因而其又具有分组交换的特点，使各连接可以共享带宽资源。ATM能在单一的主体网络中携带多种信息媒体，承载多种通信业务，并且能够保证QoS。
前面介绍了ATM能够支持现有的和将来可能出现的各种业务，下面具体地看看ATM的网络应用和桌面应用。
在传送网中有ATM VP交叉连接节点（VPX）和ATM ADM设备。
在交换网中有ATM交换机，这是窄带向宽带演进的方式。这是ATM的主要应用。
在Internet网中有ATM路由器，采用IP交换技术、 多协议标记交换技术（MPLS）等。
在局域网有ATM局域网，但受到千兆以太网和三层交换机的挑战。
在桌面应用有ATM网卡，直接支持高层应用系统软件，已不可能大量使用。
制定ATM标准的组织主要有：ITU-T、ATM论坛和IETF。
ITU-T致力于公网上ATM标准化工作，有代表性的标准有：Q.2931/Q.2971、BISUP、I.610。
ATM Forum致力于专网上ATM的标准化工作，加速ATM产品的推广和使用，有代表性的标准有：UNI3.1、UNI4.0、ILMI、PNNI、MPOA、VTOA、LANE、TM4.0。
IETF致力于ATM网承载IP业务的标准化工作，解决传统的瓶颈问题，有代表性的标准有：RFC1483、RFC1577、IP Switch、MPLS。
ATM是一种基于信元的交换和复用技术，ATM传送信息的基本载体是ATM信元，ATM信元和分组交换中的分组类似，但又有自己的特点。ATM信元是定长的，而且信元的长度较小，只有53字节，分为信头和净荷两部分，信头为5字节，净荷为48字节。
信头内容在用户―网络接口（UNI）和网络节点接口（NNI）中略有差别，主要由以下几部分构成。
GFC：一般流量控制，4比特，只用于UNI接口，目前置为0000，将来可能用于流量控制或在共享媒体的网络中标示不同的接入。
VPI：虚通道标识，NNI中为12比特，UNI中为8比特。
VCI：虚通路标识，16比特，标识虚通道中的虚通路，VPI/VCI一起标识一个虚连接。
PT：净荷类型，3比特。表示净荷是数据信元还是管理信元。
CLP：信元丢失优先级，1比特，用于拥塞控制。
ATM网中传送的信元有两种优先级别，通过信元头中的CLP位来区分，CLP=0表示优先级高，CLP=1表示优先级低。当网络发生拥塞时首先选择CLP=1的信元丢弃以缓解拥塞，牺牲掉低优先级信元来保证高优先级信元的传送质量。
HEC：信头差错控制，8比特，检测出有错误的信头，可纠正信头中1比特的差错。HEC的另一个作用是进行信元定界，利用HEC字段和它之前的4字节的相关性可识别出信头位置。由于在不同的链路中VPI/VCI的值不同，所以在每一段链路都要重新计算HEC。
ATM信元的信头与分组交换中分组头的功能相比大大简化了，如不再进行逐段链路的检错和纠错，由于链路质量的提高，端到端的差错控制只在需要时由终端处理，HEC只负责信头的差错控制。另外，信头只用VPI和VCI标识一个连接，而无需源地址、目的地址和包序号，信元顺序也由各网元保证。



在信头中最重要的部分是VPI和VCI，即虚通道标识和虚通路标识。
ATM网络的操作类似于电话呼叫接续过程，在通信前必须在源和目的端之间建立连接，这个连接是一个虚连接，称为VCC，用VPI/VCI来标识。
ATM技术中最重要的特点就是信元的复用、交换和传输过程，均在虚通路（VC）上进行。虚通路由VCI标识，它是ATM网络链路端点之间的一种逻辑联系，是在两个或多个端点之间传送ATM信元的通信通路，可用于用户到用户、用户到网络、网络到网络的信息转移。
虚通道（VP）是在给定参考点上具有同一虚通道标识VPI的一组虚通路。虚通路VC在传输过程中，组合在一起构成虚通道VP。因此ATM网络中不同用户的信元是在不同的VP、VC中传送的，而不同的VP/VC则是利用各自的VP标识（VPI）和VC标识（VCI）进行区分。



ATM是面向连接的交换，这个连接用VPI、VCI来标识。VPI、VCI的取值只有局部意义，即只在通过物理媒质直接相连的两个接口之间有效，相同的值在其它接口可以重复使用。每个VPI/VCI在相应的VP/VC交换节点被处理，相同的VPI/VCI值在不同VP/VC链路段并不代表同一个“虚连接”。
从路由的角度看，VPI和VCI是信元在ATM网络中传输的路由地址，多个路由地址标识了一条连接。当交换网络接收到信元时，根据信元头中的VPI和VCI查找映射表，确定输出的VPI和VCI。如图所示，用户A发出的VPI/VCI=1/40的信元，经交换机B后VPI/VCI被交换成2/44；经交换机C后VPI/VCI=3/44；经交换机D后VPI/VCI=4/50，最后送到用户E。这里（1，40）（2，44）（3，44）（4，50）标识了A与E之间的一个连接。



ATM交换分为VP交换和VC交换两种。
VP交换就是指在交换的过程中只改变VPI的值，透传VCI的值。而VC交换过程中VPI、VCI都改变。因此在使用中，VP就相当于一个大的管道，而VC相当于一个小的管道。



ATM交换机是如何完成交换功能的呢？
各类业务在经适配进入ATM网后，便由ATM交换机或交叉连接设备提供交换和中继功能，从而到达目的地。
ATM交换机或交叉连接设备的作用是：根据输入信元的VPI/VCI标识以及它本身在建立连接时产生的路由表，将该信元转发到相应的输出端口，并对该信元的头部进行适当处理，如改变其VPI/VCI值，在拥塞时有可能改变CLP值，最后还要重新计算HEC值，以保护新产生的信元头。
ATM的交换过程如图所示。VPI/VCI=2/37的信元从端口1进入ATM交换机，通过查路由表，将信元的VPI/VCI变为1/51，然后从端口2送出。下一个交换机从端口3收到VPI/VCI=1/51的信元，通过查路由表，将信元的VPI/VCI变为3/39，然后从端口4送出。
ATM交换机实质上是一个能将输入端口中的信元，按照其路由标记送到它所要求的输出端口的功能块。因此，ATM交换机最主要的功能是路由功能。



ATM通过VC建立连接有两种方式：交换虚通路（SVC）连接和永久虚通路（PVC）连接。
PVC是通过预先建立的，不论是否有业务通过或终端设备接入，PVC一直保持，直到由网管释放。因此，PVC类似于电话网中的租用线路，经过PVC连接的用户需要通信时，不会因通信网络资源不够而导致通信失败。
现在在ATM网中基本上都是使用PVC。
SVC是用户需要通信时，通过终端设备由信令建立的虚通路。SVC类似于电话网的用户线路，只有经过呼叫请求，网络为通信双方建立起相应虚通路后，才能进行通信，通信完成后，由信令释放SVC。使用SVC的用户对网络资源的利用率高，通信费用较低。

第3章 ATM特点




ATM的目标，即ATM的最大特点，就是对任何形式的业务分布都能达到最佳的网络资源利用率。要达到这一目标就要对网络资源进行统计复用。
所谓统计复用就是根据各种业务的统计特性，在保证业务质量要求的前提下，在各业务间动态地分配网络资源，以达到最佳的资源利用率。
从而ATM网络可以支持多速率、多业务，可以支持话音、数据、图像的传递，对实时业务提供完全的QOS保证。



ATM中每一条连接即每一条VC都有一定的QOS保障，这是由ATM的连接管理来实现的。
当用户与网络或网络与网络建立一个连接的时候，双方就确定了一份通信契约，契约中包括流量参数和QOS参数两部分。
此通信契约为双方所共识，双方必须遵守。



流量参数包括峰值信元率PCR、可维持速率SCR、最小信元速率MCR和最大突发度MBS。它们描述业务本身的流量特性，又称为源流量参数。
PCR、SCR、MCR分别表示最大、平均、最小信元速率。突发度BS是业务的峰值比特率与平均比特率之比。所以突发度越大，表明业务的速度变化越大。



QOS参数主要包括最大信元传递时延MCTD、信元抖动容限CDVT和信元丢失率CLR。
最大信元传递时延MCTD是信元从一个端点到另一个端点所需要的时间。
信元抖动容限CDVT是信元间隔的上限。
信元丢失率CLR是可以接受的因网络拥塞而导致信元丢失比例。



ATM网络中拥塞管理的基本思想在于：引入预防性控制措施，不再是出现拥塞之后再采取措施来消除拥塞，而是通过精心管理网络资源而避免拥塞的出现。ATM网的流量管理机制可分成如下几个阶段：
l 呼叫请求建立连接阶段，其关键技术是连接允许控制（CAC）。
l 通信过程中对入网流量的监测与控制，关键技术是使用/网络参数控制（UPC/NPC）。
l 拥塞控制阶段，关键技术是选择信元丢弃与拥塞指示。
ATM网中拥塞控制由流量控制与拥塞控制功能配合完成。用户向网络发出呼叫请求时需要向网络提交即将发送的流量特性，以及对服务质量的要求，网络此时执行连接允许控制CAC功能，确定网络是否有足够的资源来支持这一新的呼叫请求。如果能支持就建立相应的虚电路连接，并同用户协商允许通过这条虚电路输入网络的流量的特性参数。只有用户实际输入网络的流量特性满足协定的特性参数时，网络才保证对它的服务质量。
在通信过程中执行使用参数控制UPC功能，监测每条虚电路中实际输入网络的流量，一旦发现超越了协定参数就采取措施加以限制。以上这些功能的目的都在于防止拥塞的出现，属于流量控制范围。
ATM网一旦检测到出现拥塞状况，则启动拥塞控制功能，首先是有选择地丢弃掉重要程度相对低的信元以缓解拥塞，同时进行拥塞状态信息的前向、反向指示。当这些措施仍不能很好地控制住拥塞时网络将进行释放连接或重选路由。

第4章 ATM协议栈




为了保证各厂家的终端设备能互连通信，在ITU-T的建议I.321中，定义了BISDN的协议参考模型，只要符合这个参考模型和相应标准的任何两个系统均可互连进行通信。
BISDN协议参考模型分成三个平面：用户面、控制面和管理面，还有三个功能层：物理层、ATM层和ATM适配层（AAL）。
协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能：
l 用户平面：采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时也具有一定的控制功能，如流量控制、差错控制等。
l 控制平面：采用分层结构，完成呼叫控制和连接控制功能，利用信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放。控制面和用户面只是高层和AAL层不同，而ATM层和物理层并不区分用户面和控制面，对这两个平面的处理是完全相同的。
l 管理平面：包括层管理和面管理。其中层管理采用分层结构，完成与各协议层实体的资源和参数相关的管理功能。同时层管理还处理与各层相关的OAM信息流；面管理不分层，它完成与整个系统相关的管理功能，并对所有平面起协调作用。



ATM各层的功能介绍如下。
物理层主要是提供ATM信元的传输通道，将ATM层传来的信元加上其传输开销后形成连续的比特流，同时在接收到物理媒介上传来的连续比特流后，取出有效的信元传给ATM层。该层从上至下又可分为传输会聚子层TC和物理媒介子层PM。
PM子层中定义了物理媒介接口，如基于SDH的155M、622M等。
TC子层主要完成五个功能：信元速率去耦、HEC序列的产生/检验、信元定界、传输帧适配、传输帧产生/恢复。
其中传输帧产生／恢复、传输帧适配是针对SDH/SONET、PDH等具有帧结构的传输系统而言的，在这些系统中传送ATM信元时，必须将ATM信元装入传输帧中。
信元速率去耦的作用是插入一些空闲信元将ATM层信元速率适配成传输线路的速率。
信元定界ITU-T建议采用HEC方式，即将每32比特进行CRC计算，若结果与其后的8比特相等，则认为找到了一个信头。
信头差错控制也是通过HEC实现的。HEC可以纠正单比特错误，检测多比特错误，并丢弃信头错误的信元。
ATM层在物理层之上，利用物理层提供的服务，与对等层间进行以信元为信息单位的通信。同时为AAL层提供服务。ATM层与物理媒介的类型以及物理层的具体传送的业务类型也是无关的，ATM层只识别和处理信头。
ATM层功能可以分为三大类：信元复用／解复用，有关信头的操作和一般流量控制功能。
信元复用／解复用在ATM层和物理层的TC子层接口处完成，发送端ATM层将具有不同VPI/VCI的信元复用在一起交给物理层；接收端ATM层识别物理层送来的信元的VPI/VCI，并将各信元送到不同的模块处理，如识别出信令信元就交控制面处理，若为OAM等管理信元则交管理面处理。
信头操作在用户终端为填写VPI/VCI和PT，在网络节点中为VPI/VCI翻译。用户信息的VPI/VCI值在连接建立时可由主叫方设置，并经过信令的SETUP消息通知网络节点，由网络节点认可，也要由网络侧分配。
一般流量控制功能由信头中的GFC比特支持。
ATM适配层（AAL）位于ATM层之上，这一层是和业务相关的，即针对不同的业务，采用不同的适配方法。但都要将上层传来的信息流（长度、速率各异）分割成48字节长的ATM业务数据单元，同时将ATM层传来的ATM业务数据单元组装、恢复再传给上层。由于上层信息种类繁多，AAL层处理比较复杂，所以分了两个子层：汇聚子层（CS）和拆装子层（SAR）。



为了提高交换网络的速率，对ATM层作了尽可能的简化，而ATM层未提供处理的信元丢失、误传、时延、时延抖动等与业务服务质量密切相关的功能，由AAL层完成。不同类型的业务需要不同的适配，ITU-T研究各种业务的特点，根据源和目的的定时、比特率、连接方式将业务分为４类，并相应地定义了AAL1、AAL2、AAL3/4及AAL5。
AAL1协议针对的是固定速率的、面向连接的业务，在信源和信宿之间需要定时信息的传送。这类业务典型的例子是目前的电路交换业务，如话音业务、各类NISDN业务。
AAL2是为端到端具有定时关系的可变比特率（VBR）业务提出的，如VBR音响和电视。这类AAL尚未定义好。ITU-T也可能通过对AAL1的增强来得到AAL2功能。
现有局域网的远程互连一般采用X.25或帧中继技术，存在着程度不等的瓶颈，因此，利用ATM技术实现局域网的远程互连，是ATM网初期的重要应用。在ATM网中，数据业务有两类：远程计算机局域网互连对应于无连接的数据业务，另一类是面向连接的数据业务。AAL3/4协议用于对这些业务的适配。
AAL5支持收发端之间没有时间同步要求的可变比特率业务，它提供与AAL3/4类似的业务，主要用来传递计算机数据、UNI信令信息和ATM上的帧中继。定义AAL5的主要原因是减少开销，使其成为简单而有效的AAL。



ATM的基本处理过程简述如下。
上层的语音、视频、数据、图像等业务先送到ATM适配层，用AAL1或AAL5适配，即用AAL的帧格式来封装上层数据，然后分割成48字节长的ATM业务数据单元。48字节长的ATM业务数据单元被送到ATM层，在ATM层要加上5字节的信元头，信元头中要标识出VPI和VCI，VPI和VCI是在连接建立时就分配好的。ATM层将具有不同VPI/VCI的信元复用在一起交给物理层。在物理层将ATM信元封装到传输帧中，然后经物理接口送出。



ATM网络可以在链路层或网络层承载传统的数据业务。这些业务在进入ATM网络前，必须进行适当的封装，以便于在对端能够被正确的识别和处理。定义这些封装形式的就是RFC1483协议。
对于TCP/IP网络业务的承载，从链路层的接入俗称桥接，即经常提到的1483B接入，即指采用1483协议封装数据链路层的以太网帧后交给AAL层处理。
如果是用ATM直接承载网络层的数据包，则采用RFC1483R封装，又称之为IPOA（IP OVER ATM）。


第5章 ATM业务及性能




ATM论坛从流量控制的角度出发，区分了恒定比特率业务（CBR）和可变比特率业务（VBR），并根据实时/非实时性，把VBR业务进一步分为实时（rt-VBR）和非实时（nrt-VBR）两类。另外考虑了日益增长的数据业务的要求，网络以尽力而为（Best Effort）的方式提供数据业务，进一步划分了可利用比特率业务（ABR）和未指定比特率业务（UBR），前者保证一定的丢失率要求，后者不提供任何形式的保证。
这五类业务可以从两个方面来区分。
从业务特性上区分，如峰值信元速率（PCR）、可维持信元速率（SCR）、最小信元速率（MCR）、最大突发长度（MBS），它们描述业务本身的流量特性，又称为源流量参数。
从业务的ATM层服务质量（QoS）上区分，包括峰－峰信元时延抖动（peak-to-peak CDV）、最大信元传送时延（max CTD）、信元丢失率（CLR）、信元错误率（CER）、严重出错的信元块比例（SECBR）、信元误插入率（CMR）。



CBR业务通常是指那些在整个连接的生命周期内都需要连续的静态的带宽的连接。所分配带宽的数量就是通过峰值信元速率（PCR）来量化的。网络可以对用户保证只要连接建立，就给CBR预留出资源从而可以确保所有服从一致性测试信元的QOS性能。在CBR中源端可以在任何时候以PCR的速率发出信元，并可以持续任意长的时间。
CBR业务通常是一些对时延变化有严格限制的实时应用，如话音、视频和电路仿真。在CBR业务中，源端可以在一定的周期内用协商好的PCR或者低于PCR的速率（甚至可以不发送信元）来发送信元。



rt-VBR业务也是一种实时的应用，也就是说对时延和时延变化有严格的限制，rt-VBR的主要应用有话音和视频业务。rt-VBR连接的特性主要靠峰值信元速率（PCR）、平均信元速率（SCR）、最大突发长度（MBS）和信元延迟容限（CDVT）来描述。源端发送信元的速率是可变的，也就是说源端可以被认为是“突发性的”。rt-VBR业务可以支持实时资源的统计复用。
nrt-VBR业务支持一种突发性的非实时的应用，连接特性是通过PCR、SCR以及MBS来描述的。对那些满足流量合同的信元，nrt-VBR业务可以保证很低的信元丢失率但是对时延没有限制。nrt-VBR业务可以支持连接的统计复用。



未定义比特率业务（UBR）支持非实时的应用，也就是那些对时延和时延变化要求都不太严格的应用，如一些传统的计算机通信应用，象文件传输和email等。
UBR业务不存在任何的服务质量的承诺，连接的信元丢失率和信元传输时延均没有数值保证。网络可以选择在CAC和UPC中是否需要运用PCR。在网络对PCR没有强制性的要求的时候，PCR的值没有什么意义。UBR连接的拥塞控制可以在高层或者端到端的基础上进行。



ABR业务中网络在连接建立时的传输特性可以在后来被更改。有一种流控机制支持对源端的反馈来控制源端发送信元的速率，这种反馈是通过特定的控制信元叫做资源管理（RM）信元来实现的。可以预期终端系统在根据反馈调整流量的时候会有一个很低的信元丢失率，然后获得一个公平的可以利用的带宽。对给定的连接，ABR业务对时延和时延变化没有边界限制，也就是说ABR不支持实时的应用。
在ABR连接建立的时候，终端系统会指定一个所需要的最大带宽和一个最小可用的带宽。这是通过峰值信元速率（PCR）和最小信元速率（MCR）来描述的。其中MCR的值可以为零，网络所提供的带宽可以变化但不能小于MCR。
nrt-VBR业务类型、ABR业务类型和UBR业务类型都是针对非实时应用的，它们之间的不同之处主要集中在网络提供的服务保证特性、网络与终端系统的实现机制两个方面，选择什么业务类型需要根据具体的应用而定。


第6章 ATM网络接口及信令





ATM网络的主要接口包括：UNI、NNI、BICI。
UNI为ATM网中的用户网络接口，它是用户设备与网络之间的接口，直接面向用户。按其所在位置不同又可分为公用网UNI和专用网UNI（P-UNI），PUNI不必象公网接口考虑严格的一致性，因而PUNI接口形式更多、更灵活。
NNI为网络节点接口，一般为两个交换机之间的接口，同样也分为公网NNI和专用网NNI（PNNI）。
BICI为宽带网间接口，定义为两个公用ATM网之间的接口，侧重于属于不同的运营者的两个ATM网之间的接口，其定义基于NNI接口。



ATM信令用于动态的完成用户呼叫的接续，应能够完成如下功能：
l 为ATM网中的信息转移建立、维持、释放VCC。这种建立可以是随时需要的，也可以是永久或半永久的；
l 在建立连接时，还要为这些连接分配网络资源；
l 支持点到点通信以及点到多点通信；
l 支持对称和非对称呼叫。前者两个方向带宽相等，后者有可能在一个方向上只占很少带宽，而在另一方向需要很高带宽，如视频点播（VOD）。
目前有UNI3.0、UNI3.1、UNI4.0、PNNI1.0、IISP、地址注册协议ILMI4.0等等。



是一个胶片资料，看的时候需要整理一下。
ATM技术在去年的时候是吵的比较凶的，但是因为以前电信骨干网组网是IP网络，所以ATM也没有做起来，仅有的一些应用也是边缘汇聚层的。给下面的ATN接入设备做终结ATM业务用，
我们现在应用的很多ADSL用户就是利用ATM来组网的。

今年的时候部分省份有上了一些ATM设备，但估计不会怎么样的！