ATM技术.docx

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ATM技术

ATM技术

目录

第1章.简介4

第2章.ATM协议相关术语解析5

第3章.ATM协议介绍7

第4章.ATM逻辑连接9

第5章.ATM逻辑连接的使用11

第6章.ATM用户网络接口（UNI）12

第7章.ATM的协议承载13

7.1ATM上传统的IP和ARP13

7.2ATM上的PPP（PPPoA）15

7.3ATM上的BRIDGE15

7.4ATM-FR互连16

7.4.1ATM-FR网络互连16

7.4.2ATM-FR业务互连20

第8章.ATM的AAL5帧格式以及报文格式23

8.1LLC封装24

8.1.1桥接协议的LLC封装25

8.2MUX封装26

8.2.1桥接协议的MUX封装27

第9章.ATM网络服务类型28

9.1CBRConstantBitRate固定比特率28

9.2rt-VBRReal-TimeVariableBitRate实时可变比特率28

9.3nrt-VBRNonReal-TimeVariableBitRate非实时可变比特率28

9.4ABRAvailableBitRate可用比特率29

9.5UBRUnspecifiedBitRate未指定比特率29

第10章.ATMOAM功能30

10.1OAM原则：

30

10.2OAM级别30

10.3提供OAM流的机制33

10.3.1ATM层机制33

10.4ATM信元类型34

10.4.1环回信元（LoopBack）34

10.4.2信号告警指示/远端检测指示（AIS/RDI）35

10.4.3持续检测信元（CC）35

10.4.4性能管理的OAM信元35

10.4.5激活/去激活管理的OAM信元35

10.4.6系统管理的OAM信元35

10.5OAM信元格式35

第1章.简介

本章主要讲述ATM协议的原理及实现。

本章主要内容：

●ATM协议相关术语解析

●ATM协议介绍

●ATM逻辑连接

●ATM逻辑连接的使用

●ATM用户网络接口（UNI）

●ATM的协议承载

●ATM帧格式以及报文格式

●ATM网络服务类型

●ATMOAM功能

第2章.ATM协议相关术语解析

PPPoA（PPPoverAAL5）——在AAL5协议上实现PPP连接的协议;

AAL5（ATMAdaptationLayer5）——ATM第5类适配层，规定了在ATM上传输数据的封装格式;

SAAL（SignallingATMAdaptationLayer5）——ATM的信令适配层

ATM（AsynchronousTransferMode）——异步传输模式;

Bridge——桥接模式，符合IEEE802.1d透明网桥标准;

CPCS（CommonPartConvergenceSublayerofAAL5）——AAL5的公共部分会聚子层;

NLPID（NetworkLayerProtocolID）——网络层协议标识（0xCCforIP;0xCFforPPP）;

SAR（segmentationandreassembly）——AAL5的分割和重组子层，它将从AAL5的会聚子层传来的数据包分割成48字节的单位并传给下层，同时从下层接收各单位，并组合成AAL5的会聚子层数据包;

OAM（OperationandMaintenance）——操作和维护信元，用于交换ATM的控制及其他必需的信息;

VC（VirtualCircuit）――虚电路：

虚电路是广域网提供的一种面向连接的服务。

虚电路按照建立方式的不同，分为PVC（永久虚电路）和SVC（交换虚电路）；

PVC（PermanentVirtualCircuit）――永久虚电路：

PVC是通过人工设定产生的。

不管有没有传送数据，它是一直存在的，除非有人取消它；

SVC（SwitchedVirtualCircuit）――交换虚电路：

SVC是指通过协议自动分配的虚电路。

当有数据要传送时，通过呼叫建立虚电路，而在数据传送完毕后，要拆除虚电路。

VPI—虚通道标识符，在ATM信元的头部用一个字节表示，VPI与VCI一起用来标识信元到目的端的通道

VCI—虚通路标识符，在ATM信元的头部用两个字节表示，VCI与VPI一起用来标识信元到目的端的通道

LLC—逻辑链路控制（logicallinkcontrol）

ATMARP—ATM地址解析协议，其功能和以太网的ARP相似

ATMInARP-ATM反向地址解析协议，其功能和以太网的InARP相似

SAP（ServiceAccessPoint）--服务接入点

SSCF（ServiceSpecificcoordinationfunction）—特定业务协调功能

SSCOP（ServiceSpecificConnectionOrientedProtocol）—特定业务面向连接协议

PDU（ProcotolDataUnits）--协议数据单元

SDU（ServiceDataUnits）--服务数据单元

UNI（User-networkInterface）--用户网络接口

第3章.ATM协议介绍

ATM（AsynchronoustransferMode）是一种异步传输方式，在这种方式中，信息被组织成信元；说它是异步的，是因为包含来自一个特定用户的信息的信元的重复出现不必具有周期性。

ATM网络与一些分组交换网络不同，因为它提供面向连接的服务。

在一台连到ATM网络的主机发送信元之前，主机首先与ATM交换机交互以指定一个目的地。

这种交互类似于发送一个电话呼叫。

主机指定远程主机的地址，等待ATM交换机与远端系统联系并建立一条路径。

如果远端主机拒绝、不响应或者ATM交换机目前无法连接到远端主机上时，则建立通信的要求失败。

当一条连接成功建立时，本地ATM交换机就为这条连接选择一个标识符，并在通知主机连接已成功建立的报文中附上此连接标识符。

主机在发送或接收信元时都要使用这个标识符。

用完一个连接后，主机再次和ATM交换机通信，要求中断连接。

交换机把两端的主机断连。

断连等同于一次电话呼叫后挂掉电话；断连后，交换机可以重新使用这个连接标识符。

异步传输方式（ATM）也称为信元中继，在某些方面类似于使用X.25和FR的分组交换。

与分组交换网络、帧中继网络一样，ATM网络设计以分立块形式进行数据传送，并且允许在单个物理接口上复用多条逻辑连接。

在ATM网络中，在每条逻辑连接上的信息流被组织成固定大小的分组，称为信元。

ATM是一种流线化的协议，带有最少的错误和流控制功能；这就减少了ATM信元的开销，减少了每个信元所需要的开销位的数目，从而使得ATM能够以很高的数据速率操作。

同时，使用固定大小的信元也简化了每个ATM节点所需要的处理，以便支持ATM的高速率工作。

如下图所示，ATM协议结构中的两层与ATM功能有关。

图31ATM协议参考模型

所有业务通用的ATM层，提供分组传送能力；

ATM适配层（AAL），依赖于业务。

ATM层定义以固定大小信元形式进行的数据传输，也定义逻辑连接的使用。

ATM的使用产生了对适配层的需求，以支持不是基于ATM的信息传送协议。

ATM把更高层的信息映射成ATM信元，以便在ATM网络上传输，然后在从ATM信元收集信息，投递到更高层。

ATM协议参考模型引用了三个独立的平面：

●用户面

提供用户信息传递以及相关的控制（例如流控和错误控制）。

●控制面

执行呼叫控制以及连接控制功能

●管理面

包括面管理，执行与作为一个整体的系统有关的管理并在所有的面之间提供协调功能，也包括层

管理，执行与资源及驻留其协议实体中的参数有关的管理功能。

第4章.ATM逻辑连接

在ATM网络中的逻辑连接称为虚通道连接（VirtualChannelConnect）。

一条虚通道连接类似于X25中的虚电路或帧中继的数据链路连接DLCI，它是ATM网络中的基本交换单位。

虚通道连接是通过网络在两个端点用户之间呼叫建立起来的，随后在其上交换可变速率的全双工的固定长度的信元流。

虚通道连接也用于用户-网络交流（控制信令）和网络-网络交流（网络管理和路由选择）。

对于ATM网络还采用了虚通路的概念（如下图）。

图41ATM连接关系

一条虚通路连接（VirtualPathConnect）是具有相同端点的一组虚通道连接（VCC）。

因此，在单个VPC的所有VCCs上流过的所有信元（Cells）被一起交换。

虚通路的概念是针对高速连网中的一种趋势发展起来的。

在这种趋势中，网络的控制成本在整个的网络成本中所占的比例不断增高。

虚通路技术通过把共享网络共同通路的连接组合进单个装置来减少控制成本。

网络管理活动可以针对少量的连接组来进行，而不必对大量的单个连接（VCC）逐一进行处理。

引入虚通路机制后，网络传输功能可以分成与单个逻辑连接（VCC）相关的功能以及与逻辑连接组（VPC）相关的功能。

在建立虚通路的时候。

为预期后来到达的呼叫保留容量；只要在虚通路连接端点执行简单的控制功能，就能建立新的虚通道连接，并且在中转节点不需要做呼叫处理工作。

因此，在现存虚通路上加入新的虚通道仅涉及少量的处理。

虚通路控制机制包括计算路由，分配容量，并存储连接状态信息。

为了建立一条虚通道，首先必须有一条虚通路连接到达所需要的目标节点，该虚通路连接有足够的可用容量支持该虚通道，并且有适当的服务质量。

虚通道是通过存储所需要的状态信息（虚通道/虚通路映射）建立起来的。

第5章.ATM逻辑连接的使用

一条虚通道连接的端点可以是两个端点用户，两个网络实体，或者是一个端点用户和一个网络实体。

在所有的情况下，我们都要保持在一条虚通道连接内信元序列的完整性，也就是说，信元被投递的顺序与他们发送的顺序相同。

下面给出的是三种使用虚通道的例子：

在端点用户之间

可用以运载端到端的用户数据；也可以用来在端点用户之间运载控制信令。

在端点用户之间的一条虚通路连接为他们提供总的容量；该虚通路连接的虚通道组织由两个端点用户决定，但VCC的集合不能超过VPC的容量。

在一个端点用户和一个网络实体之间

用于用户到网络的控制信令。

一条用户到网络的虚通路连接可以用来聚合从一个端点用户到网络交换机或网络服务器的交通量。

在两个网络实体之间

用于网络交通管理和路由选择功能。

一条网络到网络的虚通路连接可以用来为网络管理信息的交换定义一个共用的路由。

第6章.ATM用户网络接口（UNI）

ATM承载业务提供通过ATM网络的用户数据传输。

它的实现可以基于虚通路（VP服务），虚电路（VC服务），或者结合的VP/VC服务。

ATM承载业务支持的连接类型包括点对点连接和点到多点连接；同时，由于不同的应用有不同的服务质量（QoS）需求，故ATM承载业务应该能够支持各种服务级别。

在一个虚通路服务中，跟该虚通路连接相关的QoS要选择将要复用到该通路上的任何虚通道连接的最高QoS需求条件。

在虚电路情况下，在所提供的服务和连接的QoS之间有1：

1的对应关系，也就是说，应用QoS需求必须等于虚电路服务所提供的QoS。

ATM网络中的虚通道连接可以动态地建立（SVC），也可以预先配置（PVC）。

支持SVC需要定义通过UNI动态管理ATM连接的信令、过程和参数。

一般说来，ATM的端点连接具有下列特征：

●VP/VC服务

●点到点和点到多点连接

●不同的流量特征和服务需求

●永久的或交换的连接

第7章.ATM的协议承载

7.1ATM上传统的IP和ARP

传统的ATM上的IP（IPoA）是由IETF（因特网工程任务组）颁布的，并有RFC1577所定义的在ATM上运行传统IP网的标准，它与LANE有着同样的目的，但与LANE不同的是它只允许ATM通信运行于IP网络。

在IPoA中，ATM网络被看作是提供替代局域网的一个LAN段在传统LANs之间的主干和在IP路由器之间的专用电路（PVCs）。

IPoA所关注的两个重点是在AAL5上传送IP分组以及ATM地址解析协议的请求和应答。

在这种背景下，ATM网络被看成是一个逻辑IP子网（LIS）。

LIS是一个闭合的逻辑ATM网络，其内部有一个单独的IP协议管理实体配置它的主机和路由器。

每个单独的管理实体在一个闭合的逻辑IP子网内配置它的端点站和路由器。

每个逻辑IP子网（LIS）的运行和通信独立于在同一ATM网络上的其他LISs。

在同一个逻辑IP子网内的每个端点站直接地与它的端点站通信。

与在本地LIS外部的端点站的通信通过一个IP路由器提供，该IP路由器被配置成一个或多个LISs的成员。

因此在同一个ATM网络上可能有多个分散的LISs在运行。

对于在一个ATMLIS中运行的IP成员的要求是：

●所有的成员都有同样的IP网络/子网号和地址掩码；

●在一个逻辑IP子网内的所有成员都直接地连接到ATM网络；

●访问在逻辑IP子网外部的所有成员都要通过一个路由器；

一个逻辑IP子网的所有成员在使用交换虚连接时，必须具有一种机制把IP地址解析成ATM地址，反之亦然。

直接在ATM上实现IP需要把一个IP地址翻译成一个ATM地址，这是通过维护一个IP-ATM-ARP服务器取得的。

该服务器维持着把IP地址映射成对应的ATM地址的表格。

为了支持交换ATM连接，这个路由服务器在每个逻辑IP子网中都有定义。

服务器的ATM地址被配置到逻辑IP子网的每个端点站中（或者在每个端点站和服务器之间预先建立了永久连接）。

当一个新的端点站加到一个逻辑IP子网时，它发送一个ADDHOST报文到指定它的IP和ATM地址的服务器。

这个报文或者在一个交换虚连接上发送（因为服务器的ATM地址是已知的），或者在一个事先建立好的永久虚连接上发送。

服务器用一个COMFIRM报文应答，该报文包括一个保留的VCI（虚通道标识符），服务器用它发送控制报文给端点站。

网络中除了这个服务器的任何站都不能使用这个VCI。

因此，服务器具有在这个逻辑IP子网中登记的所有端点站的IP和ATM地址。

每个登录项都是有时间标记的。

这个时间标记被用来从服务器删除过期的IP站。

服务器可以定期地检查该端点站是否活动。

类似的，端点站可以定期的发现ADDHOST报文刷新在服务器中对应的登录项。

当一个IP站需要发送一个分组给另一个IP站时，首先检查它的地址缓存，看目的地IP站的ATM地址是否在缓冲区的表中。

如果是，端点站就建立一条交换虚连接（如果连接尚未存在），并且发送它的分组。

如果目的地IP地址未知，端点站就在他的ATM连接上发送一个ARP请求（ARP-QUERY）报文给服务器。

一旦服务器把收到的IP地址跟对应的ATM地址相关联，他就在保留的VCC（虚通道连接）上发回ARP应答（ARP-REPLY）报文，指定目的地IP和ATM地址。

然后，端点站使用目的地IP主机的ATM地址从网络请求一条交换式ATM连接，并且传送数据。

我们假定所有的端点站都配置了IP-ATM-ARP服务器的ATM地址，因此可以建立一条VCC（虚通道连接）到服务器，传递各自的IP和ATM地址。

当这些连接是基于永久虚连接时，使用反向的ARP地址解析协议。

在这个协议中，端点站在这条永久虚连接上发送它的IP和ATM地址。

服务器获悉端点站的IP和ATM地址以及到达服务器使用的虚通道标识符。

然后，服务器返回它自己的IP和ATM地址，以及它与端点站通信将使用的保留VCC（虚通道连接）。

任何一方都可以终止连接。

如果服务器不知道目的地IP地址所对应的ATM地址，它就发回一个否定回答，说明目的地是未知的。

当前的ATM地址不支持多投点，其结果是在两者之间没有可用的映射。

然而，这并没有限制端点站发送或接收广播帧。

简言之，IPOA（传统的ATM上的IP）是ATM模拟一个IP子网（逻辑IP子网LIS），一个LIS就是ATM连接的主机与ATM连接路由器的组合。

每个LIS中有一个地址解析协议ARP服务器，负责把IP地址映射成ATM地址。

IP层运行在LLC层的顶部。

IP成员运行在ATM网络上的最大传输单元等于9180字节，跟8字节的LLC（逻辑链路控制）头加在一起，最大的AAL5PDU的尺寸限制在9188字节。

ATM层需要提供对不同协议的接口。

在ATM中网络互连有两种方法：

第一种方法允许在单条VCC上复用多个协议，所运载的帧的协议用带有LLC头的帧的前缀标识。

第二种方法是在端点站中支持的每个协议都使用单独的虚通道连接。

7.2ATM上的PPP（PPPoA）

点到点协议（Point-to-PointProtocol，PPP）对于点到点的连接方式提供了对多协议数据包协议进行封装的一个标志方法。

它使用一个16位协议标识符扩展了HDLC数据包的结构，在协议标识符内包含了数据包的内容信息。

当ATM网络被配置成点到点连接时，PPP协议就可以被当作一种帧封装格式来进行数据通信。

为了能够进行正常数据传输，AAL5必须实现如下功能：

●VC复用（MUX封装）

●LLC封装

●对于承载于AAL5上的PPP协议而言，以下选项是不允许协商的：

●可选的FCS

●地址/控制域压缩

●ACCM协商

更多PPPOverAAL5的实现可参看RFC2364。

7.3ATM上的BRIDGE

RFC1483桥接为通过ATM网络承载面向非连接的网络互连数据流，描述了两种不同的方式：

被路由的协议数据单元和被桥接的协议数据单元。

路由功能允许在一条ATM虚电路（VC）上允许多种协议。

通过使用一个IEEE802.2逻辑控制（LogicLinkControl，LLC）头向PDU添加一个前缀信息，就可以确定一个被承载的PDU使用的协议。

桥接方式通过ATMVC隐含执行多种高层协议的复用。

RFC1483定义了一种利用bridge封装在ATM网络上传输IP报文的方法。

这样既可以扩展局域网的性能和灵活性，又可以减少与其他不安全桥设备互连所带来的安全隐患。

7.4ATM-FR互连

帧中继协议是面向帧的链路层协议，目前已经被广泛使用。

ATM技术作为宽带综合业务数字网（B-ISDN）的核心技术，有现有网络无法比拟的优点，在今后很长的一段时间内，帧中继网和ATM网络将同时存在。

为了充分利用现有网络资源，保护现有网络投资，实现现有网络向ATM网络的平稳过渡，必须解决帧中继网络和ATM网络的互通问题。

ATM与FR的互通包含网络（network）互通和业务（service）互通。

网络互连-----ATM充当传输介质，为两端的Frame-Relay设备提供服务。

业务互连-----ATM网络与Frame-Relay网络进行数据通信，只对服务数据进行传输和处理。

由于ATM和帧中继这两种技术在性质以及主要特征方面有许多共同之处，因此这两者之间的交互工作是简单易行的。

大多数情况下，一个帧中继参数与ATM参数是直接对应的。

同样，帧中继和ATM技术在呼叫控制和支持传输业务方面也具有部分相同点；但差异在两网互通时也是必须考虑的问题：

地址编码、阻塞处理、丢弃指示、带宽控制等等。

因此，ATM网络和帧中继网络互通时必须考虑以下因素：

●数据帧和信元的转换和映射

●帧中继的阻塞指示（FECN、BECN、DE）与ATM阻塞指示之间的映射

作为一种面向连接的数据业务，帧中继属于C类业务（即：

面向连接的可变比特率业务），可以使用AAL3/4或者AAL5实现；但是严格的AAL3/4与帧中继数据传输协议不协调，因此考虑用AAL5来实现。

能够提供ATM-FR互通的设备被称为InterWorkingFunction。

7.4.1ATM-FR网络互连

为了使ATM网络能够正确传输FR数据报文，ATM设备必须实现FR-SSCS功能来识别FR报文。

具体FR-SSCS内容可参看ITU-TI.555。

网络互连功能部分（IWF）提供了帧中继服务功能到宽带ISDN功能的映射，该部分对帧中继服务功能的支持包括：

●不同长度的协议数据单元（PDU）的定界和格式化；

●错误检测；

●连接复用；

●丢弃优先指示；

●拥塞指示（前向和后向）；

●永久虚电路（PVC）状态管理；

为了能够正确进行帧中继协议与ATM之间的转换，ITU-T定义了一个帧中继服务特定汇聚子层（FR-SSCS，FrameRelayServiceSpecificConvergenceSublayer）。

FR-SSCS的主要功能有：

将多个FR-SSCS连接变换成一个CPCS（CommonPartConvergenceSublayer）连接；监视FR-SSCS-PDU的长度并进行拥塞控制。

FR-SSCS可以安装在B-ISDN的终端设备上，也可以安装在IWF中。

FR-SSCS将与Q.922核心层一致的帧中继帧作为其协议数据单元（PDU），但要去掉校验、帧定界和0比特插入。

它将两字节地址域作为缺省支持配置，而将四字节地址域作为可选支持配置。

对于帧中继帧中的丢弃比特（DE）和ATM信元中信元丢失优先比特的相互映射问题，协议将其分成两种模式，具体如下表所示：

模式

从帧中继到ATM方向

从ATM到帧中继方向

模式1

Q.922核心帧的DE比特将忠实地拷贝到FR-SSCSPDU的帧头，并将进一步映射到该PDU分解后的每一个信元的CLP比特

如果组成SSCS-PDU帧的任何一个信元的CLP比特置1或SSCS-PDU的帧头DE比特置1，则最终的Q.922核心帧将被IWF置成1

模式2

Q.922核心帧的DE比特将忠实地拷贝到FR-SSCSPDU的帧头，但PDU分解后的信元内的CLP比特将根据连接建立时的约定，恒置0或1

不存在ATM层到Q.922核心层的映射，但FR-SSCS-PDU的DE比特将被忠实地拷贝到Q.922核心帧的DE比特

对于拥塞指示比特的映射，下面将根据帧中继帧头的前向显式拥塞通知比特和后向显式拥塞通知比特分别进行说明。

对于前向拥塞指示，如下图所示：

图71FECN/EFCI映射关系

从帧中继到ATM方向，Q.922核心帧帧头的FECN比特将忠实的拷贝到SSCS-PDU的帧头FECN比特，但对ATM信元的显式前向拥塞指示比特没有影响。

对ATM到帧中继方向，如果构成CCSC-PDU帧的最后一个信元显示出该信元经历过拥塞或构成的CCSC-PDU帧帧头的FECN比特为1，则生成的Q.922核心帧帧头的FECN比特将置1。

注：

X表示对该比特不予考虑；

对于后向拥塞指示，详见下表所示。

帧中继到ATM方向

ATM到帧中继方向

Q.922核心帧帧头的BECN比特将忠实的拷贝到SSCS-PDU的帧头BECN比特；同时如果对该电路IWF发现相反方向（即从ATM到帧中继方向）构成SSCS-PDU帧的最后一个信元经历过拥塞，它亦会将SSCS-PDU的帧头BECN比特置位

CCSC-PDU帧帧头的BECN比特将忠实地拷贝到Q.922核心帧帧头的BECN比特

●网络互连模式1

图72网络互连模式1

该模式是目前使用最多和最广泛的网络互连模式。

该模式下，ATM设备只需要将FR数据的DLCI字段通过配置修改为ATMPVC值以及相关的流量控制字段，然后进行发送即可，不用关心FR协议本身。

这种应用就是将FR-SSCS