12-ATM基础知识专题,初二语文基础知识专题归纳

('资料编码产品名称使用对象光网络产品工程师产品版本编写部门资料版本V1.0ATM基础知识专题拟制：日期：审核：日期：审核：日期：批准：日期：华为技术有限公司版权所有侵权必究ATM基础知识专题文档密级：内部公开修订记录日期修订版本作者描述2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第2页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开目录1ATM基本原理......................................................................................................................51.1ATM基本概念...................................................................................................................51.2VP和VC...........................................................................................................................61.3ATM协议参考模型............................................................................................................71.3.1面的划分及其功能...................................................................................................71.3.2物理层及其功能.......................................................................................................81.3.3ATM层介绍...........................................................................................................101.3.4ATM适配层（AAL层〕.........................................................................................121.3.5ATM交换技术.......................................................................................................251.3.6ATM网络的拥塞管理............................................................................................272005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第3页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开关键词：ATM、VP、VC摘要：本文针对ATM的基本概念和相关知识要点进行了阐述，对ATM协议参考模型的各个部分进行了详细的讲解。缩略语清单：无。参考资料清单无。2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第4页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开ATM基础知识专题1ATM基本原理1.1ATM基本概念通信的根本任务是实现信息的传输与交换。ATM技术在传输和交换方面都采用了与传统技术不同的方式a、交换方式传统交换方式：电路交换：浪费带宽分组交换：系统的延迟不确定ATM交换是一种快速分组交换技术，它具有如下特点。分组长度固定：ATM交换中分组长度为53字节，简称信元(cell)。这样便于用硬件来实现交换功能，提高交换速率。面向连接：面向连接可以保证收发信元顺序一致。另外，更重要的是，在B_ISDN环境下，业务是高度突发的，可以通过连接建立时的呼叫接纳机制，将无法满足的呼叫业务阻塞在网络外，保证已经建立连接的服务质量。简化：与传统的网络不同，在ATM网络中，不需要在链路级进行差错控制，而只需在端与端之间进行差错控制。为进一步简化，流量控制也从链路级移到端与端之间。b、传输方式在传输技术上，传统电话网中采用同步转移模式(STM)，其基本原理如下所述：在STM中，每条链路以帧格式来传输信息，帧的产生是周期性的，每个帧被划分成一个个固定长度的时隙。在建立连接时，网络将为每个用户分配一个固定的时隙，该用户在通信过程中，一直占用该时隙，直到拆除连接。STM的优点：一旦建立连接，该连接的服务质量不会受到网络其他用户的影响。但是为了保证连接所需带宽，必须按峰值比特率来分配信道资源。ATM传输技术：采用的是异步时分复接(AsynchronousTimeDivisionMultiplexing)。它与STM不一样，各个连接统计的占用整个信道资源。这种复接方法的优点是：信道利用率高，只要输入信元流不断，输出信道就一直被占用；该输入方法与输入业务的速率无关。而在STM中，只能支持一些特定速率的业务；该复接方法由于统计地、动态地占用信道资源，因此可以获得一定的统计增益。与STM相比较，在相同的信道资源的前提下，可以接纳更多的连接数。2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第5页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开缺点：由于动态占用信道资源，某一连接会额外的多占用信道资源，这样有时会影响其他连接的服务质量。1.2VP和VCATM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，是在两个或多点端点之间传送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符的一组虚通路。虚通路在传输过程中，组合在一起构成虚通道，二者关系如图1.4所示。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。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。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，是ATM网络中使用的主要通信方式。PVC是通过网管预先建立的，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。PVC通常用于一些特殊的用户，如信令信元的VC必为PVC，某些要求租用固定信道带宽的用户也可设定为PVC。使用PVC的用户每次通信时无需呼叫请求，操作简便，通信质量好，但其通信费用很高，且不能充分发挥ATM网络的优势，因此，应用范围较小。在ATM网络中，如果直接对虚通路进行管理，工作量很大，因此采用分级思想，引入虚通道（VP〕概念，一个VP是多个VC的集合。与VC相似，定义了VP链路和VPC两个概念，VP链路用VPI来标识，级连的VP链路组成VPC。VPI和VCI作为路径标识，它们都只是局部有效的，也就是说，每个VPI和VCI的作用范只局限在链路级。下面的图示出了VP和VC的关系。在ATM通信中，ATM交换机将根据输入信元的VPI/VCI标识，以及在连接建立时产生的路由表来将到达的信元交换到相应的输出端口，同时，将信元中的VPI/VCI改变，即完成VP交换或VC交换以及其他一些相关处理。2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第6页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开1.3ATM协议参考模型图1ATM协议参考模型及其与OSI参考模型的对应关系1.3.1面的划分及其功能从图1中可以看出，在ATM协议参考模型中，引入了面的概念，其着眼点在于将信息流按功能种类进行划分。面的划分如下：管理面、数据面、控制面。用户面负责用户业务信息的传递以及与用户业务信息流直接相关的控制功能（如流量控制、参错恢复等〕。控制面提供呼叫控制和连接控制功能，处理与呼叫和连接的建立、监控和释放等有关的各种信令。管理面有面管理和层管理两个功能。面管理是实现与整体系统有关的管理功能以及提供各个面之间的协调功能。层管理实施与资源以及协议实体内参数有关的管理功能并处理各层中的运行、管理和维护信息流。1.3.2物理层及其功能在ATM协议参考模型中，从下到上分为物理层、ATM层、ATM适配层和高层。物理层主要提供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，取出有效信元传递给ATM层。2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第7页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开物理层分为两个子层：物理媒介子层(PM)、传输会聚子层(TC)。PM子层主要完成功能：产生和接收波形、插入和提供定时消息。TC子层功能与物理媒介无关，其主要作用是以一定的帧格式传输比特流。TC子层的五大功能如下：1、传输帧的生成和恢复；2、传输帧的适配；3、信元定界；4、HEC序列的生成和认证；5、信元速率解耦（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〕在TC子层完成的五大功能中，传输帧的生成和恢复、传输帧的适配是针对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。下面我们简单介绍一下基于SDH的155.520Mb/s接口帧结构：T1811410-90Noerrordetected(Noaction)CorrectionmodeDetectionmodeSingle-biterrordetected(Correction)Errordetected(Celldiscarded)Noerrordetected(Noaction)Multibiterrordetected(Celldiscarded)图2接收端HEC工作方式该接口帧结构在ITU-Tg.709中有详细规定。帧周期为125us，共有9行270列的字节。其中前9列是段开销(SECTIONOVERHEAD)HE管理单元指针(au指针〕,第10列是通道开销(Pathoverhead,POH)，剩余的9行260列用于传输数据，因此，真正的数据传输速率为149.760Mb/s。另外，由于9×260并不是53的整数倍，因此，ATM信元会跨越帧边界。2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第8页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开3ÐÐ1ÐÐ5ÐÐ9ÁÐ1ÁÐ260ÁÐ270ÁÐ9ÐÐSOHAUÖ¸ÕëSOHPOHSTM£\xad1Ö¡½á¹¹HEC：接收端HEC工作方式如图2所示。CRC校验选用的生成多项式为：x8\uf02bx2\uf02bx\uf02b1。该HEC码具备纠一位错，检多位错的能力。在发送端，物理层根据信元头4个字节和生成多项式计算出HEC码。在接收端，按图2的方式进行差错处理。在开始时，接收机处于“纠错模式”，当检测到一位错时，纠正这个错误并转移到“检错模式”。但检测到多位3错时，丢弃该信元并转移到“检错模式”。未检测到错误时，仍停留在“纠错模式”。在“检错模式”下，只要检测到错，即丢弃该信元，并停留在该模式。检测不到错时，转移到“纠错模式”。信元定界：在图3中，示出了信元定界的流程图。一开始处于捕捉状态，检测到正确的HEC码，进入预同步状态。在预同步态，若检测到不正确的HEC码，则返回捕获态。若连续\uf064次检测到正确的HEC码，则进入同步态。在同步态下，若连续\uf061次检测到不正确的HEC码，则进入捕捉状态。有时，在信元的信息域中也会出现满足生成多项式的比特流，此时，上述的信元定界法会失效。为此就需要对信元流进行自同步扰码，使信息比特流随机化。扰码多项式为：x43\uf02b1.扰码器只对信息域扰码，在发送信元头期间，扰码器不工作并维持其原有状态。解扰器在捕捉状态下不工作，在预同步状态下和同步状态下，只在48字节信息域内工作。2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第9页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开T1818670-92HUNTSYNCHPRESYNCALPHAconsecutiveincorrectHECIncorrectHECCorrectHECBit-by-bitDELTAconsecutivecorrectHECCell-by-cellCell-by-cellNOTE–The"correctHEC"meanstheheaderhasnobiterror(syndromeiszero)andhasnotbeencorrected.图3信元定界流程图ATM的物理层分为物理媒介子层（PM〕和传输会聚子层（TC〕，在TC子层，将完成信元定界功能。在ITU-TI.432协议中，建议使用ATM信元头部中最后一个字节HEC码来进行信元定界。1.3.3ATM层介绍ATM层在物理层之上，利用物理层提供的服务，与对等层进行以信元为单位的通信。ATM层与物理媒介的类型和物理层的具体实现无关。与具体传送的业务类型也无关。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。在前面提到的ATM快速分组交换和ATM异步时分复接功能也在该层中实现。ATM信元结构：ATM信元结构有两种类型：一种是UNI信元头、一种是NNI信元头。UNI信元头用于在专用网络中ATM终端和ATM交换节点间的通信，NNI用于两个交换节点间的通信。2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第10页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开图4ATM信元格式ATM信元格式如图4所示。在ATM信元格式中，信元头占5个字节，信息净荷占48个字节。从图中可以看出，UNI信元格式有GFC域，而NNI信元格式没有GFC域，在NNI信元格式中，GFC域被扩充成VPI。下面分贝对各个字段做简要的说明。GFC一般流量控制：该域一般情况下不使用，设置为缺省值。VPI/VCI：前面讲述需通路和虚通道时已经做过介绍。这里需要提及的是，对于一些特定的VPI/VCI值，已经保留作为特殊信元使用。下面简单加以介绍：空闲信元：VPI＝0，VCI＝0，PTI＝0，CLP＝1，用于速率适配。未赋值信元：VPI＝0，VCI＝0，PTI＝任意值，CLP＝1OAM信元：对于VP子层，VCI＝3用于VP链路，VCI＝4用于VP连接；对于VC子层，PTI＝4用于VC链路，PTI＝5用于VC连接。信令信元：它分为元信令信元、一般广播信令信元、点对点信令信元。元信令信元：VPI为任意值，VCI＝1；一般广播信令信元：VPI为任意值，VCI＝2点对点信令信元：VPI为任意值，VCI＝5。PT（净荷类型〕：该域占据3个比特。用于标识信息域（净荷〕的类型。下面列出的是ITU-TI.361已定义的PT值及其含义。PT＝000，用户数据信元，未经历拥塞，ATM层用户到ATM层用户指示（简称AUU〕为0。PT＝001，用户数据信元，未经历拥塞，AUU＝1。2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第11页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开PT＝010，用户数据信元，经历拥塞，AUU＝0PT＝011，用户数据信元，经历拥塞，AUU＝1PT＝100，OAMF5段相关信元PT＝101，OAMF5端到端相关信元PT＝110，资源管理信元PT＝111，将来用可见，当信元用作装载用户数据时，PT第一位为0，第二位标识信元是否经历拥塞，这一位可通过处于拥塞的网络节点设置。第3位是AUU指示，其中，AUU＝0表明对应的SAR-PDU是起始段或中间段，AUU＝1表明为结束段。CLP（信元丢失优先级〕；标识在网络发生拥塞时，哪些信元可以丢弃（CLP＝1〕，哪些信元最好不要丢弃（CLP＝0〕。CLP位的设置可以由用户根据信息类型、服务质量要求和重要性来设置。HEC：HEC用作保护整个信元头中的信息，并作信元定界用，这一功能不在ATM层中实现，而在物理层中实现。1.3.4ATM适配层（AAL层〕AAL层位于ATM的上层，这一层是和业务相关的。针对不同的业务，其处理方法不尽相同。但都要将上层传来的信息分割层48字节长的ATM-SDU，然后传给ATM层，同时，将ATM层传来的ATM-SDU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：会聚子层（CS〕和拆装子层（SAR〕。SAR层的主要功能是将各类业务处理成ATM层所需的固定长度分组，以及将ATM层的固定长度分组恢复成原先的格式。CS主要进行与各类业务密切相关的处理，如时延、时延抖动、丢失、定时等。ITU-TI.362建议中，按照业务在信源和信宿间是否有定时关系、速率是否恒定、是否面向连接还是无连接这三个特点，将业务分成4类。如图5所示。ABCD信源、信宿定时关系需要不需要比特率恒定可变连接模式面向连接无连接图5AAL业务分类针对A类业务，制定了AAL1协议，针对B类业务，制定了AAL2协议，C类和D类业务都使用AAL3/4协议，后来将AAL3/4作了简化，制定了AAL5协议。3.4.1、AAL1协议2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第12页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开AAL1协议是针对A类业务（面向连接、速率恒定、有时延要求〕。下面分别叙述AAL1SAR层和CS层的功能。CSCCRCP1×Ö½ÚSAR-PDUÍ·SAR-PDU¾»ºÉ47×Ö½Ú图6AAL1SAR-PDU格式在SAR子层协议数据单元长度为48字节，其中47字节是SAR－PDU净荷，这是CS子层间传递的数据单元；另外一个字节是SAP－PDU头，它包含4方面的内容。C：表示CSI(ConvergenceSublayerIdentifier)，用来传递定时信息和结构信息，这一位是由CS提供的，缺省值为0。SC：SAR－PDU的一个次序标号，其值为0～7，发送方周期的取这8个值，接收方可以根据这个值来判断是否发生了信元丢失和误传，判断过程和相应措施在CS子层中实现。CRC：保护前面4位的CRC位。SAR层在发送方的工作过程为：接收SAR－PDU净荷，根据CS层提供的C和SC位，生成CRC和P位，组成SAR－PDU头，从而形成48字节的SAR－PDU，作为ATM－SDU传递给ATM层。接收方的工作过程相反，将ATM层来的ATM－SDU中的C、SC、SAR－PDU净荷交给CS子层。其差错控制较为复杂一些：接收方先工作在纠错模式，在未检测到错时，停留在纠错模式，C、SC有效。当检测到1位错或多位错时，都切换到检错模式。当检测到1位错时，可纠正这一位错，C、SC有效。检测到多位错时，C、SC无效。在检错模式下，检测到误码，则停留在检错模式，C、SC无效。未检测到错时，切换到纠错模式，C、SC有效。ÎÞ´íC¡¢SCÓÐЧÎÞ´íC¡¢SCÓÐЧ1λ´í£¨¾ÀÕý£¬C¡¢SCÓÐЧ¡³¶àλ´íC¡¢SCÎÞЧÓдíC¡¢SCÎÞЧSAR£\xadPDUÍ·²¿¾À´íºÍ¼ì´íP：奇偶校验位，保护前面7位信息。CS子层：2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第13页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开CS子层的功能与SAR－PDU头部的C、SC位密切相关，C位用于定时和结构信息的传递，SC用于处理信元丢失和误传。定时信息的传输：采用剩余时间标签法。其基本原理如下：在发送端将网络时钟和业务时钟的关系进行编码后传给接收方，接收方根据该编码信息和网络时钟（该时钟全网统一〕恢复出业务时钟。通常将网络时钟频率fn进行分频，得到一个可与业务时钟频率相比拟的频率fnx，然后在N个业务时钟周期内对fnx进行计数。在每N个周期计数得到的值并不是相等的，但差别很小，因此在传递的时候，只传递每次计数的差值即可。每次计数差值用4比特进行编码，分别用SC为1、3、5、7SAR－PDU的C位来传送。结构化数据传输：47字节的SAR-PDU分为2类，一类为非P格式，对应SC为1、3、5、7。当用作传结构化数据时，对应C为置0。另一类为P格式，C值置为1，指示结构化数据块在该净荷和下一个SAR－PDU中的起始。3.4.2、AAL5AAL5是在AAL3/4协议的基础上，为提高效率，专门针对C类面向连接的业务而制定的一种AAL协议。1〕、SAR子层AAL5SAR子层非常简单，只是将CPCS－PDU划分成48字节长的SAR－PDU，不需要任何开销，在接收时实现逆向功能。AAL5SAR子层具有如下特点：（1〕、AAL5SAR子层利用ATM层的AUU位来表明该SAP－PDU是起始段、中间段还是结束段。当AUU＝0时，表明是起始段或中间段，AUU＝1时，表明是结束段。利用ATM层中PT来完成该功能，目的是可以减少开销，但破坏了ATM层和AAL层之间的独立性。（2〕、由于AAL5只支持面向连接的数据业务，利用ATM层中的VCC可建立端到端的连接。（3〕、AAL5在CPCS及高层有很强的差错控制功能，所以SAR层中不需要CRC校验。（4〕、AAL5要求CPCS－PDU是48字节的整数倍，所以不需要其他开销来指示SAR－PDU中传送的CPCS－PDU的字节数。（它恒为48〕。2〕、CPCS子层CPCS－PDU格式如图7所示。CPCS-PDU¾»ºÉPADUUCPILCRC0¡«47×Ö½Ú8±ÈÌØ8±ÈÌØ16±ÈÌØ32±ÈÌØCPCS£\xadPDUβ2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第14页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开图7AAL5CPCS－PDU格式CPCS－PDU净荷的长度是可变的，范围为1～65535字节。在图7中可以看到，没有CPCS－PDU头，但CPCS－PDU尾占8个字节。下面对各个字段做简要说明：PAD：填充位，使整个CPCS－PDU长度为48字节的整数倍。UU：用于CPCS用户信息的透明传输。CPI：用作使CPCS－PDU尾部长为8个字节。L：指示CPCS－PDU净荷长度。CRC：保护CPCS－PDU。3.4.3、AAL21)简述AAL2针对的是低速有定时要求的变速率业务，例如压缩语音。这种业务产生的数据包较小，一个数据包不足以填满一个信元。如果要积累一个用户的多个数据包去填满一个信元，又可能会导致比较大的延时。AAL2协议的做法是将多个用户复用在一个ATM通道上，即用来自多个用户的数据包去填充信元，每个数据包前面需要加一个头，用以表示它是属于哪个用户的。¹«¹²²¿·Ö×Ӳ㣨CPS£©ÒµÎñÌض¨²ð×°×Ӳ㣨SSSAR£©ÒµÎñÌض¨´«Êä´íÎó¼ì²â£¨SSTED£©ÒµÎñÌض¨±£ÏÕÊý¾Ý´«Ê䣨SSADT£©I.363.2I.366.1SAP£¨·þÎñ·ÃÎʵ㣩AAL2ATM图8AAL2协议结构图8为AAL2协议的分层结构。从下至上分别为CPS（公共部分子层）SSSAR（业务特定拆装子层）、SSTED（业务特定传输错误检测子层）和SSADT（业务特定保险数据传输子层）。每一子层都提供了SAP（服务访问点），即用户可以直接访问其中每一层，例如可以只使用AAL2协议的CPS层，那么直接访问CPS的SAP就可以了。2〕、CPS-Packet格式2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第15页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开T1310280-97/d04CPS-INFOCIDLIUUIHECCPS-PacketHeader(CPS-PH)CPS-PacketPayload(CPS-PP)CPS-PacketCIDChannelIdentifier(8bits)LILengthIndicator(6bits)UUIUser-to-UserIndication(5bits)HECHeaderErrorControl(5bits)CPS-INFOInformation(1..45/64octets)Figure4/I.363.2–FormatofAALtype2CPS-Packet图9CPS-Packet分组格式从图9可以看出，CPS-Packet包括CPS-PacketHeader（CPS-PH和CPS-Packet净荷（CPS-PP)两部分。CPS-PH各个部分意义如下：CID：CID值用来标识AAL2信道中的CPS用户。LI：长度指示。LI域表示的是CPS净荷的长度，它的值为CPS净荷长度减1，在缺省情况下，CPS-Packet净荷的长度为45个字节，否则，CPS-Packet净荷的最大长度可以为64字节。UUI：UUI域有两个作用，一是在CPS用户间透明传递消息。二是区别SSCS实体和层管理用户。HEC：起差错保护。（3〕、CPS-PDU格式CPS-PDU格式如图10所示T1310290-97/d05CellHeaderOSFSNPPADStartFieldCPS-PDUPayloadCPS-PDUOSFOffsetField(6bits)SNSequenceNumber(1bit)PParity(1bit)PADPadding(0to47octets)Figure5/I.363.2–FormatofCPS-PDU图10CPS-PDU格式2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第16页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开在图10中，CPS_PDU的第一个字节称为CPS_PDUstartfield(STF)，含义如下：OSF：该域指示在CPS协议数据单元中从STF结束的地方开始到一个完整的CPSpacket的起始位置。如果在协议数据单元中，没有一个新的CPSPACKET，则它表示的是从STF结尾处到填充信元间的偏移值。单位为字节。SN：序号P：接收端利用该域对STF进行错误检测。发送端将STF部分设置为奇校验。一个CPS_PDU可以承载0个、1个或多个CPS_PACKET。在CPS协议数据单元净荷中，没有使用的部分用0值来进行填充。（4〕、AAL2协议对用户数据单元的处理下图表示了AAL2协议对用户数据单元的处理。首先，用户的数据包经过SSSAR分割为一系列小于45/64字节的短包，CPS层为每个短包加上一个头，形成CPS-Packet（又称微信元），最后一个CPS-Packet的头中有一位标记。来自不同AAL2用户的CPS-Packet统一往同一路ATM通道的信元里填充。接收过程是相反的，CPS层根据微信元头中的标识送到SSSAR或对应的AAL2用户。userdataATM1..65535octetsAAL2userAAL2SSSARCPSCPS-PacketCELL47bytesHCPS-PDUAAL2协议对用户数据的处理在下图中，示出CPS对数据的复用过程。用户数据包分别来自4个用户A、B、C和D，CPS层首先将每个用户数据包加上CPSPacketHeader（或称微信元头）。微信元头共3个字节，包括以下字段：CID（ConnectionID），用来标识微信元来自哪一个AAL2用户，8-bit，共可表示256个连接，但其中0~8是保留的；LI（LengthIndication），表示用户数据包的长度，6-bit；UUI（User-UserIndication），传输上层用户间的信息，例如SSSAR用UUI=27表示非最后一个CPS-Packet，UUI!=27为最后一个；HEC是对CID+LI+UUI的保护。CPS层最后形成的是48字节的CPS-PDU，交给ATM层加上信元头形成信元。CPS-PDU的开始一个字节为STF（StartField），包括：OSF（OffsetFiled），表示在本CPS-PDU中，第一个完整微信元的头的位置，它可以保证在前面的信元丢失时，还能够正确地对当前信元解包，6-bit；2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第17页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开SI（SequenceIndicator），1-bit，0和1交替变化，可以简单地防止信元发生丢失；P（Parity），1-bit，使STF的和为1。HbHbHcHcHdHaHaABCDHdPADCIDLIUUIHECSTFSTFSTFuserdataCPS-PacketCPS-PDUCHCELL8655(bit)OSFSIP611(bit)CPS复用过程由于AAL2针对的是实时业务，所以必须保证延时，它是通过Timer_CU的机制实现的。在CPS层开始填充它的一个新的CPS-Packet时，同时启动一个超时定时器Timer_CU；如果在Timer_CU超时时，这个CPS-Packet还没有填充满，那么CPS层马上以0填充剩余部分，并传给ATM层传输。如下面图形所示。这样就保证了第一个填入CPS-Packet的微信元的打包延时小于Timer_CU的值TimePADSTFSTFÈÔδÌîÂú£¡Timer_CUÆô¶¯Timer_CU³¬Ê±Timer_CUvalueµÚÒ»¸ö΢ÐÅÔªÌîÈëCPS-PDU（5〕、CPS_Packets和ATM信元的映射关系（5.1)、对等长的CPS_Packets和ATM信元的映射关系。2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第18页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开T1310460-97/d1816octets16octets16octets16octets16octets16octets16octets16octets16octets16octets16octets16octets16octets16octetsCellPayloadCellHeaderATM-PDU=CellCPS-SDUInformationOverlappingCPS-SDUpartCPS-PacketHeaderStartFieldPADFieldFigureI.1/I.363.2–MultiplexingandpackingCPS-PacketsintoCPS-PDUs(ATMcells)CPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PDUCPS-PDUCPS-PDUCPS-PDUATM-SDUCPS-PDUCPS-PDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDU2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第19页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开图11CPS_PACKE和ATM信元的映射关系映射过程如图11所示。CPS-PACKET1234567891011121314lengthofSDUOctet1616161616161616161616161616startofCPS-PHPDU/Octet1/011/201/392/112/303/023/213/404/124/315/035/225/416/13StartofCPS-PPPDU/Octet1/041/231/422/142/333/053/243/434/154/345/065/255/446/16EndofCPS-PPPDU/Octet1/191/382/102/293/013/203/394/114/305/025/215/406/126/31图12等长CPS-PACKET起始位置CPS_PACKET的长度和CPS-PH、CPS-PP在CPS协议数据单元中起始位置如图12所示。从图11我们可以看出：头两个CPS－SDU完全放在第一个CPS－PDU中。第三个CPS－SDU数据不能完全放在第一个CPS－PDU中，它被分开放置在两个CPS－PDU中，一个完整CPS包的长度在头一个CPS－PDU中CPS包头中说明，在第二个CPS－PDU中的STF指出了下一个CPS包的起始地址。因此它可以用来确认第三个CPS包在第二个CPS－PDU中的长度。（4.2)、不等长CPS包和ATM信元的映射关系2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第20页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开T1310470-97/d1945octets19octets18octets22octets22octets44octets42octets34octetsPacketCPS-PacketCPS-CPS-CPS-CPS-CPS-CPS-CPS-PacketPacketPacketPacketPacketPacketCellHeaderCellPayloadATM-PDU=CellCPS-SDUInformationOverlappingCPS-PDUpartCPS-PacketHeaderStartFieldPADFieldFigureI.2/I.363.2–MultiplexingandpackingofspecialcaseCPS-PacketsintoCPS-PDUs(ATMcells)CPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-PDUCPS-PDUCPS-PDUCPS-PDUCPS-PDUCPS-PDUATM-SDU2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第21页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开图13不等长CPS包和ATM信元的映射关系映射过程如图13所示。CPS-PACKET12345678lengthofSDUOctet4519182222444234startofCPS-PHPDU/Octet1/012/022/242/453/234/015/015/46StartofCPS-PPPDU/Octet1/042/052/273/013/264/045/046/02EndofCPS-PPPDU/Octet2/012/232/443/223/474/475/456/35图14不同长度的CPS包在CPS－PDU中起始位置不同长度情况下CPS包起始位置如图14所示。（4.3)、最大长度CPS包和ATM信元的映射关系映射关系如图15所示：2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第22页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开T1310480-97/d2064octets64octets64octets64octetsCellHeaderCellPayloadATM-PDU=CellCPS-SDUInformationOverlappingCPS-PDUpartCPS-PacketHeaderStartFieldPADFieldFigureI.3/I.363.2–MultiplexingandpackingofmaximumsizeCPS-PacketsintoCPS-PDUs(ATMcells)CPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-PacketCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-SDUCPS-PDUCPS-PDUCPS-PDUCPS-PDUCPS-PDUCPS-PDUATM-SDU2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第23页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开图15最大长度CPS包和ATM信元的映射关系CPS包在CPS－PDU中的起始位置如图16所示。CPS-PACKET1234lengthofSDUOctet64646464startofCPS-PHPDU/Octet1/012/213/415/14StartofCPS-PPPDU/Octet1/042/243/445/17EndofCPS-PPPDU/Octet2/203/405/136/33图16CPS包在CPS－PDU中位置3.4.4、AAL3/4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（即D类），另一类是面向连接的数据业务（C类）。ITU-T一开始拟针对C类和D类业务分别制定AAL3和AAL4协议，后经研究发现支持D类的AAL4协议也可用于支持C类业务，所以，将两者合并制定了AAL3/4协议，同时可支持C类和D类业务。AAL3/4定义了两种方式：消息方式和流方式。消息方式中AAL-SDU以每次一个数据块（消息）的形式到达AAL，数据块可定长或不定长，在AAL中完成分割组装；流方式中AAL-SDU就象水流一样，时断时续、时多时少地流入AAL，数据没有起始边界。流方式可以提供特殊的管道功能。对每种方式AAL3/4都有两种操作：确保操作和非确保操作。前者通过重传出错或丢失的CS-PDU，确保每个AAL-SDU正确传送；后者只通知是否出错，由业务高层对错误进行处理。1.3.5ATM交换技术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交叉连接设备与ATM交换机唯一的区别在于ATM交换机由控制面控制，ATM交叉连接设备由管理面控制。ATM交换机的原理框图如下：2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第24页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开¿ØÖÆÄ£¿éIMIMOMOM½»»»½á¹¹1N1N¡£¡£¡£¡£¡£¡£ATM½»»»»úÔ\xadÀí¿òͼ其中，IM是输入模块，OM是输出模块。这两个模块主要完成ATM交换机物理层上的功能：HEC信元定界、扰码/解扰、传输帧的生成/恢复/适配、比特定时恢复及与媒介相关的功能。此外，输入模块还有另外两个功能：VPI/VCI转换；根据建立连接时协商的参数，对业务流进行监控，对违规信元进行处理。控制模块主要完成B-ISDN协议参考模型中控制面的功能，包括呼叫/连接的建立与拆除、VP/VC的管理与分配、带宽资源的管理与分配。交换结构是真正信元交换的地方，它是限制交换机交换吞吐量的瓶颈。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。实际中可能会出现几个输入端口的信元要求同时到一输出端口的情况，这种情况称为输出端口竞争。有时这种情况还会发生在交换结构内部，称为内部阻塞。这种情况可以通过设置缓存来解决。缓存可以设置在输入端口处，也可以设置在输出端口处，还可以放置在交换结构的内部。交换机除具有路由和缓存两个主要功能外，还应具有如下功能：优先级功能；广播和组播功能；评价一台ATM交换机的性能指标：时延、丢失率、信元次序、吞吐量、模块化。ATM交换结构一般可分为如下三类：共享媒介交换结构、共享存储器交换结构、空分交换结构。下面简单介绍各自实现的基本原理。共享存储器交换结构：如下图所示，共享存储器ATM交换结构的核心是一个双口RAM，个输入端口的信元流复接成一条高速信元流，然后写入双口RAM中，对应每个输出端口，在双口RAM中，都有一个队列。因此，输入信元写入RAM中时，是根据其VPI/VCI来写入其对应队列的。输出时轮流从各个队列读取一个信元。2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第25页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开1N1NË«¿ÚRAM¡£¡£¡£¡£¹²Ïí´æ´¢Æ÷ATM½»»»½á¹¹该交换结构性能主要受下列因素限制：处理时间、RAM读写时间、存储器容量共享媒介交换结构：共享媒介ATM交换结构中，各个输入端口的信元同步复接到一条高速媒介上（如时分总线〕，每个输出端口与这条高速媒介相连，输出端口利用地址过虑器AE（addressFilter)将发往本端口的信元接收下来。空分交换结构：利用全互连网的交换结构如下图示，可将它们看成共享总线结构的演化，各输入线独占一条传送媒介。图2中所示的结构由于各入线上的信元可能竞争相同出线，所以在每一入线和出线间设置了缓存，在各出线上有仲裁机制；1.3.6ATM网络的拥塞管理3.6.1、ATM网络拥塞管理的重要性引起拥塞的原因：一是由于网络中流量强度的不可预测的随机波动而造成的网络负荷过重，二是由于网络本身出现故障。ATM是异步时分统计复用的信息传输方式，在提高网络利用率的同时，会增加网络拥塞的风险。另外，拥塞管理对ATM而言，存在很大的困难，这主要表现在，ATM中传输的是各种业务综合而成的数据流，其流量特性非常复杂；2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第26页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开另一方面，ATM网传输速率高，一旦某处发生拥塞而不能即使解决，拥塞范围将迅速扩大。3.6.2、拥塞管理的基本思想电路交换网中拥塞控制的基本思想：资源预分配与即时拒绝，在为呼叫请求建立一条连接的同时分配一部分被这条连接所独占的资源，当网络资源不足时拒绝新的呼叫请求。这种方法的主要缺陷是缺乏灵活性，与ATM动态分配资源的特性相矛盾。分组交换中目前多采用流量控制和拥塞控制来进行业务流管理。但分组交换中的流量控制是在每个节点上进行的；其拥塞控制是反应式的，不适应于ATM网的高速要求。ITU-T提出了一套新的拥塞控制机制。其基本思想在于：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。拥塞管理的功能分成两个层次，第一层是预防性措施，称为流量控制（TrafficControl），是为防止网络出现拥塞而采取的一系列措施，包括网络资源管理（NRM）、连接允许控制（CAC）、使用参数控制（UPC）以及优先级控制等；第二层是反应性措施，称为拥塞控制（CongestionControl），是当网络出现拥塞后为将拥塞的强度、影响范围、持续时间减到最小而采取的一系列措施，包括信元选择性丢弃与拥塞指示等。3.6.2.1、呼叫连接接纳控制当网络收到呼叫请求后首先启动CAC功能，检测当前网络资源的分配与占用情况，对照用户呼叫请求中提交的流量特性与服务质量要求，确定当前可供使用的网络资源能否满足用户要求。如果能够满足要求并在建立新连接的同时仍能保证已有连接的服务质量，则网络将接纳这一呼叫并建立相应的虚电路，否则拒绝用户的请求。业务参数：峰值信元速率(PeakCellRate)、平均信元速率(AverageCellRate)、突发度(Burstness)、峰值持续时间(PeakDuration).服务质量参数：连接建立时间、连接释放时间、呼叫阻塞概率、误码率、信元丢失率、信元插入率、信元转移时间、时延抖动。3.6.2.2、入网流量监控入网流量监控功能根据所处的位置分成使用参数控制（UPC）与网络参数控制（NPC）。前者位于用户／网络接口而后者用在网络接口上，两者的功能类似，下面主要介绍UPC功能。在通信过程中用户实际输入网络的流量特性可能超越CAC功能执行过程中所确定的值，对这种情况需要加以限制否则将影响网络的服务质量。为此在用户／网络接口设立了监测与限制机制，以确保每条虚电路中实际入网的流量特性参数符合协商值，这一机制即是UPC功能。目前UPC中的限制措施主要是对属于超越协商值的那部分流量的信元打上标记，表示这部分信元的服务质量不能保证，一旦网络发生拥塞首先丢弃这类信元。2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第27页,共28页ATM基础知识专题文档密级：内部公开漏桶算法是目前研究最多的一种业务流监控方法，其基本思想是：任何一个信元要进入网络，一定要从令牌池中取得一个令牌。令牌一固定速率R产生，并放在令牌池中（可放M个令牌〕。信元到达时如果令牌池中没有令牌，则信元被丢弃。3.6.6.2、选择性信元丢弃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。CLP=1的信元有两个来源，一是由用户产生，说明此信元所承载的信息属于低优先级，二是UPC将某些CLP=0的信元改成CLP=1，说明此信元属于超越协定值的流量部分。实际上ATM网拥塞时就是牺牲掉这些信元来保证高优先级信元的传送质量。3.6.6.3、反应式拥塞控制该方法在分组网络中采用，在ATM网络中，由于其速度慢，不能满足要求，但仍可以作为一种业务流控制的辅助手段。ATM论坛提出的ABR拥塞控制方法：对于一般的ABR数据业务，一经接纳入网，网络就尽可能多的提供给它足够的带宽，而不对其实行警管，即使发生拥塞也不丢弃，而是采用反应式拥塞控制方法通知信元降低业务流量。反应式拥塞方法实现步骤：检测到拥塞时发通知、信元根据通知作反应。拥塞通知：反向拥塞通知、前向拥塞通知。信仰对通知的反应：自适应速率调整、动态信元编码3.6.6.4、业务流成形根据排队论，排队系统的服务性能不仅与服务时间分布、服务规则、缓存器长度有关，还与顾客到达的分布密切相关。在ATM网中，业务是高度突发的，因此，如果能适当改变业务流进入网络的统计特性，无疑会提高业务的服务质量，业务流成形就是完成这样的功能。2005-03-23华为机密，未经许可不得扩散第28页,共28页',)