第二章-ATM协议与结构

('第2章B-ISDN/ATM标准、协议和结构第2章B-ISDN/ATM标准、协议和结构本章介绍有关B-ISDN/ATM的标准化组织及其标准和规范的主要内容，并简介B-ISDN/ATM协议分类和特点，最后介绍B-ISDN/ATM协议参考模型。2.1ATM和B-ISDN标准和规范协议是什么（Protocol）和接口（Interface）是通信行业和通信网的灵魂，它决定了不同系统之间的互通能力和互操作能力，决定着一种网络产品或通信产品的开放性。协议定义两个对等通信实体之间数据交换的格式及交互规则，接口定义上下相邻协议实体以及相邻设备之间信息的交互关系。要把多个通信实体和网络实体组成一个有机的整体，就必须制定协议规范（ProtocolSpecification）和接口规范（InterfaceSpecification）。规范是一种网络产品和通信产品实现的基准和测试的基准，是一种描述准确的文档。如果一种规范被一个行业所接受，它就成为行业标准，如果被世界上许多国家所接受，它就成为国际标准。一种规范的接受过程叫做标准化。本节介绍有关B-ISDN/ATM的标准化组织及其标准和规范。2.1.1标准化组织目前有关ATM和B-ISDN的标准化组织大致可分为两类：正式标准化组织和工业论坛。正式的国际标准团体是国际电信联盟-电信标准化部门ITU-T（TelecommunicationStandardizationSectorofITU），它的前身是国际电报电话咨询委员会CCITT（InternationalTelephoneandTelegraphConsultativeCommittee）。在美国，B-ISDN/ATM标准的正式组织是美国国家标准协会ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute)；在欧洲，B-ISDN/ATM标准的正式组织是欧洲电信标准化协会ETSI(EuropeanTelecommunicationStandardsInstitute)。目前有四个主要的工业论坛活跃在B-ISDN/ATM规范领域：ATM论坛（ATMForum），Internet工程任务组IETF(InternetEngineeringTaskForce)，帧中继论坛和SMDS（SwitchedMultimegabitDataService）行业组（SIG）。为了推动ATM技术的发展，CCITT在1988年到1993年期间作了大量的工作，制定了ATM的一些基本标准，形成了一系列建议。1993年以后ITU-T取代CCITT继续进行ATM有关技术的标准化的工作。与此同时，众多开发ATM技术的厂商联合组成了ATM论坛，ATM论坛是一个非赢利性组织，旨在制定ATM设备厂商认可的ATM产品的“实现方案”，使ATM的技术能用于现有网络与互连设备，它的许多规范是ITU-T制定国际标准的重要参考依据。目前，占电信和数据通信工业95%之多的近500家公司已加入该组织。ATM论坛主要研究ATM技术在专用网中的实现，而ITU-T则研究ATM技术在公用网中的应用，换句话说，ATM论坛的主要兴趣在数据通信领域，ITU-T的主要兴趣在电信领域。这些标准团体在70年代早期创立了N-ISDN的概念，作为B-ISDN的前身。同样他们在80年代后期定义了B-ISDN的概念并把ATM技术选为将来标准的基础。原先人们预期B-ISDN的标准要花许多年时间才能发展起来，然而，许多正式的标准团体现已采用了一些新的措施来尽力加快工业界和用户要求的标准化步伐。事实上，这些正式的标准团体有时也接受一些工业论坛（如ATM论坛）的标准。在形成工业论坛的过程中，90年代正在出现一种新型的“跳跃式开创”标准的过程。它们并非是正式的标准委员会，而是由一些厂商、用户和想要保证标准的互操作能力而又不想在标准中进一步增加实施细则的专家组成的独立小组。它们不是制定规范或实现协定，而是从这些标准中选择发表一个可互操作的需求子集，澄清含糊不清之处，或在某些情况下，可在这些标准之前做出某些规定。有时这些论坛为正式的标准组织做出了一些贡献（通常是早已实现了的，因此已经检验过了的但又不是理论的方法），加快了对B-ISDN和ATM的接口、协议及其它方面的认可。在这些工业论坛中达成的多厂商和供应商间的协定对于一个标准的成功常常是必不可少的。13第2章B-ISDN/ATM标准、协议和结构2.1.1.1ITU-T/CCITTCCITT成立于1948年，是国际电信联盟ITU所属的一个组织。起初每四年召开一次会议，进行有关电话、电报和数据传输等国际通信问题的研究，将国际上协商一致的问题制定成建议。1993年，CCITT改组为国际电信联盟电信标准化部门ITU-T。ITU-T是联合国资助的协商组织。到1988年为止，CCITT每四年一次以一套书的形式出版批准了的建议，这套书常按其封皮的“颜色”被称为——黄皮书（1980年）、红皮书（1984年）、蓝皮书（1988年）等。最初的B-ISDN/ATM标准发表于蓝皮书中。1988年以后，为了加快标准化进程，所有后继的建议完成后即予以发表。这些建议现被称为“白皮书”。ITU-T下设15个研究组SG1~SG15。与ISDN/ATM有关的主要研究小组有：SG1负责研究与B-ISDN业务有关的内容；SG11负责信令协议；SG13则负责定义与ATM有关的一些功能。要进一步获得有关ITU-T信息的地址、电话号码和Internet地址，可见附录A。2.1.1.2美国国家标准协会（ANSI）ANSI结构上分为几个委员会，它们涉及到很广的领域。ANSIT1委员会主要从事美国B-ISDN和ATM的标准化。这些标准的发展是与ITU-T紧密协调的，并且也考虑到北美特有的技术特征。要进一步获得有关ANSI信息的地址、电话号码和Internet地址，可见附录A。2.1.1.3欧洲电信标准协会（ETSI）ETSI主要从事欧洲电信的标准化。ITU-T开发一些为世界范围内使用的建议。而一些地区性的团体，如欧洲的ETSI和美国的ANSI，则是根据全球标准制定一些适合于每个地区历史、技术和规章制度的更为详尽的规范。要进一步获得有关ETSI信息的地址、电话号码和Internet地址，可见附录A。2.1.1.4ATM论坛ATM论坛成立于1991年10月，当时有四个公司组成：NorthernTelecom，Sprint，SUNMicrosystems和DigitalEquipmentCorporation(DEC)。1992年1月，其成员资格向工业界开放。目前有三类成员资格：主要成员、旁听成员和用户。只有主要成员才能参加技术和市场委员会会议。旁听成员可收到技术和市场委员会的文件复制件，但不能参加会议，只有用户成员可参加最终用户圆桌（ENR）会议。ATM论坛有三种委员会：技术委员会、市场意识委员会和最终用户委员会。技术委员会制订出一些实现规范，并分成许多技术性的“主题专家”小组委员会。技术委员会至今的成果和工作进展将在本章稍后部分讲到。市场意识和教育（MA&E）委员会制定教材、表演、新闻发布稿、通信和其它信息型材料。该委员会目前在北美和欧洲有分支机构，并于1994年将分支机构扩大到亚洲。最终用户圆桌（ENR）用户小组成立于1993年8月，其目的是收集一些更高层次的要求并将它们提供给技术和MA&E委员会。要获得有关ATM论坛信息的地址、电话号码和Internet地址，参见附录A。2.1.1.5Internet工程任务组（IETF）Internet活动委员会（IAB）是由DARPA于1983年成立的。到1989年，Internet发展到如此之大以至于IAB也进行了重组，为达到互操作能力而进行的开发规范的主要工作也分配给了Internet工程任务组（IETF），该小组分成八个领域，每一领域有一负责人。IAB/IETF的起初目标是想用Internet协议（IP）组来定义一些可互操作的实现所必需的规范。这些规范起草在称为“请求注释”RFC（RequestsForComment）的文件中。在成为正式标准之前，这些RFC要通过一“草案阶段”和“建议阶段”。草案和建议标准的另一种可能的结果是被当成试验性的RFC归档。过时的RFC被当成历史标准归档。所有这些已批准的历史或试验性的RFC文档已14第2章B-ISDN/ATM标准、协议和结构为世界创造了一个协议和网络知识的宝库。要获得关于IETF和Internet更多信息的地址、电话号码及最重要的Internet的地址，参见附录A。2.1.1.6帧中继论坛帧中继在许多方面都和ATM类似，它们都是面向连接的协议，均包含基于ISDN的信令和要求相似的网络管理功能，在产生帧中继/ATM网络互通规范时，ATM论坛和帧中继论坛确实是紧密合作的。2.1.2标准和规范本节简要介绍至1999年已由CCITT/ITU-T、ANSI、ATM论坛、IETF和帧中继论坛批准的一些标准和规范。2.1.2.1CCITT/ITU-T标准目前与B-ISDN有关的ITU-T标准列于附录B中。从1988年开始，CCITT公布了建议I.113和I.121，为B-ISDN定义了词汇表、术语、原理和基础目标。此后ITU-T陆续以单行本的形式公布了有关B-ISDN与ATM方面的建议，如I.150，I.211，I.311，I.321，I.327，I.361，I.432，和I.610等，进一步细化了B-ISDN与ATM的功能、业务方面、协议层功能、操作、管理、维护（OAM）、信令和用户-网络及网络-网络接口。有关标准的简短描述，参见本章附录B。2.1.2.2ANSI标准ANSIT1委员会将CCITT/ITU-T标准采用在北美竞争环境和独特的层传输需求中。目前已批准的标准及简单的描述参见附录C。2.1.2.3ATM论坛规范ATM论坛自1991年成立至1999年10月产生的规范参见附录D。ATM论坛应用较广的几个规范的主要内容参见表2-1。表2-1ATM论坛主要规范内容简介规范主要内容ATM用户-网络接口（UNI）规范，版本2.0为ATMUNI定义了PVC的能力。增加了基于局域网FDDI和光纤信道技术的物理层。定义了基于SNMP的临时本地管理接口（ILMI），并采用了一个标准化的ATMOAM功能子集ATM用户-网络接口（UNI）规范，版本3.0版本2.0升级，修正了版本2.0的一些错误并增加了一些新的功能。主要的新功能是初步信令协议的定义、作为ITU-T标准的一个子集的定义、超过峰值速率通信管理的清晰定义和对DS3速率的量化规范，以允许根据实现经验在现有传输系统上运行ATM数据交换接口（DXI）规范，版本1.0定义了基于帧的接口，允许DTE在帧地址中传送ATMVPI/VCI。此规范本质上类似于SMDSDXI规范ATM宽带—电信公司间接口（B-ICI）规范，版本1.0为电信公司网络间的PVC连接定义了业务特性。详细定义了OAM功能、帧中继网络互通和ATM上的SMDS-ICI传输2.1.2.4与ATM有关的IETFRFCIETF建议的与ATM有关的几个文件参见表2-1。表2-1IETF规范规范主题主要内容RFC1483在ATM之上运行的多协议封装定义了如何在ATM网络上为桥接和路由而封装一些更高层次的协议(如IP),定义了在协议封装层上与帧中继网络的互通15第2章B-ISDN/ATM标准、协议和结构RFC1577在ATM之上运行的经典IP定义了如何才能使目前的网际协议（IP）使用ATM交换连接（SVC）能力2.2B-ISDN/ATM协议分类与特点在B-ISDN/ATM中用户和网络间以及交换节点间，为了建立、保持和释放通信连接，需要交换各种命令，并以通信协议的形式规定其物理连接条件和信令交换的规程。B-ISDN协议是在具有分层结构的N-ISDN协议的基础上增加了B-ISDN特有的部分构成的。协议的大部分规程适用于宽带用户-网络接口。2.2.1B-ISDN协议分类B-ISDN中的通信协议与N-ISDN和分组网中的协议相同，可以分成图2-1所示的用户-网络接口UNI（UserNetworkInterface）、网络节点接口NNI（NetworkNodeInterface）和用户间协议UUP（UsertoUserProtocol）三类。图2-1B-ISDN协议分类2.2.1.1UNI协议UNI是B-ISDN终端（即符合B-ISDN/ATM协议的终端）利用B-ISDN时终端与网络的协议。接口速率为150.52Mb/s或600.08Mb/s。UNI又可分为只能连接一个B-ISDN终端的点对点P-PUNI（PointtoPointUNI）和一个UNI上可连接多个B-ISDN终端的点对多点P-MPUNI（PointtoMulti-PointUNI）两类（参阅图2-2）。图2-2UNI分类2.2.1.2NNI协议NNI结构如图2-3所示，它是B-ISDN内的网络节点间的协议或网间协议。16B-ISDN终端U-U协议B-ISDN终端UNINNIUNI网络节点网络节点B-ISDNB-ISDN终端B-ISDNB-ISDN终端B-ISDN终端B-ISDN终端B-ISDN点对点UNI点对多点UNI第2章B-ISDN/ATM标准、协议和结构图2-3NNI结构B-ISDN中的NNI有两种传送呼叫控制信令的形式：一种基于同步传输模式STM（SynchronousTransferMode）网络，与N-ISDN相同，通过公共信令网（即No.7信令网）传送信令，另一种基于ATM网络，不通过公共信令网，在节点间的ATM虚通道（VP）内传送控制信息（参阅图2-4）。图2-4NNI分类2.2.1.3UUI协议UUI协议是B-ISDN终端间，利用UNI建立的ATM连接或利用非ATM连接，实现端到端（endtoend）通信的协议。在利用承载业务的情况下，网络对用户间协议是透明的，也就是网络不对用户间协议进行任何处理。话音、数据和图象等都是利用端到端协议的应用实例。2.2.2B-ISDN协议的特点与N-ISDN相比，B-ISDN协议具有以下特点。（1）所用的信息都以固定长度的数据块传送在B-ISDN中呼叫控制信号、用户信息以及维护信息均以长度为53字节的信元来传送。（2）信令通路也需用信令来建立17网络节点网络节点用户信息VC控制信息VCVP用户信息VC共路信令网（a）利用共路信令网的NNI网络节点网络节点VP用户信息VC控制信息VC用户信息VC（b）利用ATM虚通道的NNI网络节点网络节点网络节点网内NNI网间NNIA网B网第2章B-ISDN/ATM标准、协议和结构在N-ISDN的用户-网络接口中为接口分配了固定的信令通道，即D通路，而B-ISDN中信令通路本身也要用作元信令（metasignaling）的信令规程来建立。由于在B-ISDNUNI上多个通路是以信元复用形式共享统一物理带宽实现的，信令通路只是其中的一条逻辑信道。（3）利用信令建立信息通路在N-ISDNUNI中，对接口固定分配了B通路或H通路形式的用户信息通路，因此建立呼叫时只需作选择通路的操作。2.3B-ISDN/ATM协议参考模型ITU-TI.321建议定义了B-ISDN/ATM协议参考模型PRM（ProtocolReferenceModel），B-ISDNPRM是一个立体的分层结构，如图2-5所示。图2-5B-ISDN协议参考模型PRM该模型由三个平面和四层组成，三个面为用户面U、控制面C、管理面M，四个功能层是物理层、ATM层、ATM适配层AAL（ATMAdaptationLayer）和高层。三个面的主要功能为：\uf06c用户面（Userplane）—提供用户信息的传送，采用分层结构，分为四层。\uf06c控制面（Controlplane）—提供呼叫和连接的控制功能，涉及的主要是信令功能，也采用分层结构，也分为四层。\uf06c管理面（Managementplane）—提供性能管理、故障管理及各个面间综合的网络管理协议，它又分为层管理和面管理。\uf075层管理—提供网络资源和协议参数的管理，处理操作维护信息流。采用分层结构，将来面管理和层管理的功能可能会合并。\uf075面管理—提供与整个系统有关的管理功能及与所有面之间的协调。面管理不分层。四层的主要功能为：\uf06c物理层—传输比特信息。\uf06cATM层—负责信元复用、信元交换和路由选择。\uf06cAAL层—将各种业务的信息适配成ATM信元流。\uf06c高层—根据不同业务特点完成高层功能。关于物理层、ATM层和AAL层的具体内容将在第四章详细介绍。小结1.本章先介绍了B-ISDN/ATM标准化组织。目前主要制定ATM标准的组织有ITU-T、ATM论坛、ITEF。然后较详细地介绍了由ITU-T、ATM论坛、ITEF制定的ATM标准和规范。2.介绍了B-ISDN/ATM协议分类与特点，B-ISDN的协议主要分为UNI协议、NNI协议和18物理层ATM层AAL层高层管理面控制面用户面层管理面管理第2章B-ISDN/ATM标准、协议和结构UUN协议。3.B-ISDN/ATM协议参考模型由三个平面和四层组成，三个面为用户面U、控制面C、管理面M。四个功能层是物理层、ATM层、ATM适配层和高层。用户面提供用户信息的传送，分为四层；控制面提供呼叫和连接的控制功能，涉及的主要是信令功能，也分为四层；管理面提供性能管理、故障管理及各个面间综合的网络管理协议，它又分为层管理和面管理，其中层管理提供网络资源和协议参数的管理，处理操作维护信息流，采用分层结构，而面管理提供与整个系统有关的管理功能，并提供所有面之间的协调，面管理不分层。物理层负责传输比特信息，ATM层负责信元复用、信元交换和路由选择，AAL层将各种业务的信息适配成ATM信元流，高层根据不同业务特点完成高层功能。思考题1.ATM的标准化组织有哪些？2.何谓协议？何谓接口？二者有何区别？3.B-ISDN/ATM协议是怎样分类的？4.试画出B-ISDN/ATM协议的参考模型，并简述各部分的功能。5.B-ISDN协议有哪些特点？19',)