1
2
差错率,链路丢失率等 。
3
4
5
6
及时处理分组存储转发过程 。
7
5.4 X.25 网
X.25 网就是 X.25 分组交换网,它是在二十多年前根据 CCITT（ 即现在的 ITU-T） 的 X.25 建议书实现的计算机网络 。
X.25 只是一个对公用分组交换网接口的规约 。
X.25 所讨论的都是以 面向连接的虚电路服务 为基础 。
X.25 规定了 DTE - DCE 的接口
X.25 接口
X.25 接口
X.25 公用分组交换网
VC 2
VC 1
DTE
DTE
DCE
DCE
DCEDTE
X.25 接口
X.25 的层次关系
用户数据在 X.25 的分组层 （ 相当于网络层 ） 加上 X.25 的首部控制信息后,就组装成为 X.25
分组 。
在数据链路层使用的是 HDLC 的一个子集 ——
平衡型链路接入规程 LAPB。
在分组层 DTE 与 DCE 之间可建立多条逻辑信道 (0~4095 号 ),使一个 DTE 同时和网上其他多个 DTE 建立虚电路并进行通信 。
X.25 还规定了在经常需要进行通信的两个 DTE
之间可以建立永久虚电路 。 这些虚电路号以及分组序号等控制信息都写在 X.25 分组的首部中 。
X.25 的层次关系
LAPB 帧
X.25 分组分组层 （ 网络层 ）
数据链路层用户数据用户数据X.25首部
LAPB首部 LAPB尾部
X.25 网与 IP 网
基于 IP 协议的因特网是无连接的,只提供尽最大努力交付的数据报服务,无服务质量可言 。
X.25 网是面向连接的,能够提供可靠交付的虚电路服务,能保证服务质量 。
正因为 X.25 网能保证服务质量,在二十多年前它曾经是颇受欢迎的一种计算机网络 。
X.25 网退出了历史舞台
到了 20 世纪 90 年代,情况就发生了很大的变化 。 通信主干线路已大量使用光纤技术,数据传输质量大大提高使得误码率降低好几个数量级,
而 X.25 十分复杂的数据链路层协议和分组层协议已成为多余的 。
PC 机的价格急剧下降使得无硬盘的哑终端退出了通信市场 。 这正好符合因特网当初的设计思想,网络应尽量简单而智能应尽可能放在网络以外的用户端 。
8
5.5 帧中继 FR
5.5.1 帧中继的工作原理
在 20 世纪 80 年代后期,许多应用都迫切要求增加分组交换服务的速率 。
帧中继 FR (Frame Relay)就是一种支持高速交换的网络体系结构 。
帧中继在许多方面非常类似于 X.25,被称为第二代的 X.25。
今天的数字光纤网比早期的电话网具有低得多的误码率,如果减少结点对每个分组的处理时间,
则各分组通过网络的时延亦可减少,同时结点对分组的处理能力也就增大了 。
帧中继减少结点处理时间
帧中继不使用差错恢复和流量控制机制 。
当帧中继交换机收到一个帧的首部时,只要一查出帧的目的地址就立即进行转发 。
因此在帧中继网络中,一个帧的处理时间比 X.25 网约减少一个数量级 。 这样,帧中继网络的吞吐量要比 X.25 网络的提高一个数量级以上 。
帧中继对差错的处理
当检测到有误码时,结点要立即中止这次传输 。
当中止传输的指示到达下个结点后,下个结点也立即中止该帧的传输,并丢弃该帧 。
如果需要重传出错的帧,则由源站使用高层协议
（ 而不是帧中继协议 ） 请求重传该帧 。
因此,仅当帧中继网络本身的误码率非常低时,
帧中继技术才是可行的 。
帧中继使用虚电路
帧中继的逻辑连接的复用和交换都在第二层处理,而不是像 X.25 在第三层处理 。
帧中继网络向上提供面向连接的虚电路服务 。 虚电路一般分为交换虚电路 SVC和永久虚电路
PVC两种 。
帧中继网络通常为相隔较远的一些局域网提供链路层的永久虚电路服务,它的好处是在通信时可省去建立连接的过程 。
如果有 N 个路由器需要用帧中继网络进行连接,
那么就一共需要有 N(N –1)/2 条永久虚电路 。
帧中继的控制信令
帧中继的呼叫控制信令是在与用户数据分开的另一个逻辑连接上传送的 （ 即共路信令或带外信令 ）。
这点和 X.25 很不相同 。 X.25 使用带内信令,
即呼叫控制分组与用户数据分组都在同一条虚电路上传送 。
帧中继网帧中继交换机路由器局域网 局域网虚电路路由器帧中继提供虚电路服务帧中继网路由器局域网 局域网虚电路路由器虚电路像一条专用电路用户看不见帧中继网络内的帧中继交换机
9
帧中继网路由器局域网 局域网虚电路路由器帧中继网络的工作过程
用户在局域网上传送的 MAC 帧传到与帧中继网络相连接的路由器 。
帧中继网路由器局域网 局域网虚电路路由器帧中继网络的工作过程
路由器就剥去 MAC 帧的首部,将 IP 数据报交给路由器的网络层 。
网络层再将 IP 数据报传给帧中继接口卡 。
帧中继帧发送在前标 志 标 志地 址 信 息 帧检验序列字节 1 22~4 1可 变首部 尾部
帧中继接口卡把 IP 数据报封装到帧中继帧的信息字段 。
加上帧中继帧的首部 （ 包括帧中继的标志字段和地址字段,帧中继帧的标志字段和 PPP 帧的一样 ）,进行 CRC 检验后,加上帧中继帧的尾部
（ 包含帧检验序列字段和标志字段 ）,就构成了帧中继帧 。
IP 数据报帧中继网路由器局域网 局域网虚电路路由器帧中继网络的工作过程
为了区分开不同的永久虚电路 PVC,每一条
PVC 的两个端点都各有一个数据链路连接标识符 DLCI。
DCLI 是 Data Link Connection Identifier。
帧中继网路由器局域网 局域网虚电路路由器帧中继网络的工作过程
帧中继接口卡将封装好的帧通过向电信公司租来的专线发送给帧中继网络中的帧中继交换机 。
帧中继交换机收到帧中继帧就按地址字段中的虚电路号转发帧 （ 若检查出有差错则丢弃 ）。
帧中继网路由器局域网 局域网虚电路路由器帧中继网络的工作过程
当帧中继帧被转发到虚电路的终点路由器时,终点路由器就剥去帧中继帧的首部和尾部,加上局域网的首部和尾部,交付给连接在此局域网上的目的主机 。
10
帧中继网络的工作过程
目的主机若发现有差错,则报告上层的 TCP 协议处理 。
即使 TCP 协议对有错误的数据进行了重传,帧中继网也仍然当作是新的帧中继帧来传送,而并不知道这是重传的数据 。
5.5.2 帧中继的帧格式帧中继帧发送在前标 志 标 志地 址 信 息 帧检验序列字节 1 22~4 1可 变首部 尾部
IP 数据报标志字段 是一个 01111110 的比特序列,
用于指示帧中继帧的起始和结束 。
它的惟一性是通过比特填充法来确保的 。
帧中继的帧格式帧中继帧发送在前标 志 标 志地 址 信 息 帧检验序列字节 1 22~4 1可 变首部 尾部
IP 数据报信息字段 是长度可变的用户数据 。
帧中继的帧格式帧中继帧发送在前标 志 标 志地 址 信 息 帧检验序列字节 1 22~4 1可 变首部 尾部
IP 数据报帧检验序列字段 是 2 字节的 CRC 检验 。
当检测出差错时,就将此帧丢弃 。
帧中继的帧格式帧中继帧发送在前标 志 标 志地 址 信 息 帧检验序列字节 1 22~4 1可 变首部 尾部
IP 数据报地址字段 一般为 2 字节,
但也可扩展为 3 或 4 字节 。
地址字段中的几个重要部分
数据链路连接标识符 DLCI DLCI字段的长度一般为 10 bit（ 采用默认值 2 字节地址字段 ）,但也可扩展为 16 bit（ 用 3字节地址字段 ）,或 23
bit（ 用 4 字节地址字段 ）,这取决于扩展地址字段的值 。
DLCI 的值用于标识永久虚电路 (PVC),呼叫控制或管理信息 。
数据链路连接标识符 DLCI只具有本地意义 。
11
地址字段中的几个重要部分
前向显式拥塞通知 FECN (Forward Explicit
Congestion Notification) 若某结点将 FECN
置为 1,表明与该帧在同方向传输的帧可能受网络拥塞的影响而产生时延 。
地址字段中的几个重要部分
反向显式拥塞通知 BECN (Backward Explicit
Congestion Notification) 若某结点将 BECN
置为 1即指示接受者,与该帧反方向传输的帧可能受网络拥塞的影响产生时延 。
地址字段中的几个重要部分
可丢弃指示 DE (Discard Eligibility)的长度是 1
bit。
DE 比特为 1 的帧表明这是较为不重要的低优先级帧,在必要时可丢弃 。
帧中继使用的拥塞控制方法
–丢弃策略 。 当拥塞足够严重时,网络就要被迫将帧丢弃 。
–拥塞避免 。 在刚一出现轻微的拥塞迹象时用一些信令机制及时使拥塞避免过程开始工作 。
–拥塞恢复 。 在已出现拥塞时,拥塞恢复过程可阻止网络彻底崩溃 。
5.5.3 帧中继的拥塞控制
在帧中继网络中,所有的帧中继帧被划分为高优先级和低优先级 。
高优先级帧在首部的地址字段中的可丢弃指示
DE 比特置为 0,表示网络尽可能不要丢弃这类帧 （ 即使网络发生了拥塞 ）。
低优先级帧的 DE 比特置为 1,表示这是相对较为不重要的帧,在网络发生了拥塞时可丢弃这类帧 。
帧中继帧的两种优先级 承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率
CIR 是对特定的帧中继连接中,用户和网络共同协商确定的用户信息传送速率的门限数值 。
CIR 数值越高,帧中继用户向帧中继服务提供者交纳的费用也就越多 。
12
承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
只要端用户在一段时间内的数据传输速率超过
CIR,在网络出现拥塞时,帧中继网络就可能会丢弃用户所发送的某些帧 。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
每个帧中继结点都应使通过该结点的所有连接的 CIR的 总和 不超过该结点的容量,即不能超过该结点的 接入速率 (access rate)。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
虽然使用了,承诺的,这一名词,但当数据传输速率不超过 CIR 时,网络并不保证一定不发生帧丢弃 。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
CIR 是用来限制用户在某一段测量时间间隔 Tc
内所发送的数据的平均数据率 。
当网络必须把一些帧丢弃时,网络将首先选择超其 CIR 值的那些连接上的帧予以丢弃 。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
如果帧的速率总是小于 CIR,那么所有的帧都被打上高优先级的标志 （ DE 比特置 0）。
这在一般情况下传输是有保证的 。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
若数据率仅在不太长的时间间隔大于 CIR,则网络可以将这样的帧置为 DE = 1,并在可能的情况下进行传送 （ 即不一定丢弃,视网络的拥塞程度而定 ）。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率
13
承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
若数据率超过 CIR 的时间较长,以致注入到网络的数据量超过了网络所设定的最高门限值,则应立即丢弃该连接上传送的帧 。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率
人们曾经设想过,未来最理想的,一种网络应当是宽带综合业务数字网 B-ISDN。
B-ISDN 采用新的 ATM 交换技术 。 这种技术结合了电路交换和分组交换的优点 。
虽然在 B-ISDN 并没有成功,但 ATM 技术还是获得了相当广泛的应用,并在因特网的发展中起到了重要的作用 。
5.6 异步传递方式 ATM
5.6.1 ATM 的基本概念
ATM 是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术 。
ATM 采用定长分组作为传输和交换的单位 。 这种定长分组叫做 信元 (cell)。
异步传递方式 ATM
(Asynchronous Transfer Mode)
当用户的 ATM 信元需要传送时,就可插入到
SDH 的一个帧中 。
SDH 传送的同步比特流被划分为一个个固定时间长度的帧 （ 请注意,这是 时分复用的时间帧,而不是数据链路层的帧 ）。
每一个用户发送的 ATM 信元在每一时分复用帧中的相对位置并不是固定不变的 。
“异步,的含义
如果用户有很多信元要发送,就可以接连不断地发送出去 。 只要 SDH 的帧有空位置就可以将这些信元插入进来 。
ATM 名词中的,异步,是指将 ATM 信元,异步插入,到同步的 SDH 比特流中 。
“异步,的含义
选择固定长度的短信元作为信息传输的单位,
有利于宽带高速交换 。 信元长度为 53 字节,
其首部 （ 可简称为信头 ） 为 5 字节 。
能支持不同速率的各种业务 。
所有信息在最低层是以面向连接的方式传送,
保持了电路交换在保证实时性和服务质量方面的优点 。
ATM 的主要优点如下
14
ATM 使用光纤信道传输 。 由于光纤信道的误码率极低,且容量很大,因此在 ATM 网内不必在数据链路层进行差错控制和流量控制 (放在高层处理 ),因而明显地提高了信元在网络中的传送速率 。
ATM 的主要优点如下
ATM 的一个明显缺点就是信元首部的开销太大,
即 5 字节的信元首部在整个 53 字节的信元中所占的比例相当大 。
ATM 的技术复杂且价格较高 。
ATM 能够直接支持的应用不多 。
10 千兆以太网的问世,进一步削弱了 ATM 在因特网高速主干网领域的竞争能力 。
ATM 的缺点
ATM 网络中的网络元素
ATM 端点 （ 又称为 ATM 端系统 ） 通过点到点链路与 ATM 交换机相连 。
ATM 交换机 是一个快速分组交换机 （ 交换容量高达数百 Gb/s）,其主要构件是,
–交换结构 (switching fabric)
–若干个高速输入端口和输出端口
–必要的缓存
ATM 的交换结构
ATM 交换机
a
b
c
d
e
f
g
h
交换结构输入信元 输出信元
5.6.2 ATM 的协议参考模型和信元结构
1,ATM 的协议参考模型
ATM 的协议参考模型共有三层,大体上与 OSI的最低两层相当 （ 但无法严格对应 ）。
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次
(1) 物理层
（ 分为两个子层 ）
靠下面的是 PMD 子层,即物理媒体相关子层
(Physical Medium Dependent Sublayer)
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次
15
(1) 物理层
（ 分为两个子层 ）
靠上面是 TC 子层传输汇聚子层
(Transmission Convergence Sublayer)
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次物理层中的 PMD 子层
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次
PMD子层负责在物理媒体上正确传输和接收比特流 。 它完成只和媒体相关的功能,如线路编码和解码,比特定时以及光电转换等 。
物理层中的 TC 子层
TC 子层实现信元流和比特流的转换,包括速率适配 （ 空闲信元的插入 ）,信元定界与同步,
传输帧的产生与恢复等 。
在发送时,TC 子层将 ATM 层交下来的信元流转换成比特流,再交给下面的 PMD 子层 。
在接收时,TC 子层将 PMD 子层交上来的比特流转换成信元流,标记出每一个信元的开始和结束,并交给 ATM 层 。
TC 子层的存在使得 ATM 层实现了与下面的传输媒体完全无关 。 典型的 TC 子层就是
SONET/SDH。
9 行
ATM 信元流装入一个 STM - 1 帧的例子
270 字节
261 字节
…
…
…
9 行 × 9 字节的开销和指针
5 字节首部
53 字节 53 字节 53 字节
53 字节 53 字节 53 字节 53 字节有效载荷放入 ATM 信元
(2) ATM 层
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次
主要完成交换和复用功能,与传送 ATM 信元的物理媒体或物理层无关 。
VCI 与 VPI
（ VPI 包含 VCI）
ATM 连接用信元首部中的两级标号来识别 。
虚通路标识 VCI (Virtual Channel Identifier)
虚通道标识符 VPI (Virtual Path Identifier)
传输链路 虚通道 VPx
VPzVPy
VCx
VCx
VCy
VCz
VCz
VCy
VCy
VCx 虚通路
16
VCI 与 VPI
（ VPI 包含 VCI）
一个虚通路 VC 是在两个或两个以上的端点之间的一个运送 ATM 信元的通信通路 。
一个虚通道 VP 包含有许多相同端点的虚通路
VC,而这许多 VC 都使用同一个 VPI。
传输链路 虚通道 VPx
VPzVPy
VCx
VCx
VCy
VCz
VCz
VCy
VCy
VCx 虚通路
VCI 与 VPI
（ VPI 包含 VCI）
在一个给定的接口,复用在一条链路上的许多不同的 VP,用它们的 VPI 来识别 。
复用在一个 VP 中的不同的 VC,用它们的 VCI
来识别 。
传输链路 虚通道 VPx
VPzVPy
VCx
VCx
VCy
VCz
VCz
VCy
VCy
VCx 虚通路
VCI 与 VPI
（ VPI 包含 VCI）
一个给定的 VCI 值没有端到端的意义 。
VP 在经过集中器或交换机时,其 VPI 也会改变 。
传输链路 虚通道 VPx
VPzVPy
VCx
VCx
VCy
VCz
VCz
VCy
VCy
VCx 虚通路
信元的复用与分用
信元的 VPI/VCI 转换 （ 就是将一个入信元的 VPI/VCI 转换成新的数值 ）
信元首部的产生与提取
流量控制
ATM 层的功能
AAL (ATM Adaptation Layer)层的作用就是增强
ATM 层所提供的服务,并向上面高层提供各种不同的服务 。
(3) ATM 适配层 AAL
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次
AAL 层将 48 字节长的数据块交给 ATM 层,加上 5 字节的首部后变成 53 字节的信元话音信号
A/D AAL 层 ATM 层
48 字节数据块数字化的采样信号 53 字节信元数据信号长度可变的突发数据分组
AAL 层
48 字节数据块
ATM 层
53 字节信元视频信号
A/D
图像帧 压缩的编码信号
AAL 层
48 字节数据块
ATM 层
53 字节信元
17
AAL 层又划分为两个子层
– CS 子层
– SAR 子层
AAL 层的两个子层
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次
使 ATM 系统可对不同的应用 （ 如文件传送,点播视像等 ） 提供不同的服务 。 每一个 AAL 用户通过相应的服务访问点 SAP（ 即应用程序的地址 ） 接入到 AAL 层 。 在 CS 子层形成的协议数据单元叫做 CS-PDU。
汇聚子层 CS
(Convergence Sublayer)
在发送时,SAR 子层将 CS 子层传下来的协议数据单元 CS-PDU 划分成为 48 字节的单元,交给 ATM 层作为信元的有效载荷 。
在接收时,SAR 子层进行相反的操作,将 ATM
层交上来的 48 字节长的有效载荷装配成 CS-
PDU。
SAR 子层就使得 ATM 层与上面的应用无关 。
拆装子层 SAR
(Segmentation And Reassembly)
ATM 层和 AAL 层
在 ATM 交换机中只有 物理层 和 ATM 层 。
ATM 端点
AAL层
IP 层物理层
ATM层
AAL层
IP 层物理层
ATM层
ATM 网络
ATM 网络交换机 交换机
ATM 层物理层 物理层物理层
ATM 层物理层
ATM 端点
ATM 层和 AAL 层
AAL 层 只能驻留在 ATM 端点之中 。
交换机 交换机ATM 网络
ATM 网络
ATM 层物理层 物理层物理层
ATM 层物理层
IP 层物理层
ATM层
IP 层物理层
ATM层
ATM 端点
AAL层 AAL层
ATM 端点
ATM 在哪一层？
当孤立地观察一个 ATM 网络时,ATM 网络像一个广域网,因为它可以覆盖很大的地理范围,有自己网络的硬件地址和进行信元转发的结点交换机,并且向上提供虚电路服务 。
从 IP 层来看,整个的 ATM 网络又相当于两个
IP 结点之间的一条数据链路,因而整个 ATM
网络又好像是处在数据链路层 。
可见 ATM 体系结构中的层次和 OSI 的层次很难有严格的对应关系 。
18
砂漏模型不同类别的应用
AAL1 AAL2 AAL3/4 AAL5
53 字节
51 Mb/s
UTP
100 Mb/s
光纤
155 Mb/s
光纤 其他
AAL 层
ATM 层物理层信元
2,ATM 的信元结构
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC HECPT
VCI HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 CLP16 83
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
ATM 信元
ATM 信元有两种不同的首部用户到网络接口 UNI (User-to -Network Interface)
网络到网络接口 NNI (Network-to-Network Interface)
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC HECPT
VCI HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 CLP16 83
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
ATM 信元通用流量控制 GFC (Generic Flow Control)
4 bit 字段,通常置为 0。
GFC 用来在共享媒体上进行接入流量控制,
现在的点到点配置不需要这一控制功能 。
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC HECPT
VCI HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 CLP16 83
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
ATM 信元
VPI/VCI,路由字段,总共 24 bit。
VPI/VCI 和帧中继中的 DLCI 字段的作用相似 。
UNI 的 VPI/VCI字段中的 VPI 占 8 bit
UNI 的 VPI/VCI字段中的 VCI 占 16 bit
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC HECPT
VCI HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 CLP16 83
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
ATM 信元
NNI 的 VPI/VCI字段中的 VPI 占 12 bit
NNI 的 VPI/VCI字段中的 VCI 占 16 bit
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC HEC
VCI HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 CLP16 83
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
PT
ATM 信元有效载荷类型 PT (Payload Type) 3 bit字段,
用来区分该信元是用户信息或非用户信息 。
19
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC HECPT
VCI HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 16 83 CLP
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
ATM 信元信元丢失优先级 CLP (Cell Loss Priority)
1 bit字段,指示信元的丢失优先级 。
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC PT
VCI
HEC
HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 16 83 CLP
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
ATM 信元首部差错控制 HEC (Header Error Control)
8 bit 字段,只对首部的前四个字节
（ 但不包括有效载荷部分 ） 进行
CRC 检验,并将检验结果放在 HEC 字段中 。
5.6.3 ATM 的逻辑连接机制
在 ATM 中使用的虚通路是一种逻辑连接 。
虚通路是 ATM网络中的基本交换单元 。
两个端用户要进行通信,首先必须建立虚通路连接,然后才能在这个端到端连接上以固定信元长度和可变速率进行全双工的通信 。
数据传送完毕后再释放连接 。
ATM 网络
A B交换机 X 交换机 Y
UNI UNINNI NNI
CONNECT ACK
CONNECT ACK
RELEASE COMPLETE
RELEASE
COMPLETE
连接建立连接释放
t
SETUP SETUP
SETUPCALL
PROCEEDING CALL PROCEEDING CALL
PROCEEDING
CONNECT
CONNECTCONNECT
CONNECT ACK
RELEASE
RELEASE RELEASE
RELEASE
COMPLETE
数据传送阶段
ATM 的主要信令报文报文类型 当主机发送时的意义 当网络发送时的意义
SETUP 请求建立连接 有一个入呼叫
CALL 收到入呼叫 连接建立的请求
PROCEEDING 正在进行处理
CONNECT 接受入呼叫 呼叫请求已被接受
CONNECT 对 CONNECT 对 CONNECT
ACK 报文的确认 报文的确认
RELEASE 请求释放连接 端点发出了连接释放请求
RELEASE 对 RELEASE 的确认 对 RELEASE 的确认
VCI 和 VPI 的转换
ATM 信元在 ATM 网络中传输时,一定是在某个特定的虚连接上按序传送的 。
ATM 信元的首部一定要有这个虚连接的标识符
VPI/VCI,以便惟一地标识该信元属于哪一个虚通路 。
所有的 VPI/VCI 值只在每一段物理链路上具有惟一的值 。
每经过一段链路,信元的 VPI/VCI 值都可能改变数值 。
20
ATM 网络
A B
交换机
X
交换机
Y
交换机
Z1
2
1
2
3
2
3
4
3
414
入 入 出 出端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI
4 3/17 2 9/35
3/17 42/55
6/359/35
交换机 X 的 VPI/VCI 转换表 交换机 Y 的 VPI/VCI 转换表 交换机 Z 的 VPI/VCI 转换表入 入 出 出端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI
1 9/35 4 6/35
入 入 出 出端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI
4 6/35 2 42/55
端点 A 通过 ATM 交换机 X,Y 和 Z
与端点 B 建立了一条逻辑连接 5.6.4 AAL 层举例,AAL5
所有的支持交换虚连接 SVC (Switched Virtual
Connection)的 ATM 交换机和端点都必须支持
AAL5。
用户数据先传递给 AAL5 的汇聚子层 CS,作为汇聚子层的数据 。
SAR 的协议数据单元 SAR-PDU 是由 CS 子层交来的 48字节的数据块组成 。
每个 SAR-PDU 再加上 5 个字节的 ATM 信元首部就构成了一个完整的 ATM 信元 。
SAR-PDU
AAL5 层
CS 子层尾部1~65535 字节 填充长度 CRC 检验保留字节 2 2 4
SAR 子层
ATM 层
CS-PDU
用户数据 （ 例如,IP 数据报 ）
ATM 信元
53 字节发送
ATM 信元
53 字节
ATM 信元
53 字节
ATM 信元
53 字节
48 字节 48 字节 48 字节48 字节
PT ＝ 000 PT ＝ 000 PT ＝ 000 PT ＝ 001 表示是最后一个信元
AAL5 将用户数据分割为
48 字节的数据块交给 ATM 层
2
差错率,链路丢失率等 。
3
4
5
6
及时处理分组存储转发过程 。
7
5.4 X.25 网
X.25 网就是 X.25 分组交换网,它是在二十多年前根据 CCITT（ 即现在的 ITU-T） 的 X.25 建议书实现的计算机网络 。
X.25 只是一个对公用分组交换网接口的规约 。
X.25 所讨论的都是以 面向连接的虚电路服务 为基础 。
X.25 规定了 DTE - DCE 的接口
X.25 接口
X.25 接口
X.25 公用分组交换网
VC 2
VC 1
DTE
DTE
DCE
DCE
DCEDTE
X.25 接口
X.25 的层次关系
用户数据在 X.25 的分组层 （ 相当于网络层 ） 加上 X.25 的首部控制信息后,就组装成为 X.25
分组 。
在数据链路层使用的是 HDLC 的一个子集 ——
平衡型链路接入规程 LAPB。
在分组层 DTE 与 DCE 之间可建立多条逻辑信道 (0~4095 号 ),使一个 DTE 同时和网上其他多个 DTE 建立虚电路并进行通信 。
X.25 还规定了在经常需要进行通信的两个 DTE
之间可以建立永久虚电路 。 这些虚电路号以及分组序号等控制信息都写在 X.25 分组的首部中 。
X.25 的层次关系
LAPB 帧
X.25 分组分组层 （ 网络层 ）
数据链路层用户数据用户数据X.25首部
LAPB首部 LAPB尾部
X.25 网与 IP 网
基于 IP 协议的因特网是无连接的,只提供尽最大努力交付的数据报服务,无服务质量可言 。
X.25 网是面向连接的,能够提供可靠交付的虚电路服务,能保证服务质量 。
正因为 X.25 网能保证服务质量,在二十多年前它曾经是颇受欢迎的一种计算机网络 。
X.25 网退出了历史舞台
到了 20 世纪 90 年代,情况就发生了很大的变化 。 通信主干线路已大量使用光纤技术,数据传输质量大大提高使得误码率降低好几个数量级,
而 X.25 十分复杂的数据链路层协议和分组层协议已成为多余的 。
PC 机的价格急剧下降使得无硬盘的哑终端退出了通信市场 。 这正好符合因特网当初的设计思想,网络应尽量简单而智能应尽可能放在网络以外的用户端 。
8
5.5 帧中继 FR
5.5.1 帧中继的工作原理
在 20 世纪 80 年代后期,许多应用都迫切要求增加分组交换服务的速率 。
帧中继 FR (Frame Relay)就是一种支持高速交换的网络体系结构 。
帧中继在许多方面非常类似于 X.25,被称为第二代的 X.25。
今天的数字光纤网比早期的电话网具有低得多的误码率,如果减少结点对每个分组的处理时间,
则各分组通过网络的时延亦可减少,同时结点对分组的处理能力也就增大了 。
帧中继减少结点处理时间
帧中继不使用差错恢复和流量控制机制 。
当帧中继交换机收到一个帧的首部时,只要一查出帧的目的地址就立即进行转发 。
因此在帧中继网络中,一个帧的处理时间比 X.25 网约减少一个数量级 。 这样,帧中继网络的吞吐量要比 X.25 网络的提高一个数量级以上 。
帧中继对差错的处理
当检测到有误码时,结点要立即中止这次传输 。
当中止传输的指示到达下个结点后,下个结点也立即中止该帧的传输,并丢弃该帧 。
如果需要重传出错的帧,则由源站使用高层协议
（ 而不是帧中继协议 ） 请求重传该帧 。
因此,仅当帧中继网络本身的误码率非常低时,
帧中继技术才是可行的 。
帧中继使用虚电路
帧中继的逻辑连接的复用和交换都在第二层处理,而不是像 X.25 在第三层处理 。
帧中继网络向上提供面向连接的虚电路服务 。 虚电路一般分为交换虚电路 SVC和永久虚电路
PVC两种 。
帧中继网络通常为相隔较远的一些局域网提供链路层的永久虚电路服务,它的好处是在通信时可省去建立连接的过程 。
如果有 N 个路由器需要用帧中继网络进行连接,
那么就一共需要有 N(N –1)/2 条永久虚电路 。
帧中继的控制信令
帧中继的呼叫控制信令是在与用户数据分开的另一个逻辑连接上传送的 （ 即共路信令或带外信令 ）。
这点和 X.25 很不相同 。 X.25 使用带内信令,
即呼叫控制分组与用户数据分组都在同一条虚电路上传送 。
帧中继网帧中继交换机路由器局域网 局域网虚电路路由器帧中继提供虚电路服务帧中继网路由器局域网 局域网虚电路路由器虚电路像一条专用电路用户看不见帧中继网络内的帧中继交换机
9
帧中继网路由器局域网 局域网虚电路路由器帧中继网络的工作过程
用户在局域网上传送的 MAC 帧传到与帧中继网络相连接的路由器 。
帧中继网路由器局域网 局域网虚电路路由器帧中继网络的工作过程
路由器就剥去 MAC 帧的首部,将 IP 数据报交给路由器的网络层 。
网络层再将 IP 数据报传给帧中继接口卡 。
帧中继帧发送在前标 志 标 志地 址 信 息 帧检验序列字节 1 22~4 1可 变首部 尾部
帧中继接口卡把 IP 数据报封装到帧中继帧的信息字段 。
加上帧中继帧的首部 （ 包括帧中继的标志字段和地址字段,帧中继帧的标志字段和 PPP 帧的一样 ）,进行 CRC 检验后,加上帧中继帧的尾部
（ 包含帧检验序列字段和标志字段 ）,就构成了帧中继帧 。
IP 数据报帧中继网路由器局域网 局域网虚电路路由器帧中继网络的工作过程
为了区分开不同的永久虚电路 PVC,每一条
PVC 的两个端点都各有一个数据链路连接标识符 DLCI。
DCLI 是 Data Link Connection Identifier。
帧中继网路由器局域网 局域网虚电路路由器帧中继网络的工作过程
帧中继接口卡将封装好的帧通过向电信公司租来的专线发送给帧中继网络中的帧中继交换机 。
帧中继交换机收到帧中继帧就按地址字段中的虚电路号转发帧 （ 若检查出有差错则丢弃 ）。
帧中继网路由器局域网 局域网虚电路路由器帧中继网络的工作过程
当帧中继帧被转发到虚电路的终点路由器时,终点路由器就剥去帧中继帧的首部和尾部,加上局域网的首部和尾部,交付给连接在此局域网上的目的主机 。
10
帧中继网络的工作过程
目的主机若发现有差错,则报告上层的 TCP 协议处理 。
即使 TCP 协议对有错误的数据进行了重传,帧中继网也仍然当作是新的帧中继帧来传送,而并不知道这是重传的数据 。
5.5.2 帧中继的帧格式帧中继帧发送在前标 志 标 志地 址 信 息 帧检验序列字节 1 22~4 1可 变首部 尾部
IP 数据报标志字段 是一个 01111110 的比特序列,
用于指示帧中继帧的起始和结束 。
它的惟一性是通过比特填充法来确保的 。
帧中继的帧格式帧中继帧发送在前标 志 标 志地 址 信 息 帧检验序列字节 1 22~4 1可 变首部 尾部
IP 数据报信息字段 是长度可变的用户数据 。
帧中继的帧格式帧中继帧发送在前标 志 标 志地 址 信 息 帧检验序列字节 1 22~4 1可 变首部 尾部
IP 数据报帧检验序列字段 是 2 字节的 CRC 检验 。
当检测出差错时,就将此帧丢弃 。
帧中继的帧格式帧中继帧发送在前标 志 标 志地 址 信 息 帧检验序列字节 1 22~4 1可 变首部 尾部
IP 数据报地址字段 一般为 2 字节,
但也可扩展为 3 或 4 字节 。
地址字段中的几个重要部分
数据链路连接标识符 DLCI DLCI字段的长度一般为 10 bit（ 采用默认值 2 字节地址字段 ）,但也可扩展为 16 bit（ 用 3字节地址字段 ）,或 23
bit（ 用 4 字节地址字段 ）,这取决于扩展地址字段的值 。
DLCI 的值用于标识永久虚电路 (PVC),呼叫控制或管理信息 。
数据链路连接标识符 DLCI只具有本地意义 。
11
地址字段中的几个重要部分
前向显式拥塞通知 FECN (Forward Explicit
Congestion Notification) 若某结点将 FECN
置为 1,表明与该帧在同方向传输的帧可能受网络拥塞的影响而产生时延 。
地址字段中的几个重要部分
反向显式拥塞通知 BECN (Backward Explicit
Congestion Notification) 若某结点将 BECN
置为 1即指示接受者,与该帧反方向传输的帧可能受网络拥塞的影响产生时延 。
地址字段中的几个重要部分
可丢弃指示 DE (Discard Eligibility)的长度是 1
bit。
DE 比特为 1 的帧表明这是较为不重要的低优先级帧,在必要时可丢弃 。
帧中继使用的拥塞控制方法
–丢弃策略 。 当拥塞足够严重时,网络就要被迫将帧丢弃 。
–拥塞避免 。 在刚一出现轻微的拥塞迹象时用一些信令机制及时使拥塞避免过程开始工作 。
–拥塞恢复 。 在已出现拥塞时,拥塞恢复过程可阻止网络彻底崩溃 。
5.5.3 帧中继的拥塞控制
在帧中继网络中,所有的帧中继帧被划分为高优先级和低优先级 。
高优先级帧在首部的地址字段中的可丢弃指示
DE 比特置为 0,表示网络尽可能不要丢弃这类帧 （ 即使网络发生了拥塞 ）。
低优先级帧的 DE 比特置为 1,表示这是相对较为不重要的帧,在网络发生了拥塞时可丢弃这类帧 。
帧中继帧的两种优先级 承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率
CIR 是对特定的帧中继连接中,用户和网络共同协商确定的用户信息传送速率的门限数值 。
CIR 数值越高,帧中继用户向帧中继服务提供者交纳的费用也就越多 。
12
承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
只要端用户在一段时间内的数据传输速率超过
CIR,在网络出现拥塞时,帧中继网络就可能会丢弃用户所发送的某些帧 。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
每个帧中继结点都应使通过该结点的所有连接的 CIR的 总和 不超过该结点的容量,即不能超过该结点的 接入速率 (access rate)。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
虽然使用了,承诺的,这一名词,但当数据传输速率不超过 CIR 时,网络并不保证一定不发生帧丢弃 。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
CIR 是用来限制用户在某一段测量时间间隔 Tc
内所发送的数据的平均数据率 。
当网络必须把一些帧丢弃时,网络将首先选择超其 CIR 值的那些连接上的帧予以丢弃 。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
如果帧的速率总是小于 CIR,那么所有的帧都被打上高优先级的标志 （ DE 比特置 0）。
这在一般情况下传输是有保证的 。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
若数据率仅在不太长的时间间隔大于 CIR,则网络可以将这样的帧置为 DE = 1,并在可能的情况下进行传送 （ 即不一定丢弃,视网络的拥塞程度而定 ）。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率
13
承诺的信息速率 CIR
(Committed Information Rate)
若数据率超过 CIR 的时间较长,以致注入到网络的数据量超过了网络所设定的最高门限值,则应立即丢弃该连接上传送的帧 。
速率 接入速率 R
测量时间间隔 Tc
t
承诺的信息速率 CIR
用户在 Tc 内的平均数据率
人们曾经设想过,未来最理想的,一种网络应当是宽带综合业务数字网 B-ISDN。
B-ISDN 采用新的 ATM 交换技术 。 这种技术结合了电路交换和分组交换的优点 。
虽然在 B-ISDN 并没有成功,但 ATM 技术还是获得了相当广泛的应用,并在因特网的发展中起到了重要的作用 。
5.6 异步传递方式 ATM
5.6.1 ATM 的基本概念
ATM 是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术 。
ATM 采用定长分组作为传输和交换的单位 。 这种定长分组叫做 信元 (cell)。
异步传递方式 ATM
(Asynchronous Transfer Mode)
当用户的 ATM 信元需要传送时,就可插入到
SDH 的一个帧中 。
SDH 传送的同步比特流被划分为一个个固定时间长度的帧 （ 请注意,这是 时分复用的时间帧,而不是数据链路层的帧 ）。
每一个用户发送的 ATM 信元在每一时分复用帧中的相对位置并不是固定不变的 。
“异步,的含义
如果用户有很多信元要发送,就可以接连不断地发送出去 。 只要 SDH 的帧有空位置就可以将这些信元插入进来 。
ATM 名词中的,异步,是指将 ATM 信元,异步插入,到同步的 SDH 比特流中 。
“异步,的含义
选择固定长度的短信元作为信息传输的单位,
有利于宽带高速交换 。 信元长度为 53 字节,
其首部 （ 可简称为信头 ） 为 5 字节 。
能支持不同速率的各种业务 。
所有信息在最低层是以面向连接的方式传送,
保持了电路交换在保证实时性和服务质量方面的优点 。
ATM 的主要优点如下
14
ATM 使用光纤信道传输 。 由于光纤信道的误码率极低,且容量很大,因此在 ATM 网内不必在数据链路层进行差错控制和流量控制 (放在高层处理 ),因而明显地提高了信元在网络中的传送速率 。
ATM 的主要优点如下
ATM 的一个明显缺点就是信元首部的开销太大,
即 5 字节的信元首部在整个 53 字节的信元中所占的比例相当大 。
ATM 的技术复杂且价格较高 。
ATM 能够直接支持的应用不多 。
10 千兆以太网的问世,进一步削弱了 ATM 在因特网高速主干网领域的竞争能力 。
ATM 的缺点
ATM 网络中的网络元素
ATM 端点 （ 又称为 ATM 端系统 ） 通过点到点链路与 ATM 交换机相连 。
ATM 交换机 是一个快速分组交换机 （ 交换容量高达数百 Gb/s）,其主要构件是,
–交换结构 (switching fabric)
–若干个高速输入端口和输出端口
–必要的缓存
ATM 的交换结构
ATM 交换机
a
b
c
d
e
f
g
h
交换结构输入信元 输出信元
5.6.2 ATM 的协议参考模型和信元结构
1,ATM 的协议参考模型
ATM 的协议参考模型共有三层,大体上与 OSI的最低两层相当 （ 但无法严格对应 ）。
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次
(1) 物理层
（ 分为两个子层 ）
靠下面的是 PMD 子层,即物理媒体相关子层
(Physical Medium Dependent Sublayer)
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次
15
(1) 物理层
（ 分为两个子层 ）
靠上面是 TC 子层传输汇聚子层
(Transmission Convergence Sublayer)
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次物理层中的 PMD 子层
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次
PMD子层负责在物理媒体上正确传输和接收比特流 。 它完成只和媒体相关的功能,如线路编码和解码,比特定时以及光电转换等 。
物理层中的 TC 子层
TC 子层实现信元流和比特流的转换,包括速率适配 （ 空闲信元的插入 ）,信元定界与同步,
传输帧的产生与恢复等 。
在发送时,TC 子层将 ATM 层交下来的信元流转换成比特流,再交给下面的 PMD 子层 。
在接收时,TC 子层将 PMD 子层交上来的比特流转换成信元流,标记出每一个信元的开始和结束,并交给 ATM 层 。
TC 子层的存在使得 ATM 层实现了与下面的传输媒体完全无关 。 典型的 TC 子层就是
SONET/SDH。
9 行
ATM 信元流装入一个 STM - 1 帧的例子
270 字节
261 字节
…
…
…
9 行 × 9 字节的开销和指针
5 字节首部
53 字节 53 字节 53 字节
53 字节 53 字节 53 字节 53 字节有效载荷放入 ATM 信元
(2) ATM 层
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次
主要完成交换和复用功能,与传送 ATM 信元的物理媒体或物理层无关 。
VCI 与 VPI
（ VPI 包含 VCI）
ATM 连接用信元首部中的两级标号来识别 。
虚通路标识 VCI (Virtual Channel Identifier)
虚通道标识符 VPI (Virtual Path Identifier)
传输链路 虚通道 VPx
VPzVPy
VCx
VCx
VCy
VCz
VCz
VCy
VCy
VCx 虚通路
16
VCI 与 VPI
（ VPI 包含 VCI）
一个虚通路 VC 是在两个或两个以上的端点之间的一个运送 ATM 信元的通信通路 。
一个虚通道 VP 包含有许多相同端点的虚通路
VC,而这许多 VC 都使用同一个 VPI。
传输链路 虚通道 VPx
VPzVPy
VCx
VCx
VCy
VCz
VCz
VCy
VCy
VCx 虚通路
VCI 与 VPI
（ VPI 包含 VCI）
在一个给定的接口,复用在一条链路上的许多不同的 VP,用它们的 VPI 来识别 。
复用在一个 VP 中的不同的 VC,用它们的 VCI
来识别 。
传输链路 虚通道 VPx
VPzVPy
VCx
VCx
VCy
VCz
VCz
VCy
VCy
VCx 虚通路
VCI 与 VPI
（ VPI 包含 VCI）
一个给定的 VCI 值没有端到端的意义 。
VP 在经过集中器或交换机时,其 VPI 也会改变 。
传输链路 虚通道 VPx
VPzVPy
VCx
VCx
VCy
VCz
VCz
VCy
VCy
VCx 虚通路
信元的复用与分用
信元的 VPI/VCI 转换 （ 就是将一个入信元的 VPI/VCI 转换成新的数值 ）
信元首部的产生与提取
流量控制
ATM 层的功能
AAL (ATM Adaptation Layer)层的作用就是增强
ATM 层所提供的服务,并向上面高层提供各种不同的服务 。
(3) ATM 适配层 AAL
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次
AAL 层将 48 字节长的数据块交给 ATM 层,加上 5 字节的首部后变成 53 字节的信元话音信号
A/D AAL 层 ATM 层
48 字节数据块数字化的采样信号 53 字节信元数据信号长度可变的突发数据分组
AAL 层
48 字节数据块
ATM 层
53 字节信元视频信号
A/D
图像帧 压缩的编码信号
AAL 层
48 字节数据块
ATM 层
53 字节信元
17
AAL 层又划分为两个子层
– CS 子层
– SAR 子层
AAL 层的两个子层
ATM 层物理层 PMD 子层TC 子层
ATM 适配层 (AAL 层 ) SAR 子层CS子层3
2
1
ATM
的层次
使 ATM 系统可对不同的应用 （ 如文件传送,点播视像等 ） 提供不同的服务 。 每一个 AAL 用户通过相应的服务访问点 SAP（ 即应用程序的地址 ） 接入到 AAL 层 。 在 CS 子层形成的协议数据单元叫做 CS-PDU。
汇聚子层 CS
(Convergence Sublayer)
在发送时,SAR 子层将 CS 子层传下来的协议数据单元 CS-PDU 划分成为 48 字节的单元,交给 ATM 层作为信元的有效载荷 。
在接收时,SAR 子层进行相反的操作,将 ATM
层交上来的 48 字节长的有效载荷装配成 CS-
PDU。
SAR 子层就使得 ATM 层与上面的应用无关 。
拆装子层 SAR
(Segmentation And Reassembly)
ATM 层和 AAL 层
在 ATM 交换机中只有 物理层 和 ATM 层 。
ATM 端点
AAL层
IP 层物理层
ATM层
AAL层
IP 层物理层
ATM层
ATM 网络
ATM 网络交换机 交换机
ATM 层物理层 物理层物理层
ATM 层物理层
ATM 端点
ATM 层和 AAL 层
AAL 层 只能驻留在 ATM 端点之中 。
交换机 交换机ATM 网络
ATM 网络
ATM 层物理层 物理层物理层
ATM 层物理层
IP 层物理层
ATM层
IP 层物理层
ATM层
ATM 端点
AAL层 AAL层
ATM 端点
ATM 在哪一层？
当孤立地观察一个 ATM 网络时,ATM 网络像一个广域网,因为它可以覆盖很大的地理范围,有自己网络的硬件地址和进行信元转发的结点交换机,并且向上提供虚电路服务 。
从 IP 层来看,整个的 ATM 网络又相当于两个
IP 结点之间的一条数据链路,因而整个 ATM
网络又好像是处在数据链路层 。
可见 ATM 体系结构中的层次和 OSI 的层次很难有严格的对应关系 。
18
砂漏模型不同类别的应用
AAL1 AAL2 AAL3/4 AAL5
53 字节
51 Mb/s
UTP
100 Mb/s
光纤
155 Mb/s
光纤 其他
AAL 层
ATM 层物理层信元
2,ATM 的信元结构
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC HECPT
VCI HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 CLP16 83
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
ATM 信元
ATM 信元有两种不同的首部用户到网络接口 UNI (User-to -Network Interface)
网络到网络接口 NNI (Network-to-Network Interface)
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC HECPT
VCI HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 CLP16 83
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
ATM 信元通用流量控制 GFC (Generic Flow Control)
4 bit 字段,通常置为 0。
GFC 用来在共享媒体上进行接入流量控制,
现在的点到点配置不需要这一控制功能 。
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC HECPT
VCI HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 CLP16 83
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
ATM 信元
VPI/VCI,路由字段,总共 24 bit。
VPI/VCI 和帧中继中的 DLCI 字段的作用相似 。
UNI 的 VPI/VCI字段中的 VPI 占 8 bit
UNI 的 VPI/VCI字段中的 VCI 占 16 bit
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC HECPT
VCI HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 CLP16 83
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
ATM 信元
NNI 的 VPI/VCI字段中的 VPI 占 12 bit
NNI 的 VPI/VCI字段中的 VCI 占 16 bit
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC HEC
VCI HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 CLP16 83
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
PT
ATM 信元有效载荷类型 PT (Payload Type) 3 bit字段,
用来区分该信元是用户信息或非用户信息 。
19
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC HECPT
VCI HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 16 83 CLP
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
ATM 信元信元丢失优先级 CLP (Cell Loss Priority)
1 bit字段,指示信元的丢失优先级 。
1
485
首 部 有 效 载 荷
VCIVPIGFC PT
VCI
HEC
HECVPI
字节
3 1 812 16
4 8 16 83 CLP
在 UNI
在 NNI
比特比特
PT
ATM 信元首部差错控制 HEC (Header Error Control)
8 bit 字段,只对首部的前四个字节
（ 但不包括有效载荷部分 ） 进行
CRC 检验,并将检验结果放在 HEC 字段中 。
5.6.3 ATM 的逻辑连接机制
在 ATM 中使用的虚通路是一种逻辑连接 。
虚通路是 ATM网络中的基本交换单元 。
两个端用户要进行通信,首先必须建立虚通路连接,然后才能在这个端到端连接上以固定信元长度和可变速率进行全双工的通信 。
数据传送完毕后再释放连接 。
ATM 网络
A B交换机 X 交换机 Y
UNI UNINNI NNI
CONNECT ACK
CONNECT ACK
RELEASE COMPLETE
RELEASE
COMPLETE
连接建立连接释放
t
SETUP SETUP
SETUPCALL
PROCEEDING CALL PROCEEDING CALL
PROCEEDING
CONNECT
CONNECTCONNECT
CONNECT ACK
RELEASE
RELEASE RELEASE
RELEASE
COMPLETE
数据传送阶段
ATM 的主要信令报文报文类型 当主机发送时的意义 当网络发送时的意义
SETUP 请求建立连接 有一个入呼叫
CALL 收到入呼叫 连接建立的请求
PROCEEDING 正在进行处理
CONNECT 接受入呼叫 呼叫请求已被接受
CONNECT 对 CONNECT 对 CONNECT
ACK 报文的确认 报文的确认
RELEASE 请求释放连接 端点发出了连接释放请求
RELEASE 对 RELEASE 的确认 对 RELEASE 的确认
VCI 和 VPI 的转换
ATM 信元在 ATM 网络中传输时,一定是在某个特定的虚连接上按序传送的 。
ATM 信元的首部一定要有这个虚连接的标识符
VPI/VCI,以便惟一地标识该信元属于哪一个虚通路 。
所有的 VPI/VCI 值只在每一段物理链路上具有惟一的值 。
每经过一段链路,信元的 VPI/VCI 值都可能改变数值 。
20
ATM 网络
A B
交换机
X
交换机
Y
交换机
Z1
2
1
2
3
2
3
4
3
414
入 入 出 出端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI
4 3/17 2 9/35
3/17 42/55
6/359/35
交换机 X 的 VPI/VCI 转换表 交换机 Y 的 VPI/VCI 转换表 交换机 Z 的 VPI/VCI 转换表入 入 出 出端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI
1 9/35 4 6/35
入 入 出 出端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI
4 6/35 2 42/55
端点 A 通过 ATM 交换机 X,Y 和 Z
与端点 B 建立了一条逻辑连接 5.6.4 AAL 层举例,AAL5
所有的支持交换虚连接 SVC (Switched Virtual
Connection)的 ATM 交换机和端点都必须支持
AAL5。
用户数据先传递给 AAL5 的汇聚子层 CS,作为汇聚子层的数据 。
SAR 的协议数据单元 SAR-PDU 是由 CS 子层交来的 48字节的数据块组成 。
每个 SAR-PDU 再加上 5 个字节的 ATM 信元首部就构成了一个完整的 ATM 信元 。
SAR-PDU
AAL5 层
CS 子层尾部1~65535 字节 填充长度 CRC 检验保留字节 2 2 4
SAR 子层
ATM 层
CS-PDU
用户数据 （ 例如,IP 数据报 ）
ATM 信元
53 字节发送
ATM 信元
53 字节
ATM 信元
53 字节
ATM 信元
53 字节
48 字节 48 字节 48 字节48 字节
PT ＝ 000 PT ＝ 000 PT ＝ 000 PT ＝ 001 表示是最后一个信元
AAL5 将用户数据分割为
48 字节的数据块交给 ATM 层
