第七章高速网络技术（２）
7.５ ISDN
7.６ 异步传输模式 ATM
ISDN
产生 ISDN的原因由于网络的专门化，使网络在不同业务的兼容性、灵活性和资源的利用率等方法存在严重的缺陷，主要表现在以下方面：
每一种网络只为某一特定的业务而设计，通常不能适用于其它的业务；
一个特定的业务网络很难适用于变化或新的业务要求，缺乏足够的灵活性；
各个独立的专用数据网都需要自己的网络设计、建设以及维护，
造成人力、物力和资源的极大浪费。
因此，建立一个与业务无关的，可以支持各种业务的数据网，是非常必要的，对该网络的要求是它应能够传输所有的业务,并在不同的业务之间灵活地分配网络的资源。这种网络就是综 合业务数据网
（ ISDN）,
ISDN概述 （１）
ISDN是由综合业务数据电话网发展起来的一个网络，它提供端到端的数字连接，以支持包括语音和非语音的广泛的业务。用户对 ISDN的访问是通过少量多用途用户网络接口标准实现的。有以下特征：
ISDN提供各种服务；
ISDN提供开放式的标准接口；
ISDN提供端到端的数字连接；
用户可以通过公共信道、端到端的信令，实现灵活的智能控制。
ISDN概述（２）
数字位管道
在用户设备和传输设备之间通过数据流的管道。
数字位管道使用位流的时分复用来支持多个独立的通道。目前已经定义了两种位管道的标准。这两个数字位管道标准接口称为基本速率接口
（ BRI）和一次群速率接口（ PRI）。
BRI包括两个传输声音和数据的 64Kbps通道（ B通道）
和一个传输控制信息和数据的 16Kbps的分组交换数据通道（ D通道），
PRI包括 23个 B通道和 1个 64Kbps的 D通道，或 30个 B通道和 1个 D通道，管道的速率达到 1.544Mbps。
ISDN协议的参考模型
ISDN协议参考模型是建立在 ISO/OSI参考模型的分层通信原理的基础上的,ISDN和它的区别在于多通道访问接口结构以及公共通道信令，
ISDN包括了多种通信模式和能力：
在公共通道信令控制下的线路交换连接
在 B通道和 D通道上的分组交换通信
用户与网络之间的信令
用户之间的端到端的信令
在公共信令的控制下，同时实现多种模式的通信
ISDN协议参考模型的目标是对通过 ISDN的用户信息和控制信息的信息流规定一个模式。
ISDN的信令－ 7号信令系统 (1)
ISDN的 7号信令系统是通用通道信令系统，它将呼叫控制信道与数据传输信道分离，使网络控制信息和网络数据信息不发生冲突，同时由于网络控制信息独占一条信道，增快了网络连接的建立和断开的速度，并增加了控制信息传输的可靠性。
ISDN的信令－ 7号信令系统 (2)
7号信令系统的拓扑结构
ISDN的信令－ 7号信令系统 (3)
7号信令系统的分层结构异步传输模式 ATM
ATM概述
ATM是一种基于信元的交换和复用技术，它采用固定长度的信元，每个信元长度为 53个字节，其中 48个字节为信息字节，开头的 5个字节为信头，载有信元的地址信息和其他一些控制信息。 基于信元的交换技术为具有统一结构的网络提供了一种通用的且适用于不同业务的面向连接型的转移模式
ATM既可以直接（或通过适配层）处理面向连接型业务，也可通过适配层处理无连接型业务。
ATM虚拟连接既可运营于均匀或可变比特率业务。
ATM提供永久虚连接 (PVC)或交换虚连接 (SVC)
ATM信元结构
虚通路标识符 VPI（ Virtual Path Identifier ）和虚通道标识符 VCI(Virtual Control Identifier)确定目的地址
一般流量控制 GFC（ Generic Flow Control）允许复用器控制 ATM终端的速率
净荷类型（ Payload Type,PT）表示信元是载有用户数据，
信令数据，还是维护信息
信元丢失优先级（ Cell Loss Priority,CLP）表示信元的相对优先权
信头差错检验字节（ Header Error Control,HER）检测和纠正信头中的差错
1 byte 2.5 bytes 3 bits 1 bit 1 byte
GFC VPI VCI PT CLP HEC
ATM信头（ 5 bytes）
ATM交换 (1)
VPI/VCI转换
VPI交换 VPI/VCI交换
ATM交换 (2)
信元的交换
一般方法
共享内存交换；
共享总线交换；
交叉矩阵（ Crossbar）交换；
多阶段交换；
Banyan-Delta交换网络
Banyan-Delta交换矩阵服务质量（ QoS） (1)
QoS测量量
发送信元：由发送端发送的信元；
成功传输的信元：正确到达接收端用户的信元
丢失信元：没有到达收端用户的信元；
差错信元：到达接收端用户但净荷不正确的信元；
错插信元：接收端收到的但不是发端发送的信元。
服务质量（ QoS） (2)
QoS参数
信元丢失率＝丢失信元 /发送信元
信元差错率＝差错信元 /（成功传输的信元＋差错信元）
信元整块出错率＝出错的信元块数 /总的发送信元块数
信元错插率＝错插信元 /时间间隔
信元传输时延由下列分量组成：编码和解码时延，打包和拆包时延，信元传输时延。
时延可发生在接收端、发送端、中间 ATM节点以及连接 ATM节点的传输链路上。
信元时延抖动（ CDV）目前定义为信元聚结的程度，它表示实际信元间隔与标准信元间隔的接近程度。
服务质量（ QoS） (3)
QoS类别
QoS类别 QoS参数 应用
0 没有规范,Best Effort”,At Risk”
1 已规范 电路仿真,CBR
2 已规范 VBR 视频,音频应用
3 已规范 面向连接型数据传输
4 已规范 非连接型数据传输
QoS类别定义参数
CLP＝ 0 业务流的信元丢失率； CLP＝ 1业务流的信元丢失率；
CLP＝ 0＋ 1聚合业务流的信元时延抖动；
CLP＝ 0＋ 1聚合业务流的平均时延 。
CLP＝ 0业务流指的是信头中 CLP域置为 0的信元,而 CLP＝ 1业务流指的是
CLP域为 1的信元 。
服务质量（ QoS） (4)
规范化的 QoS类别
规范化 QoS类别 1：支持满足电路仿真，均匀比特率视频信号性能要求的一类 QoS，该类别业务的性能与目前数字专用线的性能相比应差别不大。
规范化 QoS类别 2：支持满足可变比特率音频和视频信号性能要求的一类 QoS，该类别主要适用于电视会议和多媒体中的分组视频和分组音频信号。
规范化 QoS类别 3：支持满足面向连接型数据传输性能要求的一类 QoS，该类别支持多个面向连接型协议的互操作，
如帧中继。
支持满足非连接型数据传输性能要求的一类 QoS，该类别支持非连接型协议的互操作，如 IP或 SMDS。
服务质量（ QoS） (5)
实际应用中的 QoS要求
语音,如果语言的传输时延超过 15ms，必须采取回声抵消器措施；在不影响大部分用户听觉的情况下，分组语音可以接受 1％的丢失率。
视频,取决于以下几个因素，包括视频编码算法、
图像序列中要求的动态感和图像的清晰度。
合成的视频和音频应用,对不同的时延非常敏感。
交互式应用的用户,对信元的丢失和时延抖动非常敏感。
信令
ATM可以对包括无连接型业务在内的全部业务提供灵活的公共传送能力，因而它可以对宽带的 ISDN信令业务提供可靠的传送能力。通过分布的 ATM VCC，用户还可以用多个信令实体与网络呼叫扩展管理连接。
ATM网络信令能力的作用
为信息传输建立、维护和释放 ATM VCC
协商（和再协商）某一连接的业务特性。
局域网仿真 (1)
ATM局域网仿真技术可以看做是 ATM
网络提供的一种服务，它使得原有局域网的终端与其他局域网的终端之间，以及同符合 ATM UNI标准的服务器、路由器、桥接器等各种高性能的 ATM终端设备之间实现高速连接。
局域网仿真 (2)
在 ATM上进行 LAN仿真的主要原因在于：
将 ATM的众多优点 （ 如低时延抖动,带宽等 ）
引入 LAN中
允许 LAN终端用户接入 ATM主干网
在 ATM上进行 LAN桥接
ATM互通产品间的互操作性 。
局域网仿真 (3)
ATM仿真局域网
ATM 交换机
ATM 交换机 ATM 交换机
L E SL E C
L E C
L AN
L AN
1,MA C 帧
2,A R P r e que st,M A C ta r ge t
3,A R P r e ply,A T M V P I /V C I
4,A T M S V C
5,MA C 帧
LANE结构图局域网仿真 (4)
LEC 作为一个 ATM终端,代理,整个 LAN的所有终端与 ATM网相连；将 MAC（媒体访问控制）
地址映射为 ATM地址，即通常所说的地址转换
LES 作为仿真局域网的管理和控制中心，主要负责动态登录和转换 MAC地址
CS 负责提供 ATM网络的配置信息，也包括向 LEC
提供 LES的 ATM地址
BUS 负责所有广播式点到多点数据传输功能提供仿真服务的软件及功能局域网仿真 (5)
LEC与两种其它服务软件（ LES,CS、
BUS） ATM的 连接方式
控制连接：主要用于询问其他 LEC地址
数据连接：用于 LEC间以及 LEC与 LES,BUS间的通信，
其用途为：
用于广播式点到多点数据传输
在 LES和 LEC忙于地址转换时将点对点数据传输业务发送至 BUS
MPOA (1)
MPOA(Multi-Protocol Over ATM)的背景
为了在 ATM网络上传送 IP,Internet工程任务组（ IETF）开发了一些协议。最初的协议（称之为经典 IP）允许在一个单一 IP的子网进行 ATM连接
大型云块（ ROLC）上进行路由选择的工作组开始了下一条解析协议（ NHRP）
将 LANE和 NHRP结合在一起，在 ATM网络上提供第二层和第三层的综合。其结果就是 MPOA 1.0版。
MPOA的目标
MPOA分离控制和数据拓扑结构
MPOA和虚拟路由器
MPOA在 ATM中的应用
MPOA (2)
MPOA概述
MPOA定义在一个由 ATM交换机构成的网络上，为了传送第二层和第三层数据流而提供
ATM连接所需的服务和协议。
MPOA服务器（ MPS）,在路由器（引擎）上运行。它负责第三层的地址解析，第三层的转发，
并且维持与其他 MPS和路由器的第三层拓扑结构和可达性信息。
MPOA客户（ MPC）,MPC在边缘设备上运行，
负责第二层和第三层的转发。
MPOA (3)
MPOA网络设计策略
物理拓扑
逻辑拓扑结构
WAN连接
安全性
MPOA和 VLAN
动态网络配置
静态分配网关的低效率
动态用户配置
在不引入路由器瓶颈的情况下减少广播域习题
7.8
7.12
7.13
7.14
7.５ ISDN
7.６ 异步传输模式 ATM
ISDN
产生 ISDN的原因由于网络的专门化，使网络在不同业务的兼容性、灵活性和资源的利用率等方法存在严重的缺陷，主要表现在以下方面：
每一种网络只为某一特定的业务而设计，通常不能适用于其它的业务；
一个特定的业务网络很难适用于变化或新的业务要求，缺乏足够的灵活性；
各个独立的专用数据网都需要自己的网络设计、建设以及维护，
造成人力、物力和资源的极大浪费。
因此，建立一个与业务无关的，可以支持各种业务的数据网，是非常必要的，对该网络的要求是它应能够传输所有的业务,并在不同的业务之间灵活地分配网络的资源。这种网络就是综 合业务数据网
（ ISDN）,
ISDN概述 （１）
ISDN是由综合业务数据电话网发展起来的一个网络，它提供端到端的数字连接，以支持包括语音和非语音的广泛的业务。用户对 ISDN的访问是通过少量多用途用户网络接口标准实现的。有以下特征：
ISDN提供各种服务；
ISDN提供开放式的标准接口；
ISDN提供端到端的数字连接；
用户可以通过公共信道、端到端的信令，实现灵活的智能控制。
ISDN概述（２）
数字位管道
在用户设备和传输设备之间通过数据流的管道。
数字位管道使用位流的时分复用来支持多个独立的通道。目前已经定义了两种位管道的标准。这两个数字位管道标准接口称为基本速率接口
（ BRI）和一次群速率接口（ PRI）。
BRI包括两个传输声音和数据的 64Kbps通道（ B通道）
和一个传输控制信息和数据的 16Kbps的分组交换数据通道（ D通道），
PRI包括 23个 B通道和 1个 64Kbps的 D通道，或 30个 B通道和 1个 D通道，管道的速率达到 1.544Mbps。
ISDN协议的参考模型
ISDN协议参考模型是建立在 ISO/OSI参考模型的分层通信原理的基础上的,ISDN和它的区别在于多通道访问接口结构以及公共通道信令，
ISDN包括了多种通信模式和能力：
在公共通道信令控制下的线路交换连接
在 B通道和 D通道上的分组交换通信
用户与网络之间的信令
用户之间的端到端的信令
在公共信令的控制下，同时实现多种模式的通信
ISDN协议参考模型的目标是对通过 ISDN的用户信息和控制信息的信息流规定一个模式。
ISDN的信令－ 7号信令系统 (1)
ISDN的 7号信令系统是通用通道信令系统，它将呼叫控制信道与数据传输信道分离，使网络控制信息和网络数据信息不发生冲突，同时由于网络控制信息独占一条信道，增快了网络连接的建立和断开的速度，并增加了控制信息传输的可靠性。
ISDN的信令－ 7号信令系统 (2)
7号信令系统的拓扑结构
ISDN的信令－ 7号信令系统 (3)
7号信令系统的分层结构异步传输模式 ATM
ATM概述
ATM是一种基于信元的交换和复用技术，它采用固定长度的信元，每个信元长度为 53个字节，其中 48个字节为信息字节，开头的 5个字节为信头，载有信元的地址信息和其他一些控制信息。 基于信元的交换技术为具有统一结构的网络提供了一种通用的且适用于不同业务的面向连接型的转移模式
ATM既可以直接（或通过适配层）处理面向连接型业务，也可通过适配层处理无连接型业务。
ATM虚拟连接既可运营于均匀或可变比特率业务。
ATM提供永久虚连接 (PVC)或交换虚连接 (SVC)
ATM信元结构
虚通路标识符 VPI（ Virtual Path Identifier ）和虚通道标识符 VCI(Virtual Control Identifier)确定目的地址
一般流量控制 GFC（ Generic Flow Control）允许复用器控制 ATM终端的速率
净荷类型（ Payload Type,PT）表示信元是载有用户数据，
信令数据，还是维护信息
信元丢失优先级（ Cell Loss Priority,CLP）表示信元的相对优先权
信头差错检验字节（ Header Error Control,HER）检测和纠正信头中的差错
1 byte 2.5 bytes 3 bits 1 bit 1 byte
GFC VPI VCI PT CLP HEC
ATM信头（ 5 bytes）
ATM交换 (1)
VPI/VCI转换
VPI交换 VPI/VCI交换
ATM交换 (2)
信元的交换
一般方法
共享内存交换；
共享总线交换；
交叉矩阵（ Crossbar）交换；
多阶段交换；
Banyan-Delta交换网络
Banyan-Delta交换矩阵服务质量（ QoS） (1)
QoS测量量
发送信元：由发送端发送的信元；
成功传输的信元：正确到达接收端用户的信元
丢失信元：没有到达收端用户的信元；
差错信元：到达接收端用户但净荷不正确的信元；
错插信元：接收端收到的但不是发端发送的信元。
服务质量（ QoS） (2)
QoS参数
信元丢失率＝丢失信元 /发送信元
信元差错率＝差错信元 /（成功传输的信元＋差错信元）
信元整块出错率＝出错的信元块数 /总的发送信元块数
信元错插率＝错插信元 /时间间隔
信元传输时延由下列分量组成：编码和解码时延，打包和拆包时延，信元传输时延。
时延可发生在接收端、发送端、中间 ATM节点以及连接 ATM节点的传输链路上。
信元时延抖动（ CDV）目前定义为信元聚结的程度，它表示实际信元间隔与标准信元间隔的接近程度。
服务质量（ QoS） (3)
QoS类别
QoS类别 QoS参数 应用
0 没有规范,Best Effort”,At Risk”
1 已规范 电路仿真,CBR
2 已规范 VBR 视频,音频应用
3 已规范 面向连接型数据传输
4 已规范 非连接型数据传输
QoS类别定义参数
CLP＝ 0 业务流的信元丢失率； CLP＝ 1业务流的信元丢失率；
CLP＝ 0＋ 1聚合业务流的信元时延抖动；
CLP＝ 0＋ 1聚合业务流的平均时延 。
CLP＝ 0业务流指的是信头中 CLP域置为 0的信元,而 CLP＝ 1业务流指的是
CLP域为 1的信元 。
服务质量（ QoS） (4)
规范化的 QoS类别
规范化 QoS类别 1：支持满足电路仿真，均匀比特率视频信号性能要求的一类 QoS，该类别业务的性能与目前数字专用线的性能相比应差别不大。
规范化 QoS类别 2：支持满足可变比特率音频和视频信号性能要求的一类 QoS，该类别主要适用于电视会议和多媒体中的分组视频和分组音频信号。
规范化 QoS类别 3：支持满足面向连接型数据传输性能要求的一类 QoS，该类别支持多个面向连接型协议的互操作，
如帧中继。
支持满足非连接型数据传输性能要求的一类 QoS，该类别支持非连接型协议的互操作，如 IP或 SMDS。
服务质量（ QoS） (5)
实际应用中的 QoS要求
语音,如果语言的传输时延超过 15ms，必须采取回声抵消器措施；在不影响大部分用户听觉的情况下，分组语音可以接受 1％的丢失率。
视频,取决于以下几个因素，包括视频编码算法、
图像序列中要求的动态感和图像的清晰度。
合成的视频和音频应用,对不同的时延非常敏感。
交互式应用的用户,对信元的丢失和时延抖动非常敏感。
信令
ATM可以对包括无连接型业务在内的全部业务提供灵活的公共传送能力，因而它可以对宽带的 ISDN信令业务提供可靠的传送能力。通过分布的 ATM VCC，用户还可以用多个信令实体与网络呼叫扩展管理连接。
ATM网络信令能力的作用
为信息传输建立、维护和释放 ATM VCC
协商（和再协商）某一连接的业务特性。
局域网仿真 (1)
ATM局域网仿真技术可以看做是 ATM
网络提供的一种服务，它使得原有局域网的终端与其他局域网的终端之间，以及同符合 ATM UNI标准的服务器、路由器、桥接器等各种高性能的 ATM终端设备之间实现高速连接。
局域网仿真 (2)
在 ATM上进行 LAN仿真的主要原因在于：
将 ATM的众多优点 （ 如低时延抖动,带宽等 ）
引入 LAN中
允许 LAN终端用户接入 ATM主干网
在 ATM上进行 LAN桥接
ATM互通产品间的互操作性 。
局域网仿真 (3)
ATM仿真局域网
ATM 交换机
ATM 交换机 ATM 交换机
L E SL E C
L E C
L AN
L AN
1,MA C 帧
2,A R P r e que st,M A C ta r ge t
3,A R P r e ply,A T M V P I /V C I
4,A T M S V C
5,MA C 帧
LANE结构图局域网仿真 (4)
LEC 作为一个 ATM终端,代理,整个 LAN的所有终端与 ATM网相连；将 MAC（媒体访问控制）
地址映射为 ATM地址，即通常所说的地址转换
LES 作为仿真局域网的管理和控制中心，主要负责动态登录和转换 MAC地址
CS 负责提供 ATM网络的配置信息，也包括向 LEC
提供 LES的 ATM地址
BUS 负责所有广播式点到多点数据传输功能提供仿真服务的软件及功能局域网仿真 (5)
LEC与两种其它服务软件（ LES,CS、
BUS） ATM的 连接方式
控制连接：主要用于询问其他 LEC地址
数据连接：用于 LEC间以及 LEC与 LES,BUS间的通信，
其用途为：
用于广播式点到多点数据传输
在 LES和 LEC忙于地址转换时将点对点数据传输业务发送至 BUS
MPOA (1)
MPOA(Multi-Protocol Over ATM)的背景
为了在 ATM网络上传送 IP,Internet工程任务组（ IETF）开发了一些协议。最初的协议（称之为经典 IP）允许在一个单一 IP的子网进行 ATM连接
大型云块（ ROLC）上进行路由选择的工作组开始了下一条解析协议（ NHRP）
将 LANE和 NHRP结合在一起，在 ATM网络上提供第二层和第三层的综合。其结果就是 MPOA 1.0版。
MPOA的目标
MPOA分离控制和数据拓扑结构
MPOA和虚拟路由器
MPOA在 ATM中的应用
MPOA (2)
MPOA概述
MPOA定义在一个由 ATM交换机构成的网络上，为了传送第二层和第三层数据流而提供
ATM连接所需的服务和协议。
MPOA服务器（ MPS）,在路由器（引擎）上运行。它负责第三层的地址解析，第三层的转发，
并且维持与其他 MPS和路由器的第三层拓扑结构和可达性信息。
MPOA客户（ MPC）,MPC在边缘设备上运行，
负责第二层和第三层的转发。
MPOA (3)
MPOA网络设计策略
物理拓扑
逻辑拓扑结构
WAN连接
安全性
MPOA和 VLAN
动态网络配置
静态分配网关的低效率
动态用户配置
在不引入路由器瓶颈的情况下减少广播域习题
7.8
7.12
7.13
7.14
