ATM协议ATM协议

ATM协议ATM协议
09-10-14  匿名提问 发布
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    时光闹钟

    人们一般习惯把电信网分为传输、复用、交换和终端等几个部分。但是随着程控时分交换和时分复用的发展,电信网中的传输、复用和交换这三个部分已越来越紧密地联系在一起了,开始使用传递(transfermode)来统一描述。目前通信网上的传递方式可分为同步传递方式(STM)和异步传递方式(ATM)两种。如ISDN用户线路上的2B+D,以及数字电话网中的数字复用等级等均属于同步传递方式,其特点是在由N路原始信号复合成的时分复用信号中,各路原始信号都是按一定时间间隔周期性出现,所以只要根据时间就可以确定现在是哪一路的原始信号。而异步传递方式的各路原始信号不一定按照一定时间间隔周期性地出现,因而需要另外附加一个标志来表明某一段信息属于哪一段原始信号。例如采用在信元前附加信头的标志就是异步传递方式。宽带ISDN中ATM信元的信头就是一个例子。



    目录[隐藏] ? ATM的产生
    ? ATM的技术特点
    ? ATM的优点
    ? 与电路和分组异同
    ? ip对ATM的影响
    ? 应用领域
    ? 发展趋势
    ? 与ip技术的结合
    ? 相关词条
    ? 参考资料
    ATM协议-ATM的产生    
    自Alexander Graham Bell于1870年发明电话后,为有效地连接日益增多的电话用户,电话交换网应运而生。它经历了人工交换,机电式自动交换系统以及数字程控系统发展过程,但电路交换的原理一直未变。随着计算机的普及,电话网通过使用Modem来进行计算机数据传输及数据信息交换,随之产生了公用数据网,其典型的代表是X.25分组交换网,它是基干包交换的一种技术,具有传输可靠性高的优点,但由于Modem速率及交换技术本身限制, X.25只能处理中低速数据流。虽然LAN(局域网)技术的发展突飞猛进, 如Ethernet 、Token ring、Token bus等,传输 速率已可达千兆,但它局域网的性质本身就大大限制了LAN的大规模的覆盖及应用,目前的LAN一般用于企业内部的数据传送,无法形成广域网的规模。

    随着社会不断发展, 网络服务不断多样化,人们可以利用网络干很多事情,如收发信件、家庭办公、Video on demand、网络电话,这对网络的要求越来越高,有人还不禁提出这样一个想法:能否把这些对带宽、实时性、传输质量要求各不相同的网络服务由一个统一的多媒体网络来实现,做到真正的一线通?回答是肯定的,这就是ATM网。幸运的是,现在的半导体和光纤技术为ATM的快速交换和传输提供坚实的保障。目前的CMOS处理能力已达二三百兆,ECL可达5到10G。SDH和SONET技术提供了大容量的可靠传输,目前的STM-I标准为155.52M。



    ATM协议-ATM的技术特点    
    ATM(Asynchronous Transfer Mode)顾名思义就是异步传输模式,就是国际电信联盟ITU-T制定的标准,实际上在80年代中期,人们就已经开始进行快速分组交换的实验,建立了多种命名不相同的模型,欧洲重在图象通信把相应的技术称为异步时分复用(ATD)美国重在高速数据通信把相应的技术称为快速分组交换(FPS),国际电联经过协调研究,于1988年正式命名为Asynchronous Transfer Mode(ATM) 技术,推荐其为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。

    ATM是一种传输模式,在这一模式中,信息被组织成信元,因包含来自某用户信息的各个信元不需要周期性出现,这种传输模式是异步的。

    ATM信元是固定长度的分组,共有53个字节,分为2个部分。前面5个字节为信头,主要完成寻址的功能;后面的48个字节为信息段,用来装载来自不同用户,不同业务的信息。话音,数据,图象等所有的数字信息都要经过切割,封装成统一格式的信元在网中传递,并在接收端恢复成所需格式。由于ATM技术简化了交换过程,去除了不必要的数据校验,采用易于处理的固定信元格式,所以ATM交换速率大大高于传统的数据网,如x.25,DDN,帧中继等。另外,对于如此高速的数据网,ATM网络采用了一些有效的业务流量监控机制,对网上用户数据进行实时监控,把网络拥塞发生的可能性降到最小。对不同业务赋予不同的"特权",如语音的实时性特权最高,一般数据文件传输的正确性特权最高,网络对不同业务分配不同的网络资源,这样不同的业务在网络中才能做到"和平共处"。
    ATM作为电信网的一种新技术,不仅适用于高速信息传送和对服务质量(QoS)的支持,还具备了综合多种业务的能力,以及动态带宽分配与连接管理能力和对已有技术的兼容性。

    1.对服务质量(QoS)的支持

    (1)ATM采用固定短长度的信元传送信息。信息交换是在第二层完成的而且协议简单简化了网络节点中信息存贮管理与处理的复杂性,加快了信息交换的速率减少了信元在节点缓冲区中的排队时延和时延抖动,有利于信息传送的时间透明性,特别适合在核心网中用于信息传送。

    (2)ATM采用面向连接的通信方式通信之前要建立虚通道(VP)和虚通路(VC),避免了复杂的信元顺序控制工作加上用户接入时的流量控制和合理的QoS与网络资源管理控制,以及各种差错控制技术,可以使信元丢失率降低到各种业务可以接受的程度,满足各类业务的语义透明性。

    (3)在ATM方式下,辅之以必要的网络管理功能和信令处理与连接控制功能,可以设置多种优先级(连接优先级,信元优先级等)管理功能,满足各种使用要求。

    2.ATM的综合能力ATM以信元的方式传送信息,与业务的特性、比特率无关,只要将各类业务的信息在入网时转化为统一格式的信元,就可以在网络中进行传输与交换,因此,高灵活性使之具有各种综合能力。

    3.灵活的动态带宽分配与连接管理能力

    (1)ATM具有统计复用的特点网络资源可以按需分配,网络资源的利用率高。

    (2)在ATM方式下,网络具有支持多方连接的能力其中包括支持广播(broadcast)型连接和多播(multicast)型连接的能力。

    4.ATM对已有技术的兼容性ATM作为一项独立的技术充分考虑了与已有技术的融合,ATM的兼容性表现在两方面:

    1)对现有广域网技术(包括分组交换及电路交换技术)的兼容:ATM可以兼容帧中继(FR)业务、专线数据业务(DDN),并且支持PSTN和N-ISDN业务。

    2)对现有IP技术的兼容:ATM对IP技术既有第二层(数据链路层)的兼容(如局域网仿真-LANE),又有第三层(网络层)的兼容(如CIPOA、MPOA及MPLS)。由于ATM技术的上述优点,因此得到了电信界、计算机网络界的广泛重视。然而,研究开发和利用ATM技术的两大阵营显然代表了两种不同的观点和角度。电信界期望ATM能够实现其网络的综合,实现现有电信网与未来网络(包括IP网、第三代移动通信网)的无缝融合,保护现有电信网的投资;而计算机界希望利用ATM更好地支持IP,以实现IP的QoS。当然,ATM也有其固有的缺陷,主要问题是过高的信元开销和网络复杂性。就ATM信元本身而言,信元头的开销超过了10%(5/48),如果再把ATM适配层以及更高层协议的开销考虑进去,总开销可能会超过25%,这对于一些数据业务(例如:E-mail等短分组数据)来讲是难以接受的;另外,ATM网络为了支持综合业务和保证QoS而引入的CAC、UPC/NPC等流量控制功能使得网络所支持SVC的信令和网络管理功能十分复杂,这不仅增加了网络成本,同时也加大了网络的复杂性。


    ATM协议-ATM的优点    
    ATM的主要优点是高带宽、有保证的服务质量和可扩展的、能提供所有速度与应用的拓扑结构,服务质量标准确保了一个应用所要求的带宽在该应用的信息请求期间都可供使用,例如,ATM为实况显示的音频和视频成分提供了性能,从而有足够的带宽进行完整的显示。由于ATM技术提供了处理声音、视频和数据的通用网络来降低整个网络成本,全世界的电信公司正朝着ATM发展。ATM技术是建立在小的、规模不变的单元上的,它使快速交换成为可能,从而使多种等时的数据能在计算机网络传输中统计复用。统计复用规定了“根据需要定带宽”,电信频道不再被时分复用协议限制在固定的数据率上,实质上,一个应用只使用它所需要的带宽。假如一个应用因为突发数据需要附加的带宽,那么它就能请求附加的带宽,这一在处理高带宽应用上的灵活性在战术环境中具有明显的优势。ATM协议能为所有的传输类型提供同构网络,不论是支持传统的电话、娱乐电视,还是支持LAN、MAN和WAN上的计算机网络传输,应用都使用同一协议。在设计上,ATM协议能处理等时数据,如视频、音频及计算机之间的其他数据通信。ATM协议在带宽上被设计成可扩展的,并能支持实时的多媒体应用。标准目前正好能执行1级光学载体(OC-1)(51.84Mbps)到OC-48(2.488Gbps)的传输率。


    ATM协议-与电路和分组异同    

    ATM组网
    现代通信网中广泛使用的是电路交换和分组交换两种方式。电路交换方式适用于电话业务。分组交换适用于数据业务。而ATM信元中承载的是宽带综合业务,既有电话业务,又有数据业务,还有其他业务。ATM采用的是ATM交换方式,它是一种新的交换方式,它既像电话交换方式那样适用于电话业务,又像分组交换方式那样适用于数据业务,并且还能适用于其他业务。

    电路交换是以电路连接为目的的交换方式。电路交换的过程,就是在通信时建立电路的连接,通信完毕时断开电路。至于在通信过程中双方是否在互相传送信息,传送什么信息,这些都与交换系统无关。在电话通信中的电路交换方式由于讲话双方总是一个在说,一个在听,因此电路空闲时间大约是50%,如果考虑到讲话过程中的停顿,那么空闲时间还要多一些。当把电路交换方式用在计算机通信中,由于人机交互(键盘输入、阅读观察屏幕输出等)时间长,因而电路空闲的时间比50%还大,甚至可高达90%,所以电路交换方式最大的缺点就是电路利用率低。

    分组交换是以信息分发为目的,把从输入端进来的数据分组,根据其标志的地址域和控制域,把它们分发到各个目的地,而不是以电路为目的的交换方式。分组交换是把信息分为一个个的数据分组,并且需要在每个信息分组中增加信息头及信息尾,表示该段信息的开始及结束,此外还要加上地址域和控制域,用以表示这段信息的类型和送往何处,加上错误校验码以检验传送中发生的错误。

    因而可以说,电路交换它只管电路而不管电路上传送的信息。分组交换则对传送的信息进行管理。电路交换的主要缺点是在通信过程中独占一条信道。分组交换中,交换机根据数据分组上的地址域来确定送到目的地,因而,可以有许多个通信过程共享一个信道,这是分组交换的一个主要优点。

    然而,分组交换却具有信息传送的随机时延的缺点。因为在电路交换中,如果电路忙,呼叫就被拒绝,只要电路一旦连通,就可以随时把信息传送过去。在分组交换中,其共享的电路有时可能很空,信息可以马上就传送过去,有时可能很忙,信息就要在分组交换机中排队等候,排队的长度和等候时间是由电路的忙闲来决定的,这就是不确定的随机时延。当然,在分组交换机中也采取了流量控制的措施,以便减少这种时延,即当在交换机中等待的数据分组过多时,交换机会向各个输入端发出命令,禁止它们继续发送信息,或者要求它们改用较低速率传送信息。此外,在分组交换中,对收到错误的分组数据要求马上重发的反馈重发机制也增加了随机时延。随机时延对于计算机通信(数据业务)问题不大,但对于话音业务来说,随机时延就不可容忍了。

    宽带ISDN中传送的是ATM信元,ATM信元从概念上讲与数据分组相似。但是,由于宽带ISDN要提供各种业务,而对话音、电视图像、立体声音乐等是不能容忍随机性延迟的,因而对于ATM信元的交换就不能照搬分组交换方式,而需要一种新的交换方式,这就是ATM交换方式。

    由于光纤通信的迅速发展,不仅通信能力极大提高,而且传输错误也微乎其微,因而在分组交换的基础上产生了帧中继等快速分组交换方式,把检错纠错功能放在终端设备,从而减少了时延,提高了速率。ATM交换方式也属于快速分组交换,但它不仅仅是简化了控制,提高了速率的分组交换,同时为了满足实时业务的要求,还使用了一些电路交换中的方法。ATM改进了电路交换的功能,使其能灵活地适配不同速率的业务;ATM改进了分组交换功能,满足实时性业务的要求。所以ATM交换方式又可以看作是电路交换方式和分组交换方式的结合。

    ATM技术是八十年代后期由ITU-T针对电信网支持宽带多媒体业务而提出的。经过近十年的研究,到九十年代中期ATM技术已基本成熟,由ITU-T和ATM论坛制定的相关的国际标准也基本齐全,并有多个电信设备厂商和计算机网络设备厂商推出了商用化的ATM设备。此后,ATM网络的建设也得到了长足的发展,全世界许多网络(公用网或专用网)都已安装并使用了ATM网路设备。但与此同时,IP技术也得到迅猛发展,IP技术与以太网技术的无缝结合使得ATM到桌面应用的市场前景十分暗淡,而且,IP技术还在广域网领域积极扩展,实现了与SDH/WDM技术相结合的应用,大有取代ATM而成为将来宽带通信网核心技术的势头。

    ATM协议-ip对ATM的影响    

    ATM取款机
    IP技术是互联网的核心,在互联网中对于高层协议而言,通过统一的IP协议层(第三层)屏蔽了各种低层协议和物理网络技术(如X.25、DDN、以太网、令牌环、帧中继、ATM、SDH、WDM)的差异,实现了"IPovereverything"的目标。IP技术成功的关键是其概念、方法与思想,例如其层次结构的包容性与开放性,以及简单、实用、有效的原则。目前互联网的另一个目标是实现"everythingonIP",其中的"everything"是指所有业务,包括数据、图像和话音等,这些业务既有实时的,也有非实时的。要实现这样的目标,对于目前的IP技术来说是有相当大困难的,需要新技术来帮助解决。

    目前电信界有一种观点认为:随着IP技术和互联网的发展,未来的电信网将由IP技术一统天下,而ATM技术将退出历史舞台。其实只要仔细分析和研究IP技术和ATM技术各自的特点,就不难发现这种观点是片面的。对于网络(电信网或计算机网)建设而言,它的发展是不会随着新技术的出现而发生突变(革命)的,而只能是逐步演进。现有电信网已形成的资源十分庞大,不可能一夜消失。而且现有的IP网络虽然通过采用新技术(例如:IPoverSDH或IPoverWDM),在一定程度解决了传送带宽的瓶颈问题,但仍然还是传统的路由器加专线的组网方式,存在逐跳寻址与转发等问题,不能保证服务质量(QoS)和信息安全。ATM技术所具有的端到端QoS保证、完善的流量控制和拥塞控制、灵活的动态带宽分配与管理、支持多业务,以及技术综合能力等方面的优势,目前仍是IP技术所不及的。

    有一点是肯定的,世上没有一种万能的技术。由于IP与ATM都是基于分组(包)交换的技术,而且都有各自的优势,因此,在电信网与互联网融合与演变的过程中都将发挥作用。目前IP技术的优势在于提供统一的数据应用平台,而ATM技术的优势在于提供统一的网络平台。

    ATM协议-应用领域    

    ATM协议
    根据ATM技术的特点和电信网技术的发展,就ATM技术本身而言,要对它的应用领域进行重新定位。由于ATM终端和信令复杂,端到端ATM连接(信元到桌面)的想法已基本落空,其原因是在用户驻地网支持话音业务它不如PSTN,支持数据业务它不如千兆以太网。然而,在核心网和边缘接入网中ATM技术仍然大有作为,在这里ATM作为多业务平台的优势可以得到充分发挥。此外,ATM与IP的结合将增加ATM的竞争能力。因此,ATM的应用领域主要有以下几个方面:

    1.支持现有电信网逐步从传统的电路交换技术向分组(包)交换技术演变。

    (1)支持现有电话网(如PSTN/ISDN)的演变,并作为其中继汇接网;

    (2)支持并作为第三代移动通信网(要支持移动IP)的核心交换与传送网;

    (3)支持现有数据网(FR/DDN)的演变,作为数据网的核心,并提供租用电路,利用ATM实现校园网或企业网间的互连。

    2.为Internet骨干传送网互连核心路由器,支持IP网的持续发展。

    3.与IP技术结合,取长补短,共同作为未来信息网的核心技术。由于IP与ATM技术,有各自的优势,在传统电信网与互联网融合与演变的过程中都将发挥各自的重要作用,如果把这两项技术结合起来,利用ATM网络为IP用户提供高速直达数据链路,既可以使ATM网络运营部门充分利用ATM网络资源,发展ATM网络上的IP用户业务,又可以解决Internet网络发展中遇到的瓶颈问题,推动IP业务的进一步发展,使这两项技术的潜力充分发挥出来,获得巨大的经济效益。

    ATM协议-发展趋势    
    1.ATM支持话音技术的研究在未来的电信网中,从用户数的角度考虑,传统的电话用户仍将占主导地位,因此,ATM必须考虑如何支持话音的问题。ITU-T在1997年9月年通过了支持话音业务和短分组业务适配的第二类ATM适配层协议AAL2 I.363.2建议在1999年2月通过了面向话音业务的建议I.366.

    2用于中继的AAL2业务特定会聚子层SSCS ,并于1999年12月通过了支持AAL2交换的信令协议建议Q.2630.1(AAL2信令协议-能力集1),基本完成了ATM支持话音业务的标准化工作。采用AAL2协议来支持话音业务不论是效率方面,还是时延性能方面,都要优于IP电话。AAL2技术的应用主要有以下几个方面:

    (1)以低时延的性能支持话音和其他实时业务传送,用于PSTN或其它网络的中继传输;

    (2)用于第三代移动通信系统(IMT-2000),在BS和MSC之间以AAL2协议支持低速话音和数据信息的传送;

    (3)用AAL2交换机代替ATM交换机(ATM层仅提供PVC交叉连接功能),提供端到端的ATM话音和数据业务。

    2.简化ATM技术的研究ATM技术的缺点之一就是网络的复杂性,为了推动ATM技术的应用,就必须对ATM技术进行简化和优化,以达到简化网络,降低网络成本的目的。目前,ITU-T和ATM论坛正在进行这方面的工作,例如目前ITU-T正在制定的ATM轻型信令(lightsignaling)标准就是为了简化原有复杂的信令标准,以降低网络的复杂性。另外,在流量控制、网络管理等方面也都有需要进行相应的研究工作。

    ATM协议-与ip技术的结合    

    ATM协议

    IP与ATM结合技术主要分为两大类:重叠技术和集成技术。采用重叠技术时,ATM端点使用ATM地址和IP地址(或MAC地址)两者来标识,网络中设置服务器完成ATM地址和IP地址(或MAC地址)的地址映射功能,在发端用户得到收端用户的ATM地址之后,建立ATMSVC连接并在其上传送IP数据包。这方面的典型技术有:LANE、IPOA、MPOA等,重叠技术的优点是采用标准的ATM论坛或ITU-T的信令标准,与标准的ATM网络及业务兼容;缺点是传送IP包的效率较低。采用集成技术时,ATM层被看作IP层的对等层,ATM端点只需使用IP地址来标识,在建立连接时使用非标准的ATM信令协议。采用集成技术时,不需要地址解析协议,但增加了ATM交换机的复杂性,使ATM交换机看起来更像一个多协议的路由器。这方面的典型技术有:IP交换、多协议标签交换(MPLS)等,集成技术的优点是传送IP包的效率比较高,不需要地址解析协议;缺点是与标准的ATM技术融合较为困难。通过近两年对各种IP与ATM结合技术的研究已得出结论,即重叠技术(例如:LANE、IPOA、MPOA等)更适用于专用网或规模小的网络;而集成技术(例如:IP交换、MPLS等)则更适用于规模大的公用网。ITU-T已于2000年3月通过了在公用ATM网络上传送IP信息的建议Y.1310(公用ATM网络传送IP),该建议明确了在采用ATM技术的公共网络(包括业务提供网络和承载网络)上传送IP信息的推荐技术解决方案是多协议标签交换(MPLS),并且明确公用ATM网络支持的IP目标业务是差别服务(Differserv)、集成服务(Intserv)和IP虚拟专用网(IPVPN)。

    09-10-14 | 添加评论 | 打赏

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    liuhu198625

    含来自某用户信息的各个信元不需要周期性出现,这种传输模式是异步的。

    ATM信元是固定长度的分组,共有53个字节,分为2个部分。前面5个字节为信头,主要完成寻址的功能;后面的48个字节为信息段,用来装载来自不同用户,不同业务的信息。话音,数据,图象等所有的数字信息都要经过切割,封装成统一格式的信元在网中传递,并在接收端恢复成所需格式。由于ATM技术简化了交换过程,去除了不必要的数据校验,采用易于处理的固定信元格式,所以ATM交换速率大大高于传统的数据网,如x.25,DDN,帧中继等。另外,对于如此高速的数据网,ATM网络采用了一些有效的业务流量监控机制,对网上用户数据进行实时监控,把网络拥塞发生的可能性降到最小。对不同业务赋予不同的"特权",如语音的实时性特权最高,一般数据文件传输的正确性特权最高,网络对不同业务分配不同的网络资源,这样不同的业务在网络中才能做到"和平共处"。

    上图就是ATM的一般入网方式,与网络直接相连的可以是支持ATM协议的路由器或装有ATM卡的主机,也可以是ATM子网。在一条物理链路上,可同时建立多条承载不同业务的虚电路,如语音,图象,文件传输等。

    ATM业务介绍:

    ATM采用了AAL1、AAL2、AAL3/4、AAL5、多种适配层,以适应A级、B级、C级、D级四种不同的用户业务,业务描述如下:

    A 级 - 固定比特率(CBR)业务:ATM适配层1(AAL1),支持面向连接的业务,其比特率固定,常见业务为64Kbit/s话音业务,固定码率非压缩的视频通信及专用数据网的租用电路。

    B 级 - 可变比特率(VBR)业务:ATM适配层2(AAL2)。支持面向连接的业务,其 比特率是可变的。常见业务为压缩的分组语音通信和压缩的视频传输。该业务具有传递介面延迟物性,其原因是接收器需要重新组装原来的非压缩语音和视频信息。

    C 级 - 面向连接的数据服务:AAL3/4。该业务为面向连接的业务,适用于文件传递和数据网业务,其连接是在数据被传送以前建立的。它是可变比特率的,但是没是介面传递延迟。

    D 级 - 无连接数据业务:常见业务为数据报业务和数据网业务。在传递数据前, 其连接不会建立。AAL3/4或AAL5均支持此业务。

    注: ⑴. 由于AAL3/4协议技术复杂,于是提出AAL5用来支持C级业务。

    ⑵. 对于每级的业务,我们还可细分, 这里不一一赘述。

    ATM应用举例-LANE:

    LANE指的是LAN Emulation Over ATM, 即在ATM网上进行LAN局域网的模拟。

    大多数数据目前都是LAN上传送,例如Ethernet网等。在ATM网上应用LANE技术, 我们就可以把分布在不同区域网互联起来,在广域网上实现局域网的功能,对于用户来讲, 他们所接触到仍然是传统的局域网的范畴, 根本感觉不到LANE的存在。

    LANE技术主要用到了LANE Server, 它可以存在于一个或多个交换机内, 也可以放在一台单独的工作站中, LANE Server可简写为LES, 主要功能就是进行MAC-to-ATM的地址转换,因为Ethernet用的是MAC地址,ATM用的自己的地址方案,通过LES地址转换可以把分布在ATM边缘的LANE Client之间连接起来。

    09-10-14 | 添加评论 | 打赏

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