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ATM网络

ATM是Asynchronous Transfer Mode(ATM)异步传输模式的缩写,是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术。

它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网,它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。

ATM采用面向连接的传输方式,将数据分割成固定长度的信元,通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体,在复用上采用的是异步时分复用方式,通过信息的首部或标头来区分不同信道。

ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术,数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备,能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。

所有信元具有同样的大小,不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法,预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样,可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。

其特征:基于信元的分组交换技术;快速交换技术;面向连接的信元交换;预约带宽。

其优点:吸取电路交换实时性好,分组交换灵活性强的优点;采取定长分组(信元)作为传输和交换的单位;具有优秀的服务质量;目前最高的速度为10gb/s,即将达到40gb/s.。

其缺点:信元首部开销太大;技术复杂且价格昂贵。

ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。但它摈弃了电路交换中采用的同步时分复用,改用异步时分复用,收发双方的时钟可以不同,可以更有效地利用带宽。

ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL(信元),其中5B为信元头,用来承载该信元的控制信息;48B为信元体,用来承载用户要分发的信息。信头部分包含了选择路由用的VPI(虚通道标识符)/VCI(虚通路标示符)信息,因而它具有分组交换的特点。

它是一种高速分组交换,在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成,降低了网络时延,提高了交换速度。

交换设备是ATM的重要组成部分,它能用作组织内的Hub,快速将数据分组从一个节点传送到另一个节点;或者用作广域通信设备,在远程LAN之间快速传送ATM信元。以太网、光纤分布式数据接口(FDDI)、令牌环网等传统LAN采用共享介质,任一时刻只有一个节点能够进行传送,而ATM提供任意节点间的连接,节点能够同时进行传送。

来自不同节点的信息经多路复用成为一条信元流。在该系统中,ATM交换器可以由公共服务的提供者所拥有或者是组织内部网的一部分。

由于ATM网络由相互连接的ATM交换机构成,存在交换机与终端、交换机与交换机之间的两种连接。因此交换机支持两类接口:用户与网络的接口UNI(通用网络接口)和网络节点间的接口NNI。对应两类接口,ATM信元有两种不同的信元头。

在ATM网络中引入了两个重要概念:VP(虚通路)和VC(虚通道),它们用来描述ATM信元单向传输的路由。一条物理链路可以复用多条虚通路,每条虚通路又可以复用多条虚通道,并用相同的标识符来标识,即VPI和VCI。VPI和VCI独立编号,VPI和VCI一起才能唯一地标识一条虚通路。

相邻两个交换节点间信元的VPI/VCI值不变,两节点之间形成一个VP链和VC链。当信元经过交换节点时,VPI和VCI作相应的改变。一个单独的VPI和VCI是没有意义的,只有进行链接之后,形成一个VP链和VC链,才形成一个有意义的链接。在ATM交换机中,有一个虚连接表,每一部分都包含物理端口、VPI、VCI值,该表是在建立虚电路的过程中生成的。

ATM用作公司主干网时,能够简化网络的管理,消除了许多由于不同的编址方案和路由选择机制的网络互连所引起的复杂问题。ATM集线器能够提供集线器上任意两端口的连接,而与所连接的设备类型无关。这些设备的地址都被预变换,例如很容易从一个节点到另一个节点发送一个报文,而不必考虑节点所连的网络类型。ATM管理软件使用户和他们的物理工作站移动地方非常方便。

通过ATM技术可完成企业总部与各办事处及公司分部的局域网互联,从而实现公司内部数据传送、企业邮件服务、话音服务等等,并通过上联INTERNET实现电子商务等应用。同时由于ATM采用统计复用技术,且接入带宽突破原有的2M,达到2M-155M,因此适合高带宽、低延时或高数据突发等应用。ATM是作为下一代多媒体通信的主要高速网络技术出现的,从其开发的一开始,ATM就被设计成能提供声音、视频和数据传输,而计算机电话集成(CTI)技术是额外的优点,它使IT管理人员能将通常是分开的、陈旧的电话网络(电话和传真)与计算机结合起来。

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。如果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。标准正好能执行1级光学载体(OC-1)(51.84Mbps)到OC-48(2.488Gbps)的传输率。

把ATM网络技术用作局域网的干线,要考虑到存在的大量传统的LAN(如以太网),要使它们的基础设施和应用软件的投资不受损害,必须发展ATM的LAN仿真(LANE)技术。传统的LAN技术使用无连接的传输,而ATM网络则是面向连接的通信,为了使ATM网络技术适用于现有的LAN技术,ATM网络的边界设备必须使LAN的网络层协议能够用于面向连接的ATM的网络。由ATM论坛所制订的LANE用户网络接口(LUNI)协议,使ATM网络边界设备可以控制供通信用的虚拟连接,并且模仿LAN无连接特性。这就是使ATM网络技术对LAN是透明的,或者说LAN掩盖了ATM网络的某些特性。 LANE服务的主要目的是使现有的在LAN上的应用程序可以通过多种网络层协议,如IP、IPX、APPN和NetBIOS等,可以访问ATM网络,传统LAN上的终端设备,也可以利用LANE连接在ATM上的设备,如连接在ATM网络上的服务器、交换机和路由器等。

已有多家著名的网络厂商提供构成ATM局域网络干线的设备。除了ATM网络接口适配器(接口卡)外,主要有ATM网络干线交换机和ATM/LAN交换机。以3COM公司生产的上述设备为例,ATM网络干线交换机如CELLPlex 7000;ATM/LAN交换机如LinkSwitch 2700。CELLPlex7000是有16个端口的ATM网络干线交换机。这些端口称为直接的ATM端口,提供所使用的ATM网络接口适配器所提供的通信速率。可以用其中4个端口连接供共享的公司级服务器,其余12个端口可以各连接一台LinkSwitch 2700 ATM/LAN交换机,后者有一个端口供连接ATM网络干线交换机用,另外它有12个以太网端口,每个以太网端口可以连接一个以太网集线器,每个以太网集线器构成一个共享的LAN段,供8到12台PC机共享10Mb/s的带宽;或者ATM/LAN交换机上的每个以太网端口直接连接一台高档微机工作站,由它独占10Mb/s的带宽。

连接在共享LAN段上的PC,可以通过ATM/LAN交换机访问配有直接ATM接口的高档次(超级)服务器。这种访问不要求PC作任何改变,可以通过直接的ATM接口高速访问连接在ATM网络中的服务器。在整个互连网络中对这类公司级服务器的访问是很频繁的,信息吞吐量大,使用ATMLAN作为局域网干线可提高整个企业网的性能。

LAN仿真的ATM网络干线上桥接LAN的链路层,使ATM网络像无连接的LAN那样工作。LAN仿真使LAN的应用层和网络层都见不到ATM网络。应用程序和为共享介质的LAN所设计的应用程序接口(API)对话,而由API层下面的驱动程序和ATM网络交互作用。

ATM LAN的应用是有生命力的,它不但可以作为高层办公大楼的局域网络干线,也适用于长度在数公里范围的园区网。今后在千兆位以太网可供普遍使用时,它也不会成为ATM LAN的替代物,这是因为千兆位以太网的数据速率虽高,但是它不适用于多媒体通信。此外,用第5类UTP构成的千兆位以太网通信距离只限于在100m以内,不能用作长距离的局域网络干线。

ATM通信网络的应用,无论是在WAN和LAN干线上的应用,其前景都是诱人的,有着广阔的应用发展前途。在这两方面应用发展的一种趋势,是WAN和LAN连接的一体化,消除两者之间在传统上存在的屏障。今后,对于一些最为渴求带宽的PC通信的应用。通过远程信息传送,使ATM直接到达桌面机的技术即可实现。达到这种应用水平,可以说真正实现了超级信息高速公路的境界。

通过对ATM多业务承载网进行了以上研究以后,可以对ATM端局交换机下挂的F/R交换机提出如下要求:

1、物理端口接口功能

(1)E1接口(接头型号为RJ48)

物理特性满足G.703,帧结构满足G.704基本帧结构;E1帧中继接口支持信道化E1和非信道化E1;信道化E1支持N*64Kbps F/R端口,N小于等于30;非信道化E1支持F/R端口,支持G.704 TSO帧同步方式和非帧同步方式。

(2)以太网接口:1×10/100base-T以太网接口,接口类型为RJ45。

2、业务端口

(1)F/R业务端口

F/R业务处理能力参数符合X.144,X.145;支持U-NI-DTE(X.36)、UNI-DCE(X.36)和NNI(X.76)。

F/R端口支持LMI协议,DCE侧支持LMI协议自动识别功能,DTE侧需指定LMI协议,LMI协议支持Q.933 Annex.A、X.36、X.76。

F/R 端口拥塞告警管理:F/R端口只报告端口拥塞告警,考虑到CPU处理瓶颈,拥塞管理只对输入队列处理(包括F/R和ATM),所以只检查输入队列深度,根据两级门限判断拥塞和严重拥塞。拥塞时长统计分为两级,轻度拥塞时长和严重拥塞时长。拥塞时长只在一次统计数据报告时间段有效,单位为秒。

F/R 端口统计数据包括:F/R端口收到和发送的帧数、F/R端口收到和发送的字节数、F/R端口收到的帧数中太长和太短的数、F/R端口收到的帧数中DLCI无效的帧数、F/R端口收到的帧中被丢弃的帧数,指违反业务合同及拥塞管理丢失的帧、F/R端口轻度拥塞时长,F/R端口严重拥塞时长。

(2)PPP业务端口

可承载IP业务或桥业务;

支持安全认证处理;

支持PAP/CHAP,认证协议。二者的不同是:采用PAP认证时,用户名和密码在链路上透明传输,而CHAP采用双方都能识别的加密算法对用户名和密码进行了加密。

(3)HDLC业务端口

HDLC端口由E1端口或E1端口中的时隙构成,是一种逻辑端口。通过HDLC-F/R的连接,F/R网络可以透明承载HDLC用户业务。

3、连接特性

应该支持两种连接类型:F/R-to-F/R和F/R-to-HDLC。

(1)F/R-to-F/R Connection

基于F/R逻辑端口,实现帧中继交叉连接和统计复用功能。

(2)F/R-to-HDLC Connection

实现F/R连接透明承载E1接入业务,并且具有F/R交叉连接和统计复用的能力。该类连接一侧对应E1 HDLC的几个时隙(信道化)或整个E1 HDLC端口(非信道化),另一侧对应F/R逻辑端口的一个DLCI号。

4、应该具备的性能

(1)网同步方式的时钟应该不少于两种:C4等级的本振时钟和从1~8路E1接口提取恢复时钟。在时钟设置时,可同时选两路设置分别作为主时钟和副时钟。时钟选择的顺序是:首选从1~8路E1中提取恢复时钟,然后再选择本振时钟源。

(2)网管应有三种设备管理方式,提供包括设备、端口和业务级配置,警、性能、计费和安全管理操作,端口物理环控制和测试,支持本地升级和远程升级等四大方面的管理功能。控制方式上而言,支持三种管理方式:控制台管理、GHVIEW网管、iGHVIEW网管。

(3)提供良好的电信运营级QoS机制,支持按照DLCI、对应rt-VBR、nrt-VBR和UBR划分F/R业务优先级和优先等级。优先级、业务量参数按照F/R DLCI的CIR、Bc和Be参数之间的关系确定。


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