ATM network

ATM(asynchronous transfer mode,非同步傳輸網路)
連結導向式,1990
大部份被電信業者用於內部傳輸,LAN技術和WAN技術差不多
使用非同步分時多工
支援虛擬線路PVC,SVC(需要網路層位址及其他協定幫忙)
送封包時沿路由器記錄的連結資料,類似電話的專線    
53byte固定大小,小包cell:header(5byte)+資料(48byte)傳送
固定大小較快,變動長度ip封包須由軟體路由,程序較慢
header內的連結識別碼,可辦別小包屬於那個連結
可透過硬體將小包複製到多輸出線路
小包皆依循送達
保證服務品質容易做到:因小包不長時間佔用線路
適用於1.544Mbps(T1),40.736Mbps(T3)以上及傳送數據、語音、視訊等多媒體整合的網路 
傳輸速率包含 622Mbps(OC-12)、155Mbps(OC-3)、100Mbps、51Mbps、25Mbps 等等。以155Mbps 最為常用
具微調功能的服務品質,有許多描述qos方法(cbr,vbr,abr)
B-ISDN是提供服務的系統,需要ATM的細胞傳輸、交換、和多工的技術
SONET是傳輸ATM細胞的實體幹線,其傳輸速率可由1.5Mbps到10 Gbps
可以作為frame relay,x.25,其他網路的骨幹網路
目前世界各國所致力於發展的NII(National Information Infrastructure,國家資訊基礎建設)的基本架構

爭議
送一個封包會建立VC連線,時間過長
表頭佔細包10%(細包稅)
建連線時不知選何種適當的服務參數
NBMA不提供廣播或群播的功能,連線導向需用模擬方式實現廣播功能
頻寬不夠時微調功能不需要,頻寬足夠不需微調
和其他網路技術間沒有什麼協力運作空間

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PVC由網路提供者建固定連線
SVC動態連線建立與釋放
1.工作站A傳送一則SETUP訊息對直接相連的ATM交換機1
 SETUP訊息含:工作站B的20byte ATM 位址及連線所需QoS參數。
2.ATM交換機1分析SETUP訊息,回應方式有兩種:
 找到工作站B的交換機位址及可支援連線所需的QoS參數,則將CALL PROCEEDING訊息送回到工作站 A
 未找到工作站B的交換機位址或無法接受此連線,則向工作站A送回包含標準錯誤代碼的 RELEASE 訊息,並拒絕此呼叫要求
3.ATM交換機1會發送SETUP訊息至ATM交換機2
ATM交換機2會接收SETUP訊息,假設系統判定工作站B在ATM交換機2上登錄的直接連線端點且可以接受要求連線所需的QoS
ATM交換機2會將CALL PROCEEDING 訊息送回到ATM交換機1
4.SETUP訊息到達工作站B。回應方式有兩種:
 工作站B接受此呼叫,會向ATM交換機2傳送CALL PROCEEDING訊息,其後緊接CONNECT訊息
 工作站B拒絕此呼叫,就將RELEASE 訊息送回ATM交換機2。此RELEASE訊息透過網路傳回到工作站A,包含描述拒絕原因的標準錯誤代碼
5.ATM交換機2會將 CONNECT ACK訊息送回到端點工作站 B,然後傳遞 CONNECT 訊息到 ATM 交換機 1
ATM交換機1將 CONNECT ACK訊息送回到ATM交換機2,然後傳遞 CONNECT訊息到工作站 A
工作站 A 向 ATM 交換機 1 送回 CONNECT ACK 訊息。

vpi/vci
TP(transmission path,傳輸通道):兩端點間實體接線,且被切割成多VP
vpi(virtual path identifier,虛擬路徑代碼) 8bit:用來描述一條vp(virtual path,虛擬通道)
vci(virtual channel identifier,虛擬通道代碼) 16bit:用來描述vp內的一條vc(virtual circuits,虛擬電路)
label rewriting(標千覆寫):atm交換機會更換每個細包的vpi/vci欄位

atm交換機,也稱為label switching system(標千交換系統)
一個atm網路由多部atm交換機設備組合而成
UNI(user-to-network interface,使用者網路界面):讓端點連到atm網路
NII(network-to-network interfaces,網路間界面):交換機彼此相連介面
交換機內儲存forwarding table(轉送表):用來設定硬體如何轉送細包的資訊
典型交換機埠在oc-3(155mbps)以上高速運作
昂貴 

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ATM參考模式
user plane(使用者平面) 
  負責用戶訊息之處理及傳送,另外亦包含F1ow Contro1(流量控制)及Error Recovery(錯誤復原)功能。 
  分成四層:高層、AAL、ATM Layer、實體層。 
  高層因服務等級不同可分成:CBR,VBR,ABR,UBR
control plane(控制平面):連結管理 
  執行優先於用戶面,且為Link by Link(鏈路對鏈路)之建立方式 
  負責呼叫控制和接續控制功能,用來建立用戶面所需之路由資訊及其接續所需之服務等級。 
  與Call Set UP(呼叫建立)、Supervisory(監督)與Release(釋放)等呼叫程序有關之功能皆由控制面執行。 
  分成四層:三層user plane相同,不同者在高層, 
   ATM SVC(Switched Virtual Circuit)信號方式即須由控制面執行,例如Q.293l信號、PNNI信號、A-INI信號協定等。   
管理面:層次間協調,含Plane Management(面管理)與Layer management(層管理)功能   
  面管理:無層次化架構,處理三個面之間的協調,凡與系統整體有關的管理功能均由面管理負責。 
  層管理:具有階層架構,負責執行Protocol Entities(協定實體)內有關資源與參數之管理 
    ex:Meta-signaling(前置信號)功能,另外各規約層之OAM(Operation and Maintenance,操作和維護)功能亦由層管理執行。

類似資訊鏈結層的LLC
AAL(application adaptation layer,應用調適層):容許既有網路連接到atm設施中 
 接受從上層服務傳來的資料,並將之對應到固定大小的atm細胞,aal分兩層 
 CS(convergence sublayer,收斂子層):
 SAR(segmentation and reassembly,分割與重組子層):切割大封包成小包,重組小包 
  有aal1-aal5: 
  AAL1:支援CBR,如視訊語音,容許ATM連接到數位電話網路,如DS-3或E1 
   SAR加了header1byte:csi(cs識別碼1bit)+sc(序列計數3bit)+crc(3bit)+p(同位檢查1bit)
  AAL2:支援VBR,針對簡單的、面向連接的、實時數據流而設計的 
   SAR加header:csi(1bit)+sc(3bit)+it(識別資料區段在那4bit),及表尾:LI(長度指示子6bit)+crc(10bit)
  AAL3/4:支援ABR,3支援連線導向資料服務,4支援非連線式服務,有可靠及不可靠傳輸 
   接收上層服務(SMDS,frame relay)的資料封包,提供完整排序及錯誤控制,較複雜但可靠性較高 
   CS加了header:T(type1bit)+BT(開始table1bit)+BA(緩衝配置2bit),及表尾:pad+al(校準1bit)+et(結束tabel1bit)+l(長度2bit) 
   SAR加了header:st(2bit)+csi(1bit)+sc(3bit)+mid(多工識別10bit),及表尾:LI(6bit)+crc(10bit) 
  AAL5:支援ABR,也稱SEAL簡易有效調適層,支援點對點及多點傳播,較AAL3/4更加高效,不提供定址,排序,或其他CS,SAR中表頭資訊 
   提供可靠服務與不可靠服務,支援連線導向與非連線式服務,可傳ip封包,目前為商品化系統中最普遍者 
   CS含表尾:pad+UU(使用者對使用者ID1bit)+T(type1bit)+L(長度2bit)+crc(4bit) 

類似資料鏈結層的MAC
ATM layer:提供路由,訊務,流量控制,交換和多工,負責處理小包間傳輸,判斷表頭欄意義,VC路徑管理,處理建立釋放雍塞控制  
  將來自aal層的48bytes區段加上5byte的header 
  header 5byte,有給UNI界面和NNI界面兩種格式
   GFC(通用流量控制)4bit,只有UNI有
   vpi UNI是8bit,NNI是10bit
   vci 16bit
   PTI 3bit 記錄資料型別
   CLP 1bit 優先欄位,1表要保留,預設為0
   HEC(表頭錯誤控制)8bit:用crc(cyclic redundancy check,循環冗餘檢查欄位)
實體層
   TC(傳輸聚合子層):將位元流和小包轉換給上下層
   PMD(實體媒介從屬子層):負責移動位元,不同線路此層會不同 
    ATM Forum制訂的高速傳輸媒介:
      155.520Mbps於single-mode(單模)或multi-mode(多模)之光纖。
      155.520Mbps於多模光纖或shielded twisted pair(遮蔽式雙絞線),並使用8B/10B之編碼。
      100Mbps於多模光纖,並使用4B/5B之編碼。
      44.736Mbps於coaxial cable(同軸電纜)。 
    ATM Forum制訂的低速傳輸媒介:
      51.840Mbps category-3 非遮蔽式雙絞線 
      155.520Mbps category-5 非遮蔽式雙絞線 
      歐洲標準速率 34.368Mbps(E3)和139.264Mbps(E4) 
      更低速的1.544Mbps(DS-1 or T-1)和2.048Mbps(E1)。

AAL層早期四類服務
class a:連結導向,即時傳送,固定速率
class b:連結導向,即時傳送
class c:連結導向
class d:

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atm網路根據qos要求將資料流分為四種
優先1,CBR(constant bit rate,定位元速率) 又稱Circuit Emulation(線路模擬服務) ex:電話 
  固定速率的服務,對傳輸延遲、傳輸遺失及傳輸跳動等服務品質要求最嚴格 Class A
  提供用戶固定的頻寬,可應用在高解析度的視訊、語音、電路模擬等即時性服務
優先2,VBR(variable bit rate,變動位元速率) 
  提供了對傳輸延遲和傳輸遺失的保證 Class B
  rt-VBR(real-time,即時變動位元速率) ex:壓縮式視訊會議
   可應用於突發性且即時性的資料服務,如:即時球賽、演唱會轉播及視訊會議等
  nrt-VBR(non-real-time,非即時變動位元速率) ex:隨選視訊 
   應用於航空訂位、銀行交易等具突發性但無須即時反應之資料服務
優先3,ABR(available bit rate,可用位元速率) 
ex:檔案傳輸 
  Class C,D
  最低速率傳輸,如有多餘頻寬即可使用,適合IP和LAN服務,及突爆性資料傳輸,不做壅塞控制
  應用於廣域與區域網路互連、分散式資料傳送,如一般ISP網際網路服務公司
UBR(Unspecified Bit Rate,未確定速率):使用剩餘頻寬,適合的服務與ABR相同,但無任何服務保證,不做壅塞控制
GFR(Guaranteed Frame Rate)  UBR+

Traffic Contract(訊務合約):屬ATM Traffic Management(訊務管理)功能
對PVC而言,訊務合約係於用戶申請時即由網路管理單位代為設定。
對SVC而言,訊務合約係由用戶於呼叫建立時以控制面的信號協定與交換機協商而訂出訊務合約。
訊務參數主要以PCR(Peak Cell Rate,峰值細包速率),SCR(Sustainable Cell Rate,持續細包速率),表示平均細包速率,MBS(Maximum Burst Size,最大叢聚量),MCR(Minimum Cell Rate,最小細包速率)為評量標準項目。
服務品質參數主要以Cell Delay(細包延遲)和CLR(Cell Loss Ratio,細包漏失比值)為評量標準項目
檢驗細包是否遵從或者是非遵從其訊務合約之規定使用GCRA(Generic Cell Rate Algorithm)
  使用Continuous-State Leaky Bucket Algorithm(連續狀態沙漏演算法)或者Virtual Scheduling Algorithm(細包虛擬排程演算法)

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ATM Signaling(訊號),連線資訊的協調更新
ATM用外頻(訊號分內頻in-band,訊號和資料在同一連線,與外頻out-of-band,訊號用專屬頻道)
用途:(1)ATM連線的建立、維護與釋放(2)訊務參數的傳輸與協調(訊務控制traffic control與壅塞控制congestion control)
保留給訊號使用的VPI/VCI叫signaling virtual channel(訊號虛擬通道),有四種: 
  Meta-signaling(後訊號):用來管理訊號虛擬通道的建立、維護與釋放。此種通道是雙向的且永久存在。 
  Point-to-Point(點對點):用來建立、維護與釋放傳輸使用者資料的通道,通道是雙向的但不是永久存在。 
    此種訊號虛擬通道只有當使用者想傳輸資料時,才被配置出來使用。 
  General broadcast(一般廣播):用來將訊號傳送給網路中的每一個節點,是屬於單向的,且其方向是由網路到各個節點。 
  Selective broadcast(選擇性廣播):用來將訊號送給某些節點,這些節點具有某些相同的性質。屬於單向,方向是由網路到各個節點。

ATM使用者與UNI的訊號標準有三: 
 B-ISUP(Broadband Interim Signaling User Protocol,寬頻間歇訊號使用者協定):ITU-T制訂。 
   也就是ATM網路中的SS7(Signaling System 7,第七訊號系統) 
 Q.2931:是Q.931的ITU-T改良Q.93B,在經過標準化 
 ATM FORUM所制訂出來的訊號協定:此協定只是Q.93B中的一部份。ATM FORUM最後將其制訂為一標準,且與Q.2931相容。

SAAL(Signaling AAL,訊號ATM調節層):傳輸服務基本上是屬於AAL5的型態
主要利用CPCS(Common Part Convergence Sublayer,共同匯集次層)中的SSCOP(Service Specific Connection-Oriented Protocol,特定服務連結導向通訊協定)來提供可靠的訊號傳輸服務,而在特定服務連結導向通訊協定上,對UNI和NNI皆有提供SSCF(Specific Service Coordination Function,特定服務協調功能)

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ATM 網路與傳統網路互連的二種方法
 backbone approach(骨幹式):ATM網路扮演傳統區網互通時的骨幹角色
   經橋接器在不同區網上的工作站可透過ATM網路互通
   已開發軟體仍在傳統區網執行,不須做任何修改,方法簡單
   缺點:需較多頻寬的伺服器仍留在傳統區網上,頻寬不足問題仍在
 綜合式連結:工作站可直接連ATM網路,傳統區網與ATM網間使用路徑器或橋接器連結
   直接連上ATM網路的工作站(如伺服器)可享受到ATM網路提供之大量且專屬的頻寬
   位於傳統網路上的clients則可以經由路徑器與伺服器通訊
   缺點:應用軟體可能必須修改界面程式才能連上ATM網路(因下層變成ATM通訊協定)

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LAN emulation(區域網路仿效) 可解決的問題
address resolution(位址轉換):建連線得知道工作站(或路徑器,橋接器)的ATM位址,
  路由器有網路層位址(如IP,IPX等等)轉成ATM位址的問題
  橋接器有將MAC位址轉成ATM位址的問題
broadcast/multicast(廣播/群播):路徑器,橋接器並不過濾網路層之廣播或群播封包,
  牽涉到如何建立具廣播性質的連線

LAN Emulation Over ATM,在ATM上進行區域網路模擬的技術
1995年ATM論壇提出LANE(Local Area Network Emulation,區域網路模擬)
ATM網路必須提供具有模仿(如 Ethernet, Token-ring, FDDI 等等)通訊協定功能的軟體
使傳統區網上執行的應用軟體移植到ATM網路上的工作站時仍可以執行而不必知道ATM網路的存在

LANE技術主要用到了 
 LES(LANE Server,區域網路模擬伺服器),主要功能就是進行MAC-to-ATM的地址轉換 
 LECS(LAN Configuration Server,區域網路組態伺服器)
 BUS(Broadcast and Unknown Server,廣播伺服器)
 ELAN(emulated LAN,模擬區域網路),ATM LAN Emulation協定中必備的技術

2007-11-07 16:40:49發表 0000-00-00 00:00:00修改   

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