- 产品与解决方案
- 行业解决方案
- 服务
- 支持
- 合作伙伴
- 新华三人才研学中心
- 关于我们
SR6600产品ATM技术白皮书
关键词：ATM、PVC、AAL
摘 要：本文描述了ATM协议各层次的基本原理，以及实际应用的情况。并且描述了H3C SR6600产品对于ATM特性的具体实现以及典型组网应用。
缩略语：
缩略语 | 英文全名 | 中文解释 |
ATM | Asynchronous Transfer Mode | 异步传输模式 |
PVC | Permanent Virtual Circuit | 永久虚电路 |
AAL | ATM Adaptation Layer | ATM适配层 |
PMD | Physical Media Dependent sub-layer | 物理媒介子层 |
TC | Transmission Convergence | 传输汇聚子层 |
VCC | Virtual Channel connection | 虚通道连接 |
VPC | Virtual Path Connection | 虚通路连接 |
SAR | Segmentation And Reassembly | 切片与重组 |
ATM是一种信元中继技术，它把需要传送的信息切分成许多固定字节大小的信元进行传送。ATM之所以叫做异步传输，是因为信元之间的传送间隔不是周期性的。ATM可以传送的数据包括语音、视频以及一般的数据。ATM技术相关的标准化组织有ITU-T、IETF、ANSI、ATM论坛，其中，ATM具体的标准制定由ATM论坛来完成。
ATM区别于其他链路层协议的地方在于其使用固定53字节长度的信元来传送信息。使用固定53字节的长度的好处在于便于信元之间的复用；长度小的信元传送时延小，固定字节长度便于使用硬件芯片来完成ATM的相关功能。
ATM相比PPP、FR等其他协议结构上更为复杂，针对不同的上层业务进行适配、被多种物理介质承载，并拥有独有的QoS等。ATM固定长度的信元便于一个接口进行高速、高效率的复用不同PVC的报文。所以，ATM技术的优势还是比较明显的，但是ATM为了实现这些功能，代价就是协议上会更加复杂，实现的成本较高。
ATM起初在骨干传输网中应用比较广泛，但是由于随着IP技术的发展，ATM作为IP的承载网，在宽带接入中也得到了广泛应用。下面列举几个比较典型应用：
2G/3G通信网络中，基站与基站控制器之间通常是ATM IMA链路连接的，用户的语音数据以AAL2方式进行适配。基站控制器上面通常都有ATM交换机框。使用ATM IMA的原因是多链路传输可靠性高，ATM独有的AAL2适配方式让语音数据能够保证实时的传输。
由于ATM传输的速率高，城市之间的骨干连接可以采用这种高速的ATM作为信息传输方式。高速的155Mb/s OC-3、622Mb/s OC-12能够满足这种连接的带宽要求。
现在家庭用户的终端接入方式越来越多的使用了ADSL技术。这种技术的物理承载方式是ATM，让ATM能在低速率应用上越来越广泛。
本文前面已经提到了ATM协议相对链路层协议来说要复杂一些，下面分成3个方面分别对ATM进行具体描述。
ATM物理层的功能是在具体的物理介质上传送ATM信元。其中，物理层又可以细分成PMD（Physical Media Dependent sub-layer，物理媒介）、TC（Transmission Convergence，传输汇集）两个子层。PMD完成传送比特流，并且指定物理介质的特性。H3C ComwareV5软件平台支持的ATM物理媒介有SONET/SDH（OC-3）、E1/T1、E3/T3、25M STP、ADSL、IMA。TC完成信元定界（cell delineation）、传输帧适配（transmission frame adaptation）、信元速率解耦（cell rate decoupling）功能。
下面以OC-3为例子，描述物理层的各个功能，物理层的细分功能如图1所示：
-
可以看到，物理层功能分成PMD和TC两个子层。
物理层中，主要的一些功能下面介绍一下：
(1) HEC的产生和校验
HEC是信元头的最后一个字节，主要作用是保护信元头，防止信元头出现传输差错。利用HEC，在接收端，可以进行单一比特的错误恢复，或者多比特错误的检测、错误报文丢弃的功能。
l 信元加扰、解扰
加扰、解扰操作针对的是信元的载荷。信元发送的时候对载荷进行加扰，接收的时候进行解扰。这个操作的目的是为了让载荷数据更加随机化，带来的好处是提高信元定界操作的效率。
l 信元映射
信元映射是把一个个的信元插入到一个OC-3帧当中。具体插入方法见下面图形所示：
图2显示的是一个SDH帧，它是一个9行、270列的一个矩阵，其中AU4指针指向了VC4容器的位置，这个容器里面依次序放着一个个的ATM信元。
图2 信元插入到SDH帧中的方法
l 信元定界
原始的比特流中，确定出信元的边界，从中识别出一个个的信元。信元定界使用前面提到的HEC来完成。
ATM层完成给他的上层（AAL层）提供传输固定长度的业务数据单元的功能。具体的功能包括：信元复用/解复用、信元头的产生与删除、信元的流量管理、信元速率适配。
图3 ATM信元头格式
l GFC：一般流量控制，目前未使用，设置成0000；
l VPI：虚通路标示；
l VCI：虚通道标示；
l PTI：净荷类型，3bit。
PTI各种组合的含义如下表所示：
表1 信元头中的PTI含义
l CLP：信元丢失优先级；
l HEC：信头差错控制，头部前4字节的校验和，可以纠正1个bit的错误，发生错误时可以保护信元，而不是丢弃它，同时也可以用于信元定界；
l ATM信元类型：F4/F5 OAM信元，VC/VP资源管理信元。
ATM是基于连接的，对于ATM来说存在虚通道VC与虚通路VP两种不同层次的虚连接。VCC（Virtual Channel Connection）表示两个端点之间的一个连接，而VPC（Virtual Path Connection）表示多个VCC捆绑到一起后形成一个虚通道。VPC与VCC靠VPI和VCI来表示。比如PVC 1/32和PVC 1/33，它们都属于一个VP=1的管道里面的两条VC，而PVC 1/32和PVC 2/32分别是属于两个不同VP管道里面的两条VC。上面提到的各个VC里面的信元其实都是在同一个物理接口下面进行传输的，靠VPI/VCI来区别它是属于哪个VP和VC，所以通道是一个逻辑概念，实际物理是上不存在这样的通道的。
图4 虚通道与虚通路
l ATM信令管理
l 差错管理
l 性能管理
l 连接管理
l 资源管理
AAL介于ATM层与上层应用之间，AAL的上层包括很多种应用，比如：语音、视频、数据等，根据不用种类的应用需求，AAL能够做到这些应用能很好的与ATM层进行适配，具体来说，根据不同的上层是什么应用，AAL能够把上层的载荷转换成ATM信元，然后递交给ATM层进行处理。
AAL的服务类型种类：Class A、Class B、Class C、Class D
Class A：基于连接的，恒定比特率业务，例如：恒定比特率未压缩视频
Class B：基于连接的，可变比特率业务，例如：压缩语音、视频
Class C：基于连接的，数据业务，例如：建立连接的文件传输
Class D：基于无连接的，数据业务，例如：电子邮件
适合需要时钟同步需要的电路模拟业务，适用于Class A业务：CBR业务，例如：64kbit/s标准语音、未压缩视频。
AAL1给上层业务提供的服务：
l 以恒定的比特率转换上层的服务数据（SDU），并且以相同的速率传输；
l 在源/目的两端传输时间同步信息；
l 对于AAL不能恢复的错误，汇报给上层处理。
为了完成上面的功能，AAL1需要完成的功能有：
l 分片与重组（SAR）；
l 处理不同信元之间的延迟；
l 处理丢失的信元；
l 接收端恢复源端的时钟信息；
l 对于可能出现的AAL本身使用的协议控制信息差错进行监控与差错处理。
图5 AAL1格式
上图中各个字段含义如下：
l CSI：（Convergence Sublayer Identifier），用来传递定时信息和结构信息，这一位是由CS提供的，缺省值为0。
l SC：SAR－PDU的一个次序标号，其值为0～7，发送方周期的取这8个值，接收方可以根据这个值来判断是否发生了信元丢失和误传，判断过程和相应措施在CS子层中实现。
l CRC：保护前面4位的CRC位。
l EPC：奇偶校验位。
主要用于传输低速、小字节、可变长度的对时延敏感的应用数据。比如：蜂窝电话、压缩语音、无线通信的数据。
AAL2的目标是尽量缩短信元组装的时间，减小时延，并且提高网络带宽的使用效率。适合需要时钟同步的，具有突发数据流特征的业务，适用于Class B的VBR业务，例如：以压缩的、以数据包方式传送的语音、视频，例如：VoATM。
一路语音通话的编码速率是8kb/s，那么一路语音通话装满一个ATM信元载荷需要50ms，这个时间对于语音通话来说太长了。另一方面，如果基站不等装满一个信元就发送，那么ATM链路的带宽将被浪费。
图6 AAL2在无线通信中的应用
通常情况下，会有多个用户同时在使用网络，一种节约带宽的办法是把多个用户的数据复用到同一个ATM信元里面。通过这种方式，我们不必等待单个用户的数据填满一个ATM信元，而是同时把多个用户的数据填满一个ATM信元，这样我们可以更加有效利用带宽。既然多个用户的数据被同时填在一个信元里面，为了区分出每个用户的数据，需要对每个用户的数据进行标识。AAL2需要完成的功能就是对不同用户的数据进行标识，区分出不同用户数据的边界，并且把不同用户的数据复用到48字节的信元载荷里面去。图9显示对于上面的语音数据，AAL2是如何封装与复用的。
图7 不同用户的语音报文进行AAL2适配
图8 AAL2封装过程图
用户的数据增加一个CPS-PH头后形成一个CPS-Packet，这个包的格式如下：
图9 CPS-Packet包格式
其中，CPS-Packet头中各个比特含义如下：
l CID：通道标识，8位；
l LI：长度标识，6位；
l UUI：端到端的用户标识，5位；
l HEC：头差错校验，5位。
图10 CPS-PDU包格式
CPS-PDU包头的几位含义如下：
l OSF：第1个CPS-Packet在本CPS-PDU中的位置，6位；
l SN：序列号，2的整数次幂，1位；
l P：基偶校验位，1位。
CPS-Packet可能被分割成2个部分，在2个CPS-PDU中承载，例如：图8中的User3的报文。如果CPS-Packet不能够填满整个48字节的ATM信元载荷部分，需要在后面填充0以达到48字节。
本适配方式适合基于连接(Class C)、无连接(Class D)的数据业务，这种业务没有时钟要求，报文是可变长度、可变比特率的。其中，AAL3是基于连接的，AAL4是基于无连接的，后来，随着协议标准的不断优化，这两种适配模式基本处理流程基本上一样，所以就融合成了AAL3/4。目前AAL3/4主要用于在ATM网络上发送SMDS网络数据的。
图11 AAL3/4数据生成过程图
上层用户数据增加4字节头和4字节尾后形成CPCS-PDU，然后被切割成许多44字节的单元，这些单元增加2字节头和2字节尾后形成48字节的SAR-PDU，SAR-PDU成为信元的载荷。
图12 CPCS-PDU格式图
l CPI：消息类型；
l Btag：开始标签；
l BASize：缓冲区分配大小；
l AL：全0，用于尾部的32字节对齐；
l Etag：结束标签，必须与Btag相等；
l Length：必须与BASize表示的大小相等。
图13 SAR-PDU格式图
ST：分片类型，含义如下：
l 10：开始片，00：中间片，01：结束片，11：一个完整分片；
l SN：序列号，必须是16的整数倍；
l MID：消息标识；
l LI：长度标识符。
AAL5适合基于连接的数据业务，这种业务没有时钟要求，报文是可变长度、可变比特率的，在ATM网络上传送数据主要使用这种方式。
图14 AAL5的CS-PDU格式
l Pad：使CS-PDU为48字节对齐；
l UU：用户层的信息；
l CPI：公共部分标识，预留给将来支持AAL5其他功能使用；
l Length：表示CS-PDU中，用户数据的长度，也就是CPCS payload的长度。接收端使用这个字段来识别用户数据与Pad之间的边界；
l CRC：对整个CS-PDU的校验。
ATM的流量管理能力使得ATM区别于其他类型的通信技术。接入ATM网络中通信的设备都需要与网络服务提供者就提供的QoS服务能力达成一致的协议，这个协议就是流量合同。通信的双方需要遵守这个合同，否则将会导致网络拥塞。下面是一些服务质量参数：
表2 服务质量参数描述
参数 | 缩略词 | 说明 |
峰值信元速率 | PCR | 信元发送的最大速率 |
持续信元速率 | SCR | 平均信元传输速率 |
最小信元速率 | MCR | 最小的可接受的信元传输速率 |
信元延迟变化极值 | CDVT | 最大的可接受的信元抖动 |
信元丢失比率 | CLR | 信元丢失或提交得太迟的比例 |
信元传送延迟 | CTD | 信元提交时延迟的时间（中间值和最大值） |
信元延迟变化 | CDV | 信元延迟时间的变化幅度 |
信元错误比率 | CER | 提交无错信元的比例 |
严重错误信元块比率 | SECBR | 出错信元的比例 |
信元错误目的地比率 | CMR | 信元提交至错误目的地的比例 |
ATM的拥塞控制是以预防为基本思想，也就是引入预防措施来管理网络资源，而不是在出现拥塞之后采取措施来消除拥塞。
一般的拥塞分成两个方面：
l 事前的拥塞避免，采取流量控制的一系列方法，包括网络资源管理，连接允许控制，使用参数控制等。
l 事后拥塞措施，采用拥塞控制方法来对拥塞的强度、范围、持续时间等进行降低。
ATM提供下面五种服务类型：CBR、rt-VBR、nrt-VBR、ABR、UBR。
l CBR
恒定比特率的业务，在通信过程中需要静态带宽的业务。网络对使用CBR业务的用户提供恒定的带宽保证，这部分带宽在任何时候都不能被其他业务、用户占用。CBR业务一般用来支持对时延要求比较高的业务，例如点路模拟业务。
l rt-VBR
实时的可变比特率业务，这种业务对时延变化有严格的限制。rt-VBR业务主要有语音、视频。源端的特征一般来说是具有突发性的。
l nrt-VBR
非实时可变比特率业务。这种业务对时延没有限制，但是对信元丢失比较敏感。
l ABR
可变比特率的业务。它的特点体现在网络发生拥塞的时候，能够和源端进行反馈。具体来说就是当网络中发生拥塞后，网络给源端发送RM信元来通知这一点，源端收到这一消息后控制自己的发送速率来降低拥塞。ABR业务对信元的时延和时延变化没有限制，也就是说ABR不支持实时应用。所以，通过上面可以看出，配置ABR的一端按照设定的参数，向网络尽可能的发送报文占用带宽，直到达到设定的参数的上限或者直到网络通知自己网络已经拥塞了，才降低自己的发送速率。
l UBR
未定义比特率的业务。这种业务不对服务质量作任何的承诺，信元丢失率与信元时延没有任何保证，所以UBR很适合传输IP报文。传输过程中，UBR业务只是“尽量”传输，如果发生拥塞，那么UBR业务的优先级最低，UBR信元将首先被丢弃。UBR在建立的时候不用分配带宽。
ATM多协议封装由RFC 2684来定义，指的是上层数据报文交给ATM的适配层发送之前，需要进行封装，目的是为了区分上层协议类型，对端收到报文后，可以根据封装判定是IP报文还是其他什么报文，便于上送上层不同的软件进行处理。
ATM上面的多协议封装有下面两种方式：
l LLC封装（LLC Encapsulation）
这种封装是在同一条PVC上面传送多种协议报文时采用的封装格式。其中，又分成“ISO NLPID的routed PDU”的封装方式，以及“非ISO NLPID的routed PDU”封装方式。它们的区别在于前一种方式使用NLPID表示多协议，LLC的头是0xFE 0xFE 0x03，后面跟的是NLPID头；后一种使用SNAP头来表示多协议，LLC头是0xAA 0xAA 0x03，后面跟的是SNAP头；SNAP头的格式如下：
图15 SNAP头格式
OUI表示指定编号的组织，例如：
l OUI：00 00 00表示PID为EtherType。
l OUT：00 80 C2，802.1组织，表示PID为协议ID。
l MUX封装（VC Multiplexing）。
使用不同的pvc来承载不同协议的报文，每条PVC上面只能承载一种协议的报文。这种封装方式下，对于routed PDU，报文前面什么都不用加，对于bridged PDU，增加PAD字段，例如：对于802.3，PAD为00 00。
ATM芯片实现了AAL层以下的功能，比如：SAR、信元发送等。而H3C公司的统一软件平台ComwareV5全面地实现了ATM多协议封装，在此基础上实现了丰富的应用，包括PPPoA Client/Server、PPPoEoA Client/Server、IPoEoA、IPoA。
由于目前ATM的PVC应用较多，SVC应用较少，H3C的ATM特性暂不支持ATM SVC、以及与ATM SVC有关的应用。
SR6600是H3C推出的高端业务汇聚路由器，SR6600路由器采用业界领先的多核多线程处理器技术，并且在SR6608上实现了分布式架构，可以作为中小型企业用户的核心层设备或大型企业网的汇聚/核心层设备，也可以作为运营商或者大型企业网的接入路由器。
目前客户实际网络中仍存在相当数量的ATM链路，为了满足相关的应用，SR6600采用兼容性设计，在其先进的硬件平台上，沿用H3C公司的MIM ATM-OC3板卡提供丰富的ATM特性和强大的ATM转发性能。
由于H3C SR6600采用了Comware V5软件平台，很好地继承了该平台丰富的ATM特性，并且针对SR6600路由器涉及的多核多线程处理器以及分布式架构进行增强开发，有效提升了ATM性能和ATM应用的可靠性。
H3C SR6600一期支持的ATM特性有：
l PPPoA：PPP over ATM，主要用于ATM承载PPP接入
l IPoA：ATM上面直接承载IP协议
l PPPoEoA Server：PPPoE承载在ATM上面，主要用于接入ADSL PPPoE拨号用户
l IPoEoA：普通的以太网承载到ATM上面，可用于ATM2层桥接两个以太网
l ATM OAM：OAM主要包括OAM loopback、OAM F4/F5、OAM AIS/RDI功能，主要功能是检测、管理PVC，包括监测PVC的状态，故障通告等功能
l ATM MIB：符合RFC 2515
l ATM 报文传输优先级
l ATM的VP监管：在VP一级上进行流量监管
l ATM PVC QoS：支持以下四种PVC速率限制，cbr、ubr、vbr-nrt、vbr-rt
l ATM可靠性：板卡支持热插拔，主备倒换时ATM业务不中断
H3C SR6608作为汇聚层路由器，应用较多的ATM特性为IPoA。
图16 SR6608 ATM典型应用组网图
图17是SR6608ATM的典型应用组网。该组网反映的是某银行的各个分支节点，通过H3C MSR50路由器的ATM模块，运行IPoA协议，经由总行的H3C SR6608路由器汇聚接入到核心网络中。SR6608配置了多块MIM ATM-OC3板卡，在多条PVC上配置了IPoA应用，PVC上针对关键业务如视频、语音配置相应的QoS策略，保证其应用带宽，同时充分发挥其分布式ATM特性处理性能强、可靠性高的优势，保证整个网络高效稳健地运行。
Copyright ©2007-2010 杭州华三通信技术有限公司 版权所有，保留一切权利。
非经本公司书面许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本文档内容的部分或全部，并不得以任何形式传播。
本文档中的信息可能变动，恕不另行通知。
售前咨询
售后咨询
人工在线咨询
