ATM教程

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四、AAL2

AAL1是针对简单的、面向连接的、实时数据流而设计的，除了具有对丢失和误入信元的检测机制外，它没有错误检测功能。对于单纯的未经压缩的音频或视频数据，或者其中偶尔有一些较重要的位的其他任何数据流都没有什么问题，AAL1就已经足够了。

对于压缩的音频或视频数据，数据传输速率随时间会有很大的变化。例如，很多压缩方案在传送视频数据时，先周期性地发送完整的视频数据，然后只发送相邻顺序帧之间的差别，最后再发送完整的一帧。当镜头静止不动并且没有东西发生移动时，则差别帧很小。其次，必须要保留报文分界，以便能区分出下一个满帧的开始位置，甚至在出现丢失信元或坏数据时也是如此。由于这些原因，需要一种更完善的协议。AAL2就是针对这一目的而设计的。

像在AAL1中一样，AAL2的会聚子层没有本身协议而SAR子层有本身协议。SAR信元的格式如下图：



AAL2的信元格式

序号SN(Sequence Number)字段用于记录信元的编号以便检测信元丢失或误入。信息类型IT(Information Type)字段用于指明该信元是报文的开始、中间或末尾。长度指示LI(Length Indicator)字段指明有效载荷是多大，单位为字节（有效载荷可能小于45字节）。最后，CRC字段是整个信元的校验和，可以检测出错误。

标准中并没有注明各字段的大小。据说在标准化进程的最后关头，委员会成员觉得AAL2有许多问题，以致不能投入使用，但为时已晚，没有办法组织标准化的进程。最后委员们去掉了所有的字段大小的设定以使正式标准能够按时颁布，但这样便没有人能够实际使用它。

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五、AAL3/4

开始时，ITU为服务类C和D制订了不同的协议（服务类C和D分别是对数据丢失或出错敏感，但不具有实时性的面向连接和非连接的数据传输服务类）。后来ITU发现没有必要指定两套协议，于是便将它们合二为一，形成了一个单独的协议，即AAL3/4。

AAL3/4可以按两种模式进行操作，即流和报文。在流模式中不保留报文分界信息。以下将集中讨论流模式。在每种模式中都可能出现可靠的传输和不可靠的（即不保证可靠性）的传输。

AAL3/4具有一个其他协议中没有的性能--支持多路复用。AAL3/4的这一功能允许来自于一台主机的多个会话（如远程登录）沿着同一条虚电路传输并在目的端分离出来。使用一条虚电路的所有会话得到相同质量的服务，因为这是由虚电路本身性质所决定的。

和AAL1、AAL2不一样，AAL3/4具有会聚子层协议和SAR子层协议。从应用程序到达会聚子层的报文最大可达65535字节。首先将其填充为4的整数倍字节。接着加上头和尾信息。在会聚子层对保温进行了重构，并加上了头和尾信息后，便将报文传送给SAR子层，由SAR子层将报文分为最大44字节的数据片。

AAL3/4具有两层协议开销：每个报文需要增加8字节，每个信元增加4字节。总之，它是一种开销极大的机制，尤其是对短的报文。

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六、AAL5

从AAL1到AAL3/4协议主要是由电信工业设计的并被ITU标准化，它没有太多地考虑计算机工业的要求。由于两个协议层所导致的复杂性及低效性，再加上校验和字段十分短（仅10位），使一些研究人员萌生了一个制订新的适配层协议的念头。该协议被称为简单有效的适配层SEAL(simple efficient adaptation layer)，经过论证，ATM论坛接受了SEAL，并为它起名叫AAL5。

AAL5向其应用程序提供了几种服务。一种选择是可靠服务（即采用流控机制来保证传输，以防过载）；另一种选择是不可靠服务（即不提供数据传输保证措施），通过选项使校验错的信元或者丢失或者传送给应用程序（但被标识为坏信元）。AAL5支持点到点方式和多点播送方式的传输，但多点播送方式未提供数据传输的保证措施。

像AAL3/4一样，AAL5支持报文模式和流模式。在报文模式中，应用程序可以将长度从1字节~65535字节的数据报传送到AAL层。当到达会聚子层时，将报文填充至有效载荷字段并加上尾部信息，选择填充数据（0字节~47字节），以使整个报文（包括填补的数据和尾部信息）为48字一节的整数倍。AAL5没有会聚子层头，只有一个8字节的尾。

用户到用户UU（User to User）字段不用于AAL层本身，而是为了自己的目的供更高一层（可能是会聚子层的特定服务子部分）使用，例如，排序或者多路复用。长度（Length）字段指出真正的有效载荷是多少，以字节为单位，不包括填充的字节数。0值用于终止未传送完毕的报文。CRC字段是基于整个报文的标准32位校验和，包括填充数据和尾部信息（CRC字段设置为0）。尾部的一个8位的字段留作将来使用。

报文交给SAR子层，然后发送出去。在SAR子层不增加任何头、尾信息，而是将报文分成48字节的单元，并将每个单元送到ATM层进行传输。它还通知ATM层将最后信元的PTI字段置为1，以便保留报文分界。（这时出现了一个问题：这是一种不正确的协议层混合体，因为AAL层不该使用ATM层的头部信息。）

AAL5较AAL3/4的主要优点是更加高效。虽然AAL3/4对每个报文只增加4字节的头信息，但它还要为每个信元增加4字节的头信息，因而使有效载荷的容量减少到44字节，对于长的报文，无效数据占8%。AAL5的每个报文有一个稍大的尾部（8字节），但每个信元无额外开销。信元中没有顺序号，可以通过长的校验和来弥补，从而可以检测丢失的、误插的或错误的信元，而不需要使用顺序号。

在因特网中，与ATM网接口的一般方法是使用AAL5的有效载荷字段来传输IP分组。与这种方法相关的各种问题在RFC 1483和RFC 1577中进行了讨论。

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七、AAL协议的比较

各种AAL协议似乎不必要地相似，并且考虑得很不周到，把会聚子层和SAR子层区分开也是有疑问的，尤其是因为AAL5的SAR子层并无任何自己的特点。用稍微增强一些的ATM层头部信息来提供像排序、多路复用和数据分帧的功能便足够了。

AAL给人的整体印象是变体很多，变体之间存在很多细微的差别，而且尚未完工。原来的4个服务类A、B、C、D实际上已被废除。AAL1可能确实没有必要存在；AAL2不完整；AAL3和AAL4永无出头之日；AAL3/4效率低而且校验和字段位数太少。

将来的一切都依赖于AAL5，但到目前为止，AAL5尚有很多改进的余地。AAL5报文应该有一个顺序号和一位用于区分数据还是控制报文的标志位，从而可以成为一种可靠的传输协议。可以用尾部的未用空间来实现上述功能。

　

八、SSCOP--特定服务的面向连接协议

尽管有这么多不相同的AAL协议，但没有一种支持简单可靠的点到点的传输连接。需要这种服务的应用程序可以使用另一种协议--特定服务的面向连接协议SSCOP(service specific connection oriented protocol)。但是，SSCOP只是用于控制，不能用于数据传输。

SSCOP用户发送报文，每个报文都被赋予一个24位的顺序号。报文最大可达64KB，而且不能分开。它们必须按顺序传送。不像某些可靠的传输协议，它丢失报文时总是有选择性地进行重传而不是回到序号n，重传n以后的所有的报文。

SSCOP从根本上说是一种动态滑动窗口协议。对于每个连接，接收方保留准备接收报文序号的窗口，及标明该报文是否已经存在的位图(bitmap)。这个窗口在协议操作期间可以改变大小。

SSCOP的不寻常之处是对确认的处理方法：它没有捎带机制。取而代之的是发送方定期地查询接收方，要求它发送回表明窗口状态的位图。据此，发送方丢弃已被对方接收的报文并更新其窗口。

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第六章 ATM网络结构和接口（ATM教程）

一、ATM网络结构

ATM网可分为三大部分：公用ATM网、专用ATM网和ATM接入网。

公用ATM网是由电信管理部门经营和管理的ATM网，它通过公用用户网络接口连接各专用ATM网和ATM终端。作为骨干网，公用ATM网应能保证与现有各种网络的互通，应能支持包括普通电话在内的各种现有业务，另外还必须有一整套维护、管理和记费等功能。目前还没有一个商用的公用ATM网，有关公用ATM网的协议也正在不断地完善之中。

专用ATM网是指一个单位或部门范围内的ATM网，由于它的网络规模比公用网要小，而且不需要记费等管理规程，因此专用ATM网是首先进入实用的ATM网络，新的ATM设备和技术也往往先在ATM专用网中使用。目前专用网主要用于局域网互连或直接构成ATM LAN，以在局域网上提供高质量的多媒体业务和高速数据传送。

接入ATM网主要指在各种接入网中使用ATM技术，传送ATM信元，如基于ATM的无源光纤网络(APON)、混合光纤同轴(HFC)、非对称数字环路(ADSL)以及利用ATM的无线接入技术等。

　

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二、ATM主要接口

1、UNI(User-Network Interface)

UNI为ATM网中的用户网络接口，它是用户设备与网络之间的接口，直接面向用户。UNI接口定义了物理传输线路的接口标准，即用户可以通过怎样的物理线路和接口与ATM网相连，还定义了ATM层标准、UNI信令、OAM功能和管理功能等。按UNI接口所在的位置不同，又可分为公用网的UNI和专用网的UNI(PUNI)，这两种UNI接口的定义基本上是相同的，只是PUNI由于不必象公网的接口那样过多地考虑严格的一致性，所以PUNI的接口形式更多、更灵活、发展也更快一些。

2、NNI(Network to Network/Network Node Interface)

NNI可理解为网络节点接口或网络/网络之间的接口，一般为两个交换机之间的接口，与UNI一样，NNI接口也定义了物理层、ATM层等各层的规范，以及信令等功能，但由于NNI接口关系到连接在网络中的路由选择问题，所以特别对路由选择方法做了说明。同样，NNI接口也分为公网NNI和专用网中的NNI(PNNI)，公网NNI和PNNI的差别还是相当大的，如公网NNI的信令为3、7号信令体系的宽带ISDN用户部分B-ISUP，而PNNI则完全基于UNI接口，仍采用UNI的信令结构。

3、B-ICI(BISDN Inter-Carrier Interface)

B-ICI定义为两个公用ATM网之间的接口，为分别属于两个运营者的UNI接口提供了连接，它的定义基于NNI接口，其特点是支持不同网络间的多种业务传送，包括基于信元的PVC方式业务、PVC方式的帧中继业务、电路仿真业务、SMDS以及SVC业务等。

4、DXI(Data Exchange Interface)

DXI定义在数字终端设备DTE和数字连接设备DCE之间，DTE通过DXI与DCE相连，再通过ATM UNI接口接入ATM网中，DCE完成了不符合ATM标准的数据终端到ATM的适配过程，相当于终端适配器。

5、FUNI(Frame Based UNI Interface)

FUNI的意义与DXI相似，FUNI将ATM适配功能完全移入了交换机内部，终端和ATM交换机之间传送FUNI帧，所以与基于信元的DXI接口相比，FUNI在接入线上有更高的效率。

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第七章 在ATM网络支持IP（ATM教程）

在过去十来年中，ATM成为下一代网络的重要技术，它可以提供空前的可伸缩性和性价比，以及对将来的实时业务、多媒体业务等的支持。在将来的信息体系中，ATM将扮演重要的角色。但是，目前的信息体系，即LAN和WAN，建立在网络层协议如IP、IPX、AppleTalk等的基础上，因此，ATM的成功及Internet的发展的关键是现有的网络技术和ATM的互操作，而实现这一目的的关键是相同的网络层协议，如IP、IPX，同时应用于现有的网络和ATM上，因为给高层协议和应用提供统一的网络视角是网络层的任务。到目前为止，已有了多种在ATM上运行IP的方法，如：ATM论坛的LANE和MPOA、IETF的CLIP和NHRP、Ipsilon网络公司的IP交换和Cisco公司的标记交换，下面将逐一介绍。

　

一、简介

ATM和现有的协议体系，特别是网络层的IP、IPX等协议，在很长的时间内共存，如何在单一网络上实现现有网络协议和ATM、如何将ATM与传统网络互连，是广大研究人员、设计人员和业者研究的课题。然而，ATM和IP源于不同的技术团体和基础，有着各自的应用。IP的目的是以不确定的状态将分组发送到目的地，它是非连接的，没有服务质量的保证；而ATM的目的是提供有保证的综合业务，是面向连接的，基于快速的固定长度信元的交换。ATM和IP的巨大差异使得有效地将二者集成成为难题。

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在ATM网络中支持IP有两种不同的模型，这两种模型以不同的角度看待ATM协议层和IP的关系。

第一种是对等模型，在本质上将ATM层看作IP的对等层，这种模型建议在ATM网络中使用与基于IP的网络中相同的地址方案，因此ATM端点将由IP地址来识别，ATM信令将携带这样的地址，且ATM信令的路由也使现有的网络层路由协议。因为使用了现有的路由协议，对等模型就排除了开发新的ATM路由的需要。对等模型在简化了端系统地址管理的同时，很大程度上增加了ATM交换机的复杂度，因为ATM交换机必须具有多协议路由器的功能，支持现有的地址方案和路由协议。此外，现有的路由协议是基于当前的LAN和WAN开发的，不能很好地映射到ATM中及使用ATM的服务质量特性。

在目前的解决方案中，IP交换和标记交换是基于对等模型的。

另一种模型称作子网或覆盖模型，将ATM层与现有协议分开，定义了全新的地址体系，即现有协议将运行于ATM之上。此覆盖模型需要定义新的地址体系和相关的路由协议，所有的ATM系统需要同时被赋予ATM地址和它要支持的高层协议地址。ATM地址空间逻辑地与高层协议的地址空间相分隔，没有任何相关性。因此，所有运行于ATM子网上的协议需要某种ATM地址解析协议以把高层协议（如IP）地址映射到相应的ATM地址。这种将ATM与高层协议分开的方法允许各自独立的开发，在实用的工程角度这非常重要。

在目前的解决方案中，LANE、MPOA和CLIP是基于覆盖模型的。

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二、LANE

1、如何在传统LAN上运行IP？

在传统的LAN中，当源主机想给同子网的目的主机发送分组时，它检查其ARP缓存看是否已经知道与目的主机IP地址相联系的硬件地址(MAC地址)，如果已经知道，就把带有目的主机的IP地址和MAC地址的分组发送出去。

如果目的MAC地址未知，源主机就发送一个ARP请求分组，ARP请求是本地广播分组，将被子网中所有主机接收，目的主机识别到自己的IP地址后，在ARP回应分组中回答其MAC地址，源主机接收到ARP回应并把它存到自己的ARP表中，现在源主机就可以发送含有正确的目的IP地址和MAC地址的分组了。

2、ATM LAN必须仿真什么功能？

(1)由于传统LAN是介质共享网络，很容易提供广播服务并实现ARP，ATM网必须模仿这一功能，由BUS（广播和未知服务器）实现。
(2)一般来说，传统LAN中的每个主机都有其MAC地址和IP地址，直接连到ATM网的主机除了具有ATM地址外，也必须有MAC地址和IP地址。
(3)ATM主机必须提供与MAC协议给网络层协议提供的接口服务相同的服务，如NDIS或ODI类驱动接口。

3、LANE如何工作？

顾名思义，LANE的功能是在ATM网络上仿真LAN，LANE协议定义了仿真IEEE 802.3以太网或802.5令牌环网的机制。LANE协议定义了与现有LAN给网络层提供的服务相同的接口，在ATM网络中传输的数据以相应的LAN MAC分组格式封装。

每个ELAN(Emulated LAN)由一组LANE客户(LEC)和LANE服务构成。LEC还可以是作为ATM主机代理的网桥和路由器。LE服务由三个不同的功能实体构成：LAN仿真配置服务器(LECS)、LAN服务器(LES)和BUS，这三个服务实体可以各自存在，但通常位于同一设备，例如：LES可以位于ATM交换机、路由器、网桥和工作站。

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下面是LANE中的工作站与另一工作站通信的步骤：

(1)初始化
LEC需要知道LECS的ATM地址并与其建立连接，这通过ILMI或众所周知(well-known)的LECS地址完成，这个过程中的任何时刻LEC都可以与手工配置的LECS地址建立双向配置直达VCC。这个过程中，LEC将获取该ELAN的LES的ATM地址。
(2)登记
这是LEC给LES提供地址信息，如MAC地址的机制。此过程中将在LEC和LES之间建立一对连接，即双向点到点控制直达VCC，及单向点到多点控制分布VCC。
(3)地址解析
这是LEC从LES学习目的站点ATM地址的方法，由ATM地址解析协议实现，允许LEC建立数据直达VCC以传送帧。这时在LEC和BUS之间建立双向点到点组播发送VCC和单向点到多点组播转发VCC。
(4)数据传输
当源站点和目的站点等待建立数据直达VCC的过渡时期里，BUS可以把帧转发给该ELAN中的所有LEC，当数据直达VCC建立后，通信就从原来的路由(BUS)切换到新的路由，为了保证帧的顺序，信息清空协议(flush message protocol)被用以通知BUS：在开始使用新的路由传输帧时，清空请求被发送到BUS并转发到该ELAN中所有LEC，然后不再有帧通过BUS（旧路由），所有帧将通过数据直达VCC（新路由）发送到目的站点。

需要说明的是：在ATM论坛规范中描述的上述过程中，并没有提到从IP地址到MAC地址的解析。下面是传统LAN的主机与ATM主机通信的全过程：

(1)为确定目的站点的MAC地址，源主机广播一个含有IP地址的ARP请求，这是任何IP网络的标准过程，ARP请求到达传统LAN上的LAN/ATM网桥。
(2)在LAN/ATM网桥上的LEC将广播分组通过组播发送VCC转发给BUS，BUS通过组播转发VCC给ELAN中的所有成员发送ARP请求。
(3)目的站点收到ARP请求并识别出自己的IP地址，作为回应，它把自己的MAC地址放到ARP回应中。因为这还不是到LAN/ATM网桥的直达VCC，目的站点的LEC把ARP回应通过组播发送VCC发送给BUS，BUS通过组播发送VCC将其转发给LAN/ATM网桥。
(4)LAN/ATM网桥通过传统LAN把ARP回应传给源主机。
(5)这时源主机拥有了目的站点的MAC地址，开始通过LAN传送数据。
(6)网桥通过组播发送VCC把分组传给BUS，BUS把分组转发到目的站点。
(7)同时，LAN/ATM网桥上的LEC通过控制直达VCC向LES发送LE-ARP请求，询问与目的站点的MAC地址相对应的ATM地址，如果LES没有该映射，则通过控制分布VCC向所有LEC发送LE-ARP请求，目的站点LEC收到该请求后把自己的ATM地址放进LE-ARP回应并通过控制直达VCC发回LES。
(8)源LEC通过控制直达VCC从LES收到LE-ARP回应，抽取ATM地址并在源和目的之间建立数据直达VCC。
(9)数据直达VCC建立后，从网桥传来的分组将通过数据直达VCC传输，取代BUS。

4、LANE的优点和局限

因为LANE提供与现有MAC协议给网络层提供的驱动相同的服务接口，不需要改变该驱动，这将加速ATM的发展和应用。但是，LANE的功能是使ATM的特性对高层协议透明，因此它使高层协议不能利用ATM固有的优点，尤其是其服务质量保证。新完成的LANE2.0版为ATM端系统间的通信提供局部管理的服务质量，该协议提供机制以确定是否支持期望的服务质量。每种局部定义的服务质量可以包含信息以指示以该服务质量建立的VCC是否可以被其他协议或应用所共享。

尽管LANE提供在ATM网络子网内桥接的有效方式，但子网间的业务仍需要通过路由器转发，因此，ATM路由器很可能成为瓶颈，下面谈到的MPOA将解决子网间通信的效率问题。