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LinusT
Cisco Employee
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由于接到一个ATM类型的case,原来没有接触过ATM网络,所以这几天学习了一下关于ATM的基础知识。分享如下,以备以后参考:
1. ATM的层次模型
  ATM层和OSI模型不完全一致,它主要处理物理层和数据链路层问题,其协议分层如下图5所示,其中简要地列出了各层的中英对照和相应的功能。
  ATM可用速率分若干等级:
a)1.544Mbps/2.048Mbps;
b)25Mbps;
c)45Mbps;
d)155Mbps;
e)622Mbps,
  它们可以分别容纳不同QoS和速率要求的业务。顺便指出NMS的ArTeMux系列ATM产品可以为UTP(Unshielded-twist-pair),MMF(Multi Mode Optical Fiber)和SMF(Single Mode Optical Fiber)提供25Mbps和155Mbps两种速率(但25Mbps是北美标准,不适合中国)。
2. ATM的信元
  ATM信元实际上就是分组,为区分X.25分组(Packet)改称为信元(Cell)。ATM信元具有固定的长度,总长为53字节。其中前5个字节为信头(Header),包含各种控制信息,包括信元目的(逻辑)地址、纠错码、业务控制和维护信息等;后面48字节为信息字段(Payload),又称净荷,其中包含了业务的数据,它们将被透明地传输。信元结构如下图6所示。在UNI接口和NNI接口上ATM的信元头结构是不同的。
GFC(Generic Flow Control):一般流量控制。如图7所示,GFC仅在UNI信头存在,因为ATM只在端设备与用户设备处进行流控制,以减少网络过载的可能性。
VPI(Virtual Path Identifier):虚通道标识符。在ATM中,若干虚通路(VC)组成一个虚通道(VP),并以VP作为网络管理单位,相当于X.25中的逻辑信道群号(LCGN)。
VCI(Virtual Connection Identifier):虚通路标识符。类似于X.25中逻辑信道号(LCN),用于标志一个VPI群中的唯一呼叫,在呼叫建立时分配,呼叫结束时释放。在ATM中的呼叫由VPI和VCI共同决定,且唯一确定。
PTI(Payload Type Identifier):净荷类型。用于指示信息字段的信息是用户信息还是网络信息。
CLP(Cell Loss Priority):信元抛弃优先级。当CLP为"1"时,表示当网络拥塞时可以抛弃该信元;相反,不能抛弃CLP为"0"的信元。
HEC(Header Error Control):信头差错控制。为了提高处理效率(同时传输线路条件允许如此),ATM仅进行信头 差错控制,以防VPI/VCI差错,即呼叫间"串话"。
3. ATM的信令接口:
  UNI和NNI ATM有两种类型的接口:一种是用户-网络接口(UNI:User-Network Interface),一种是网络-网络接口(NNI:Network-Network Interface)。如下图7所示。
  其中的UNI接口完成终端用户系统与专有ATM交换机和公众ATM网络之间及专用ATM交换机与公众ATM网络之间的消息互通。而NNI是专为公众或专有ATM网络之间的消息互通。通过这两种接口,一方面可以维持现有的话音、视频、数据等本地网络不变而轻松地在UNI下得以综合,另一方面可以利用NNI高速地传输多种类型的信息。
4. ATM的地址
  在ATM中,地址是呼叫建立过程中通过UNI信令确定的,然后据此寻找合适的路由,并建立VC(虚连接)。虚连接由一系列VPI/VCI路由构成,并用VPI/VCI标识。ATM中使用20字节的地址结构,如下所示:
ATM地址有三种格式:

  • DCC格式:按国家分配的地址;
  • ICD格式:按国际组织分配的地址;
  • E.164格式:传统电话编号方式。
  它们的区别由交换机MAC地址中的地址前缀指明。
  其中适配器的MAC地址,又称ESI(End System Identifier)是48比特的MAC地址(与现有LAN-MAC地址兼容)。选择字(SEL)在NNI接口中没有意义,仅在UNI接口处解释,在NMS的ArTeMux中用于识别终端系统中的终端接入点(地址空间大小为256)。
5. ATM的地址注册
  在呼叫建立过程中终端系统和ATM交换机之间(UNI)通过过渡性本地管理接口(ILMI:Interim Local Management Interface)协议完成地址注册。注册过程如下图所示。
(1) ATM终端系统通知ATM交换机自己的MAC地址ESI;
(2) 如果正常,ATM发回包含ATM地址的其余部分(包括ATM交换机MAC)的响应包。
6. ATM的虚连接(Virtual Connection)
  ATM和STM都是面向连接的传输模式。但ATM和STM不同,其连接是"临时"的,不像STM中那样,用户在呼叫期间独占物理通道(的一部分),而是逻辑上的"虚连接",故称"虚电路"。用户间的信元传输必须在虚电路建立之后,才能进行;信元按序发送,并按序到达目的终端;且各虚电路拥有自己(在呼叫建立期间协商好)的业务性能参数。
(1) 虚电路(Virtual Circuit)概念
虚通路(VC):两个终端接入点的逻辑连接。
虚通道(VP):一组虚通路集合。
  VCI和VPI分别用于标识为一个呼叫链路所分配的虚通路和虚通道。前面所讲的ATM地址仅在UNI接口处用于识别用户终端及用户终端内的逻辑设备;在ATM交换和传输控制过程中都以VPI+VCI作为参考值(参见ISDN及七号信令部分中的呼叫参考值)。VC和VP的关系如图9所示。
  值得指出的是,一个呼叫链路由端-端VCI/VPI和ATM交换机的路由表唯一确定,一个呼叫链路上的信元的VPI+VCI在ATM交换过程中会被改变(由路由表决定)。
(2) ATM交换
  ATM中的两种交换:虚通道交换(VCS:Virtual Channel Switching)和虚通路交换(VPS:Virtual Path Switching)。前者指同一个VP内或不同VP内的VC之间的交换;后者指一个VP内所有信元同时被映射到另一个VP内的过程。见下图10。
(3) ATM的两种虚连接
永久虚连接(PVC:Permanent Virtual Connection):是一种静态虚连接,必须手工配置。其优点是,不必每次呼叫都进行虚连接配置,所以连接快(小于30us),仅由系统响应时间决定。其缺点是,这些PVC必须手工配置,不能进行大量PVC配置。
动态虚连接(SVC:Switched Virtual Connection),又称交换虚连接:是一种动态的虚连接,由终端用户或终端应用发起连接请求,系统临时建立。连接时间由ATM网络决定,在系统拥塞时可能失败。但SVC比PVC具有更高的QoS适应性和带宽利用率。
二者都必须能进行点-点连接和点-多点连接。
==============================================================================
在设备上show的信息如下,仅供学习理论参考
BGL14.1-O.13-7200-4(config-if)#do show int ATM2/0.1
ATM2/0.1 is up, line protocol is up
Hardware is ENHANCED ATM PA, address is c8f9.f9e1.f038 (bia c8f9.f9e1.f038)
Internet address is 10.100.252.10/30
MTU 4470 bytes, BW 149760 Kbit/sec, DLY 80 usec,
reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255
Encapsulation ATM
Keepalive not supported
12015 packets input, 1297620 bytes
12015 packets output, 1297620 bytes
36045 cells input, 36045 cells output
11686 OAM cells input, 11729 OAM cells output
AAL5 CRC errors : 0
AAL5 SAR Timeouts : 0
AAL5 Oversized SDUs : 0
Last clearing of "show interface" counters never
BGL14.1-O.13-7200-4(config-if)#do show int ATM2/0
ATM2/0 is up, line protocol is up
Hardware is ENHANCED ATM PA, address is c8f9.f9e1.f038 (bia c8f9.f9e1.f038)
MTU 4470 bytes, sub MTU 4470, BW 149760 Kbit/sec, DLY 80 usec,
reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255
Encapsulation ATM, loopback not set
Keepalive not supported
Encapsulation(s): AAL5 AAL0
4095 maximum active VCs, 1 current VCCs
VC Auto Creation Disabled.
VC idle disconnect time: 300 seconds
21 carrier transitions
Last input 00:00:00, output 00:00:00, output hang never
Last clearing of "show interface" counters never
Input queue: 1/75/0/0 (size/max/drops/flushes); Total output drops: 0
Queueing strategy: Per VC Queueing
5 minute input rate 46000 bits/sec, 55 packets/sec
5 minute output rate 46000 bits/sec, 55 packets/sec
35305 packets input, 3157964 bytes, 0 no buffer
Received 0 broadcasts (0 IP multicasts)
0 runts, 0 giants, 0 throttles
0 input errors, 0 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored, 0 abort
35347 packets output, 3160092 bytes, 0 underruns
0 output errors, 0 collisions, 1 interface resets
0 unknown protocol drops
0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out
BGL14.1-O.13-7200-4#show controllers atm2/0
Interface ATM2/0 is up
Hardware is ENHANCED ATM PA - OC3 (155000Kbps)
Framer is PMC PM5346 S/UNI-155-LITE, SAR is LSI ATMIZER II
Firmware rev: G163, Framer rev: 0, ATMIZER II rev: 3
idb=0x06ACE1AC, ds=0x076569E0, vc=0x076B87A0
slot 2, unit 2, subunit 0, fci_type 0x0056, ticks 29791
4000 rx buffers: size=512, encap=64, trailer=28, magic=4
Curr Stats:
VCC count: current=1, peak=1
SAR crashes: Rx SAR=0, Tx SAR=0
rx_cell_lost=0, rx_no_buffer=0, rx_crc_10=0, rx_no_mem=0
rx_cell_len=0, rx_no_vcd=1, rx_cell_throttle=0, tx_aci_err=0
Rx Free Ring status:
base=0xE427C040, size=4096, write=280
Rx Compl Ring status:
base=0x388F5680, size=4096, read=663
Tx Ring status:
base=0xE47039C0, size=8192, write=1092
Tx Compl Ring status:
base=0x388FD6C0, size=8192, read=4642
BFD Cache status:
base=0x076B2720, size=6144, read=6143
Rx Cache status:
base=0x06ACFAE0, size=16, write=7
Tx Shadow status:
base=0x076AA6A0, size=8192, read=1087, write=1092
Control data:
rx_max_spins=3, max_tx_count=17, tx_count=5
rx_threshold=2667, rx_count=7, tx_threshold=4608
tx bfd write indx=0x10DF, rx_pool_info=0x04908900
Control data base address:
rx_buf_base = 0x386A37E0 rx_p_base = 0x07663FC0
rx_pak = 0x05584128 cmd = 0x06ACF4A0
framer = 0x02161B00 framer_cb = 0x05D634E0
framer_base = 0xE4100000 pci_pa_stats = 0x38905700
device_base[0] = 0xE4000000 device_base[1] = 0xE4400000
ssram_base[0] = 0xE4200000 ssram_base[1] = 0xE4600000
sdram_base[0] = 0xE4300000 sdram_base[1] = 0xE4700000
pa_cmd_buf[0] = 0xE427FC00 pa_cmd_buf[1] = 0xE467FC00
vcd_base[0] = 0xE4200000 vcd_base[1] = 0xE4618000
chip_dump[0] = 0x3890572C chip_dump[1] = 0x3890582C
sar_buf_base[0] = 0xE4328000 sar_buf_base[1] = 0xE470C000
bfd_base[0] = 0xE4264000 bfd_base[1] = 0xE4600000
acd_base[0] = 0xE4222080 acd_base[1] = 0xE4638240
Bad particle count = 0
SAR AutoRecovery : Disabled
SAR AR rx stuck count=0 tx stuck count=0
rx_crashes =0 tx_crashes =0
Framer Information:
Framing mode: SDH (STM-1)
No alarm detected
Facility statistics: current interval elapsed 91 seconds
sbip lbip lfebe pbip pfebe hcse
------------------------------------------------------------
30 0 0 0 38 20 0
33 0 0 0 1674 906 1
sbip: Section BIP8
lbip: Line BIP8/24
lfebe: Line FEBE
pbip: Path BIP8
pfebe: Path FEBE
hcse: Rx Cell HCS Error
BGL14.1-O.13-7200-4#
==========================================================================
BGL14-1-R-06-ASR1002-X-2#show int ATM0/2/0
ATM0/2/0 is up, line protocol is up
Hardware is SPA-3XOC3-ATM-V2, address is 4001.7a65.fa20 (bia 4001.7a65.fa20)
MTU 4470 bytes, sub MTU 4470, BW 149760 Kbit/sec, DLY 80 usec,
reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255
Encapsulation ATM, loopback not set
Keepalive not supported
Encapsulation(s): AAL5 AAL0
8191 maximum active VCs, 1 current VCCs
ATM Dynamic Bandwidth Disabled.
VC Auto Creation Disabled.
VC idle disconnect time: 300 seconds
4 carrier transitions
Last input 00:00:00, output 00:00:00, output hang never
Last clearing of "show interface" counters 07:32:05
Input queue: 0/375/0/0 (size/max/drops/flushes); Total output drops: 0
Queueing strategy: fifo
Output queue: 0/40 (size/max)
5 minute input rate 66000 bits/sec, 79 packets/sec
5 minute output rate 65000 bits/sec, 78 packets/sec
122903 packets input, 12662956 bytes, 0 no buffer
Received 0 broadcasts (0 IP multicasts)
0 runts, 0 giants, 0 throttles
4 input errors, 0 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored, 0 abort
122903 packets output, 12662956 bytes, 0 underruns
0 output errors, 0 collisions, 1 interface resets
0 unknown protocol drops
0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out
BGL14-1-R-06-ASR1002-X-2#show con
BGL14-1-R-06-ASR1002-X-2#show controllers ATM0/2/0
Interface ATM0/2/0 (SPA-3XOC3-ATM-V2[0/2]) is up
Framing mode: SONET OC3 STS-3c
SONET Subblock:
SECTION
LOF = 0 LOS = 1 BIP(B1) = 0
LINE
AIS = 0 RDI = 1 FEBE = 22 BIP(B2) = 0
PATH
AIS = 0 RDI = 1 FEBE = 3 BIP(B3) = 0
LOP = 1 NEWPTR = 0 PSE = 0 NSE = 0
Active Defects: None
Active Alarms: None
Alarm reporting enabled for: SF SLOS SLOF B1-TCA B2-TCA PLOP B3-TCA
ATM framing errors:
HCS (correctable): 0
HCS (uncorrectable): 0
APS
not configured
COAPS = 0 PSBF = 0
State: PSBF_state = False
Rx(K1/K2): 00/00 Tx(K1/K2): 00/00
Rx Synchronization Status S1 = 00
S1S0 = 02, C2 = 13
PATH TRACE BUFFER : STABLE
BER thresholds: SF = 10e-3 SD = 10e-6
TCA thresholds: B1 = 10e-6 B2 = 10e-6 B3 = 10e-6
Clock source: line
BGL14-1-R-06-ASR1002-X-2#
BGL14-1-R-06-ASR1002-X-2#
BGL14-1-R-06-ASR1002-X-2#show int ATM0/2/0
ATM0/2/0 is up, line protocol is up
Hardware is SPA-3XOC3-ATM-V2, address is 4001.7a65.fa20 (bia 4001.7a65.fa20)
MTU 4470 bytes, sub MTU 4470, BW 149760 Kbit/sec, DLY 80 usec,
reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255
Encapsulation ATM, loopback not set
Keepalive not supported
Encapsulation(s): AAL5 AAL0
8191 maximum active VCs, 1 current VCCs
ATM Dynamic Bandwidth Disabled.
VC Auto Creation Disabled.
VC idle disconnect time: 300 seconds
4 carrier transitions
Last input 00:00:01, output 00:00:01, output hang never
Last clearing of "show interface" counters 07:39:18
Input queue: 0/375/0/0 (size/max/drops/flushes); Total output drops: 0
Queueing strategy: fifo
Output queue: 0/40 (size/max)
5 minute input rate 0 bits/sec, 0 packets/sec
5 minute output rate 0 bits/sec, 0 packets/sec
123077 packets input, 12672004 bytes, 0 no buffer
Received 0 broadcasts (0 IP multicasts)
0 runts, 0 giants, 0 throttles
4 input errors, 0 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored, 0 abort
123077 packets output, 12672004 bytes, 0 underruns
0 output errors, 0 collisions, 1 interface resets
0 unknown protocol drops
0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out
BGL14-1-R-06-ASR1002-X-2#show int ATM0/2/0.1
ATM0/2/0.1 is up, line protocol is up
Hardware is SPA-3XOC3-ATM-V2, address is 4001.7a65.fa20 (bia 4001.7a65.fa20)
Description: to-zonghang-router-01
Internet address is 10.100.252.9/30
MTU 4470 bytes, BW 149760 Kbit/sec, DLY 80 usec,
reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255
Encapsulation ATM
Keepalive not supported
123224 packets input, 12679648 bytes
112000 packets output, 12096000 bytes
11223 OAM cells input, 11223 OAM cells output
AAL5 CRC errors : 0
AAL5 SAR Timeouts : 0
AAL5 Oversized SDUs : 0
Last clearing of "show interface" counters 07:45:22
BGL14-1-R-06-ASR1002-X-2#

评论
LinusT
Cisco Employee
Cisco Employee
ATM技术基本已经淘汰,既然看到了关于QoS的就一块分享吧
ATM的QoS和适配层
1. ATM的QoS
(1). 业务质量分类
业务质量分类有多种分类方法。ATM中按照速率要求把各种业务分为五大类:

  • 未定比特速率(UBR:Unspecified Bit Rate):对传输速率没有指定,但可靠性要求很高,即所谓"尽力传输"(Best Effort),用于局域网仿真(LAN Emulation)。
  • 不变比特速率(CBR:Constant Bit Rate):有固定的带宽(速率)要求,适用实时的话音和视频信号传输。
  • 可用比特速率(ABR:Available Bit Rate):只需指定峰值(Peak)和谷值(Minimum)信元速率,应用不多。
  • 可变比特速率(VBR:Variable Bit Rate):允许随时可变的带宽,但必须指定峰值带宽、最大突发数据长度和必须维持的最低速率。
  • 实时可变比特速率(rt-VBR:Real Time Variable Bit Rate):主要用于速率可变的实时业务(如视频监控和压缩话音通信等业务)。
它们的大致关系如下图11所示。
各种ATM服务类型的特性如下表。






服务特性
CBR
RT-VBR
NRT-VBR
ABR
UBR
带宽保证可选
适用于实时通信
适用于突发通信
有关于拥塞的反馈

(2). 业务质量描述参数(QoS---- 服务质量)
  业务质量参数是指一个呼叫对网络所提供质量的一系列要求。为了在有效利用网络资源的同时,又保证一定的QoS,ATM在UNI接口处进行业务量的控制,以避免网络拥塞和过载。所以ATM在UNI信令中规定,用户系统在虚电路建立过程中必须提出自己的业务质量要求(由业务描述参数表示),由网络决定是否接受这个请求;一旦请求被接受,网络对各链路的业务量进行监控,限制超过业务量要求的包通过,从而避免网络过载。
这些参数列于下表:












参数
缩写词
含义
峰值信元速率
PCR
信元发送的最大速率
持续信元速率
SCR
长时间的平均信元传输速率
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
信元提交时拖延的时间(中间值和最大值)
信元延迟变化
CDV
信元提交时间的变化幅度
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
  显然不同业务质量QoS要求,其信元传输的优先级是不同的。其网络优先级依次为:CBR信元:最高级;rt-VBR信元:高;VBR信元:中等;ABR及UBR信元:低。其中高、中优先级用于话音和视频传输(CBR及VBR),而低优先级通常用于数据传送(ABR及UBR)。
2. ATM的适配层(AAL:ATM Adaptation Layer)
  ATM适配层,是ATM核心(包括ATM层和物理层,与业务无关)和高层间的接口(见图5),它是为使ATM层能适应不同业务类型而设置的,故ATM对各种业务承载能力集中体现在ATM适配层。ATM适配层又细分为若干子层。具体如下图12。
  ATM适配层共有6种类型:AAL0,AAL1,AAL2,AAL3,AAL4,AAL5。
(1) AAL0
  用于传送原始ATM信元,必须为53字节大小,对非53字节长度的信元必须由用户开发的协议解释。
  AAL0主要用于传送信令和短消息(OAM用)。
(2) AAL1
  由于传送恒速率(CBR)业务数据及其定时信息(包括发送定时及时钟恢复)。主要目的是用来模拟电路交换(CSS:Circuit Switching Simulation),能支持N×64Kbps的不变速率话音传送;同时也(仅)支持G.726下的ADPCM的恒比特率压缩话音数据。
  在同一个虚通道(VC)中,AAL1还支持一个或多个DS0(64Kbps)。当虚通道中只有一个DS0话音时,可以使用无结构数据格式(UDF:Unstructured Data Format)传送,这是一种面向比特的技术;当有多个DS0同时传送时,必须使用结构化数据格式(SDF:Structured Data Format),此时各DS0数据流按字节依次传送,即是面向字节的。这两种格式的区别如下图13所示。其中AAL1指针用于指示多DS0时,第一个DS0字节位置,以便定时。利用AAL1可以实现ATM对STM(TDM)信号的传送,见图14。
图 13
AAL1主要用于TDM电路仿真。其特点是:
a) 速率恒定:用于N×64Kbps话带数据;
b) 可以通过部分填充的办法发送信元,以减少传送时延(用到AAL1指针);
但是,AAL1用于话音传送时有如下缺点:
a) 比TDM多占12-15%的带宽;
b) 不能利用静默技术提高带宽利用率; c) 只能使用恒比压缩算法。
(3) AAL2
AAL2适用低速率及变比特率传送,在话音传送方面优于AAL1,因为:
a) 同样适合实时传送,且允许使用静默技术、语音压缩及带内信令;
b) 在一个虚通路VC中可以传送多话路,且业务性能可以不同; 即,AAL2可以节省带宽,从而比AAL1更为经济。
AAL2的信元格式如下:
  图中清楚地显示了一个ATM信元中传输多路话音的情形。其中的各CPS-PH+CPS-PP相当于该ATM信元所在VC中的微通道(Mini-Channel),这就允许选择最佳的分组尺寸以获得最小时延,同时允许多个活动AAL2微通道有效地复用在一个VC中,从而提高带宽效率。
(4) AAL5
  在AAL5中,数据(可以长达65,536字节)先被缓存,被分割适配到ATM信元并透明传输,同时加上了纠错,因而AAL5特别适合可变比特率数据传送,支持面向连接的、对时延不太敏感的业务。AAL5的优点是开销小、纠错强,同AAL3/4相比除了不支持复用外,基本相同。
  AAL5的信元格式,如下图15所示。图中给出了一个60字节的数据块通过两个ATM信元传送的例子。
  因此,AAL5主要用于传送数据,当然也可利用AAL5进行话音业务传送。
对以上各类AAL,推荐使用如下QoS:
AAL0:任何一种均可;
AAL1:CBR或UBR;
AAL2:VBR或UBR;
AAL5(数据):UBR或ABR;
AAL5(话音):CBR。
xuxianda7
Spotlight
Spotlight
感谢分享,非常详细!!!
Yanli Sun
Community Manager
Community Manager
感谢楼主分享,棒棒的
LxL9905
Level 1
Level 1
感谢分享:handshake
rong_yq
Level 1
Level 1
谢谢分享:D:D:D:D
zzq2695
Spotlight
Spotlight
ATM是“淘汰”的技术,但并不意味着不好用!曾在国内某客户现场,听客户说“ATM很好使,尤其是可以通过VC指定带宽,比QOS好使!”;P
入门指南

使用上面的搜索栏输入关键字、短语或问题,搜索问题的答案。

我们希望您在这里的旅程尽可能顺利,因此这里有一些链接可以帮助您快速熟悉思科社区:









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