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chapter5chapter5广域网广域网第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制5.3 拥塞控制拥塞控制5.4 X.25网网5.5 帧中继帧中继FR5.6 异步传递方式异步传递方式ATM5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.1.2 数据报与虚电路n无连接的网络服务（数据报服务）n面向连接的网络服务（虚电路服务） 广域网中的最高层是网络层，其网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类：第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.1.2 数据报与虚电路数据报服务的特点：（1）网络随时都可接受主机发送的分组，并为每个分组独立地选择路由2）网络“尽最大努力(best-effort)”将分组交付目的主机，但对源主机不保证可达性，是不可靠的服务 即：分组丢失、分组非序、传输延迟第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.1.2 数据报与虚电路虚电路服务的特点：（1）分组传输前，先通过控制信息分组从源至目的确定路由，建立“虚电路”通信连接，所有分组均按该链路进行通信，结束后释放。

2）采用存储转发技术，不同于电路交换的完全端到端物理占用，而是断续地段到段占用提供可靠服务第第 5 章章 广域网广域网提供数据报服务提供数据报服务H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组第第 5 章章 广域网广域网提供虚电路服务提供虚电路服务H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1 要和 H5 通信虚电路H1 向 H5 发送的所有分组都沿此虚电路传送第第 5 章章 广域网广域网H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网主机 H2 和主机 H6 通信之前，也要建立虚电路 提供虚电路服务提供虚电路服务第第 5 章章 广域网广域网H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网在虚电路建立后，所有发送的分组都按顺序进入管道，然后按照先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机 到达目的站的分组顺序与发送顺序一致，对通信服务质量 QoS有较好保证 第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.1.2 数据报与虚电路两者对比两者对比（1）网络上传送的报文长度，在很多情况下都很短：——数据报既迅速又经济——虚电路有些浪费网络资源（为了传送一个分组必须进行建立虚电路和释放虚电路）。

第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.1.2 数据报与虚电路两者对比两者对比（2）关于地址信息：——数据报中，每个分组必须携带完整地址信息——虚电路中，每个分组不需要携带完整的目的地址，仅需要简单的虚电路号码的标志，从而减少了控制信息比特数，减少额外开销第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.1.2 数据报与虚电路两者对比两者对比（3）关于管理与控制：——使用数据报时，主机承担端到端的差错控制和流量控制——使用虚电路时，分组按顺序交付，网络可以负责差错控制和流量控制第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.1.2 数据报与虚电路两者对比两者对比（4）关于可靠性：——数据报服务时，当某个结点发生故障时，后续的分组就可另选路由，因而提高了可靠性——虚电路服务时，结点发生故障必须重新建立另一条虚电路 第第 5 章章 广域网广域网对比的方面 虚电路服务 数据报服务 思路 可靠通信应当 可靠通信应当 由网络来保证 由用户主机来保证连接的建立 必须有 不要目的站地址 仅在连接建立阶段 每个分组都有 使用，每个分组使 目的站的全地址 用短的虚电路号5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述两者对比两者对比第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述两者对比两者对比对比的方面 虚电路服务 数据报服务分组的转发 属于同一条虚电路 每个分组独立选择 的分组均按照同一 路由进行转发 路由进行转发当结点出 所有通过出故障的 故障结点可能丢失 故障时 结点的虚电路 分组，一些路由 均不能工作 可能会发生变化第第 5 章章 广域网广域网对比的方面 虚电路服务 数据报服务分组的顺序 总是按发送顺序 到达目的站时不一定 到达目的站 按发送顺序 端到端的 可以由分组交换网 由用户主机负责差错处理和 负责也可以由用户 流量控制 主机负责5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述两者对比两者对比第第 5 章章 广域网广域网第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制5.3 拥塞控制拥塞控制5.4 X.25网网5.5 帧中继帧中继FR5.6 异步传递方式异步传递方式ATM5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制互联网局域网局域网广域网路由器结点交换机路由表路由表VS转发表转发表第第 5 章章 广域网广域网5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制“转发” (forwarding)和“路由选择” (routing)•Forwarding: 下一站的发送•Routing: 获得路由的过程与操作，“寻路”。

•转发依据“转发表”，路由选择依据一定的算法建立或更新路由表(Routing Table)，为转发提供依据•有时并没有严格区分第第 5 章章 广域网广域网5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制5.2.1在结点交换机中查找转发表在结点交换机中查找转发表广域网中一般都采用层次地址结构(hierarchical addressing)所连接的交换机的编号所连接的交换机端口的编号计算机在广域网中的地址第第 5 章章 广域网广域网5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制5.2.1在结点交换机中查找转发表在结点交换机中查找转发表广域网中的结点交换机分为两种：•仅与其他结点交换机相连接•与其他结点交换机和用户主机相连接主要区别是高速端口与低速端口的存在性主要区别是高速端口与低速端口的存在性第第 5 章章 广域网广域网[2, 1] [2, 2]456745674 5 6 7交换机1交换机 2交换机3[1, 1][1, 3][3, 2][3, 3]每个交换机都有两组端口一组是和本地主机相连的低速端口，另一组是和其他交换机相连的高速端口1231231 2 3[2, 1] [2, 2]45674567交换机 2交换机3[1, 1][3, 2][3, 3]每个主机地址中后面的数字是指该交换机的低速端口主机地址[3, 2]是指连接在交换机 3 的 2 号低速端口交换机1[1, 3]主机地址[1, 3]是指连接在交换机 1 的 3 号低速端口1231234 5 6 71 2 3[2, 1] [2, 2]45674567交换机 2交换机3[1, 1][3, 2][3, 3]这里给出结点交换机 2 中的转发表作为例子 例如，一个欲发往主机[3, 2]的分组到达了交换机 2。

交换机1[1, 3]交换机 2 的转发表目的站 下一跳 [1, 1] 交换机1 [1, 3] 交换机1 [3, 2] 交换机3 [3, 3] 交换机3 [2, 1] 直接 [2, 2] 直接这时应查找交换机 2 的转发表，找目的站为[3, 2]的项目4 5 6 71 2 3123123[2, 1] [2, 2]12341234交换机 2交换机3[1, 1][3, 2][3, 3]目的站是[3, 2]吗？交换机1[1, 3]交换机 2 的转发表目的站 下一跳 [1, 1] 交换机1 [1, 3] 交换机1 [3, 2] 交换机3 [3, 3] 交换机3 [2, 1] 直接 [2, 2] 直接根据转发表指出的下一跳把分组转发到交换机 3是1231234 5 6 71 2 3[2, 1] [2, 2]12341234交换机 2交换机3[1, 1][3, 2][3, 3]交换机1[1, 3]分组转发到交换机 3 后就查找交换机 3 的转发表。

从转发表可知不必再转发分组了，把该分组直接交付给主机[3, 2]即可1231234 5 6 71 2 35.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制5.2.1在结点交换机中查找转发表在结点交换机中查找转发表目的站 下一跳 [1, 1] 交换机1 [1, 3] 交换机1 [3, 2] 交换机3 [3, 3] 交换机3 [2, 1] 直接 [2, 2] 直接转发表的简化：转发表的简化：依据目的站的交换机号确定转发的下依据目的站的交换机号确定转发的下一跳即可，而不必依据目的站的完整一跳即可，而不必依据目的站的完整地址目的站 下一跳 1 交换机1 3 交换机3 2 直接第第 5 章章 广域网广域网5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制n可用图论中的“图(graph)”来表示整个广域网n用“结点”表示广域网上的结点交换机，用连接结点与结点的“边”表示广域网中的链路n连接在结点交换机上的主机与分组转发无关，因此在图中可以不画上。

图的应用第第 5 章章 广域网广域网12341结点边2435.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制图的应用第第 5 章章 广域网广域网1243目的站 下一跳1 直接2 33 34 3结点 1 的转发表5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制目的站 下一跳1 32 直接3 34 4结点 2 的转发表第第 5 章章 广域网广域网5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制5.2.2 在路由表中使用默认路由在路由表中使用默认路由 1243目的站 下一跳1 直接2 33 34 3结点 1 的转发表这三个项目的“下一跳” 都是转发到“3”（结点 3）可以合并以结点 1 和结点 2 中的转发表为例来讨论目的站 下一跳 1 直接默认 3结点 1 的转发表默认路由第第 5 章章 广域网广域网5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制5.2.2 在路由表中使用默认路由在路由表中使用默认路由 1243目的站 下一跳1 32 直接3 34 4结点 2 的转发表这两个项目的“下一跳” 都是转发到“3”（结点 3）。

可以合并目的站 下一跳 2 直接 4 4默认 3结点 2 的转发表默认路由第第 5 章章 广域网广域网5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制5.2.2 在路由表中使用默认路由在路由表中使用默认路由 在较小的网络中，转发表中重复的项目不多，但在在较小的网络中，转发表中重复的项目不多，但在很大的广域网的转发表中就有可能出现很多的重复项目，很大的广域网的转发表中就有可能出现很多的重复项目，这将导致搜索转发表时花费较长的时间这将导致搜索转发表时花费较长的时间 为了减少转发表中的重复项目，可以用一个默认路为了减少转发表中的重复项目，可以用一个默认路由由(default route)代替所有的具有相同代替所有的具有相同“下一跳下一跳”的项目默认路由具有较低优先级，当转发分组不能进行项目对默认路由具有较低优先级，当转发分组不能进行项目对应时，才使用默认路由应时，才使用默认路由第第 5 章章 广域网广域网第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制5.3 拥塞控制拥塞控制5.4 X.25网网5.5 帧中继帧中继FR5.6 异步传递方式异步传递方式ATM5.3 拥塞控制拥塞控制定义： 在某段时间，若对网络中某资源(链路容量/缓存空间/处理能力、速度等)的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏，这种情况称为拥塞(congestion)。

资源拥塞条件： 对资源需求的总和 > 可用资源第第 5 章章 广域网广域网5.3 拥塞控制拥塞控制资源拥塞条件： 对资源需求的总和 > 可用资源 方法：寻求使不等式不再成立的条件，同时必须综合考虑，不能依靠盲目的资源扩充或增加！第第 5 章章 广域网广域网5.3 拥塞控制拥塞控制n拥塞控制是很难设计的，因为它是一个动态的（而不是静态的）问题n当前网络正朝着高速化的方向发展，这很容易出现缓存不够大而造成分组的丢失但分组的丢失是网络发生拥塞的征兆而不是原因n在许多情况下，甚至正是拥塞控制本身成为引起网络性能恶化甚至发生死锁的原因这点应特别引起重视控制原理：开环控制、闭环控制第第 5 章章 广域网广域网5.3 拥塞控制拥塞控制n 开环控制方法就是在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞 n 闭环控制是基于反馈环路的概念属于闭环控制的有以下几种措施： n 监测监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生n 将拥塞发生的信息传送传送到可采取行动的地方n 调整调整网络系统的运行以解决出现的问题第第 5 章章 广域网广域网第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制5.3 拥塞控制拥塞控制5.4 X.25网网5.5 帧中继帧中继FR5.6 异步传递方式异步传递方式ATM5.4 X.25网网DTEDCEDCEDTEX.25公用分组公用分组交换网交换网X.25接口接口X.25接口接口nX.25 公用分组交换网于20世纪70年代，依据国际电报咨询委员会CCITT（即现在的 ITU-T）的 X.25 建议书而实现的计算机网络。

nX.25 是一个对公用分组交换网接口的规约，所讨论的都是以面向连接的虚电路服务为基础第第 5 章章 广域网广域网5.4 X.25网网X.25 建议了3级通信：物理级、链路级、分组级高层高层分组层分组层数据链路层数据链路层物理层物理层分组层分组层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑信道，多重接口逻辑信道，多重接口LAPB数据链路层接口数据链路层接口X.21物理层接口物理层接口第第 5 章章 广域网广域网5.4 X.25网网（（1）分组层）分组层•处理分组定义、寻址、流量控制、拥塞控制等处理分组定义、寻址、流量控制、拥塞控制等•X.25面向连接，支持交换虚电路和永久虚电路面向连接，支持交换虚电路和永久虚电路SVC(Switch Virtual Circuit)是在发送方向网络发送请求，是在发送方向网络发送请求，要求与远程机器通信时建立的，要求与远程机器通信时建立的，一旦虚电路建立，就可以发送一旦虚电路建立，就可以发送报文，且保证正确到达报文，且保证正确到达PVC(Permanent Virtual Circuit)是由用户和长途电信公司经过协是由用户和长途电信公司经过协商预先建立的，它时刻存在，用商预先建立的，它时刻存在，用户不需建立链路，可直接使用。

户不需建立链路，可直接使用第第 5 章章 广域网广域网5.4 X.25网网（（2）数据链路层）数据链路层•描述用户主机与分组交换机之间数据的可靠传输，如描述用户主机与分组交换机之间数据的可靠传输，如帧格式定义、差错控制等，一般采用帧格式定义、差错控制等，一般采用HDLC高级数据高级数据链路控制链路控制3）物理层）物理层•用于主机与物理网络之间的机械、电气、功能和规程用于主机与物理网络之间的机械、电气、功能和规程特性的接口描述，特性的接口描述，X.21由于许多用户终端并不支持由于许多用户终端并不支持X.25，为了让用户接入网络，，为了让用户接入网络，CCITT也制定了另外一组标准，通过也制定了另外一组标准，通过PAD分组装拆器分组装拆器(packet assembler disassemble)接入第第 5 章章 广域网广域网LAPB 帧X.25 分组分组层（网络层）数据链路层用户数据用户数据X.25首部LAPB首部LAPB尾部5.4 X.25网网第第 5 章章 广域网广域网nX.25 网是面向连接的，能够提供可靠交付的虚电路服务，能保证服务质量，它曾经是颇受欢迎的一种计算机网络n到了 20 世纪 90 年代，情况发生变化。

通信主干线路已大量使用光纤技术，传输质量提高使得误码率降低好几个数量级，而 X.25 十分复杂的数据链路层协议和分组层协议已成为多余nPC 机的价格急剧下降，性能迅速提高，处理能力增强，加速了X.25的退出5.4 X.25网网第第 5 章章 广域网广域网第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制5.3 拥塞控制拥塞控制5.4 X.25网网5.5 帧中继帧中继FR5.6 异步传递方式异步传递方式ATM5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网帧中继网帧中继交换机路由器局域网局域网虚电路路由器FR（（Frame Relay））20 世纪 80 年代后期，许多应用都迫切要求增加分组交换服务的速率,于是一种支持高速交换的网络体系结构——FR呈现；在许多方面非常类似于 X.25，被称为第二代的 X.255.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网•传输设施(数字光纤网)比早期的网具有低误码率；•结点处理能力提高，对每个分组的处理时间减少；•帧中继不使用差错恢复和流量控制机制1）高速交换的基础5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（2）对差错的处理n当检测到有误码时，结点要立即中止这次传输。

n当中止传输的指示到达下个结点后，下个结点也立即中止该帧的传输，并丢弃该帧n如果需要重传出错的帧，则由源站使用高层协议（而不是帧中继协议）请求重传该帧n因此，仅当帧中继网络本身的误码率非常低时，帧中继技术才是可行的 5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（3）使用虚电路n帧中继的逻辑连接的复用和交换都在第二层处理，而不是像 X.25 在第三层处理n帧中继网络向上提供面向连接的虚电路服务虚电路一般分为交换虚电路 SVC 和永久虚电路 PVC 两种n帧中继网络通常为相隔较远的一些局域网提供链路层的永久虚电路服务，它的好处是在通信时可省去建立连接的过程 n如果有 N 个路由器需要用帧中继网络进行连接，那么就一共需要有 N(N – 1)/2 条永久虚电路帧中继网路由器局域网局域网虚电路路由器虚电路像一条专用电路用户看不见帧中继网络内的帧中继交换机5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（4）帧中继的控制信令n帧中继的呼叫控制信令是在与用户数据分开的另一个逻辑连接上传送的（即共路信令或带外信令）n这点和 X.25 很不相同X.25 使用带内信令，即呼叫控制分组与用户数据分组都在同一条虚电路上传送。

5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（5）帧中继网络的工作过程帧中继网路由器局域网局域网虚电路路由器n用户在局域网上传送的 MAC 帧传到与帧中继网络相连接的路由器 5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（5）帧中继网络的工作过程帧中继网路由器局域网局域网虚电路路由器n路由器就剥去 MAC 帧的首部，将 IP 数据报交给路由器的网络层n网络层再将 IP 数据报传给帧中继接口卡帧中继帧发送在前标 志标 志地 址信 息帧检验序列字节122~41可 变首部尾部IP 数据报n帧中继接口卡把 IP 数据报封装到帧中继帧的信息字段n加上帧中继帧的首部（包括帧中继的标志字段和地址字段，帧中继帧的标志字段和 PPP 帧的一样），进行 CRC 检验后，加上帧中继帧的尾部（包含帧检验序列字段和标志字段），就构成了帧中继帧 5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网帧中继网路由器局域网局域网虚电路路由器（5）帧中继网络的工作过程n为了区分开不同的永久虚电路 PVC，每一条 PVC 的两个端点都各有一个数据链路连接标识符 DLCI。

nDCLI 是 Data Link Connection Identifier5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（5）帧中继网络的工作过程帧中继网路由器局域网局域网虚电路路由器n帧中继接口卡将封装好的帧通过向电信公司租来的专线发送给帧中继网络中的帧中继交换机n帧中继交换机收到帧中继帧就按地址字段中的虚电路号转发帧（若检查出有差错则丢弃）5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（5）帧中继网络的工作过程帧中继网路由器局域网局域网虚电路路由器•当帧中继帧被转发到虚电路的终点路由器时，终点路由器就剥去帧中继帧的首部和尾部，加上局域网的首部和尾部，交付给连接在此局域网上的目的主机5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（5）帧中继网络的工作过程n目的主机若发现有差错，则报告上层的 TCP 协议处理n即使 TCP 协议对有错误的数据进行了重传，帧中继网也仍然当作是新的帧中继帧来传送，而并不知道这是重传的数据5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（6）帧中继的拥塞控制n丢弃策略当拥塞足够严重时，网络就要被迫将帧丢弃n拥塞避免在刚一出现轻微的拥塞迹象时用一些信令机制及时使拥塞避免过程开始工作。

n拥塞恢复在已出现拥塞时，拥塞恢复过程可阻止网络彻底崩溃帧中继使用的拥塞控制方法5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（6）帧中继的拥塞控制帧中继帧的两种优先级n网络中，所有的帧被划分为高优先级和低优先级 n高优先级帧在首部的地址字段中的可丢弃指示 DE 比特置为 0，表示网络尽可能不要丢弃这类帧（即使网络发生了拥塞）n低优先级帧的 DE 比特置为1，表示这是相对较为不重要的帧，在网络发生了拥塞时可丢弃这类帧5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（6）帧中继的拥塞控制承诺的信息速率 CIR 在帧中继网络中，使用CIR(Committed Information Rate)进行拥塞控制表示：只要端用户在一段规定的时间间隔内的数据率超过CIR，则在网络出现拥塞时，帧中继网就可能丢弃用户所发送的帧5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（6）帧中继的拥塞控制速率接入速率 R测量时间间隔 Tct承诺的信息速率 CIR用户在 Tc 内的平均数据率 CIR 是对特定的帧中继连接中，用户和网络共同协商确定的用户信息传送速率的门限数值。

CIR 数值越高，帧中继用户向帧中继服务提供者交纳的费用也就越多链路容量链路容量5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（6）帧中继的拥塞控制nCIR 是用来限制用户在某一段测量时间间隔 Tc内所发送的数据的平均数据率n当网络必须把一些帧丢弃时，网络将首先选择超其 CIR 值的那些连接上的帧予以丢弃速率接入速率 R测量时间间隔 Tct承诺的信息速率 CIR用户在 Tc 内的平均数据率5.5 帧中继帧中继FR第第 5 章章 广域网广域网（6）帧中继的拥塞控制n如果帧的速率总是小于 CIR，那么所有的帧都被打上高优先级的标志（DE 比特置 0）n若数据率仅在不太长的时间间隔大于 CIR(只要不超过链路容量)，则网络可以将这样的帧置为 DE = 1，并在可能的情况下进行传送（即不一定丢弃，视网络的拥塞程度而定） 第第 5 章章 广域网广域网5.1 广域网的基本概述广域网的基本概述5.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制5.3 拥塞控制拥塞控制5.4 X.25网网5.5 帧中继帧中继FR5.6 异步传递方式异步传递方式ATM5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网n人们曾经设想过“未来最理想的”一种网络应当是宽带综合业务数字网 B-ISDN。

nB-ISDN 采用新的 ATM 交换技术这种技术结合了电路交换和分组交换的优点n虽然在 B-ISDN 并没有成功，但 ATM 技术还是获得了相当广泛的应用，并在因特网的发展中起到了重要的作用5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（1）基本概念）基本概念 异步传递方式ATM(Asynchronous Transfer Mode) 是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术它采用定长分组作为传输和交换的单位，这种定长分组叫做信元(cell) 5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（2）优缺点）优缺点n选择固定长度的短信元作为信息传输的单位，有利于宽带高速交换信元长度为 53 字节，其首部（可简称为信头）为 5 字节n能支持不同速率的各种业务 n所有信息在最低层是以面向连接的方式传送，保持了电路交换在保证实时性和服务质量方面的优点n使用光纤信道传输，误码率极低，容量大，因此在ATM 网内不必在数据链路层进行差错控制和流量控制(放在高层处理)，因而明显地提高了信元在网络中的传送速率。

5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（2）优缺点）优缺点nATM 的一个明显缺点就是信元首部的开销太大，即 5 字节的信元首部在整个 53 字节的信元中所占的比例相当大nATM 的技术复杂且价格较高nATM 能够直接支持的应用不多n10 千兆以太网的问世，进一步削弱了 ATM 在因特网高速主干网领域的竞争能力5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（3）网络元素）网络元素nATM 端点通过点到点链路与 ATM 交换机相连nATM 交换机是一个快速分组交换机（交换容量高达数百 Gb/s），其主要构件是：交换结构(switching fabric)、若干个高速输入端口和输出端口、必要的缓存ATM 交换机abcdefgh交换结构输入信元输出信元5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（4））ATM协议参考模型协议参考模型 ATM 的协议参考模型共有三层 ATM 层物理层PMD 子层TC 子层ATM 适配层 (AAL 层)SAR子层CS子层321 ATM的层次5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（4））ATM协议参考模型协议参考模型ATM 层物理层PMD 子层TC 子层ATM 适配层 (AAL 层)SAR子层CS子层 PMD 子层负责在物理媒体上正确传输和接收比特流。

它完成只和媒体相关的功能，如线路编码和解码、比特定时以及光电转换等PMD 子层：物理媒体相关子层(Physical Medium Dependent Sublayer)5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（4））ATM协议参考模型协议参考模型ATM 层物理层PMD 子层TC 子层ATM 适配层 (AAL 层)SAR子层CS子层TC 子层:传输汇聚子层(Transmission Convergence Sublayer)nTC 子层实现信元流和比特流的转换，包括速率适配（空闲信元的插入）、信元定界与同步、传输帧的产生与恢复等n在发送时，TC 子层将 ATM 层交下来的信元流转换成比特流，再交给PMD 子层n在接收时，TC 子层将 PMD 子层交上来的比特流转换成信元流，标记出每一个信元的开始和结束，并交给 ATM 层nTC 子层的存在使得 ATM 层实现了与下面的传输媒体完全无关典型的 TC 子层就是 SONET/SDH5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（4））ATM协议参考模型协议参考模型ATM 层物理层PMD 子层TC 子层ATM 适配层 (AAL 层)SAR子层CS子层ATM层主要完成交换和复用功能，与传送 ATM 信元的物理媒体或物理层无关。

n信元的复用与分用n信元的 VPI/VCI 转换（就是将一个入信元的 VPI/VCI 转换成新的数值）n信元首部的产生与提取n流量控制5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（4））ATM协议参考模型协议参考模型ATM 连接用信元首部中的两级标号来识别虚通路标识 VCI (Virtual Channel Identifier)虚通道标识符 VPI (Virtual Path Identifier) 传输链路虚通道 VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虚通路VCI 与 VPI5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（4））ATM协议参考模型协议参考模型VCI 与 VPI一个虚通路 VC 是在两个或两个以上的端点之间的一个运送 ATM 信元的通信通路一个虚通道 VP 包含有许多相同端点的虚通路 VC，而这许多 VC 都使用同一个 VPI 传输链路虚通道 VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虚通路在一个给定的接口，复用在一条链路上的许多不同的VP，用它们的 VPI 来识别。

复用在一个 VP 中的不同的 VC，用它们的 VCI 来识别 传输链路虚通道 VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虚通路5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（4））ATM协议参考模型协议参考模型VCI 与 VPI5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（4））ATM协议参考模型协议参考模型ATM 层物理层PMD 子层TC 子层ATM 适配层 (AAL 层)SAR子层CS子层AAL (ATM Adaptation Layer)层的作用就是增强 ATM 层所提供的服务，并向上面高层提供各种不同的服务话音信号A/DAAL 层ATM 层48 字节数据块数字化的采样信号53 字节信元数据信号长度可变的突发数据分组AAL 层48 字节数据块ATM 层53 字节信元视频信号A/D图像帧 压缩的编码信号AAL 层48 字节数据块ATM 层53 字节信元5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（4））ATM协议参考模型协议参考模型ATM 层物理层PMD 子层TC 子层ATM 适配层 (AAL 层)SAR子层CS子层汇聚子层 CS(Convergence Sublayer) 使 ATM 系统可对不同的应用（如文件传送、点播视像等）提供不同的服务。

每一个 AAL 用户通过相应的服务访问点 SAP（即应用程序的地址）接入到 AAL 层在 CS 子层形成的协议数据单元叫做 CS-PDU5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（4））ATM协议参考模型协议参考模型ATM 层物理层PMD 子层TC 子层ATM 适配层 (AAL 层)SAR子层CS子层拆装子层 SAR (Segmentation And Reassembly)n在发送时，SAR子层将 CS 子层传来的协议数据单元划分成为 48 字节的单元，交给 ATM 层作为信元的有效载荷n在接收时，SAR 子层进行相反操作，将 ATM 层交上来的 48 字节长的有效载荷装配成 CS-PDUnSAR子层就使得ATM 层与上面的应用无关在 ATM 交换机中只有物理层和 ATM 层 ATM 端点AAL层IP 层物理层ATM层AAL层IP 层物理层ATM层ATM 网络ATM 网络交换机交换机ATM 层物理层物理层物理层ATM 层物理层ATM 端点5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网AAL 层只驻留在 ATM 端点之中。

交换机交换机ATM 网络ATM 网络ATM 层物理层物理层物理层ATM 层物理层IP 层物理层ATM层IP 层物理层ATM层ATM 端点AAL层AAL层ATM 端点5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网n当孤立地观察一个 ATM 网络时，ATM 网络像一个广域网，因为它可以覆盖很大的地理范围，有自己网络的硬件地址和进行信元转发的结点交换机，并且向上提供虚电路服务n从 IP 层来看，整个的 ATM 网络又相当于两个 IP 结点之间的一条数据链路，因而整个 ATM 网络又好像是处在数据链路层n可见 ATM 体系结构中的层次和 OSI 的层次很难有严格的对应关系 不同类别的应用AAL1AAL2AAL3/4AAL553 字节51 Mb/sUTP100 Mb/s光纤155 Mb/s光纤其他AAL 层ATM 层物理层信元5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网1485首 部有 效 载 荷VCIVPIGFCHECPTVCIHECVPI字节318121648CLP1683在 UNI在 NNI比特比特PTATM 信元ATM 信元有两种不同的首部用户到网络接口 UNI (User-to-Network Interface) 网络到网络接口 NNI (Network-to-Network Interface) 5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（5））ATM 的逻辑连接机制的逻辑连接机制n在 ATM 中使用的虚通路是一种逻辑连接。

n虚通路是 ATM 网络中的基本交换单元n两个端用户要进行通信，首先必须建立虚通路连接，然后才能在这个端到端连接上以固定信元长度和可变速率进行全双工的通信数据传送完毕后再释放连接ATM 网络AB交换机 X交换机 YUNIUNINNINNICONNECT ACKCONNECT ACKRELEASE COMPLETE RELEASECOMPLETE连接建立连接释放tSETUPSETUPSETUP CALL PROCEEDINGCALL PROCEEDING CALL PROCEEDINGCONNECTCONNECTCONNECTCONNECT ACKRELEASERELEASERELEASE RELEASECOMPLETE数据传送阶段ATM 的主要信令报文的主要信令报文 报文类型报文类型 当主机发送时的意义当主机发送时的意义 当网络发送时的意义当网络发送时的意义SETUP 请求建立连接请求建立连接 有一个入呼叫有一个入呼叫CALL 收到入呼叫收到入呼叫 连接建立的请求连接建立的请求PROCEEDING 正在进行处理正在进行处理CONNECT 接受入呼叫接受入呼叫 呼叫请求已被接受呼叫请求已被接受CONNECT 对对 CONNECT 对对 CONNECTACK 报文的确认报文的确认 报文的确认报文的确认RELEASE 请求释放连接请求释放连接 端点发出了连接释放请求端点发出了连接释放请求RELEASE 对对 RELEASE 的确认的确认 对对 RELEASE 的确认的确认5.6 异步传递方式异步传递方式ATM第第 5 章章 广域网广域网（（5））ATM 的逻辑连接机制的逻辑连接机制nATM 信元在 ATM 网络中传输时，一定是在某个特定的虚连接上按序传送的。

nATM 信元首部一定要有这个虚连接的标识符 VPI/VCI，以便惟一地标识该信元属于哪一个虚通路n所有的 VPI/VCI 值只在每一段物理链路上具有惟一值n每经过一段链路，信元的 VPI/VCI 值都可能改变数值 VCI 和 VPI 的转换ATM 网络网络AB交交换换机机 X交交换换机机 Y交交换换机机 Z121232343414 入入 入入 出出 出出端口端口 VPI/VCI 端口端口 VPI/VCI 4 3/17 2 9/353/1742/556/359/35 交换机交换机 X 的的 VPI/VCI 转换表转换表 交换机交换机 Y 的的 VPI/VCI 转换表转换表 交换机交换机 Z 的的 VPI/VCI 转换表转换表 入入 入入 出出 出出端口端口 VPI/VCI 端口端口 VPI/VCI 1 9/35 4 6/35 入入 入入 出出 出出端口端口 VPI/VCI 端口端口 VPI/VCI 4 6/35 2 42/55端点 A 通过 ATM 交换机 X, Y 和 Z 与端点 B 建立了一条逻辑连接 结束结束。