數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)清華網(wǎng)絡(luò)層

1、第21講 網(wǎng)絡(luò)層之七ATM的網(wǎng)絡(luò)層處理信元和信元傳輸處理虛電路建立和釋放進(jìn)行擁塞控制一. ATM網(wǎng)絡(luò)層概述1. ATM層功能ATM層相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)層2. ATM層的特點(diǎn)虛電路是單向的全雙工需要一對(duì)虛電路(兩條虛電路的質(zhì)量可不同)不提供確認(rèn)手段同一虛電路上的信元順序保持不變高層必須執(zhí)行差錯(cuò)控制不保證同一虛路徑上的信元順序基于虛路徑的路由選擇3. ATM接口用戶-網(wǎng)絡(luò)接口(UNI, User-network interface) 定義了主機(jī)和ATM網(wǎng)絡(luò)之間的邊界。網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)接口(NNI, Network-network Interface) 定義了兩臺(tái)ATM交換機(jī)(ATM路由器)之間的邊界。4. AT

2、M信元格式 PTInformation field(48 octets)VPIVCICLPHECGFC通用流控用在本地用戶與網(wǎng)絡(luò)接口處對(duì)信元流量進(jìn)行控制。是否有用？虛路徑標(biāo)識(shí)構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的一條路徑。虛通道標(biāo)識(shí)在一條給定虛路徑上選擇一條特定的虛電路。信元丟失優(yōu)先級(jí)(CLP)0 不得丟棄1 可丟棄有效負(fù)載類型信息字段里的信息000001010011100101110111UDU，無(wú)擁塞，信元類型0UDU，無(wú)擁塞，信元類型1UDU，經(jīng)歷擁塞，信元類型0UDU，經(jīng)歷擁塞，信元類型1鄰接路由器之間的維護(hù)信息源和目的路由器之間的維護(hù)信息RM信元(ABR擁塞控制)為將來(lái)保留P1P2P3二、ATM連接Trans

3、mission pathVirtual pathVirtual pathVirtual pathVirtual channels一條傳輸路徑可包含多條虛路徑；一條虛路徑可包含多條虛通道；虛通道(VC)用來(lái)描述具有共同唯一標(biāo)識(shí)值的ATM信元的單向傳輸。虛通道標(biāo)識(shí)(VCI)標(biāo)識(shí)給定VPC上的一條特定VC鏈路。虛通道鏈路(VCL)虛通道連接(VCC)一組級(jí)聯(lián)的VC鏈路。在兩點(diǎn)之間單向傳輸ATM信元,其中的一點(diǎn)指定VCI,而在另一點(diǎn)要轉(zhuǎn)換或終止該VCI。ATM邏輯連接1. 虛通道（虛電路）檢測(cè)到目的節(jié)點(diǎn)的虛路徑連接是否有足夠的容量來(lái)支持虛通道、是否滿足所需的服務(wù)質(zhì)量。虛通道控制機(jī)制2. 虛路徑虛路徑(

4、VP)用來(lái)描述特定ATM信元單向傳輸?shù)耐ㄓ眯g(shù)語(yǔ)。虛路徑鏈路(VPL)兩點(diǎn)之間用一個(gè)共同VPI標(biāo)識(shí)的一組VP鏈路,其中的一點(diǎn)指定VPI,而在另一點(diǎn)要轉(zhuǎn)換或終止該VPI。虛路徑標(biāo)識(shí)(VPI)標(biāo)識(shí)了一個(gè)特定的VP鏈路。虛路徑連接(VPC)一組級(jí)聯(lián)的VP鏈路。它是一束具有相同端點(diǎn)的VCC。虛路徑控制機(jī)制包括計(jì)算路由、分配容量和存儲(chǔ)連接狀態(tài)信息。3. 虛路徑的使用提出背景基本思想將共享相同路徑的連接組織成一個(gè)單元，從而抑制了為控制付出的開(kāi)銷。優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提高網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性減少處理并縮短連接建立時(shí)間改進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)高速網(wǎng)絡(luò)中控制開(kāi)銷日益增加。建立呼叫的一般過(guò)程發(fā)起VCC請(qǐng)求VPC存在？滿足QoS？建立

5、一新VPC或VCCnyn阻塞VCC或請(qǐng)求更多容量請(qǐng)求允許？拒絕VCC請(qǐng)求n建立連接y4. 連接建立y連接建立時(shí)序圖源主機(jī)目的主機(jī)Setup Setup Setup Call proceedingCall proceedingConnect Connect Connect Connect ackConnect ackConnect ackRelease Release completeRelease completeRelease completeRelease Release 連接釋放時(shí)序圖源主機(jī)目的主機(jī)5. ATM的多播先建立一條從源端到一個(gè)目的端的虛電路通過(guò)ADD PARTY將第二個(gè)目的端

6、加入到上述虛電路6. ATM的編址類型1typeCountry/Org.fareaauthoritydomainaddressotherarea類型2類型3基于ISDN的15位十進(jìn)制電話號(hào)碼。基于OSI地址1B 2B 1B 3B 2B 1B三、路由選擇和交換1. ATM標(biāo)準(zhǔn) ATM標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定路由算法 ATM路由選擇的基本思想在用戶-網(wǎng)絡(luò)接口，基于VCI進(jìn)行路由選擇；在網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)接口，基于VPI進(jìn)行路由選擇； 同一虛路徑上的虛電路只需一次路由選擇 縮短每個(gè)信元的處理時(shí)間 易于更改一組虛電路 便于為用戶提供私有網(wǎng)絡(luò) 只需查212個(gè)表項(xiàng)SFLADallas Omaha NYDCDenver Min

7、neapolis Original path01234New path2. 實(shí)例X一次操作可最多改變65536條虛電路通過(guò)omaha交換機(jī)虛電路建立次序23456789101omaha交換機(jī)上的路由表(in-VPI,out-line, out-VPI)3145414232434401131112141502入境VPI012345678出 境線路VPI出 境線路VPI出 境線路VPI出 境線路VPI出 境線路VPI4095線路0線路1線路2線路3線路41,5101,5102,82,83399467476四、服務(wù)類型 ATM網(wǎng)絡(luò)能同時(shí)傳送不同類型的通信量(包括實(shí)時(shí)的話音、圖象和突發(fā)的TCP流量)1

8、. 實(shí)時(shí)服務(wù)實(shí)時(shí)應(yīng)用是到某一個(gè)用戶的信息流，用戶所在的站點(diǎn)應(yīng)能將此信息流重現(xiàn)得與源端輸出的一樣。恒定比特率(CBR)在整個(gè)連接期間具有連續(xù)可用的恒定數(shù)據(jù)率,并對(duì)傳輸延遲有嚴(yán)格的上限要求。 每一種通信量在子網(wǎng)內(nèi)的處理方法取決于通信量的特性和應(yīng)用需求 所有的通信都以相同的信元形式通過(guò)虛電路傳輸特性無(wú)差錯(cuò)校驗(yàn)無(wú)流量控制無(wú)其它處理應(yīng)用未壓縮的聲音和視頻信息 實(shí)時(shí)可變比特率(rt-VBR)提供可變數(shù)據(jù)率且延遲和延遲抖動(dòng)有嚴(yán)格要求的服務(wù)。特性速率可變突發(fā)性應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的圖象壓縮方法會(huì)產(chǎn)生大小不同的圖象幀序列，而實(shí)時(shí)視頻要求均勻的幀傳送速率。2. 非實(shí)時(shí)服務(wù)具有突發(fā)性的通信量，但同時(shí)對(duì)延遲和延遲抖動(dòng)沒(méi)有嚴(yán)格的要

9、求。網(wǎng)絡(luò)在處理時(shí)具有更大的靈活性，并可利用統(tǒng)計(jì)復(fù)用來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的效率。 非實(shí)時(shí)可變比特率(nrt-VBR)用戶通過(guò)描述通信特性使網(wǎng)絡(luò)在丟失和延遲方面提供服務(wù)質(zhì)量的保證特性應(yīng)用提供可變數(shù)據(jù)率但延遲和延遲抖動(dòng)沒(méi)有嚴(yán)格要求的服務(wù)速率可變突發(fā)性要求嚴(yán)格時(shí)間響應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸。航線定票銀行業(yè)務(wù) 可用比特率(ABR)特性向發(fā)送者提供速度反饋用戶指明其希望的最大數(shù)據(jù)率和所需的最小數(shù)據(jù)率，網(wǎng)絡(luò)據(jù)此分配資源，使所有ABR應(yīng)用的容量都達(dá)到其最小值。所有未用的容量公平分配給所有的ABR應(yīng)用等待座位的旅客 未指定比特率(UBR)信元以先進(jìn)先出的原則被發(fā)送，使用其他服務(wù)沒(méi)有用完的容量。特性應(yīng)用不向源端作承諾不反饋擁塞信息遠(yuǎn)程

10、終端文本/數(shù)據(jù)/圖象傳輸“best-effort”0100%線路容量的百分例時(shí)間ABR和UBRVBRCBR五、服務(wù)質(zhì)量 1.提供的通信量圖像顯示服務(wù)器1200bps5Mbps每個(gè)方向上的負(fù)載要求可不同2.協(xié)議的遵守雙方協(xié)商通信量與服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的強(qiáng)制程度。服務(wù)質(zhì)量的保證是用戶與網(wǎng)絡(luò)之間的約定。用戶不遵守協(xié)定怎么辦？運(yùn)營(yíng)商不能保證質(zhì)量怎么辦？3. 服務(wù)質(zhì)量峰值信元率(PCR)定義了源端提交到一個(gè)ATM連接上的通信量上限。PCR = 1/TT為信元之間的最小間隔CBR 和、VBR：指定PCR持續(xù)信元率(SCR)定義了在ATM連接上的平均速率的上限，所計(jì)算的時(shí)間范圍比T大得多。CBR：PCR = SC

11、RVBR：指定SCR網(wǎng)絡(luò)能在多個(gè)VBR之間分配資源最小信元率(MCR)定義了網(wǎng)絡(luò)對(duì)請(qǐng)求所許諾的最小速率。ABR：指定MCR網(wǎng)絡(luò)確保(PCR-MCR)容量在幾個(gè)ABR流中公平分享源通信量描述可容忍的信元延遲偏差(CVDT)定義了延遲偏差的可接收上限。在網(wǎng)絡(luò)接口上產(chǎn)生的信元延遲變化的一種度量PCR、SCR：指定CVDTCVDT通常是在UNI顯式設(shè)置而不用協(xié)商。信元丟失比率(CLR)信元丟失或提交太遲的比率。信元傳送延遲(CTD)指從源端UNI發(fā)送一個(gè)信元的第一個(gè)比特到目的UNI接收該信元的最后一個(gè)比特所經(jīng)過(guò)的時(shí)間?？蓞f(xié)商在連接時(shí)協(xié)商信元延遲變化(CDV)定義了所期望最好的和最壞的端-端信元傳送延遲

12、之差?？蓞f(xié)商描述網(wǎng)絡(luò)特性CDVT是CDV在UNI的上限概率固定延遲1-信元延遲偏差(CDV)信元丟失或提交太遲固定延遲(最小偏差)物理媒體的傳播延遲傳輸系統(tǒng)帶來(lái)的延遲交換機(jī)的處理延遲最大信元傳送延遲信元傳送延遲(CTD)所有信元中的一部分將超過(guò)最大信元傳送延遲到達(dá)，因而被丟棄；其余部分處在所請(qǐng)求的QOS之內(nèi)。由緩存和信元交換造成信元錯(cuò)遞率(CMR)信元錯(cuò)誤比例(CER)嚴(yán)重錯(cuò)誤信元塊比例(SECBR)接收到出錯(cuò)的信元的比率。指定網(wǎng)絡(luò)特性不可協(xié)商不可協(xié)商不可協(xié)商指出N個(gè)信元塊中有M個(gè)信元出錯(cuò)的比率。由于未檢測(cè)出的頭錯(cuò)而被錯(cuò)投的信元數(shù)，以每秒計(jì)。網(wǎng)絡(luò)僅在同時(shí)滿足二個(gè)條件時(shí)才接受一個(gè)連接：既能承諾支

13、持該通信所需的資源又能維持對(duì)現(xiàn)有連接已同意的QoS六、通信量整形和控制1. 參數(shù)描述GCRA可作為PCR和CDVT的關(guān)系的工作定義可用“使用參數(shù)控制”來(lái)監(jiān)視是否通信協(xié)定一致T1/PCR 給出了信元到達(dá)的最小時(shí)間間隔 CDVT(可容忍的信元延遲偏差)通過(guò)監(jiān)視每個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接判斷其通信量是否違背參數(shù)的定義并采取相應(yīng)的措施。使一條連接上的過(guò)載不至于使另一條連接的QoS惡化。 PCR(峰值速率)源通信量必須與CDVT的值一致以便滿足QoS的保證;網(wǎng)絡(luò)試圖想源通信量提供所協(xié)商的CDV;LCell 1Tt1t2Cell 2Cell 3t2+TCell 1Cell 1Cell 1Cell 2t2Cell 3t2

14、+TCell 2t1t1t1t2t1+2TCell 3Cell 2Cell 3(a)(b)(c)(d)Time 最佳情況慢發(fā)送者快發(fā)送者太快發(fā)送者 t1+T-L2. 虛擬調(diào)度算法丟棄早到的信元置該信元的CLP位為最低優(yōu)先級(jí)不遵守協(xié)定tTAT-LTAT不變TAT-LTAT遵守協(xié)定遵守協(xié)定TAT-LtTATTATt+Lt：信元到達(dá)時(shí)間L：CVDTTAT：下一個(gè)信元到達(dá)的理論時(shí)間發(fā)送者速率遠(yuǎn)高于峰值？T02T3T4T5T123456 = 0.3L2345T- T- T- T- T- 3. 漏桶算法發(fā)送者每次發(fā)送信元時(shí)都提前一點(diǎn)點(diǎn)？ GCRA的漏桶描述信元 = T 單位的液體漏桶速度 V = 1單位/

15、us假設(shè)： 漏桶經(jīng) T us 后會(huì)排空 信元以時(shí)間間隔 T us 到達(dá)不會(huì)導(dǎo)致溢出t0： t0 + t：t0 + T - ：t0 + T：一個(gè)信元到達(dá)后，液體水平面為 T；桶中液體水平面降為 T-t；桶中仍留有液體水平面為桶中液體水平面降為 0； 漏桶容量假設(shè)： 漏桶速度 V = 1單位/us 桶的容量 C = TLTLT發(fā)送者可以峰值速率(PCR)突發(fā)信元1/R =2.73us (R155.52Mbps)用戶以PCR發(fā)送信元的時(shí)間間隔為TT 1/PCR 10us( 當(dāng)PCR105cell/s)漏桶傳輸信元的時(shí)間間隔為1信元/桶的容量當(dāng)前容量1信元/T突發(fā)性地發(fā)送N個(gè)信元加到桶中的液體量為 N

16、T漏出桶外的液體量為 (N-1)實(shí)際桶內(nèi)增加的液體量為 NT-(N-1)NT - (N-1) = T + LN = 1 +LT-T = 1/PCRL CDVT桶內(nèi)可容納的最大信元數(shù)目N七、擁塞控制通信量高于系統(tǒng)處理能力造成的長(zhǎng)期擁塞突發(fā)性傳輸造成的短期擁塞1. CBR、rt-VBR和nrt-VBR的通信量管理 指明信元流特性的通信量協(xié)定 網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行的“使用參數(shù)控制” QoS的基礎(chǔ)在連接過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)通信量協(xié)定來(lái)確定新連接能否獲得所需的資源；一旦連接建立后，“使用參數(shù)控制”就可將超過(guò)協(xié)定參數(shù)的任何低優(yōu)先級(jí)信元丟棄； QoS的方法許可控制資源預(yù)留預(yù)防為主的開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)思想，沒(méi)有反饋。在發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)前先

17、發(fā)送一特殊信元預(yù)留所需的帶寬擁塞發(fā)生時(shí)由交換機(jī)發(fā)回抑制信元使發(fā)送者放慢發(fā)送率有選擇地丟棄信元基于信用卡2. UBR的通信量管理以相對(duì)不受控制的方式共享尚未使用的容量。當(dāng)擁塞發(fā)生時(shí)，信元將會(huì)被丟棄。信元被丟棄而重傳3. ABR的通信量管理基于速率允許多個(gè)源端共享尚未被CBR和VBR使用的容量，但可以提供到源端的反饋，以便動(dòng)態(tài)調(diào)整負(fù)載，避免信元的丟失和更公平地共享網(wǎng)絡(luò)的流量。閉環(huán)設(shè)計(jì)思想反饋機(jī)制數(shù)據(jù)流RM信元源端每發(fā)送k個(gè)數(shù)據(jù)信元后便發(fā)送一個(gè)特殊的資源管理信元發(fā)送者 接收者RM走的路徑與k個(gè)數(shù)據(jù)信元的相同RM被途徑的交換機(jī)處理RM在接收端做相應(yīng)的處理后被返回發(fā)送端 ABR連接涉及的傳輸速率當(dāng)前信元速率(ACR)最小信元速率(MCR)峰值信元速率(PCR)初始信元速率(ICR)ACR可取的最小和最大值A(chǔ)CR的初始值 RM的三個(gè)相關(guān)字段 擁塞指示比特(CI, Congestion Indication)不增加比特(NI, No Increase)顯式速率(ER, Explicit Rate)返回RM中的ER給出了途徑交換機(jī)的最小速率工作過(guò)程源