1、1第第4 4章章 多媒體通信網絡技術多媒體通信網絡技術 4.1 4.1 多媒體通信對通信網的要求多媒體通信對通信網的要求 4.2 4.2 現有網絡對多媒體通信的支撐情況現有網絡對多媒體通信的支撐情況 4.3 4.3 寬帶綜合業務數字網（寬帶綜合業務數字網（B-ISDNB-ISDN） 4.4 4.4 基于基于IPIP的寬帶多媒體通信網絡的寬帶多媒體通信網絡 23廣域網上通信的一種模型廣域網上通信的一種模型4末端用戶應用進程末端用戶應用進程文件傳送、訪問和管理文件傳送、訪問和管理文檔和信息交換文檔和信息交換作業傳送和處理作業傳送和處理分布式信息服務分布式信息服務語法無關的信息交換服務語法無關的信息

2、交換服務傳送語法協商，數據表示轉換傳送語法協商，數據表示轉換應用實體的會話和同步控制應用實體的會話和同步控制網絡無關的信息交換服務網絡無關的信息交換服務端到端的信息傳送端到端的信息傳送（連接管理，錯誤控制，分割，流控）（連接管理，錯誤控制，分割，流控）網絡路由選擇，尋址，呼叫建立和清除網絡路由選擇，尋址，呼叫建立和清除數據鏈路控制（成幀，數據透明性，錯誤控制）數據鏈路控制（成幀，數據透明性，錯誤控制）機械的和電氣的網絡接口定義機械的和電氣的網絡接口定義對網絡端點設備的物理連接對網絡端點設備的物理連接數據通信網絡數據通信網絡應用層應用層表示層表示層會 話會 話層層傳輸層傳輸層網絡層網絡層鏈路層鏈

3、路層物理層物理層網絡協議層概要網絡協議層概要5 1 1 吞吐要求吞吐要求 網絡的吞吐量：它的有效比特率或有網絡的吞吐量：它的有效比特率或有效帶寬，效帶寬， 即傳輸網絡物理鏈路的比特率減即傳輸網絡物理鏈路的比特率減去各種額外開銷。去各種額外開銷。 具體有以下三個方面：具體有以下三個方面： 傳輸帶寬傳輸帶寬, ,存儲帶寬存儲帶寬, ,流量要求。流量要求。 4.1 多媒體通信對通信網的要求多媒體通信對通信網的要求 6 (1) (1) 傳輸帶寬要求。傳輸帶寬要求。 由于多媒體傳輸由于多媒體傳輸由大量突變數據組成，并且常包括實時音由大量突變數據組成，并且常包括實時音頻和視頻信息，頻和視頻信息， 所以對于

4、傳送多媒體信息所以對于傳送多媒體信息的網絡來講，的網絡來講， 它必須有充足可用的傳輸帶它必須有充足可用的傳輸帶寬來完成多媒體信息的傳送。寬來完成多媒體信息的傳送。 在通信擁塞時，在通信擁塞時， 有效帶寬的不足常常有效帶寬的不足常常導致端到端延遲的增加及分組的丟失。導致端到端延遲的增加及分組的丟失。7 (2) (2) 存儲帶寬的要求。存儲帶寬的要求。 在吞吐量大的在吞吐量大的網絡中，網絡中， 接收端系統必須保證有足夠的緩接收端系統必須保證有足夠的緩沖空間來接收不斷送來的多媒體信息。沖空間來接收不斷送來的多媒體信息。 另另外，外， 緩沖區的數據輸入速率也必須足夠大，緩沖區的數據輸入速率也必須足夠大

5、， 以便容納從網絡不斷傳來的數據流。以便容納從網絡不斷傳來的數據流。 這種數據輸入速率有時被看作緩沖區這種數據輸入速率有時被看作緩沖區存儲帶寬。存儲帶寬。 8 (3) (3) 流量要求。流量要求。 網絡必須有足夠的網絡必須有足夠的吞吐能力來確保大帶寬信道在延長的時吞吐能力來確保大帶寬信道在延長的時間段內的有效性。間段內的有效性。 如果網絡在任何時刻都存在許多數如果網絡在任何時刻都存在許多數據流，據流， 那么該網絡的有效吞吐能力就必那么該網絡的有效吞吐能力就必須大于或等于所有這些數據流的比特率須大于或等于所有這些數據流的比特率的總和。的總和。 9 2 2 實時性和可靠性要求實時性和可靠性要求 多

6、媒體通信的實時性要求，多媒體通信的實時性要求， 除了與除了與網絡速率相關，網絡速率相關， 還受通信協議的影響。還受通信協議的影響。 為了獲得真實的臨場感，要求傳輸的時為了獲得真實的臨場感，要求傳輸的時延越小越好。延越小越好。 語音和圖像可以接受的時延都要求語音和圖像可以接受的時延都要求小于小于0.25 s0.25 s； 靜止圖像要求小于靜止圖像要求小于1 s1 s； 在分組交換中，在分組交換中， 組與組之間的延時組與組之間的延時小于小于10 ms10 ms時圖像才有連續感。時圖像才有連續感。 10 不同媒體對通信網的要求不同媒體對通信網的要求 11發送時延發送時延 發送時延：發送時延： 發送數

7、據時，數據塊從結點發送數據時，數據塊從結點進入到傳輸媒體所需要的時間。進入到傳輸媒體所需要的時間。發送時延發送時延 = 數據塊長度（比特）數據塊長度（比特）信道帶寬（比特信道帶寬（比特/秒）秒）12傳播時延傳播時延 傳播時延：電磁波在信道中需要傳播一傳播時延：電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。定的距離而花費的時間。 傳播時延傳播時延 = 信道長度（米）信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米信號在信道上的傳播速率（米/秒）秒）13處理時延處理時延 處理時延：交換結點為存儲轉發而進行處理時延：交換結點為存儲轉發而進行一些必要的處理所花費的時間。一些必要的處理所花費的時間。 結點緩存隊

8、列中分組排隊所經歷的時延結點緩存隊列中分組排隊所經歷的時延是處理時延中的重要組成部分。是處理時延中的重要組成部分。 處理時延的長短往往取決于網絡中當時處理時延的長短往往取決于網絡中當時的通信量。的通信量。 有時可用排隊時延作為處理時延。有時可用排隊時延作為處理時延。 14總時延總時延 數據經歷的總時延就是發送時延、傳播數據經歷的總時延就是發送時延、傳播時延和處理時延之和：時延和處理時延之和： 總時延總時延 = 發送時延發送時延 + 傳播時延傳播時延 + 處理時延處理時延15三種時延所產生的地方三種時延所產生的地方在隊列中產生在隊列中產生處理時延處理時延隊列隊列結點結點 A在發送器產生發送時延在

9、發送器產生發送時延( (即傳輸時延即傳輸時延) )1 0 1 1 0 0 1鏈路鏈路在鏈路上產生在鏈路上產生傳播時延傳播時延結點結點 B數據數據163. 3. 時空約束時空約束 在多媒體通信系統中同一對象的各種媒體之在多媒體通信系統中同一對象的各種媒體之間在空間上和時間上存在著關聯和約束，而信息間在空間上和時間上存在著關聯和約束，而信息傳輸又具有串行性。所以要求采取延遲同步的方傳輸又具有串行性。所以要求采取延遲同步的方法進行再合成，法進行再合成， 包括時間合成、包括時間合成、 空間合成以及空間合成以及時空同步等三個方面時空同步等三個方面。 時間合成：在時間軸上統一原來屬于同一時時間合成：在時間

10、軸上統一原來屬于同一時間軸上各類媒體的時序，間軸上各類媒體的時序， 使其能在時間上正確使其能在時間上正確表現；表現； 空間合成：在空間上媒體的排放位置，空間合成：在空間上媒體的排放位置， 最最后使時間空間統一成正確的表現。后使時間空間統一成正確的表現。 通過時間上的合成、通過時間上的合成、 空間上的合成，空間上的合成， 達到達到多種媒體的時空一致的目的。多種媒體的時空一致的目的。17 4. 4. 分布處理要求分布處理要求 未來通信是多網合一，未來通信是多網合一， 但目前的現狀但目前的現狀是多網共存（如電話網、是多網共存（如電話網、 計算機網、計算機網、 廣廣播電視網等），播電視網等）， 媒體各

11、異（聲、媒體各異（聲、 圖、圖、 文文等），等）， 必須針對這種情況研究如各種媒體必須針對這種情況研究如各種媒體信息分布環境下的運行，信息分布環境下的運行， 通過分布環境解通過分布環境解決多點多人合作、決多點多人合作、 遠程多媒體信息服務等遠程多媒體信息服務等問題。問題。 18 現有的計算機網絡或通信網絡協議主現有的計算機網絡或通信網絡協議主要是針對傳統的數據傳輸制定的，要是針對傳統的數據傳輸制定的， 所以在所以在很多方面不適合聲音、很多方面不適合聲音、 圖像信息的傳輸，圖像信息的傳輸，這些都增加了實現聲音和圖像實時傳輸的這些都增加了實現聲音和圖像實時傳輸的難度。難度。 這種對實時性和同步性的

12、嚴格要求，這種對實時性和同步性的嚴格要求， 迫使我們必須加緊研制針對多媒體信息傳迫使我們必須加緊研制針對多媒體信息傳輸的網絡體系結構。輸的網絡體系結構。 19 4.2 4.2 現有網絡對多媒體通信的支撐情況現有網絡對多媒體通信的支撐情況 通信網絡三大類通信網絡三大類: : (1)(1)電信網絡，如公用電話網電信網絡，如公用電話網 PSTNPSTN、 分分組交換網組交換網 PSPDNPSPDN、 數字數據網數字數據網 DDNDDN、 窄帶和窄帶和寬帶綜合業務數字網（寬帶綜合業務數字網（N-ISDNN-ISDN和和B-ISDNB-ISDN）等；）等； 20(2)(2)計算機網絡，如局域網（計算機網

13、絡，如局域網（LANLAN）、廣域）、廣域網（網（WANWAN）、光纖分布式數據接口（）、光纖分布式數據接口（FDDIFDDI）、）、 分布列隊雙總線（分布列隊雙總線（DQDBDQDB）等；）等；(3)(3)電視傳播網絡，電視傳播網絡， 如有線電視網如有線電視網(CATV),(CATV),混合光纖同軸網（混合光纖同軸網（HFCHFC）、）、 衛星電視網等。衛星電視網等。 這些通信網絡雖然可以傳輸多媒體信息，這些通信網絡雖然可以傳輸多媒體信息，但這些網絡都是在一定歷史條件下為了某種應但這些網絡都是在一定歷史條件下為了某種應用而建立的，都不同程度地存在著各種缺陷。用而建立的，都不同程度地存在著各種

14、缺陷。21 1 1 公共交換電話網（公共交換電話網（PSTNPSTN） 普及程度最高、普及程度最高、 成本最低。成本最低。 PSTNPSTN以電路交換為基礎，即通過呼叫，在以電路交換為基礎，即通過呼叫，在收、發端之間建立起一個獨占的物理通道，該收、發端之間建立起一個獨占的物理通道，該通道有固定的帶寬。由于路由固定，延時較低，通道有固定的帶寬。由于路由固定，延時較低，而且不存在延時抖動問題，這對保證連續媒體而且不存在延時抖動問題，這對保證連續媒體的同步和實時傳輸是有利的。的同步和實時傳輸是有利的。 但電話信道帶寬較窄，且用戶線是模擬的，但電話信道帶寬較窄，且用戶線是模擬的，多媒體信息需要經過多媒

15、體信息需要經過ModemModem接入。接入。 可以通過對用戶雙絞線作技術改造（如可以通過對用戶雙絞線作技術改造（如xDSLxDSL、ISDNISDN等），使用戶線帶寬增加到等），使用戶線帶寬增加到2 Mb/s2 Mb/s以上，基本上可支撐多媒體通信的所有業務。以上，基本上可支撐多媒體通信的所有業務。222 2 分組交換公眾數據網（分組交換公眾數據網（PSPDNPSPDN） 基于基于X.25X.25協議的網絡。協議的網絡。 需要傳輸的數需要傳輸的數據在發送端被分割成單元（分組或稱打據在發送端被分割成單元（分組或稱打包），包）， 各節點交換機存儲來自用戶的數據各節點交換機存儲來自用戶的數據包，包

16、， 等待電路空閑時發送出去。等待電路空閑時發送出去。 延時較大，延時較大， 這些都使連續媒體的同步這些都使連續媒體的同步和實時傳輸成為問題。和實時傳輸成為問題。 23 隨著光纖越來越普遍地作為傳輸媒介，隨著光纖越來越普遍地作為傳輸媒介， 傳輸出錯的概率越來越小，傳輸出錯的概率越來越小， 在這種情況在這種情況下，下， 重復地在鏈路層和網絡層實施差錯重復地在鏈路層和網絡層實施差錯控制，控制， 不僅顯得冗余，不僅顯得冗余， 而且浪費帶寬，而且浪費帶寬， 增加報文傳輸延遲。增加報文傳輸延遲。 由于分組交換公眾數據網由于分組交換公眾數據網PSPDNPSPDN是在是在早期低速、早期低速、 高出錯率的物理鏈

17、路基礎上高出錯率的物理鏈路基礎上發展起來的，發展起來的， 其特性已不再適應目前多其特性已不再適應目前多媒體應用所需要的高速遠程鏈接的要求，媒體應用所需要的高速遠程鏈接的要求， 因此，因此， PSPDNPSPDN不適合于開放多媒體通信不適合于開放多媒體通信業務。業務。 243 3 數字數據網（數字數據網（DDNDDN） DDNDDN利用電信數字網的數字通道傳輸，利用電信數字網的數字通道傳輸， 采用時分復用技術，采用時分復用技術， 提供固定或半永久連提供固定或半永久連接的電路交換型鏈接，接的電路交換型鏈接， 傳輸速率為傳輸速率為n n64 64 kb/s(n=1kb/s(n=131)31)或更高，

18、或更高， 其傳輸延時低且固其傳輸延時低且固定（在定（在1010個節點轉接條件下最大時延不超過個節點轉接條件下最大時延不超過 40 ms40 ms），帶寬較寬，），帶寬較寬， 適于多媒體的實時傳適于多媒體的實時傳輸。輸。 因為點對點、因為點對點、 以及點對多點的通信，以及點對多點的通信， 都需要網管中心來建立和釋放連接，都需要網管中心來建立和釋放連接， 所以所以它的服務對象必須是大型用戶。它的服務對象必須是大型用戶。 254 4 幀中繼網絡（幀中繼網絡（FRFR） FRFR是一種簡化的幀交換模式，是一種簡化的幀交換模式， 由于信由于信息轉移僅在息轉移僅在鏈路層鏈路層處理，處理， 因此簡化了交換因

19、此簡化了交換過程和協議，過程和協議， 具有較高的吞吐量和較低的具有較高的吞吐量和較低的延時，對中高速、突發性強的多媒體業務延時，對中高速、突發性強的多媒體業務極具吸引力。尤其是利用極具吸引力。尤其是利用FRFR作為多媒體用作為多媒體用戶接入方式是經濟有效的方案。戶接入方式是經濟有效的方案。 幀中繼網是開放會議電視業務的幀中繼網是開放會議電視業務的LANLAN遠遠程互聯的一種優選技術。程互聯的一種優選技術。 265 5 窄帶綜合業務數字網（窄帶綜合業務數字網（N-ISDNN-ISDN） 以電路交換為基礎的網絡，以電路交換為基礎的網絡， 因此也具因此也具有延時低而固定的特點。有延時低而固定的特點。

20、 它的用戶接入速率有兩種：它的用戶接入速率有兩種： 基本速率基本速率（BRIBRI）144 kb/s(2B+D)144 kb/s(2B+D)和基群速率（和基群速率（PRIPRI）2.048 kb/s(30B+D)2.048 kb/s(30B+D)。 ISDNISDN支持包括話音、支持包括話音、 數據、數據、 圖像等圖像等各種多媒體業務，各種多媒體業務， 能夠滿足不同用戶的要能夠滿足不同用戶的要求。求。 通過多點控制單元建立多點連接，通過多點控制單元建立多點連接， 在在N-ISDNN-ISDN上可實現較高質量的可視電話會上可實現較高質量的可視電話會議和電視會議。議和電視會議。 27 6 6 計算

21、機局域網（計算機局域網（LANLAN） LANLAN的特點：的特點： (1)(1)利用一個單獨的媒體將所有的端系利用一個單獨的媒體將所有的端系統連接起來；統連接起來； (2)(2)以基帶方式傳輸，以基帶方式傳輸， 在這種模式中，在這種模式中， 時間片被分給所有站和每個站的所有通時間片被分給所有站和每個站的所有通信。信。 之后，之后， 數據流被分成幀，數據流被分成幀， 利用幀利用幀進行傳輸。進行傳輸。 以太網、以太網、 令牌環傳送網和令牌環傳送網和FDDIFDDI為為3 3種種常見的共享媒體常見的共享媒體LANLAN。 28 用用LANLAN實現多點連接不成為問題，實現多點連接不成為問題， 但但

22、是每個包的延遲時間不能保證相等，是每個包的延遲時間不能保證相等， 它與它與網絡的擁塞程度有很大的關系，網絡的擁塞程度有很大的關系， 這顯然不這顯然不適合于連續媒體的實時傳輸。適合于連續媒體的實時傳輸。 為了解決這個問題，引入為了解決這個問題，引入ATMATM交換技術，交換技術， 解決了主干網的帶寬、解決了主干網的帶寬、 等待時間和延時抖等待時間和延時抖動等問題，動等問題， 這就是這就是ATMATM局域網仿真技術局域網仿真技術(LANE)(LANE)。29 7 7 InternetInternet網網 InternetInternet網是路由器和專線構成的數據網，網是路由器和專線構成的數據網，

23、它可以通過電話網、它可以通過電話網、 分組網和局域網接入。分組網和局域網接入。 InternetInternet在發展初期并沒有考慮在其網絡中傳在發展初期并沒有考慮在其網絡中傳輸實時多媒體通信業務，輸實時多媒體通信業務， 使用的通信協議為使用的通信協議為TCP/IPTCP/IP， 由于該協議難以保證多媒體業務所要求由于該協議難以保證多媒體業務所要求的實時性。的實時性。 為了解決這個問題，為了解決這個問題， 制定了一些新的補充協制定了一些新的補充協議（例如議（例如RSVPRSVP和和RTPRTP），）， 以解決在以解決在InternetInternet網上連網上連續媒體的同步和實時傳輸問題。續媒

24、體的同步和實時傳輸問題。 30 8 8 有線電視有線電視(CATV)(CATV)網網 CATVCATV網是分配型的網絡，網是分配型的網絡， 不具備電信網不具備電信網的交換功能，的交換功能， 因此難以開展非分配型因此難以開展非分配型( (例如多例如多媒體會議媒體會議) )的多媒體業務。的多媒體業務。 要解決這個問題，要解決這個問題， 必須對必須對CATVCATV網絡進行網絡進行雙向改造。雙向改造。 當光纖鋪設到小區后，當光纖鋪設到小區后， 結合經雙結合經雙向改造后的向改造后的CATVCATV網絡，網絡， 從小區到用戶的短距從小區到用戶的短距離同軸電纜的帶寬可以拓寬到離同軸電纜的帶寬可以拓寬到75

25、0 MHz750 MHz以上，以上， 然后通過頻分多路復用技術，然后通過頻分多路復用技術， 可以實現電話、可以實現電話、 模擬電視廣播和交互式數字點播電視模擬電視廣播和交互式數字點播電視(VOD)(VOD)等等業務共網傳輸，業務共網傳輸， 314.3 4.3 寬帶綜合業務數字網（寬帶綜合業務數字網（B-ISDNB-ISDN） 寬帶綜合業務數字網寬帶綜合業務數字網(B-ISDN)(B-ISDN)是多媒體通信的發展方向是多媒體通信的發展方向之一。之一。 特點特點: : 采用異步轉移模式采用異步轉移模式(ATM)(ATM)交換技術交換技術; ; 傳輸通道帶寬大傳輸通道帶寬大(155(155622 M

26、b/s)622 Mb/s)； 以固定長度以固定長度(53 byte)(53 byte)的信元進行高速交換，的信元進行高速交換， 網絡網絡延時小；延時小； 能夠處理突發性信息，能夠處理突發性信息， 可以動態分配帶寬；可以動態分配帶寬； 收、收、 發端通過虛電路發端通過虛電路(VC)(VC)進行連接，進行連接， 并保證提供并保證提供網絡和終端在連接建立時所商定的服務質量網絡和終端在連接建立時所商定的服務質量(QoS(QoS) )， 如最小帶寬、如最小帶寬、 最大延時、最大延時、 延時變化和服務類型等；延時變化和服務類型等； 324.4 4.4 基于基于IPIP的寬帶多媒體通信網絡的寬帶多媒體通信網

27、絡 隨著基于隨著基于IPIP的業務種類的增加，的業務種類的增加， 采采用基于用基于IPIP的寬帶網絡技術建立支持多媒的寬帶網絡技術建立支持多媒體業務的統一網絡平臺已經成為一種經體業務的統一網絡平臺已經成為一種經濟的、濟的、 高效率的做法。高效率的做法。 33 基于基于IPIP的寬帶網絡是以光纖為傳輸介質，的寬帶網絡是以光纖為傳輸介質， 大容量的密集波分復用大容量的密集波分復用(DWDM)(DWDM)為傳輸通道，為傳輸通道， SDH/SONETSDH/SONET、 ATMATM或千兆以太網為組網模式，或千兆以太網為組網模式， 第第三層三層/ /第四層路由交換機為交換平臺，第四層路由交換機為交換平

28、臺， 綜合提供綜合提供基于基于IPIP的各種多媒體業務的數據通信網絡。的各種多媒體業務的數據通信網絡。 在運行實時業務時能保證服務質量，在運行實時業務時能保證服務質量， 可以提供可以提供數據、數據、 語音、語音、 視頻的綜合傳輸業務。視頻的綜合傳輸業務。 34 新一代的寬帶網絡技術必須建立在新一代的寬帶網絡技術必須建立在當前最先進的網絡傳輸和交換的基礎上。當前最先進的網絡傳輸和交換的基礎上。 目前實現寬帶的目前實現寬帶的IPIP網絡的典型技術網絡的典型技術有：有： IP over ATMIP over ATM、 IP over SDHIP over SDH、 IP IP over WDMove

29、r WDM、 IP over DWDMIP over DWDM等。等。 351.ATM1.ATM技術的特點技術的特點 ATM ATM 是建立在電路交換和分組交換的基礎上是建立在電路交換和分組交換的基礎上的一種面向連接的快速分組交換技術。的一種面向連接的快速分組交換技術。 ATM ATM 采用定長分組作為傳輸和交換的單位。采用定長分組作為傳輸和交換的單位。這種定長分組叫做信元這種定長分組叫做信元(cell)(cell)。 ATM ATM 名詞中的名詞中的“異步異步”是指將是指將 ATM ATM 信元信元“異異步插入步插入”到同步的到同步的 SDH SDH 比特流中。比特流中。 SDH SDH 傳

30、送的同步比特流被劃分為一個個固定傳送的同步比特流被劃分為一個個固定時間長度的幀（時間長度的幀（是時分復用的時間幀，而不是時分復用的時間幀，而不是數據鏈路層的幀是數據鏈路層的幀）。）。 每一個用戶發送的每一個用戶發送的 ATM ATM 信元在每一時分復用信元在每一時分復用幀中的相對位置并不是固定不變的。幀中的相對位置并不是固定不變的。 4.4.1 IP over ATM4.4.1 IP over ATM技術技術36 選擇固定長度的短信元作為信息傳輸的單位，有利選擇固定長度的短信元作為信息傳輸的單位，有利于寬帶高速交換。信元長度為于寬帶高速交換。信元長度為 53 53 字節，其首部字節，其首部（可

31、簡稱為信頭）為（可簡稱為信頭）為 5 5 字節。字節。 能支持不同速率的各種業務。能支持不同速率的各種業務。 所有信息在最低層是以面向連接的方式傳送，保持所有信息在最低層是以面向連接的方式傳送，保持了電路交換在保證實時性和服務質量方面的優點。了電路交換在保證實時性和服務質量方面的優點。 ATM ATM 使用光纖信道傳輸。由于光纖信道的誤碼率極使用光纖信道傳輸。由于光纖信道的誤碼率極低，且容量很大，因此在低，且容量很大，因此在ATM ATM 網內不必在數據鏈路網內不必在數據鏈路層進行差錯控制和流量控制層進行差錯控制和流量控制( (放在高層處理放在高層處理) )，因而，因而明顯地提高了信元在網絡中

32、的傳送速率。明顯地提高了信元在網絡中的傳送速率。ATM ATM 的主要優點：的主要優點： 37 信元首部的開銷太大，即信元首部的開銷太大，即 5 5 字節的信元首部在整字節的信元首部在整個個 53 53 字節的信元中所占的比例相當大。字節的信元中所占的比例相當大。 ATM ATM 的技術復雜且價格較高。的技術復雜且價格較高。 ATM ATM 能夠直接支持的應用不多。能夠直接支持的應用不多。 10 10 千兆以太網的問世，進一步削弱了千兆以太網的問世，進一步削弱了 ATM ATM 在因在因特網高速主干網領域的競爭能力。特網高速主干網領域的競爭能力。 ATM ATM 的缺點的缺點38ATM ATM

33、 的交換結構的交換結構 ATM 交換機abcdefgh交換結構輸入信元輸出信元392.ATM 2.ATM 的協議參考模型和信元結構的協議參考模型和信元結構ATM ATM 的協議參考模型共有三層，大體上與的協議參考模型共有三層，大體上與 OSIOSI的最低兩層相當（無法嚴格對應）的最低兩層相當（無法嚴格對應）。 ATM 層物理層PMD 子層TC 子層ATM 適配層 (AAL 層)SAR子層CS子層321 ATM的層次40物理層（分為兩個子層）物理層（分為兩個子層）靠下面的是靠下面的是 PMD PMD 子層，即物理媒體相關子層子層，即物理媒體相關子層(Physical Medium Depende

34、nt Sublayer)ATM 層物理層PMD 子層TC 子層ATM 適配層 (AAL 層)SAR子層CS子層321 ATM的層次 PMD PMD 子層負責在物理媒體上正確傳輸和接收比特子層負責在物理媒體上正確傳輸和接收比特流。它完成只和媒體相關的功能，如線路編碼和流。它完成只和媒體相關的功能，如線路編碼和解碼、比特定時以及光電轉換等。解碼、比特定時以及光電轉換等。41物理層（分為兩個子層）物理層（分為兩個子層）靠上面是靠上面是 TC TC 子層傳輸匯聚子層子層傳輸匯聚子層(Transmission Convergence Sublayer)ATM 層物理層PMD 子層TC 子層ATM 適配層

35、 (AAL 層)SAR子層CS子層321 ATM的層次 TC TC 子層實現信元流和比特流的轉換，包括速率適配子層實現信元流和比特流的轉換，包括速率適配（空閑信元的插入）、信元定界與同步、傳輸幀的產（空閑信元的插入）、信元定界與同步、傳輸幀的產生與恢復等。生與恢復等。 TC TC 子層的存在使得子層的存在使得 ATM ATM 層實現了與下面的傳輸媒層實現了與下面的傳輸媒體完全無關。典型的體完全無關。典型的 TC TC 子層就是子層就是 SONET/SDHSONET/SDH。429 行ATM ATM 信元流信元流裝入一個裝入一個 STM-1 STM-1 幀的例子幀的例子 270 字節261 字節

36、9 行 9 字節的開銷和指針5 字節首部53 字節53 字節53 字節53 字節53 字節53 字節53 字節有效載荷放入 ATM 信元43 ATM ATM 層層ATM 層物理層PMD 子層TC 子層ATM 適配層 (AAL 層)SAR子層CS子層321 ATM的層次 主要完成交換和復用功能，與傳送主要完成交換和復用功能，與傳送 ATM ATM 信元的物信元的物理媒體或物理層無關。理媒體或物理層無關。 信元的信元的 VPI/VCI VPI/VCI 轉換（就是將一個入信元的轉換（就是將一個入信元的 VPI/VCI VPI/VCI 轉換成新的數值）轉換成新的數值） 信元首部的產生與提取信元首部的產

37、生與提取 流量控制流量控制44VCI VCI 與與 VPIVPI（ VPI VPI 包含包含 VCIVCI） ATM ATM 連接用信元首部中的兩級標號來識別。連接用信元首部中的兩級標號來識別。 虛通路標識虛通路標識 VCI (Virtual Channel VCI (Virtual Channel Identifier)Identifier) 虛 通 道 標 識 符虛 通 道 標 識 符 V P I ( V i r t u a l P a t h V P I ( V i r t u a l P a t h Identifier) Identifier) 傳輸鏈路虛通道 VPxVPzVPyVC

38、xVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虛通路45VCI VCI 與與 VPIVPI（ VPI VPI 包含包含 VCIVCI） 一個虛通路一個虛通路 VC VC 是在兩個或兩個以上的端點之是在兩個或兩個以上的端點之間的一個運送間的一個運送 ATM ATM 信元的通信通路。信元的通信通路。 一個虛通道一個虛通道 VP VP 包含有許多相同端點的虛通路包含有許多相同端點的虛通路 VCVC，而這許多，而這許多 VC VC 都使用同一個都使用同一個 VPIVPI。 傳輸鏈路虛通道 VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虛通路46VCI VCI 與與 VPIVPI（ V

39、PI VPI 包含包含 VCIVCI） 在一個給定的接口，復用在一條鏈路上的許多在一個給定的接口，復用在一條鏈路上的許多不同的不同的 VPVP，用它們的，用它們的 VPI VPI 來識別。來識別。 復用在一個復用在一個 VP VP 中的不同的中的不同的 VCVC，用它們的，用它們的 VCI VCI 來識別。來識別。 傳輸鏈路虛通道 VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虛通路47VCI VCI 與與 VPIVPI（ VPI VPI 包含包含 VCIVCI） 一個給定的一個給定的 VCI VCI 值沒有端到端的意義。值沒有端到端的意義。 VP VP 在經過集中器或交換

40、機時，其在經過集中器或交換機時，其 VPI VPI 也會改也會改變。變。 傳輸鏈路虛通道 VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虛通路48AAL (ATM Adaptation Layer)AAL (ATM Adaptation Layer)層的作用就是增強層的作用就是增強 ATM ATM 層所提供的服務，并向上面高層提供各種不層所提供的服務，并向上面高層提供各種不同的服務。同的服務。 ATM ATM 適配層適配層 AALAAL ATM 層物理層PMD 子層TC 子層ATM 適配層 (AAL 層)SAR子層CS子層321 ATM的層次49SAR-PDUAAL5 層層

41、CS 子層子層尾部尾部165535 字節字節填充填充長度長度CRC 檢驗檢驗保留保留字節字節 2 2 4SAR 子層子層ATM 層層CS-PDU用戶數據（例如，用戶數據（例如，IP 數據報）數據報）ATM 信元信元53 字節字節發送發送ATM 信元信元53 字節字節ATM 信元信元53 字節字節ATM 信元信元53 字節字節48 字節字節48 字節字節48 字節字節48 字節字節PT 000PT 000PT 000PT 001 表示是最后一個信元表示是最后一個信元AAL AAL 將用戶數據分割為將用戶數據分割為48 48 字節的數據塊交給字節的數據塊交給 ATM ATM 層層 50AAL AA

42、L 層將層將 48 48 字節長的數據塊字節長的數據塊交給交給 ATM ATM 層，加上層，加上 5 5 字節的首部后字節的首部后變成變成 53 53 字節的信元字節的信元 話音信號A/DAAL 層ATM 層48 字節數據塊數字化的采樣信號53 字節信元數據信號長度可變的突發數據分組AAL 層48 字節數據塊ATM 層53 字節信元視頻信號A/D圖像幀 壓縮的編碼信號AAL 層48 字節數據塊ATM 層53 字節信元51砂漏模型砂漏模型 不同類別的應用AAL1AAL2AAL3/4AAL553 字節51 Mb/sUTP100 Mb/s光纖155 Mb/s光纖其他AAL 層ATM 層物理層信元52

43、ATM 網絡AB交換機 X交換機 YUNIUNINNINNICONNECT ACKCONNECT ACKRELEASE COMPLETE RELEASECOMPLETE連接建立連接釋放tSETUPSETUPSETUP CALL PROCEEDINGCALL PROCEEDING CALL PROCEEDINGCONNECTCONNECTCONNECTCONNECT ACKRELEASERELEASERELEASE RELEASECOMPLETE數據傳送階段53ATM 網絡AB交換機 X交換機 Y交換機 Z121232343414 入 入 出 出端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 4 3

44、/17 2 9/353/1742/556/359/35 交換機 X 的 VPI/VCI 轉換表 交換機 Y 的 VPI/VCI 轉換表 交換機 Z 的 VPI/VCI 轉換表 入 入 出 出端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 1 9/35 4 6/35 入 入 出 出端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 4 6/35 2 42/55端點端點 A A 通過通過 ATM ATM 交換機交換機 X, Y X, Y 和和 Z Z 與端點與端點 B B 建立了一條邏輯連接建立了一條邏輯連接 54 3.IP over ATM 3.IP over ATM分層模型與封裝示意圖分層模型與封裝示意圖

45、 音頻、視頻、數據 1IPATMSDHIPATMSDHWDM234IP over ATMIP over ATM技術技術 基本原理和工作方式：基本原理和工作方式： 將將IPIP數據包在數據包在ATMATM層全部封裝為層全部封裝為ATMATM信元，信元， 以以ATMATM信元形式在信道中傳輸。信元形式在信道中傳輸。 當網絡中的交換機接收當網絡中的交換機接收到一個到一個IPIP數據包時，數據包時， 它首先根據它首先根據IPIP數據包的數據包的IPIP地址通過某種機地址通過某種機制進行路由地址處理，制進行路由地址處理， 按路由轉發。按路由轉發。 隨后，隨后， 按已計算的路由按已計算的路由在在ATMAT

46、M網上建立虛電路（網上建立虛電路（VCVC）。）。 以后的以后的IPIP數據包將在此虛電路數據包將在此虛電路VCVC上以直通（上以直通（Cut-ThroughCut-Through）方式傳輸，）方式傳輸， 再經過路由器，再經過路由器， 從而從而有效地解決了有效地解決了IPIP的路由器的瓶頸問題，并將的路由器的瓶頸問題，并將IPIP包的轉發速度提包的轉發速度提高到交換速度。高到交換速度。 554. ATMATM承載承載IPIP業務的解決方案業務的解決方案IP over ATMIP over ATM 必須解決的問題：必須解決的問題： (a)ATM(a)ATM的通信方式是面向連接的，的通信方式是面向

47、連接的， 而而IPIP是面是面向無連接的，向無連接的， 要在一個面向連接的網上承載要在一個面向連接的網上承載一個面向無連接的業務，一個面向無連接的業務， 有很多問題需要解有很多問題需要解決，決， 如呼叫建立時間、如呼叫建立時間、 連接持續期等等；連接持續期等等； (b)ATM(b)ATM是以是以ATMATM地址尋址的，地址尋址的， IPIP通信是以通信是以IPIP地址來尋址的，地址來尋址的， 而而IP over ATMIP over ATM是以是以ATMATM網絡網絡來承載來承載IPIP數據包的，數據包的， 因此，因此， IPIP地址和地址和ATMATM地地址之間的映射是一個很大的難題。址之間

48、的映射是一個很大的難題。ATMATM承載承載IPIP業務的解決方案：業務的解決方案： 迭加模式、集成模式迭加模式、集成模式56(1) (1) 迭加模式迭加模式指指IPIP網的尋址是迭加在網的尋址是迭加在ATMATM尋址的基礎上的，尋址的基礎上的， 即即在迭加模式中在迭加模式中ATMATM的尋址方式是不變的，的尋址方式是不變的， IPIP地地址在邊緣設備中映射成址在邊緣設備中映射成ATMATM地址，地址， IPIP包據此傳包據此傳向另一端邊緣設備。向另一端邊緣設備。 特點：在特點：在ATMATM網中不論是用戶網絡信令還是網中不論是用戶網絡信令還是網絡間信令均不變，網絡間信令均不變， 對對ATMA

49、TM網來說，網來說， IPIP業務業務只是它承載的業務之一，只是它承載的業務之一， ATMATM的其他功能照樣的其他功能照樣存在，存在， 不受影響。不受影響。 缺點：傳送缺點：傳送IPIP包的效率較低。包的效率較低。 57(2) (2) 集成模式集成模式集成模式是指將集成模式是指將IPIP網設備和網設備和ATMATM網設備集成網設備集成在一起。在一起。 在集成模式中，在集成模式中， ATMATM網的尋址已不再網的尋址已不再是獨立的，受到是獨立的，受到IPIP網設備的干預。網設備的干預。 IPIP網的控制設備一般可稱為網的控制設備一般可稱為IPCIPC，它具，它具有傳統路由器的功能，能完成有傳統

50、路由器的功能，能完成IPIP網的路網的路由功能，并具有控制建立由功能，并具有控制建立ATMATM虛通路的能虛通路的能力。力。58集成模式的實現技術集成模式的實現技術IP Switch : IPIP Switch : IP交換技術交換技術 IpsilonIpsilon公司公司提出提出Tag Switch : Tag Switch : 標記交換技術標記交換技術 CiscoCisco公司提公司提出出 MPLS: MPLS: 多協議標簽交換技術多協議標簽交換技術 IETFIETF推薦推薦 595. IP over ATMIP over ATM的特點的特點優點：優點： （1 1） 由于由于ATMATM技

51、術本身能提供技術本身能提供QoSQoS保證，保證， 因因此可利用此特點提高此可利用此特點提高IPIP業務的服務質量。業務的服務質量。 （2 2） 具有良好的流量控制均衡能力以及故障具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢復能力，恢復能力， 網絡可靠性高。網絡可靠性高。 （3 3） 適應于多業務，適應于多業務， 具有良好的網絡可擴具有良好的網絡可擴展能力。展能力。 （4 4） 對其他幾種網絡協議如對其他幾種網絡協議如IPXIPX等能提供支等能提供支持。持。60IP over ATMIP over ATM的缺點：的缺點： （1 1） IP over ATMIP over ATM還不能提供完全的還不能提

52、供完全的QoSQoS保證。保證。 （2 2） 對對IPIP路由的支持一般，路由的支持一般， IPIP數據包分割加數據包分割加入大量頭信息，造成很大的帶寬浪費（入大量頭信息，造成很大的帶寬浪費（20203030）。）。 （3 3） 在復制多路廣播方面缺乏高效率。在復制多路廣播方面缺乏高效率。（4 4）由于）由于ATMATM本身技術復雜，從而導致管理復雜。本身技術復雜，從而導致管理復雜。 614.4.2 IP over SDH 4.4.2 IP over SDH 技術技術IP over SDHIP over SDH以以SDHSDH網絡作為網絡作為IPIP數據網絡的物數據網絡的物理傳輸網絡。它使用鏈

53、路及理傳輸網絡。它使用鏈路及PPPPPP協議對協議對IPIP數數據包進行封裝，把據包進行封裝，把IPIP分組插入到分組插入到PPPPPP幀中的幀中的信息段。信息段。 再由再由SDHSDH通道層的業務適配器把通道層的業務適配器把封裝后的封裝后的IPIP數據包映射到數據包映射到SDHSDH的同步凈荷中，的同步凈荷中，然后向下，經過然后向下，經過SDHSDH傳輸層和段層，加上相傳輸層和段層，加上相應的開銷，把凈荷裝入一個應的開銷，把凈荷裝入一個SDHSDH幀中，最后幀中，最后到達光層，在光纖中傳輸。到達光層，在光纖中傳輸。621.SDH 1.SDH 與與 SONETSONET ITU-T ITU-T

54、 以美國標準以美國標準 SONET SONET 為基礎，制訂為基礎，制訂出國際標準同步數字系列出國際標準同步數字系列 SDH SDH (Synchronous Digital Hierarchy)(Synchronous Digital Hierarchy)。 一般可認為一般可認為 SDH SDH 與與 SONET SONET 是同義詞。是同義詞。 SDH SDH 的基本速率為的基本速率為 155.52 Mb/s155.52 Mb/s，稱為，稱為第第 1 1 級同步傳遞模塊級同步傳遞模塊 (Synchronous (Synchronous Transfer Module)Transfer Mo

55、dule)，即，即 STM-1STM-1，相當于，相當于 SONET SONET 體系中的體系中的 OC-3 OC-3 速率。速率。 63SONET 的的 OC 級級/STS 級與級與 SDH 的的 STM 級的對應關系級的對應關系 線路速率線路速率(Mb/s)SONET符號符號ITU-T符號符號表示線路速率表示線路速率的常用近似值的常用近似值 51.840OC-1/STS-1 155.520OC-3/STS-3STM-1155 Mb/s 466.560OC-9/STS-9STM-3 622.080OC-12/STS-12STM-4622 Mb/s 933.120OC-18/STS-18STM

56、-61244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320OC-48/STS-48STM-162.5 Gb/s4876.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/s642.SDH 2.SDH 的體系結構的體系結構SDHSDH是基于時分復用的，在網管的配置下完成半永久性連是基于時分復用的，在網管的配置下完成半永久性連接的網，在接的網，在IP over SDHIP over SDH中，中，SDHSDH只可能以鏈路方式來只可能以鏈路方式來支持支持IPIP網網, , 不能

57、參與不能參與IPIP網的尋址，它的作用只是將路網的尋址，它的作用只是將路由器以點到點的方式連接起來，由器以點到點的方式連接起來， 提高點到點之間的傳提高點到點之間的傳送速率，送速率， 它不可能從總體上提高它不可能從總體上提高IPIP網的性能。網的性能。 這種這種IPIP網其本質上仍是一個路由器網。網其本質上仍是一個路由器網。 SDH終端復用器或分用器轉發器轉發器復用器或分用器SDH終端653. IP over SDH分層模型分層模型IPPPPSDH音頻、視頻、數據IP/PPPSDHWDM321SDH是依靠網管來完成端到端的半永久性連接的配置的，是依靠網管來完成端到端的半永久性連接的配置的， 一

58、個大網完全依靠網管來配置是不可想象的。一個大網完全依靠網管來配置是不可想象的。 所以，所以， 千千兆路由器（兆路由器（IP over SDH）只可能在干線上用，）只可能在干線上用， 用以疏導用以疏導高速率數據流。高速率數據流。 IP over SDH保留了保留了IP面向無連接的特征。面向無連接的特征。 664. PPP4. PPP協議協議PPPPPP協議最初是作為在點到點鏈路上進行協議最初是作為在點到點鏈路上進行IPIP通信通信的封裝協議，的封裝協議， 它定義了它定義了IPIP地址的分配和管理、地址的分配和管理、 異步和同步封裝、異步和同步封裝、 網絡協議復用、網絡協議復用、 鏈路配置、鏈路配

59、置、 鏈路質量測試、鏈路質量測試、 差錯測試等規范。差錯測試等規范。 PPPPPP是一個簡單的是一個簡單的OSIOSI第二層網絡協議。第二層網絡協議。 其頭部只有兩個字節，其頭部只有兩個字節， 沒有地址信息，沒有地址信息， 只是只是按點到點順序，按點到點順序， 面向無連接。面向無連接。 PPPPPP協議可將協議可將IPIP數據包切成數據包切成PPPPPP幀以滿足映射到幀以滿足映射到SDHSDHSonetSonet幀結構（符合幀結構（符合RFC1619RFC1619： PPP over SDHPPP over SDH）上的）上的要求。要求。 67PPPPPP協議協議PPPPPP協議中提供了一整套

60、方案來解決鏈路建立、協議中提供了一整套方案來解決鏈路建立、 維護、維護、 拆除、拆除、 上層協議協商、上層協議協商、 認證等問題。認證等問題。 PPPPPP協議包含：協議包含： 鏈路控制協議鏈路控制協議LCPLCP（Link Link Control ProtocolControl Protocol）、）、 網絡控制協議網絡控制協議NCPNCP（Network JP3Control ProtocolNetwork JP3Control Protocol）、）、 認證認證協議等。協議等。 LCPLCP負責創建、負責創建、 維護或終止一次物理連接。維護或終止一次物理連接。 NCPNCP是一簇協議，