ATM網(wǎng)絡(luò)和Internet融合技術(shù)簡介

在數(shù)據(jù)信息爆炸式增長的同時(shí)，作為信息傳輸媒介的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展也可謂一日千里。以計(jì)算機(jī)為主開發(fā)的因特網(wǎng)（Internet），采用的是路由技術(shù)（IP技術(shù)）。而傳統(tǒng)的以電信為主開發(fā)的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN），其核心是ATM交換技術(shù)。IP的崛起向ATM提出了挑戰(zhàn)。

IP是因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的技術(shù)基礎(chǔ)，采用無連接、端到端的TCP／IP協(xié)議。它結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)異型網(wǎng)絡(luò)互連；具有統(tǒng)一的尋址體系，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性強(qiáng)；幾乎可以運(yùn)行在任何一種數(shù)據(jù)鏈路高層，適用范圍極其廣泛。IP協(xié)議在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)程中占據(jù)統(tǒng)治地位，成為各種業(yè)務(wù)的核心。而IP的尋址方式解析協(xié)議（ARP）和選路方式可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的廣播風(fēng)暴，產(chǎn)生路由器處理能力的瓶頸效應(yīng)。所以，面向無連接的特性使IP無法適應(yīng)一些新業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）要求。

ATM是一種信息復(fù)用和交換技術(shù)。它將信息劃分成定長單位（信元）進(jìn)行發(fā)送，具有帶寬（622Mbit／s）高、速度快、容量大和伸縮性強(qiáng)等特點(diǎn)，可為不同等級(jí)的業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的QoS。即能夠?yàn)椴煌膫鬏斕峁┎煌愋偷姆?wù)。ATM是面向連接的，能承載任何信息流，包括數(shù)據(jù)、語音和圖像等。ATM將這些信息分成很小的分組，稱為信元（cell），然后通過預(yù)先建立好的通路進(jìn)行傳輸。但由于ATM采用的是信令協(xié)議，所以與其他網(wǎng)絡(luò)的互通互聯(lián)能力差。

如上所述，IP和ATM有本質(zhì)的不同。IP是面向非連接的，有相應(yīng)的地址和選路功能，在進(jìn)行任何數(shù)據(jù)傳輸之前，必須在兩個(gè)通信實(shí)體之間建立一條端到端的連接；ATM是面向連接的，有自己的地址結(jié)構(gòu)、選路方式和信令，它不需要在每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)（交換機(jī)）為分組（信元）確定路由，在進(jìn)行任何數(shù)據(jù)交換之前，兩個(gè)通信實(shí)體之間的網(wǎng)絡(luò)通路已經(jīng)計(jì)算好，并且在整個(gè)連接期間保持不變。雖然ATM與IP無關(guān)聯(lián)，兩者之間存在許多不同的技術(shù)和協(xié)議（如表1所示），但I(xiàn)P與ATM并不存在對(duì)抗，IP在技術(shù)上需要ATM，而ATM在商業(yè)應(yīng)用方面又需要IP。由此產(chǎn)生了各種IP與ATM的融合技術(shù)。

表1ATM與IP性能對(duì)比

從IP協(xié)議與ATM協(xié)議的關(guān)系劃分，IP與ATM相融合的技術(shù)存在兩種模型：第一種模型稱為重疊模型。它將IP當(dāng)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)與ATM網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，不更改ATM網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議模塊，而將IP協(xié)議的功能層疊加在ATM上。也就是說，在重疊模型中，IP協(xié)議是重疊在ATM上運(yùn)行的，它需要定義兩套地址結(jié)構(gòu)及選路協(xié)議，同時(shí)需要兩套維護(hù)和管理功能，ATM系統(tǒng)既要分配IP地址，也要分配ATM地址，所有在ATM網(wǎng)絡(luò)上工作的協(xié)議均需解析協(xié)議，將高層地址（IP地址）與相應(yīng)的ATM地址聯(lián)系起來。第二種模型稱為集成模型。它將ATM單元實(shí)體與ATM網(wǎng)絡(luò)地址分配策略和路由選擇協(xié)議分高，ATM網(wǎng)絡(luò)實(shí)體采用與IP協(xié)議完全相同的協(xié)議體系和地址分配策略，ATM系統(tǒng)僅需標(biāo)識(shí)IP地址，網(wǎng)絡(luò)不再需要ATM的地址解析規(guī)程。

IP與ATM的結(jié)合有多種技術(shù)，適用的范圍也不相同，但都是利用ATM硬件交換來提高IP選路性能和減少網(wǎng)絡(luò)的傳輸時(shí)延，以及利用IP簡單、實(shí)用和與其他網(wǎng)絡(luò)互通互聯(lián)能力好的這一特點(diǎn)。選路和交換融為一體，可以做到各取所長，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，達(dá)到靈活、高效之目的。

采用ATM網(wǎng)絡(luò)傳送IP具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）可伸縮性。復(fù)雜路由在網(wǎng)絡(luò)邊緣實(shí)現(xiàn)，交換式虛電路（SVC）則由網(wǎng)絡(luò)核心實(shí)現(xiàn)，這樣

就沒有了成為瓶頸的核心路由，路由操作分布至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)客戶操作。

（2）業(yè)務(wù)質(zhì)量保證。能夠?yàn)榇罅康倪B接進(jìn)行管理和監(jiān)察QoS屬性，從而支持服務(wù)水平協(xié)議（SLA）。

（3）高效率的信息傳送。交換路由使IP信息能以直接路由傳往目的地。

（4）富有效率的空間帶寬使用。ATM交換結(jié)構(gòu)整合了通過空間實(shí)現(xiàn)的IP協(xié)議，從而提供高效率的帶寬應(yīng)用。

（5）網(wǎng)絡(luò)資源的超額預(yù)訂。ATM信息整形器可以消除IP信息的突發(fā)數(shù)據(jù)，這不但實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的最大利用。而且還能支持服務(wù)水平協(xié)議，使分組損失降到最低。

（6）減少了對(duì)網(wǎng)絡(luò)操作員的干預(yù)。交換式虛電路的使用減少了設(shè)定連接的管理和連接的維護(hù)工作。

IP與ATM相結(jié)合的技術(shù)—MPLS (多協(xié)議標(biāo)記交換)

雖然，ATM 面臨IP的諸多挑戰(zhàn)，但目前ATM仍然是城域網(wǎng)的主要選擇，原因主要是在可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、QoS、容錯(cuò)性、流量控制等方面，ATM優(yōu)勢(shì)很多，近來普遍看好的解決方案是使ATM與IP相結(jié)合技術(shù)而應(yīng)用于廣域網(wǎng)，使用ATM技術(shù)來承載IP，這種方法可以綜合利用二者的長處。

IP與ATM技術(shù)相結(jié)合的難點(diǎn)在于二者不同的連接技術(shù)、尋址方式和相應(yīng)的選路功能、選路規(guī)程和地址結(jié)構(gòu)等。目前，IP與ATM相結(jié)合的技術(shù)有：ATM Forum定義的LANE、IETF定義的CIPOA、ATM Forum定義的MPOA，尤其是IETF考慮制定的多協(xié)議標(biāo)記交換(Multi-Protocol Label Switching，MPLS)，它提出了一種將第三層數(shù)據(jù)流(如IP)映射到第二層(如ATM和幀中繼這樣的交換式網(wǎng)絡(luò))的方法。

從IP協(xié)議與ATM協(xié)議的關(guān)系劃分看， MPLS屬于集成模型的類別，它基于標(biāo)記交換機(jī)制，在ATM層上直接承載IP業(yè)務(wù)，與重疊模型相比，提高了業(yè)務(wù)的性能和網(wǎng)絡(luò)的效率。當(dāng)ATM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備引入MPLS功能后，將同時(shí)支持IP業(yè)務(wù)和其他ATM業(yè)務(wù)。

MPLS的前身可追溯以前名為IP Switching的技術(shù)，其基本想法是將路由和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能分開，從而達(dá)到加快IP傳送速度的目的。在MPLS模型中，每一個(gè)路由器也是一個(gè)交換機(jī)，即交換式路由器。已分配直通路由的數(shù)據(jù)包除了通常的第三層IP數(shù)據(jù)包包頭外，還將增加 一個(gè)固定長度的包含特定路由信息的標(biāo)記，并使路由器為不同的業(yè)務(wù)流預(yù)先分配好不同的路徑，即不同的標(biāo)記以保證這些業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。由于標(biāo)記(實(shí)際上就是一個(gè)整數(shù))就意味著路徑，所以，路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)也無需做傳統(tǒng)意義上的路由判斷(如查找路由表)，從而提高了IP的轉(zhuǎn)發(fā)速度。

MPLS還有助于解決廣域網(wǎng)中虛連接數(shù)量隨節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加而呈爆炸性增長的問題，MPLS與ATM的結(jié)合對(duì)廣域網(wǎng)可能會(huì)產(chǎn)生重大影響，特別是對(duì)現(xiàn)存的ATM廣域網(wǎng)來說尤其如此。使用這些標(biāo)記通過使用固定長度的查找表(傳統(tǒng)的路由器使用的是最長前綴匹配)，可以使數(shù)據(jù)包快速轉(zhuǎn)發(fā)。MPLS還將定義標(biāo)記分配協(xié)議(TDP)，它與第三層路由協(xié)議緊密融合，共同來建立合適的直通路由。另外， MPLS可以讓直通路由基于多種準(zhǔn)則來建立，如目的IP地址、服務(wù)級(jí)別、服務(wù)策略等，這樣可以允許很靈活的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

MPLS還將成為實(shí)施流量工程的主要方法，此外，還將為自愈恢復(fù)和網(wǎng)絡(luò)管理提供有力的支持。IP網(wǎng)管理上采用OSPF協(xié)議的結(jié)果是都選擇最短路徑，這可能會(huì)在一些熱門節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)擁塞，如何監(jiān)視流量，防止和化解擁塞？早期的因特網(wǎng)骨干網(wǎng)是用人工修改SDH通道的路由，改變路由矩陣來控制流量。在ATM被用于因特網(wǎng)骨干網(wǎng)上時(shí)，用虛電路來連接路由器。虛電路上的流量是可以監(jiān)視的，改變虛電路也很方便，控制流量能力大大提高。 MPLS可以在ATM交換機(jī)中根據(jù)標(biāo)記，為一個(gè)IP實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流建立虛電路，保證QoS。當(dāng)吉位路由交換機(jī)取代ATM用于因特網(wǎng)骨干網(wǎng)時(shí)，控制流量的流量工程被再次提出來。其解決辦法是采用MPLS在IP網(wǎng)上為某一路由路徑建立標(biāo)記交換路徑，借助標(biāo)記號(hào)可以將這一路徑變?yōu)轱@式的，從而監(jiān)視其流量，同時(shí)也可以方便地改變路由，重新設(shè)置路徑。