ATM网络和Internet融合技术简介

ATM网络和Internet融合技术简介

在数据信息爆炸式增长的同时，作为信息传输媒介的计算机网络发展也可谓一日千里。以计算机为主开发的因特网（Internet），采用的是路由技术（IP技术）。而传统的以电信为主开发的宽带综合业务数字网（B-ISDN），其核心是ATM交换技术。IP的崛起向ATM提出了挑战。

IP是因特网网络层协议的技术基础，采用无连接、端到端的TCP／IP协议。它结构简单，容易实现异型网络互连；具有统一的寻址体系，网络扩展性强；几乎可以运行在任何一种数据链路高层，适用范围极其广泛。IP协议在数据业务规程中占据统治地位，成为各种业务的核心。而IP的寻址方式解析协议（ARP）和选路方式可能导致网络内的广播风暴，产生路由器处理能力的瓶颈效应。所以，面向无连接的特性使IP无法适应一些新业务质量（QoS）要求。

ATM是一种信息复用和交换技术。它将信息划分成定长单位（信元）进行发送，具有带宽（622Mbit／s）高、速度快、容量大和伸缩性强等特点，可为不同等级的业务提供相应的QoS。即能够为不同的传输提供不同类型的服务。ATM是面向连接的，能承载任何信息流，包括数据、语音和图像等。ATM将这些信息分成很小的分组，称为信元（cell），然后通过预先建立好的通路进行传输。但由于ATM采用的是信令协议，所以与其他网络的互通互联能力差。

如上所述，IP和ATM有本质的不同。IP是面向非连接的，有相应的地址和选路功能，在进行任何数据传输之前，必须在两个通信实体之间建立一条端到端的连接；ATM是面向连接的，有自己的地址结构、选路方式和信令，它不需要在每个中间节点（交换机）为分组（信元）确定路由，在进行任何数据交换之前，两个通信实体之间的网络通路已经计算好，并且在整个连接期间保持不变。虽然ATM与IP无关联，两者之间存在许多不同的技术和协议（如表1所示），但IP与ATM并不存在对抗，IP在技术上需要ATM，而ATM在商业应用方面又需要IP。由此产生了各种IP与ATM的融合技术。

表1ATM与IP性能对比

从IP协议与ATM协议的关系划分，IP与ATM相融合的技术存在两种模型：第一种模型称为重叠模型。它将IP当成一个网络与ATM网络互联，不更改ATM网络的协议模块，而将IP协议的功能层叠加在ATM上。也就是说，在重叠模型中，IP协议是重叠在ATM上运行的，它需要定义两套地址结构及选路协议，同时需要两套维护和管理功能，ATM系统既要分配IP地址，也要分配ATM地址，所有在ATM网络上工作的协议均需解析协议，将高层地址（IP地址）与相应的ATM地址联系起来。第二种模型称为集成模型。它将ATM单元实体与ATM网络地址分配策略和路由选择协议分高，ATM网络实体采用与IP协议完全相同的协议体系和地址分配策略，ATM系统仅需标识IP地址，网络不再需要ATM的地址解析规程。

IP与ATM的结合有多种技术，适用的范围也不相同，但都是利用ATM硬件交换来提高IP选路性能和减少网络的传输时延，以及利用IP简单、实用和与其他网络互通互联能力好的这一特点。选路和交换融为一体，可以做到各取所长，优势互补，达到灵活、高效之目的。

采用ATM网络传送IP具有以下的优点：

（1）可伸缩性。复杂路由在网络边缘实现，交换式虚电路（SVC）则由网络核心实现，这样

就没有了成为瓶颈的核心路由，路由操作分布至整个网络，实现多业务客户操作。

（2）业务质量保证。能够为大量的连接进行管理和监察QoS属性，从而支持服务水平协议（SLA）。

（3）高效率的信息传送。交换路由使IP信息能以直接路由传往目的地。

（4）富有效率的空间带宽使用。ATM交换结构整合了通过空间实现的IP协议，从而提供高效率的带宽应用。

（5）网络资源的超额预订。ATM信息整形器可以消除IP信息的突发数据，这不但实现了网络资源的最大利用。而且还能支持服务水平协议，使分组损失降到最低。

（6）减少了对网络操作员的干预。交换式虚电路的使用减少了设定连接的管理和连接的维护工作。

IP与ATM相结合的技术—MPLS (多协议标记交换)

虽然，ATM 面临IP的诸多挑战，但目前ATM仍然是城域网的主要选择，原因主要是在可扩展性、可维护性、QoS、容错性、流量控制等方面，ATM优势很多，近来普遍看好的解决方案是使ATM与IP相结合技术而应用于广域网，使用ATM技术来承载IP，这种方法可以综合利用二者的长处。

IP与ATM技术相结合的难点在于二者不同的连接技术、寻址方式和相应的选路功能、选路规程和地址结构等。目前，IP与ATM相结合的技术有：ATM Forum定义的LANE、IETF定义的CIPOA、ATM Forum定义的MPOA，尤其是IETF考虑制定的多协议标记交换(Multi-Protocol Label Switching，MPLS)，它提出了一种将第三层数据流(如IP)映射到第二层(如ATM和帧中继这样的交换式网络)的方法。

从IP协议与ATM协议的关系划分看， MPLS属于集成模型的类别，它基于标记交换机制，在ATM层上直接承载IP业务，与重叠模型相比，提高了业务的性能和网络的效率。当ATM网络设备引入MPLS功能后，将同时支持IP业务和其他ATM业务。

MPLS的前身可追溯以前名为IP Switching的技术，其基本想法是将路由和数据转发功能分开，从而达到加快IP传送速度的目的。在MPLS模型中，每一个路由器也是一个交换机，即交换式路由器。已分配直通路由的数据包除了通常的第三层IP数据包包头外，还将增加 一个固定长度的包含特定路由信息的标记，并使路由器为不同的业务流预先分配好不同的路径，即不同的标记以保证这些业务的服务质量。由于标记(实际上就是一个整数)就意味着路径，所以，路由器转发数据包时也无需做传统意义上的路由判断(如查找路由表)，从而提高了IP的转发速度。

MPLS还有助于解决广域网中虚连接数量随节点数的增加而呈爆炸性增长的问题，MPLS与ATM的结合对广域网可能会产生重大影响，特别是对现存的ATM广域网来说尤其如此。使用这些标记通过使用固定长度的查找表(传统的路由器使用的是最长前缀匹配)，可以使数据包快速转发。MPLS还将定义标记分配协议(TDP)，它与第三层路由协议紧密融合，共同来建立合适的直通路由。另外， MPLS可以让直通路由基于多种准则来建立，如目的IP地址、服务级别、服务策略等，这样可以允许很灵活的网络规划和设计。

MPLS还将成为实施流量工程的主要方法，此外，还将为自愈恢复和网络管理提供有力的支持。IP网管理上采用OSPF协议的结果是都选择最短路径，这可能会在一些热门节点上出现拥塞，如何监视流量，防止和化解拥塞？早期的因特网骨干网是用人工修改SDH通道的路由，改变路由矩阵来控制流量。在ATM被用于因特网骨干网上时，用虚电路来连接路由器。虚电路上的流量是可以监视的，改变虚电路也很方便，控制流量能力大大提高。 MPLS可以在ATM交换机中根据标记，为一个IP实时业务数据流建立虚电路，保证QoS。当吉位路由交换机取代ATM用于因特网骨干网时，控制流量的流量工程被再次提出来。其解决办法是采用MPLS在IP网上为某一路由路径建立标记交换路径，借助标记号可以将这一路径变为显式的，从而监视其流量，同时也可以方便地改变路由，重新设置路径。