IP over SDH和IP over ATM技术

随着Internet的快速发展，对广域网的带宽提出了更高的要求，目前在广域网上采用的两种技术是IP over ATM和IP over SDH，本文简要介绍了SDH和ATM以及实现IP over ATM和IP over SDH所需的协议栈，着重比较了这两技术在协议开销、带宽管理、服务质量（QoS）、寻址选路以及流量控制等技术。

SDH ATM PPP MPLS

1　引言

近年来，随着Internet的呈指数性增长，对广域网（WAN）的带宽提出了更高的要求。因特网服务提供商（ISP）正在积极探索各种技术以更好地连接其骨干路由器。常用方法是采用异步转移模式（ATM）技术，使用155M(STM-1)直至622M(STM-4)的高速链路。从而产生了诸多IP over ATM技术，如LANE,CIPOA,MPOA等。但是，由于运营商底层的网络结构为基于光纤连接的同步数字体系（SDH）（北美为同步光纤网络SONET），这使得ISP更倾向于IP over SDH技术，以提高带宽的效率，而不是常规的IP over ATM技术。这两种方案在业界引起了强烈的争论。

2　SDH/SONET概要

SDH为物理层技术，用来传输和复用，传输速率可高达10Gbps，是国际电联（ITU）标准。而SONET是美国标准委员会（ANSI）的标准，两者只是在复用机制上有所不同，而其余技术均相似，因此，本文就以IP over SDH为例，以下简要介绍SDH。

2.1　SDH网络元素

SDH的网络元素主要有同步光纤线路系统、终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）和同步数字交叉连接设备（DXC）。TM主要将支路信号复接成STM信号并完成其光电转换和逆过程，ADM具有灵活的插入和分出电路的功能，可以插入和分出如ATM交换机等信源产生的用户净荷到环中的SDH帧中。DXC完成信号的交叉连接。典型的SDH应用是在光纤上的双环应用，双环结构采用自动保护倒换以实现双环自愈。

2.2　SDH帧结构

SDH每秒传送8K　SDH帧（STM-N），STM-N帧是以STM-1为基础的帧结构。尽管SDH提供同步帧结构，但它并不强制用户净荷位于SDH帧中的特定位置，相反，它允许用户净荷在帧内浮动，使用开销域中的指针指出用户净荷的开始位置。在用户看来，SDH是提供字节同步的物理层介质。

3　ATM概述

ATM是以信元（CELL）为基本单位进行交换和复用的面向连接的传输机制，定长的53字节的ATM信元便于实现基于硬件的交换。ATM使用VCC或VPC连接，使用信元头中的VPI/VCI标识每一连接。

ATM不但是数据链路层技术，还具有完整的网络层和传输层的各种特性，例如寻址、路由以及流控，ATM允许多个用户数据流共享有效的链路带宽，但每一连接必须预先设定QoS。话音、数据、图像和视频流等都可以应用在ATM上，但对于不同的应用流需要不同的ATM适配层（AAL）来映射相应的用户数据到ATM信元。ATM可以运行在不同的物理介质上，ATM层产生信元然后交给物理层并由其完成从物理介质上发送和接受相应的信号。SDH/SONET是ATM的物理层之一，由于SDH帧中的净荷不是53字节的信元的整数倍，ATM信元只能直接连续地发送到SDH帧中的净荷中。在接受时，ATM信元头中的信元头差错检测（HEC）域用来描述从SDH净荷中来的ATM信元的正确性。

4　IP over ATM　

IETF已决定用IP互连导构网络，把各种异构网络互连成一个单一的巨大的IP网。单个的网络通常采用不同的物理链路和网络技术，但假如IP运行在各种网络层之上，网络与网络之间将实现无缝互连。目前IP已经运行在多种网络技术之上，包括广播的LAN技术，如Ethernet，电路交换WAN技术，如X.25，以及分组交换WAN技术，如交换式多兆位数据服务SMDS。

IETF于1990年开始定义IP over ATM，ATM论坛了着手开始在ATM上运行不同的第二层和第三层协议，特别是在LAN方面。

4.1　classic IP over ATM(CIPOA)

ＣＩＰＯＡ的目的是把ATM作为IP的低层数据链路层，而应用层还是基于传统的IP。最初在传统IP网中实现ATM只是用ATM替代了LAN线，正因如此，ATM网络需要分割成不同的逻辑子网（LIS）,LIS之间通讯需要路由器。在ATM网中没有广播功能，因此，传统的广播地址解析协议（ARP）被基于客户/服务器模式的ATM ARP协议所取代。

一个缺省的逻辑链路/子网接入协议（LIC/SNAP）封装8字节段，用来在ATM上传送IP和ATM　ARP包，这些包用AAL5封装适配后直接映射到ATM信元中，这些信元用虚连接（预定的PVC或交换式的SVC）传送。对于SVC的呼叫建立，需要ATM论坛的UNI3.1/4.0或ITU-T的Q.2931信令。

4.2LANE局域网仿真

LANE是ATM论坛推出的用来在ATM网上仿真Eerthnet/802.3和Token Ring/802.45。利用局域网仿真，现有的LAN应用能在ATM网上进行通信，就像在传统的用MAC地址进行寻址的LAN上一样，可提供组播和广播数据传送。LANE运行在MAC层，任何第三层协议可在其上运行，相反，CIPOA只能运行IP协议。

一个仿真LAN（ELAN）由一组局域网仿真服务器（LES）、广播和未知服务器（BUS）以及局域网仿真配置服务器（LECS）组成。一个仿真LAN是一个LAN网段，其与其余的LAN网段互通则需要桥或路由器。为传送LAN的控制和数据报，在ATM上用2字节的封装组，新的修订版LANE允许使用LLC/SNAP封装，LANE的封包用AAL5适配后封装成ATM信元，由SVC承载。

4.3　MPOA

MPOA是ATM论坛的另一个协议，克服了CIPOA和LANE的主要缺点之一，就是不同子网之间通信中间路由器，中间路由器需要把信元组装成第三层的包，进行路由选择后再把包分段封装成ATM信元进行转发，MPOA允许不同的子网用户之间直接建立一条较短的VCC连接，而不需要中间的重组和分段，在同一子网内，MPOA和LANE相同。MPOA包括MPOA客户机和MPOA服务器。MPOA客户机可以是ATM主机或通过边缘设备与ATM相连的非ATM网段主机，边缘设备之间可以进行第二层的桥接或第三层的转发，通过短路径的VCC传送。MPOA客户机具有监视第三层的分组流的功能，当检测到去往某一特定目的地的连续的分组流时，MPOA客户机向MPOA服务器查询目的地ATM地址或去往目的地的ATM边缘设备的ATM地址，用来建立短路径VCC。MPOA服务器用IETF定义的下一跳解析协议（NHRP）沿着相应的路由传播解析包，直至到网络目的地的出口ATM地址解析到。MPOA使用分布式虚拟路由技术，连接ATM子网和传统的LAN子网的边缘设备类似于虚拟路由器的接口卡，而与边缘设备相连的整个ATM网则是虚拟路由器的转发背板。分组转发功能和路由计算功能相分离，路由计算由路由服务器完成，这种分离与传统的路由器相比，提高了转发效率和具有更高的吞吐量。分组使用LANE或LLC/SNAP封装格式，用AAL5直接适配成ATM信元，使用SVC连接。

4.4　协议栈

CIPOA、LANE、MPOA作为ATM上的通用协议层（PLOA）来执行，包括用于LLC/SNAP封装的逻辑链路控制（LLC）模块和接口信令和ATM适配层和主机呼叫控制（HCC）模块，以用来VCC的建立和数据传输。协议栈用来描述表示前面提到的不同的IP over ATM的技术。

4.5　MPLS多协议标签交换

IETF定义的MPLS为ATM和IP的集成模型，而不是传统的重叠模型。在MPLS中，每一路由器即为交换机，在传统的第三层的报头前加上固定长度标签（Label），通过这些标签，在每个MPLS路由器中建立一个类似于传统路由表的标签路由表。在转发数据报时，查找这些固定长度的标签路由表以达到快速转发数据报，而传统的路由表查找采用的是最长前缀匹配法。MPLS使用专用的标签分配协议（LDP），此协议用来建立传统的路由表和标签路由间的对应关系，从而在MPLS路由器之间建立一条基于标签的数据报转发的快捷路径。MPLS也可以使用开放最短路径优先协议（OSPF）建立快捷路径而不采用LDP协议。

MPLS目前只支持IPv4，但其的适用范围不局限于ATM，其目标是任何数据链路层技术，只要其支持识别快捷路径的固定长度的标签，如以太网等。

5　IP over SDH

由于SDH环提供路由之间的点对点连接，因此IP包必须映射到点对点的链路上，最常用的技术是采用IETF的点对点协议（PPP）封装。IP over SDH也被称为Packet over SDH（POS）技术。

5.1PPP

PPP是点对点的链路层技术，主要提供以下功能：在同一链路上封装和传输不同的网络层协议数据报，建立、配置和测试链路层连接，建立和配置网络层协议。PPP指定了封装机制和链路控制协议（LCP），另外，PPP还需要认证、链路质量监视，以及网络控制协议（NCP）。

PPP采用类HDLC的成帧机制，可以运行在各种物理接口之上，如RS232、RS422和V.35等。

5.2PPP over SDH

PPP把SDH视为字节同步链路，PPP帧作为字节流映射到SDH的净荷中，在类HDLC的帧中使用相应标志来识别在SDH净荷中的PPP帧。

5.3协议栈

5.4POS骨干技术

　　骨干网中采用IP over SDH，CPE设备直接连接接入服务器，接入服务器再与骨干路由器相连，骨干路由器连接SDH双环以构成骨干网。

　　6　IP over ATM和IP over SDH技术比较

　　IP over SDH和IP over ATM作为两种主要的技术，主要有以下不同：

　　6.1协议开销

　　ISP启用IP over SDH的最大原因是ATM信元头的开销（信元税）太大（5/53），附加的开销还有AAL5（填充、8字节的尾）和LLC/SNAP封装（8字节）。对于IP over ATM，假设物理层使用SDH的STM-1链路，IP包大小为576字节。

　　对于IP over PPP over SDH，也是STM-1链路，IP包大小为576字节。

　　以上比较显示，运行在ATM之上的IP只利用线路速率的近80％，而运行在PPP over SDH的IP却为95％，对于广域网主干路由器来讲，IP over SDH额外的容量将显得十分诱人，因为在广域