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面对ATM、IP和光通信等新技术，那些已经投入巨资发展现有网络的电信运营商和正雄心勃勃走向信息化的大企业难免会感觉到手足无措。那么，究竟应该如何选择和利用层出不穷的网络新技术呢？未来“三网合一”的大趋势不容质疑，但究竟采用什么技术，是ATM还是IP？它们分别该处于一个什么位置，人们还在争论不休。
ATM和IP的技术特点
ATM技术是在八十年代末由电信界提出，力图通过电信网来综合包括话音、数据和图像在内的各种业务。传统的电信网最早以话音通信为目标，都采用电路交换方式。近二十年内，由于受计算机技术发展的影响，传统电信网经历了程控数字化和向窄带ISDN的发展。窄带ISDN是电信网企图实现多业务的一次初步尝试。在当时的背景下，话音通道自然地采用了64kbps，数据通信带宽也以64kbps为单位，这在当时基本是足够的。在窄带ISDN的基础上，更由于分组交换和数据通信可能的前景，电信界开始提出宽带ISDN，即以ATM技术为基础可提供宽带多业务的数字网络。ATM技术采用53字节大小作为信元，可以说是传统电路交换和分组交换之间的一种折衷。虽然它内部以分组的方式实现，但它提供的是面向连接的业务。
ATM最初的思想就希望造就未来通信的统一平台，但无论技术还是用户的需求都在不断地发生着变化，制定ATM规范的ATM论坛一直在通过各种手段向ATM中容纳进新的内容以保证ATM最初的目标。但这样造成ATM技术异常的复杂，标准化的过程变慢。
IP技术最初只用于很小数量的计算机组成的网络，它不同于电信网络的设计思想。电信网络力图由网络来提供所有业务，用户终端尽可能是廉价、易用的设备。而IP协议信奉的是“端到端”思想，并认为网络所需提供的只是端到端的连接，所有增值功能都在网络之外由终端完成。由于IP互连的是极具发展活力和智能，并且在不断深入到人们工作和生活的计算机，所以也就不难理解Internet虽然诞生于60年代，一直沉寂了几十年，但却在近十年内得到了飞速的发展和广泛应用。
ATM与IP各自的技术特点也反映出电信界和计算机界各自的特点，电信在过去的一个世纪内逐步发展，并几乎一直受到政府规范的制约，电信产品和服务要求高可靠性和终端设备之间的互操作性。而计算机行业的产品以更新快而闻名，并要求低成本，但可容忍一定程度的不可靠。
人们对ATM技术一直期望很高，在话音通信方面，AAL1电路仿真方式在今天的技术背景下已不再有效，因为不断发展和成熟的语音压缩技术已可以将一路语音信号从64kbps压缩到8kbps甚至更低而不损害语音质量。采用VBR和AAL2传送语音目前标准还不完善。另外，在LAN环境由于千兆位以太网的崛起，ATM的优势不复存在，在广域网领域，ATM受到来自帧中继技术的竞争。最终让人们开始重新考虑ATM。近几年来，随着Internet的广泛延伸和Internet应用的不断增多，还由于Internet终端——计算机功能的进一步增强，IP在逐步统一局域网和桌面系统之后又开始向ATM的地位发起挑战。IP协议所具有的最大优势在于，它可以运行在任何介质和网络上，可以保证异种网络的互通，即“IPovereverything"。并且，IP技术顺应了计算机不断普及，功能越来越强这一趋势，随着PC应用的扩展而逐步扩大。Web、电子贸易甚至IP语音等应用不断地推动着IP领域的不断扩大。由于IP可以实现广泛互通，IP甚至还用来承载其它协议，即将其它协议数据包封装在IP包中，甚至可以实现“EverythingoverIP"，例如PPTP、L2TP等。具有广阔市场应用前景的VPN(虚拟专用网)技术便是采用IP协议来承载并实现互通，利用公用Internet来建立安全的企业内部网络的一种应用。最近几年，POS(PacketOverSDH)技术发展很快，更使得IP技术如虎添翼。采用IPoverSDH和DWDM(密集波分复用)技术可以大大提高IP链路的带宽，具有极高的性价比，为IP进入更为广泛的应用领域铺平了道路。
IP与ATM技术的融合
Internet应用的不断发展对IP骨干网络带宽提出了新的要求。传统的IP网络采用的是纯路由器方式，即在广域网环境中通过路由器进行IP包的拆装和转发。这种方式造成中间转接次数多，延时大并且带宽不够高。另外，ATM交换机的开发和使用已有一段过程，已有不少专门用于ATM接口和交换的硬件。IP需要利用ATM技术来提高传输速度，ATM也要具有承载IP的能力以拓展其应用领域。ATM论坛和制定IP标准的IETF组织较早就开始了这方面的工作。IP与ATM的融合有两种方式：一种是叠加方式，一种是集成方式。
ClassicalIPoverATM(CIP)
IETF组织于1993年到1994年定义了CIP，CIP可以让IP的现有用户转移到使用ATM作为其传输技术，而保持其现有的基于IP的应用不变。在CIP中，ATM网分成通过路由器进行相互通信的逻辑IP子网(LIS)。由于ATM本身没有广播功能，所以，基于服务器/客户机模式的ATMARP协议代替了传统的广播式ARP协议。CIP还使用LLC/SNAP缺省的8字节封装来在ATM上传送IP和ATMARP数据包。这些数据包直接通过AAL5适配层映射为成ATM信元。这些信元可以在PVC或SVC上传送。如果要建立SVC，就要使用ATM论坛的UNI3.1/4.0或Q.2931规范。CIP协议以ATMARP解决了IP地址和ATM地址的直接映射问题，可以在LIS利用ATM的高带宽。但是CIP只定义了LIS内的协议，当不同LIS内的计算机需要通信时，仍必须经过中间路由器，仍存在带宽瓶颈。
MultiprotocoloverATM(MPOA)
为了解决CIP的缺陷，并将ATM高速传输引入路由器间的链路，ATM论坛在1997年7月定义了MPOA标准。MPOA集成了LANE、CIP、NHRP的功能，在子网内部，MPOA使用LANE。MPOA引入了虚拟边缘交换机、MPOA客户、MPOA服务器的概念，并将数据包的转发和路由功能相分离。MPOA可以让不同子网的客户建立直接的虚电路连接，即直通路由。这样就可以直接转发三层的数据包，而不再需要重组和分段。
MPOA客户可以是以ATM连接的计算机，还可以是将ATM子网与非ATM局域网段相连的边缘交换机。这些边缘交换机可在第二层桥接数据包，并在直通虚电路上直接在第三层转发数据包。MPOA客户要监视第三层数据包流量，如果检测到通往某第三层地址的连续数据流，该客户就向MPOA服务器要求获得一个该第三层地址的ATM地址来建立通往该目的地的直通虚电路。MPOA服务器与目的地所在ATM子网的路由服务器通信来获取必要的路由信息。它还可以使用NHRP协议将地址解析要求沿路由路径发送到要求的目的地，来得知到达最靠近所要求的地址的ATM网络出口。
MPOA提供的是一种分布的、虚路由器。ATM子网与原存LAN段的边缘设备从某种程度上类似于虚路由器的接口卡，连接边缘设备的ATM网络可看作虚路由器转发网。包转发功能与路由计算功能分离，路由计算由路由服务器来完成。这种功能分离与传统的路由器相比可以获得更高的效率和更高的包吞吐量。MPOA中数据包采用LANE和LLC/SNAP封装。这些包通过AAL5直接映射为ATM信元，并通过SVC(交换式虚电路)传送。MPOA能支持包括IP在内的多种网络层协议。
IP交换(IPswitching)
以上的协议都是叠加方式实现IP与ATM的融合，集成方式包括IP交换和MPLS(多协议标记交换)。
IP交换是Ipsilon公司提出的专门用于在ATM望上传送IP数据包的技术。IP交换通过直接交换或存储转发的方式实现高速IP分组传输。IP交换机保留了ATM交换机硬件，但不需要ATM复杂的信令。
IP交换机的ATM输入端口从上游节点接受到输入数据流，并把这些数据流送到IP交换机控制器中的路由软件进行处理。IP交换机控制器根据输入数据流的TCP和UDP包头中的端口号来进行数据流的分类。对于持续时间长大、数据量大的数据流，IP交换机将直接利用ATM交换机硬件进行交换；对于持续时短、数据量小、呈突发分布的数据流，将通过IP交换机中的IP路由软件进行一跳接一跳和存储转发发送。
多协议标记交换(MPLS)
IP交换是Ipsilon公司在1996年提出的厂家标准，后来Cisco公司又提出了同样是将IP与ATM以集成方式结合的标记交换。主要区别在于IP交换基于IP流量建立直通路由，而标记交换基于网络拓扑结构建立直通路径。考虑到将IP技术和ATM交换机集成结合的优越性能，IETF开始定义一个统一的MPLS标准。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包头外，还将带有一个固定长度的标记。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)可以使得数据包快速转发。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。
IPoverSDH与IPoverATM技术的比较
IPoverSDH是POS(PacketoverSDH)技术中的一种。按照OSI的7层模型，SDH协议是物理层，IP为网络层，将IP直接运行于SDH之上显然还需要数据链路层作为IP与SDH接口。IETF已标准化了PPP来实现这一功能，这些标准包括RFC1619、RFC1549和RFC1548。PPP协议定义了多协议数据包的封装格式和用来建立、配置并测试数据链路连接的LCP(链路控制协议)，还有用来区分IP,AppleTalk,DECnet,IPX等不同协议的NCP(网络控制协议)。
图1
协议开销和带宽效率：
与POS相比，ATM信元方式开销太大(每53个字节就有5个字节的开销)。另外AAL5适配层还有填充字段和8字节的尾字段，用于承载IP包所需的LLC/SNAP封装还有8字节的开销。研究数据显示，当使用IPoverATM时，IP只可以获得SDH带宽的80％，而使用IPoverSDH却可以获得95％。对于昂贵的广域网带宽或用于互连骨干网路由器的链路来说，后者所能增加的带宽十分诱人。不过，对于带宽充足的场合，比如局域网环境中，带宽的效率则不那么重要。
带宽管理和服务质量：
ATM提供了丰富的管理虚电路带宽分配的能力。它基于用户所要求的服务质量灵活地分配带宽。由于其信元交换的特点，ATM可以在为每条数据流保证一定量带宽的同时，让多条数据流同时共享一条链路。PPP协议没有带宽管理能力，它提供的是一种点到点的链路。在IPoverSDH中，只能靠IP层来安排数据包的传送，并保证每条信息流接收到各自公平的链路带宽分配。在低速链路上，低优先级的大数据包会阻塞其它高优先级的数据包的传送。例如，一个低优先级的文件传送流的大数据包会延误更小的却对时延更敏感的语音数据包的传送。所以对于有限带宽上的对延时敏感的实时应用，这一因素会抵销POS在带宽效率上所具有的优势。
服务质量(QoS)与诸如端到端包延时、抖动、包丢失和吞吐量等参数有关。ATM在这方面尤为出色，它具有保证每条虚电路的QoS的能力。ATM交换机通过智能排队算法和适当的规划机制保证提供协商好的QoS参数，并且ATM还提供满足不同应用需求的不同服务级别。例如，具有特别服务质量需要的应用可以使用恒比特率(CBR)和可变比特率(VBR)业务，具有弹性需求的应用可以使用可用比特率(ABR)和未指定比特率(UBR)业务。ATM自身的这些性能使得ATM可以将每一具有特定服务质量要求的信息流映射到相互独立德具有特定QoS参数的虚电路上，通过IPoverATM，很容易在IP层提供服务质量。例如，语音数据流可以映射到一个实时的CBR和VBR连接上，而文件传送的数据流可以映射到一个VBR连接上。
不过，虽然ATM提供了丰富的QoS参数，但基于QoS的业务只局限于连接两个边缘路由器的ATM链路上，并不具备端到端的QoS能力。为了给IP数据包提供端到端的QoS，路由器还必须具备智能化的排队和规划机制。
寻址和路由
ATM网络具有完整的寻址和路由连接功能，并且ATM网络可以覆盖到广泛的地域，提供高速广域网连接。而PPP只是在点到点链路上使用，没有寻址和路由能力。使用POS构造互连通的骨干网络，必须在骨干路由器之间配置点到点链路。为了防止链路故障，还必须指配多条冗余链路，同时为了尽量让IP包的路由转发在骨干网中经历更少的中转路由器，采用POS建立骨干网并不容易。一个全部采用POS的骨干网不仅会价格昂贵，而且也不现实，在广域网环境中，SDH链路往往比较有限。
而在骨干网中采用ATM，通过SVC(交换式虚电路)，则不需要作静态链路配置，ATM可以在路由器之间提供动态连接。即使ATM网络上某些链路出了故障，动态SVC路由还可以发现其它的路由器并保证任两个路由器之间的连接。这种方式最有用的性能是可以在一个ATM接口上建立通向其它路由器的多个连接，而ATM接口可以从运营商那里得到。相比之下，采用ATM作骨干网技术，可以更为灵活地设计网络，它可以在不同等链路上路由SVC，并在建立一个路由器与多个目的地的连接。
容错性能：
ATM提供了从故障链路和交换机恢复的能力，并使用一种称为PNNI(PrivateNetworktoNetworkInterface)的动态路由协议在交换机间建立呼叫连接。当前，PNNI提供了一种当初始连接建立失败时重新路由的能力。ATM论坛正在增加当连接已建立后出现网络故障的自动重新路由。PPP没有任何容错能力，因为它仅在一条链路上运作，不过底层的SDH具有在光纤环路被切断时的保护切换能力。一般ATM网络也使用SDH，所以这种能力也适用于ATM。
IP和ATM各自的位置
如今，人们已基本上对IP技术的前景达成共识，即认为IP协议将一统应用平台。至于底层传送技术是采用ATM还是IP，或者准确地说是采用IPoverATM还是IPoverSDH?
当使用POS，路由器由基于SDH的快速点到点链路连接，然而使用IPoverATM，路由器由传送复用多个虚电路连接的链路组成的网络连接，并可以为所复用的每个连接保证灵活的带宽和服务质量。归根到底，两种技术最为显著的区别在于速度和灵活性。在什么场合哪种因素更重要，哪种技术就更好。
在网络速度最重要的情况下，POS技术更有吸引力。在带宽管理的网络灵活性重要的情况下，IPverATM是更好的解决方案。对于提供多种业务的大运营商来说，尤其是传统的电信运营商，他们大多已在骨干网络上采用了SDH技术，他们更愿意采用ATMoverSDH并采用IPoverATM来提供IP业务，因为他们需要灵活的带宽管理，并保证用户的服务质量。不过ATM技术比较复杂，将会需要更高的设备费用和运行维护费用。
国外的ISP往往会建设自己的光纤骨干网，他们一般需要在骨干路由器之间进行高速的互连以达到数据包吞吐量最大化，并且由于主要只经营IP业务，所以他们一般会采用IPoverSDH。
技术发展会使IPoverATM更有前景。正在制定中的MPLS协议采用集成模式紧密地将将IP和ATM的优势相结合，抛弃了重叠模式和由此所带来的复杂性和带宽的低效率。
AT＆T公司现在分别运行着几种不同的网络，除了传统长途电信网以外，还有ATM网络和IP网络，并且在三种网络上都提供话音通信业务。这样会带来网络的运行和维护费用成本增加，但这是传统运营商向未来网络演进过程中不可避免并较为切实的一种途径。Level3等新兴电信公司则以光纤网为基础，以ATM来提供话音业务，IP提供数据业务。对于设备供应商来说，也很少有将产品发展全部寄托于要么ATM或是IP的单一的解决方案。诸如Cisco、Ascend这样的大供应商也分别有相应的产品序列。Cisco已经提供POS的线路卡，Cisco12000千兆比交换式路由器和Cisco7500路由器都可支持POS，它还推出了多种具备IPoverATM和标记交换能力的ATM交换机系列。
对于用户来说，有时会需要ATM，有时是帧中继，而有时却是IP。每一种网络技术都具有自己的价格、性能和业务特点。对于电信运营商来说，未来成功的多业务融合网络将会是集成有多种已存在多年的技术的网络：ATM位于核心，作为底层传输技术，帧中继和IP作为较低速的接入，IP来集成网络的应用功能。
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