IP over SDH和IP over ATM技術(上)

2019-11-03 09:10:16

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供稿：網友

沈孟坤　　摘要：隨著Internet的快速發展，對廣域網的帶寬提出了更高的要求，目前在廣域網上采用的兩種技術是ip over ATM和IP over SDH，本文簡要介紹了SDH和ATM以及實現IP over ATM和IP over SDH所需的協議棧，著重比較了這兩技術在協議開銷、帶寬管理、服務質量（QoS）、尋址選路以及流量控制等技術。

　　關鍵詞　SDH ATM PPP MPLS

　　1　引言

　　近年來，隨著Internet的呈指數性增長，對廣域網（WAN）的帶寬提出了更高的要求。因特網服務提供商（ISP）正在積極探索各種技術以更好地連接其骨干路由器。常用方法是采用異步轉移模式（ATM）技術，使用155M(STM-1)直至622M(STM-4)的高速鏈路。從而產生了諸多IP over ATM技術，如LANE,CIPOA,MPOA等?！　〉?，由于運營商底層的網絡結構為基于光纖連接的同步數字體系（SDH）（北美為同步光纖網絡SONET），這使得ISP更傾向于IP over SDH技術，以提高帶寬的效率，而不是常規的IP over ATM技術。這兩種方案在業界引起了強烈的爭論。

　　2　SDH/SONET概要

　　SDH為物理層技術，用來傳輸和復用，傳輸速率可高達10Gbps，是國際電聯（ITU）標準。而SONET是美國標準委員會（ANSI）的標準，兩者只是在復用機制上有所不同，而其余技術均相似，因此，本文就以IP over SDH為例，以下簡要介紹SDH。

　　2.1　SDH網絡元素

　　SDH的網絡元素主要有同步光纖線路系統、終端復用器（TM）、分插復用器（ADM）和同步數字交叉連接設備（DXC）。TM主要將支路信號復接成STM信號并完成其光電轉換和逆過程，ADM具有靈活的插入和分出電路的功能，可以插入和分出如ATM交換機等信源產生的用戶凈荷到環中的SDH幀中。DXC完成信號的交叉連接。典型的SDH應用是在光纖上的雙環應用，雙環結構采用自動保護倒換以實現雙環自愈。

　　2.2　SDH幀結構

　　SDH每秒傳送8K　SDH幀（STM-N），STM-N幀是以STM-1為基礎的幀結構。盡管SDH提供同步幀結構，但它并不強制用戶凈荷位于SDH幀中的特定位置，相反，它允許用戶凈荷在幀內浮動，使用開銷域中的指針指出用戶凈荷的開始位置。在用戶看來，SDH是提供字節同步的物理層介質。

　　3　ATM概述

　　ATM是以信元（CELL）為基本單位進行交換和復用的面向連接的傳輸機制，定長的53字節的ATM信元便于實現基于硬件的交換。ATM使用VCC或VPC連接，使用信元頭中的VPI/VCI標識每一連接。

　　ATM不但是數據鏈路層技術，還具有完整的網絡層和傳輸層的各種特性，例如尋址、路由以及流控，ATM允許多個用戶數據流共享有效的鏈路帶寬，但每一連接必須預先設定QoS。話音、數據、圖像和視頻流等都可以應用在ATM上，但對于不同的應用流需要不同的ATM適配層（AAL）來映射相應的用戶數據到ATM信元?！　TM可以運行在不同的物理介質上，ATM層產生信元然后交給物理層并由其完成從物理介質上發送和接受相應的信號。SDH/SONET是ATM的物理層之一，由于SDH幀中的凈荷不是53字節的信元的整數倍，ATM信元只能直接連續地發送到SDH幀中的凈荷中。在接受時，ATM信元頭中的信元頭差錯檢測（HEC）域用來描述從SDH凈荷中來的ATM信元的正確性。

　　4　IP over ATM

　　IETF已決定用IP互連導構網絡，把各種異構網絡互連成一個單一的巨大的IP網。單個的網絡通常采用不同的物理鏈路和網絡技術，但假如IP運行在各種網絡層之上，網絡與網絡之間將實現無縫互連。目前IP已經運行在多種網絡技術之上，包括廣播的LAN技術，如Ethernet，電路交換WAN技術，如X.25，以及分組交換WAN技術，如交換式多兆位數據服務SMDS。

　　IETF于1990年開始定義IP over ATM，ATM論壇了著手開始在ATM上運行不同的第二層和第三層協議，特別是在LAN方面。

　　4.1　classic IP over ATM(CIPOA)

ＣＩＰＯＡ的目的是把ATM作為IP的低層數據鏈路層，而應用層還是基于傳統的IP。最初在傳統IP網中實現ATM只是用ATM替代了LAN線，正因如此，ATM網絡需要分割成不同的邏輯子網（LIS）,LIS之間通訊需要路由器。在ATM網中沒有廣播功能，因此，傳統的廣播地址解析協議（ARP）被基于客戶/服務器模式的ATM ARP協議所取代。

　　一個缺省的邏輯鏈路/子網接入協議（LIC/SNAP）封裝8字節段，用來在ATM上傳送IP和ATM　ARP包，這些包用AAL5封裝適配后直接映射到ATM信元中，這些信元用虛連接（預定的PVC或交換式的SVC）傳送。對于SVC的呼叫建立，需要ATM論壇的UNI3.1/4.0或ITU-T的Q.2931信令。

　　4.2LANE局域網仿真

　　LANE是ATM論壇推出的用來在ATM網上仿真Eerthnet/802.3和Token Ring/802.45。利用局域網仿真，現有的LAN應用能在ATM網上進行通信，就像在傳統的用MAC地址進行尋址的LAN上一樣，可提供組播和廣播數據傳送。LANE運行在MAC層，任何第三層協議可在其上運行，相反，CIPOA只能運行IP協議。

　　一個仿真LAN（ELAN）由一組局域網仿真服務器（LES）、廣播和未知服務器（BUS）以及局域網仿真配置服務器（LECS）組成。一個仿真LAN是一個LAN網段，其與其余的LAN網段互通則需要橋或路由器。為傳送LAN的控制和數據報，在ATM上用2字節的封裝組，新的修訂版LANE允許使用LLC/SNAP封裝，LANE的封包用AAL5適配后封裝成ATM信元，由SVC承載。

　　4.3　MPOA

　　MPOA是ATM論壇的另一個協議，克服了CIPOA和LANE的主要缺點之一，就是不同子網之間通信中間路由器，中間路由器需要把信元組裝成第三層的包，進行路由選擇后再把包分段封裝成ATM信元進行轉發，MPOA允許不同的子網用戶之間直接建立一條較短的VCC連接，而不需要中間的重組和分段，在同一子網內，MPOA和LANE相同?！　POA包括MPOA客戶機和MPOA服務器。MPOA客戶機可以是ATM主機或通過邊緣設備與ATM相連的非ATM網段主機，邊緣設備之間可以進行第二層的橋接或第三層的轉發，通過短路徑的VCC傳送。MPOA客戶機具有監視第三層的分組流的功能，當檢測到去往某一特定目的地的連續的分組流時，MPOA客戶機向MPOA服務器查詢目的地ATM地址或去往目的地的ATM邊緣設備的ATM地址，用來建立短路徑VCC。MPOA服務器用IETF定義的下一跳解析協議（NHRP）沿著相應的路由傳播解析包，直至到網絡目的地的出口ATM地址解析到。MPOA使用分布式虛擬路由技術，連接ATM子網和傳統的LAN子網的邊緣設備類似于虛擬路由器的接口卡，而與邊緣設備相連的整個ATM網則是虛擬路由器的轉發背板。分組轉發功能和路由計算功能相分離，路由計算由路由服務器完成，這種分離與傳統的路由器相比，提高了轉發效率和具有更高的吞吐量。分組使用LANE或LLC/SNAP封裝格式，用AAL5直接適配成ATM信元，使用SVC連接。

　　4.4　協議棧

　　CIPOA、LANE、MPOA作為ATM上的通用協議層（PLOA）來執行，包括用于LLC/SNAP封裝的邏輯鏈路控制（LLC）模塊和接口信令和ATM適配層和主機呼叫控制（HCC）模塊，以用來VCC的建立和數據傳輸。協議棧用來描述表示前面提到的不同的IP over ATM的技術。

　　4.5　MPLS多協議標簽交換

　　IETF定義的MPLS為ATM和IP的集成模型，而不是傳統的重疊模型。在MPLS中，每一路由器即為交換機，在傳統的第三層的報頭前加上固定長度標簽（Label），通過這些標簽，在每個MPLS路由器中建立一個類似于傳統路由表的標簽路由表。在轉發數據報時，查找這些固定長度的標簽路由表以達到快速轉發數據報，而傳統的路由表查找采用的是最長前綴匹配法。MPLS使用專用的標簽分配協議（LDP），此協議用來建立傳統的路由表和標簽路由間的對應關系，從而在MPLS路由器之間建立一條基于標簽的數據報轉發的快捷路徑。MPLS也可以使用開放最短路徑優先協議（OSPF）建立快捷路徑而不采用LDP協議。

　　MPLS目前只支持IPv4，但其的適用范圍不局限于ATM，其目標是任何數據鏈路層技術，只要其支持識別快捷路徑的固定長度的標簽，如以太網等。（未完待續）

摘自《廣播電視信息》2001.6

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