作者：任琛

    摘要：ATM交換網絡作為多業務數據承載平臺，融合了電路交換和數據交換的優點，已經廣為電信運營商采用，但在其提供端到端的桌面應用時，存在與用戶端設備協議配合的局限和對本地網傳輸資源利用不足的缺陷。

    本文就如何解決這個問題進行了討論并提出了解決辦法，該方法已通過開發樣機進行了測試和驗證。

    要害詞：ATM交換F/R交換機

    一、ATM技術及其多種數據業務交換承載網絡

    1.ATM技術簡述

    我們常說的ATM(ASYNCHRONOUSTRANSFERMODE)也就是異步傳輸模式，具有分組交換和電路交換的優點，對應于OSI協議參考模型的第2層。ATM通過AAL層適配，將不同業務應用接納進來。

    由于ATM的技術先進性，有能力在一個公共網絡架構中復用包括F/R(FrameRelay)電路、基于TCP/ip的接入和承載、ATM電路多種不同的服務，在交換型多業務數據承載網絡中扮演著重要的角色。因此，電信運營商使用它作為多種數據業務骨干交換承載網絡。

    2.ATM技術在數據交換網絡中的應用

    常規情況下，一般采用622M/155MATM交換機作為端局使用，通過SDH封裝或光纖直聯方式的622M/155M電路將各端局匯接于地區核心局。地區核心局設備一般采用2.5G以上背板交換能力的ATM交換機通過SDH封裝或光纖直聯的622M以上電路完成網絡構件。在各交換機上基本都提供ATM單模/多模光口、2M/34M端口、IP端口，在與用戶的對接上ATM電路通過光口提供，按照需求進行不同帶寬的開通；通過2M/34M端口提供信道化或非信道化的F/R電路；通過IP端口提供基于TCP/IP的對接，如下圖所示：

    傳統基于ATM承載網絡的數據專線接入模式

    3.ATM交換網絡結構和業務支持中所存在的不足

    就ATM協議信元交換的概念而言，ATM網絡應該完成的功能不是OSI第2層規定的數據鏈路層功能，而是復用和交換功能，但在目前電信運營商使用的ATM多業務承載交換網中卻存在著以下不足之處：

    (1)因為目前端局ATM交換機開放的專線業務，用戶實際都是通過電信運營商的本地傳輸網接入，導致本地中繼利用率低，而且不適用于突發的數據業務。

    (2)另外ATM端局/匯接局交換設備和端口板價格偏貴，而通過獨享方式開放業務，則會迅速耗盡端口資源。假如能將ATM交換機的非信道化E1端口復用給幾個用戶，將大大提高端口利用率。

    (3)一般情況下ATM交換機沒有配置CES端口，因此只能開展F/R業務，即要求用戶端設備支持F/R協議。但是，用戶可能由于行業習慣(銀行用戶)或者用戶端設備比較低檔，不支持F/R協議等原因，而使用PPP協議或者HDLC協議來互連，使得ATM交換機將無法開展業務。

    上述缺陷對使用ATM網絡作為骨干承載網的電信運營商而言，如同因特網業務拓展中所面臨的困惑一樣，通信產業的價值鏈正經歷計算機產業價值鏈已變化的過程：80%的收入來自20%的客戶；80%的網絡帶寬由20%的用戶消耗掉，但不是貢獻了80%收入；80%的收入來自20%的業務；80%的成本消耗在效益極低的80%業務上，只帶來20%的收益。如何彌補上述缺陷，是電信運營商突破網絡限制，最大化降低成本和提高收益的要害。

    二、針對ATM交換網絡存在的不足進行改進的思路

    我們可以對業務量模型假定為以下情況：同時有90%的用戶在使用，10個使用的用戶中有一個(即10%)處于突發狀態；那么，在1000個用戶的情況下，假定每用戶的突發速率為2Mbps，平均速率為0.3Mbps，若采用獨享方式，則骨干網的速率要求為2M*1000=2G。那么，在通過ATM網絡進行帶寬的統計復用后，上述業務模型中骨干網的速率要求為：1000*0.3Mbps*90%*(1-10%)+10000*2Mbps*90%*10%=423Mbps。對比帶寬的利用率，F/R方式節省的帶寬為2000/423=4.7倍

    統計復用的重要性：

    共150用戶，＞95%的時間內，利用率＜20%

    大部分峰值在0.6Mbps～12Mbps之間

    因此若能充分利用流量復用和協議轉換概念彌補ATM網絡不足，在其中添加其它低成本交換和協議轉換設備機，利用信元和幀對多種業務數據進行封裝、傳輸。它的網絡時延與數據傳送速率就可與高質量的專線線路相比，而且在一條物理連接上能夠提供眾多的邏輯連接(永久虛電路PVC和交換虛電路SVC)，從而大大提高線路及帶寬的利用率。

    三、通過在ATM端局交換機下添加交換和協議轉換設備彌補上述缺陷的方案和可以提供的業務功能

    1.通過交換和協議轉換設備，實現專線的Internet接入業務時本地傳輸網帶寬的統計復用

    對數據專線業務，非凡是專線的Internet接入業務進行統計復用，大大提高了傳輸網絡資源的利用率，有效地減輕了傳輸網中繼帶寬壓力，節約了ATM端局交換機上2MF/R端口，從而帶來更高的效費比。

    通過幀中繼中幾個帶寬參數設置——承諾的信息速率(CIR)、承諾的突發尺寸(Bc)、超過的突發尺寸(Be)、承諾的時間間隔(Tc)，就可以給用戶提供既有QoS保證，又能對帶寬統計復用的專線接入Internet。

    添加FR交換機后，數據專線接入模式

    2.通過交換和協議轉換設備，通過流量復用提高ATM端局交換機非信道化2M端口的利用率

    目前ATM承載網絡中，對于信道化端口，可以采用時隙交叉連接的MUX，提高端口的利用率；對于非信道化端口，就可以采用交換和協議轉換設備，用非信道化端口與ATM端局交換機連接；而對用戶開放信道化的2M端口、非信道化端口與信道化端口用F/R的PVC建立連接，即可通過非信道化端口開放多個用戶，提高非信道化端口的利用率。

    3.采用交換和協議轉換設備實現F/R協議向用戶可接受其他協議的轉換，從而模擬提供DDN專線

    對于用戶，比如銀行等，可能由于行業習慣或者用戶端設備比較低檔，不支持F/R協議等原因而不使用F/R業務；另一方面可能已經采用其他運營商的DDN網互通，希望采用第二家電信運營商電路作為備份連接，而在采用DDN網互通時，路由器已配置為PPP或HDLC，大客戶希望在其他運營商電路故障時，切換電路不需要更改路由器配置。采用支持HDLC-F/R連接的交換和協議轉換設備，通過HDLC-F/R連接類型可以在現有的F/R網絡上實現用戶數據透明承載業務，提供類DDN的服務。用戶路由器間可以通過PPP、F/R、HDLC、X.25等協議來實現互連，而不會受限于ATM端局交換機。示意圖如下：

    4.使用交換和協議轉換設備，降低ATM交換機的業務處理壓力。提供本地數據交換能力

    很多本地業務可以不用通過ATM端局交換機，節約和充分利用有限的資源，原規定ATM端局交換機一般屬于運營商的骨干網設備，本地沒有連接調配權，采用該設備以后，開放本地業務具有更多的調配權利。

    (注：本文中對交換和協議轉換設備暫時定義為F/R交換機。)

    四、對F/R交換機的要求

    通過對ATM多業務承載網進行了以上研究以后，我們可以對ATM端局交換機下掛的F/R交換機提出如下要求：

    1.物理端口接口功能

    (1)E1接口(接頭型號為RJ48)

    物理特性滿足G.703，幀結構滿足G.704基本幀結構；E1幀中繼接口支持信道化E1和非信道化E1；信道化E1支持N*64KbpsF/R端口，N小于等于30；非信道化E1支持F/R端口，支持G.704TSO幀同步方式和非幀同步方式。

    (2)以太網接口：1×10/100base-T以太網接口，接口類型為RJ45。

    2.業務端口

    (1)F/R業務端口

    F/R業務處理能力參數符合X.144，X.145；支持UNI-DTE(X.36)、UNI-DCE(X.36)和NNI(X.76)。

    F/R端口支持LMI協議，DCE側支持LMI協議自動識別功能，DTE側需指定LMI協議，LMI協議支持Q.933Annex.A、X.36、X.76。

    F/R端口擁塞告警治理：F/R端口只報告端口擁塞告警，考慮到CPU處理瓶頸，擁塞治理只對輸入隊列處理(包括F/R和ATM)，所以只檢查輸入隊列深度，根據兩級門限判定擁塞和嚴重擁塞。擁塞時長統計分為兩級，輕度擁塞時長和嚴重擁塞時長。擁塞時長只在一次統計數據報告時間段有效，單位為秒。

    F/R端口統計數據包括：F/R端口收到和發送的幀數、F/R端口收到和發送的字節數、F/R端口收到的幀數中太長和太短的數、F/R端口收到的幀數中DLCI無效的幀數、F/R端口收到的幀中被丟棄的幀數，指違反業務合同及擁塞治理丟失的幀、F/R端口輕度擁塞時長，F/R端口嚴重擁塞時長。

    (2)PPP業務端口

    可承載IP業務或橋業務；

    支持安全認證處理；

    支持PAP/CHAP，認證協議。二者的不同是：采用PAP認證時，用戶名和密碼在鏈路上透明傳輸，而CHAP采用雙方都能識別的加密算法對用戶名和密碼進行了加密。

    (3)HDLC業務端口

    HDLC端口由E1端口或E1端口中的時隙構成，是一種邏輯端口。通過HDLC-F/R的連接，F/R網絡可以透明承載HDLC用戶業務。

    3.連接特性

    應該支持兩種連接類型：F/R-to-F/R和F/R-to-HDLC．

    (1)F/R-to-F/RConnection

    基于F/R邏輯端口，實現幀中繼交叉連接和統計復用功能。

    (2)F/R-to-HDLCConnection

    實現F/R連接透明承載E1接入業務，并且具有F/R交叉連接和統計復用的能力。該類連接一側對應E1HDLC的幾個時隙(信道化)或整個E1HDLC端口(非信道化)，另一側對應F/R邏輯端口的一個DLCI號。

    4.其它應該具備的性能

    (1)網同步方式的時鐘應該不少于兩種：C4等級的本振時鐘和從1～8路E1接口提取恢復時鐘。在時鐘設置時，可同時選兩路設置分別作為主時鐘和副時鐘。時鐘選擇的順序是：首選從1～8路E1中提取恢復時鐘，然后再選擇本振時鐘源。

    (2)網管應有三種設備治理方式，提供包括設備、端口和業務級配置，警、性能、計費和安全治理操作，端口物理環控制和測試，支持本地升級和遠程升級等四大方面的治理功能?？刂品绞缴隙裕С秩N治理方式：控制臺治理、GHVIEW網管、iGHVIEW網管。

    (3)提供良好的電信運營級QoS機制，支持按照DLCI、對應rt-VBR、nrt-VBR和UBR劃分F/R業務優先級和優先等級。優先級、業務量參數按照F/RDLCI的CIR、Bc和Be參數之間的關系確定。

    五、彌補ATM多種業務承載交換網絡缺陷后的優點

    彌補了ATM多種業務承載交換網絡后，對使用ATM作為骨干承載網絡的電信運營商而言，優點有以下方面：

    (1)將是一種雙贏模式的建立：用戶得到DDN業務相當的FR業務，但資費低；電信運營商能通過統計復用，大大降低骨干帶寬需求，能帶來更高效費比。以2MFR的資費約為2MDDN的1/2時來計算，則網絡的價值挖掘則為4.7/2=2.3倍。

    (2)根據用戶需求，電信運營商可以同時在一個統一的ATM網絡平臺上既支持DDN業務，也支持F/R業務

    (3)實現對F/R本地網處理F/R業務的情況下，具有帶寬的統計復用，提高資源利用率，同時企業組VPN時，大大節省CPE設備的物理端口。

    綜上所述，通過一些外掛設備進一步完善ATM網絡中存在的技術不足，將有力地促進ATM交換網絡在進行數據通信多種業務承載平臺上對不同業務需求的實現，從而提高ATM在數據通信網絡中的生存力，將“ATM實現端到端的桌面應用的企圖”變成一種現實。