IPoverSDH和IPoverATM技術(shù)

2019-11-04 11:32:12

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供稿：網(wǎng)友

　　摘要：隨著Internet的快速發(fā)展，對(duì)廣域網(wǎng)的帶寬提出了更高的要求，目前在廣域網(wǎng)上采用的兩種技術(shù)是ip over ATM和IP over SDH，本文簡要介紹了SDH和ATM以及實(shí)現(xiàn)IP over ATM和IP over SDH所需的協(xié)議棧，著重比較了這兩技術(shù)在協(xié)議開銷、帶寬治理、服務(wù)質(zhì)量（QoS）、尋址選路以及流量控制等技術(shù)。
　　
　　要害詞　SDH ATM PPP MPLS
　　
　　1　引言
　　
　　近年來，隨著Internet的呈指數(shù)性增長，對(duì)廣域網(wǎng)（WAN）的帶寬提出了更高的要求。因特網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）正在積極探索各種技術(shù)以更好地連接其骨干路由器。常用方法是采用異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）技術(shù)，使用155M(STM-1)直至622M(STM-4)的高速鏈路。從而產(chǎn)生了諸多IP over ATM技術(shù)，如LANE,CIPOA,MPOA等。但是，由于運(yùn)營商底層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基于光纖連接的同步數(shù)字體系（SDH）（北美為同步光纖網(wǎng)絡(luò)SONET），這使得ISP更傾向于IP over SDH技術(shù)，以提高帶寬的效率，而不是常規(guī)的IP over ATM技術(shù)。這兩種方案在業(yè)界引起了強(qiáng)烈的爭論。
　　
　　2　SDH/SONET概要
　　
　　SDH為物理層技術(shù)，用來傳輸和復(fù)用，傳輸速率可高達(dá)10Gbps，是國際電聯(lián)（ITU）標(biāo)準(zhǔn)。而SONET是美國標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（ANSI）的標(biāo)準(zhǔn)，兩者只是在復(fù)用機(jī)制上有所不同，而其余技術(shù)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(wǎng)絡(luò)元素
　　
　　SDH的網(wǎng)絡(luò)元素主要有同步光纖線路系統(tǒng)、終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器（ADM）和同步數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）。TM主要將支路信號(hào)復(fù)接成STM信號(hào)并完成其光電轉(zhuǎn)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(jī)等信源產(chǎn)生的用戶凈荷到環(huán)中的SDH幀中。DXC完成信號(hào)的交叉連接。典型的SDH應(yīng)用是在光纖上的雙環(huán)應(yīng)用，雙環(huán)結(jié)構(gòu)采用自動(dòng)保護(hù)倒換以實(shí)現(xiàn)雙環(huán)自愈。
　　
　　2.2　SDH幀結(jié)構(gòu)
　　
　　SDH每秒傳送8K　SDH幀（STM-N），STM-N幀是以STM-1為基礎(chǔ)的幀結(jié)構(gòu)。盡管SDH提供同步幀結(jié)構(gòu)，但它并不強(qiáng)制用戶凈荷位于SDH幀中的特定位置，相反，它答應(yīng)用戶凈荷在幀內(nèi)浮動(dòng)，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(jié)同步的物理層介質(zhì)。
　　
　　3　ATM概述
　　
　　ATM是以信元（CELL）為基本單位進(jìn)行交換和復(fù)用的面向連接的傳輸機(jī)制，定長的53字節(jié)的ATM信元便于實(shí)現(xiàn)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(biāo)識(shí)每一連接。
　　
　　ATM不但是數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)，還具有完整的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的各種特性，例如尋址、路由以及流控，ATM答應(yīng)多個(gè)用戶數(shù)據(jù)流共享有效的鏈路帶寬，但每一連接必須預(yù)先設(shè)定QoS。話音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻流等都可以應(yīng)用在ATM上，但對(duì)于不同的應(yīng)用流需要不同的ATM適配層（AAL）來映射相應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)到ATM信元。ATM可以運(yùn)行在不同的物理介質(zhì)上，ATM層產(chǎn)生信元然后交給物理層并由其完成從物理介質(zhì)上發(fā)送和接受相應(yīng)的信號(hào)。SDH/SONET是ATM的物理層之一，由于SDH幀中的凈荷不是53字節(jié)的信元的整數(shù)倍，ATM信元只能直接連續(xù)地發(fā)送到SDH幀中的凈荷中。在接受時(shí)，ATM信元頭中的信元頭差錯(cuò)檢測(cè)（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(dǎo)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，把各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連成一個(gè)單一的巨大的IP網(wǎng)。單個(gè)的網(wǎng)絡(luò)通常采用不同的物理鏈路和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但假如IP運(yùn)行在各種網(wǎng)絡(luò)層之上，網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間將實(shí)現(xiàn)無縫互連。目前IP已經(jīng)運(yùn)行在多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之上，包括廣播的LAN技術(shù)，如Ethernet，電路交換WAN技術(shù)，如X.25，以及分組交換WAN技術(shù)，如交換式多兆位數(shù)據(jù)服務(wù)SMDS。
　　
　　IETF于1990年開始定義IP over ATM，ATM論壇了著手開始在ATM上運(yùn)行不同的第二層和第三層協(xié)議，非凡是在LAN方面。
　　
　　
　　4.1　classic IP over ATM(CIPOA)
　　
　　ＣＩＰＯＡ的目的是把ATM作為IP的低層數(shù)據(jù)鏈路層，而應(yīng)用層還是基于傳統(tǒng)的IP。最初在傳統(tǒng)IP網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)ATM只是用ATM替代了LAN線，正因如此，ATM網(wǎng)絡(luò)需要分割成不同的邏輯子網(wǎng)（LIS）,LIS之間通訊需要路由器。在ATM網(wǎng)中沒有廣播功能，因此，傳統(tǒng)的廣播地址解析協(xié)議（ARP）被基于客戶/服務(wù)器模式的ATM ARP協(xié)議所取代。
　　
　　一個(gè)缺省的邏輯鏈路/子網(wǎng)接入?yún)f(xié)議（LIC/SNAP）封裝8字節(jié)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(yù)定的PVC或交換式的SVC）傳送。對(duì)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(wǎng)仿真
　　
　　LANE是ATM論壇推出的用來在ATM網(wǎng)上仿真Eerthnet/802.3和Token Ring/802.45。利用局域網(wǎng)仿真，現(xiàn)有的LAN應(yīng)用能在ATM網(wǎng)上進(jìn)行通信，就像在傳統(tǒng)的用MAC地址進(jìn)行尋址的LAN上一樣，可提供組播和廣播數(shù)據(jù)傳送。LANE運(yùn)行在MAC層，任何第三層協(xié)議可在其上運(yùn)行，相反，CIPOA只能運(yùn)行IP協(xié)議。
　　
　　一個(gè)仿真LAN（ELAN）由一組局域網(wǎng)仿真服務(wù)器（LES）、廣播和未知服務(wù)器（BUS）以及局域網(wǎng)仿真配置服務(wù)器（LECS）組成。一個(gè)仿真LAN是一個(gè)LAN網(wǎng)段，其與其余的LAN網(wǎng)段互通則需要橋或路由器。為傳送LAN的控制和數(shù)據(jù)報(bào)，在ATM上用2字節(jié)的封裝組，新的修訂版LANE答應(yīng)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(gè)協(xié)議，克服了CIPOA和LANE的主要缺點(diǎn)之一，就是不同子網(wǎng)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(jìn)行路由選擇后再把包分段封裝成ATM信元進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，MPOA答應(yīng)不同的子網(wǎng)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(wǎng)內(nèi)，MPOA和LANE相同。MPOA包括MPOA客戶機(jī)和MPOA服務(wù)器。MPOA客戶機(jī)可以是ATM主機(jī)或通過邊緣設(shè)備與ATM相連的非ATM網(wǎng)段主機(jī)，邊緣設(shè)備之間可以進(jìn)行第二層的橋接或第三層的轉(zhuǎn)發(fā)，通過短路徑的VCC傳送。MPOA客戶機(jī)具有監(jiān)視第三層的分組流的功能，當(dāng)檢測(cè)到去往某一特定目的地的連續(xù)的分組流時(shí)，MPOA客戶機(jī)向MPOA服務(wù)器查詢目的地ATM地址或去往目的地的ATM邊緣設(shè)備的ATM地址，用來建立短路徑VCC。MPOA服務(wù)器用IETF定義的下一跳解析協(xié)議（NHRP）沿著相應(yīng)的路由傳播解析包，直至到網(wǎng)絡(luò)目的地的出口ATM地址解析到。MPOA使用分布式虛擬路由技術(shù)，連接ATM子網(wǎng)和傳統(tǒng)的LAN子網(wǎng)的邊緣設(shè)備類似于虛擬路由器的接口卡，而與邊緣設(shè)備相連的整個(gè)ATM網(wǎng)則是虛擬路由器的轉(zhuǎn)發(fā)背板。分組轉(zhuǎn)發(fā)功能和路由計(jì)算功能相分離，路由計(jì)算由路由服務(wù)器完成，這種分離與傳統(tǒng)的路由器相比，提高了轉(zhuǎn)發(fā)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(xié)議棧
　　
　　CIPOA、LANE、MPOA作為ATM上的通用協(xié)議層（PLOA）來執(zhí)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(jī)呼叫控制（HCC）模塊，以用來VCC的建立和數(shù)據(jù)傳輸。協(xié)議棧用來描述表示前面提到的不同的IP over ATM的技術(shù)。
　　
　　
　　4.5　MPLS多協(xié)議標(biāo)簽交換
　　
　　IETF定義的MPLS為ATM和IP的集成模型，而不是傳統(tǒng)的重疊模型。在MPLS中，每一路由器即為交換機(jī)，在傳統(tǒng)的第三層的報(bào)頭前加上固定長度標(biāo)簽（Label），通過這些標(biāo)簽，在每個(gè)MPLS路由器中建立一個(gè)類似于傳統(tǒng)路由表的標(biāo)簽路由表。在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，查找這些固定長度的標(biāo)簽路由表以達(dá)到快速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)，而傳統(tǒng)的路由表查找采用的是最長前綴匹配法。MPLS使用專用的標(biāo)簽分配協(xié)議（LDP），此協(xié)議用來建立傳統(tǒng)的路由表和標(biāo)簽路由間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而在MPLS路由器之間建立一條基于標(biāo)簽的數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)的快捷路徑。MPLS也可以使用開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）建立快捷路徑而不采用LDP協(xié)議。
　　
　　MPLS目前只支持IPv4，但其的適用范圍不局限于ATM，其目標(biāo)是任何數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)，只要其支持識(shí)別快捷路徑的固定長度的標(biāo)簽，如以太網(wǎng)等。
　　
　　5　IP over SDH
　　
　　由于SDH環(huán)提供路由之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，因此IP包必須映射到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈路上，最常用的技術(shù)是采用IETF的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）封裝。IP over SDH也被稱為Packet over SDH（POS）技術(shù)。
　　
　　5.1PPP
　　
　　PPP是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈路層技術(shù)，主要提供以下功能：在同一鏈路上封裝和傳輸不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)，建立、配置和測(cè)試鏈路層連接，建立和配置網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。PPP指定了封裝機(jī)制和鏈路控制協(xié)議（LCP），另外，PPP還需要認(rèn)證、鏈路質(zhì)量監(jiān)視，以及網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）。
　　
　　PPP采用類HDLC的成幀機(jī)制，可以運(yùn)行在各種物理接口之上，如RS232、RS422和V.35等。
　　
　　5.2PPP over SDH
　　
　　PPP把SDH視為字節(jié)同步鏈路，PPP幀作為字節(jié)流映射到SDH的凈荷中，在類HDLC的幀中使用相應(yīng)標(biāo)志來識(shí)別在SDH凈荷中的PPP幀。
　　
　　5.3協(xié)議棧
　　
　　5.4POS骨干技術(shù)
　　
　　骨干網(wǎng)中采用IP over SDH，CPE設(shè)備直接連接接入服務(wù)器，接入服務(wù)器再與骨干路由器相連，骨干路由器連接SDH雙環(huán)以構(gòu)成骨干網(wǎng)。
　　
　　6　IP over ATM和IP over SDH技術(shù)比較
　　
　　IP over SDH和IP over ATM作為兩種主要的技術(shù)，主要有以下不同：
　　
　　6.1協(xié)議開銷
　　
　　ISP啟用IP over SDH的最大原因是ATM信元頭的開銷（信元稅）太大（5/53），附加的開銷還有AAL5（填充、8字節(jié)的尾）和LLC/SNAP封裝（8字節(jié)）。對(duì)于IP over ATM，假設(shè)物理層使用SDH的STM-1鏈路，IP包大小為576字節(jié)。
　　
　　對(duì)于IP over PPP over SDH，也是STM-1鏈路，IP包大小為576字節(jié)。
　　
　　以上比較顯示，運(yùn)行在ATM之上的IP只利用線路速率的近80％，而運(yùn)行在PPP over SDH的IP卻為95％，對(duì)于廣域網(wǎng)主干路由器來講，IP over SDH額外的容量將顯得十分誘人，因?yàn)樵趶V域

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