三種寬帶IP傳送技術(shù)的比較

蔣 婕 廣西桂林電子工業(yè)學(xué)院光通信專(zhuān)業(yè)

　　摘 要 比較了寬帶IP骨干網(wǎng)的三種主流傳送技術(shù)，即IP over ATM，IP over SDH和IP over WDM。分析了三者的工作方式、特點(diǎn)及其發(fā)展前景。

　　關(guān)鍵詞 IP over ATM IP over SDH IP over WDM

一、引 言

　　近年來(lái)，Internet的迅猛發(fā)展，促使IP技術(shù)無(wú)論從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳輸能力還是業(yè)務(wù)開(kāi)拓上都取得了巨大的進(jìn)展。IP是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，SDH與WDM是物理層傳送技術(shù)，在兩層之間需要一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)把物理層提供的信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)層所需要的信號(hào)。目前，最流行的IP傳送技術(shù)有三種，即IP over ATM，IP over SDH/SONET和IP over WDM。

二、寬帶IP傳送技術(shù)

1．IP over ATM

　　IP網(wǎng)傳統(tǒng)上是由路由器和專(zhuān)線組成的，用專(zhuān)線將地域上分離的路由器連接起來(lái)構(gòu)成IP網(wǎng)。這樣的組網(wǎng)模式曾經(jīng)使用了很長(zhǎng)一段時(shí)間，隨著IP業(yè)務(wù)的爆炸性發(fā)展，顯然不能滿足高速發(fā)展的IP業(yè)務(wù)的要求。低速的（2~4.5Mbit/s）專(zhuān)線和為普通業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的路由器，在很多性能上無(wú)法滿足新業(yè)務(wù)的需要，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的變化和演進(jìn)是必然的。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)的首選技術(shù)將是IP over ATM，圖1給出IP over ATM的分層模型。

　　盡管ATM是IP之后發(fā)展起來(lái)的一種分組交換技術(shù)，它的確克服了IP原來(lái)設(shè)計(jì)的不足，其性能大大優(yōu)于IP，曾經(jīng)被看作是B-ISDN的核心，是通信發(fā)展過(guò)程中的一顆新星。但由于它過(guò)于復(fù)雜，過(guò)于求全、求完善、求完美，從而大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性及設(shè)備的價(jià)格。

　　ATM信元到桌面業(yè)務(wù)要發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)困難了，但是隨著IP網(wǎng)的爆炸性發(fā)展，ATM作為IP業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)將具有特殊的好處。與路由器加專(zhuān)線相比，至少它可以提供高速點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，從而大大提高IP網(wǎng)的帶寬性能。當(dāng)ATM以網(wǎng)絡(luò)形式來(lái)承載IP業(yè)務(wù)時(shí)，還可以提供十分優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)整體性能，因此IP over ATM成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。

　　用ATM來(lái)支持IP業(yè)務(wù)有兩個(gè)問(wèn)題必須解決：其一，ATM的通信方式是面向連接的，而IP是無(wú)連接的。要在一個(gè)面向連接的網(wǎng)上承載一個(gè)非連接的業(yè)務(wù)，有很多問(wèn)題需要解決，如呼叫建立時(shí)間、連接持續(xù)期等。其二，ATM是以ATM地址尋址的，IP通信以IP地址來(lái)尋址，在IP網(wǎng)上端到端是以IP尋址的，而傳送IP包的承載網(wǎng)（ATM網(wǎng)）是以ATM地址尋址的，IP地址和ATM地址之間的映射是一個(gè)很大的難題。

　　國(guó)際上對(duì)ATM提供IP業(yè)務(wù)已經(jīng)作了很多研究，提出許多解決方案�？梢苑譃閮深�(lèi)：

　�。�1）疊加模式。指的是IP網(wǎng)的尋址疊加在ATM尋址的基礎(chǔ)上，即在疊加模式中，ATM的尋址方式不變，IP地址在邊緣設(shè)備中映射成ATM地址，IP包據(jù)此傳向另一端的邊緣設(shè)備。疊加模式的最大特點(diǎn)是：IP網(wǎng)絡(luò)和ATM網(wǎng)絡(luò)有各自的尋址方式和選路協(xié)議。使用IP業(yè)務(wù)的ATM用戶終端要同時(shí)具有ATM網(wǎng)絡(luò)地址和IP網(wǎng)絡(luò)地址，IP的選路功能經(jīng)由ATM的地址選路功能建立連接。因而在IP網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)要有IP地址到ATM地址間的映射功能。疊加模式最典型的有局域網(wǎng)仿真（LANE）、經(jīng)典地在ATM上傳送IP（CIPOA-Classical IP over ATM）和ATM上的多協(xié)議（MPOA-Multiprotocol over ATM）等。

　�。�2）集成模式。指的是IP網(wǎng)設(shè)備和ATM網(wǎng)設(shè)備已集成在一起了。此時(shí)的網(wǎng)絡(luò)不再有兩個(gè)層次，ATM交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層對(duì)于IP業(yè)務(wù)采用的就是IP專(zhuān)用的協(xié)議。使用IP業(yè)務(wù)的用戶只需要一個(gè)IP地址，交換機(jī)也不再有從ATM地址到IP地址的轉(zhuǎn)換功能。

　　由上可知，IP over ATM具有以下優(yōu)點(diǎn)：

●可利用ATM的服務(wù)質(zhì)量特性，保證網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。

●適用于多種業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)具有很好的擴(kuò)充性能，用戶可以在任何一條鏈路上放入所需的容量。

●有良好的網(wǎng)絡(luò)流量管理和擁塞控制性能。

IP over ATM的不足：

●IP數(shù)據(jù)包需映射成ATM信元，由此造成較大的傳輸開(kāi)銷(xiāo)，傳輸效率較低，造成帶寬浪費(fèi)。

●需要解決IP地址與ATM地址多重映射的矛盾以及IP網(wǎng)絡(luò)是非連接性與ATM面向連接特性之間的矛盾，網(wǎng)絡(luò)管理比較復(fù)雜。

●基于ATM實(shí)現(xiàn)的IP網(wǎng)絡(luò)帶寬受限于ATM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身狀況，這就導(dǎo)致其不太適用于超大型IP骨干網(wǎng)（一般認(rèn)為可用于超大型IP骨干網(wǎng)邊緣多業(yè)務(wù)的接入）。

2．IP over SDH/SONET

　　IP over SDH/SONET是以SDH網(wǎng)絡(luò)作為IP數(shù)據(jù)包的物理傳輸網(wǎng)絡(luò)，它使用鏈路及PPP（Point-to-Point Protocol，點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議）協(xié)議對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝。IP分組根據(jù)RFC1662規(guī)范簡(jiǎn)單地插入到PPP幀中的信息段，然后再由SDH通道層的業(yè)務(wù)適配器把封裝后的IP數(shù)據(jù)包映射到SDH同步凈荷中。然后向下，經(jīng)過(guò)SDH傳輸層和段層，加上相應(yīng)的開(kāi)銷(xiāo)，把凈荷裝入一個(gè)SDH幀中，最后到達(dá)光層，在光纖中傳輸。IP over SDH，也稱(chēng)Packet over SDH（PoS），它保留了IP面向無(wú)連接的特性。IP over SDH/SONET的協(xié)議棧如表1所示。

　　SDH是基于時(shí)分復(fù)用的在網(wǎng)管的配置下完成半永久性連接的網(wǎng)。在IP over SDH中，SDH只可能有一種工作方式，即SDH只可能以鏈路方式來(lái)支持IP網(wǎng)。SDH作為鏈路來(lái)支持IP網(wǎng)，由于它不能參與IP網(wǎng)尋址，它的作用只是將路由器以點(diǎn)到點(diǎn)的方式連接起來(lái)，提高點(diǎn)到點(diǎn)之間的傳送速率，它不可能從總體上提高IP網(wǎng)的性能，這種IP網(wǎng)其本質(zhì)上仍是一個(gè)路由器網(wǎng)。IP網(wǎng)整體性能的提高將取決于路由器技術(shù)是否有突破性進(jìn)展。千兆路由器在技術(shù)上是有突破的，但是技術(shù)的突破導(dǎo)致了設(shè)備復(fù)雜度的提高。由于這種突破性技術(shù)目前并不能廣泛用于普通路由器中，除非全網(wǎng)全部路由器都采用千兆路由器（IP over SDH），否則就不可能從整體上提高IP網(wǎng)的水平。另外，SDH是依靠網(wǎng)管來(lái)完成端到端的半永久性連接的配置，一個(gè)大網(wǎng)完全依靠網(wǎng)管來(lái)完成配置是不可想象的。所以千兆比路由器（IP over SDH）只可能在干線上用，用以疏導(dǎo)高速率數(shù)據(jù)流。

　　從以上分析可以看出，IP over SDH/SONET具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）IP數(shù)據(jù)包通過(guò)PPP協(xié)議直接映射到SDH/SONET幀結(jié)構(gòu)上，省略了不必要的ATM層，簡(jiǎn)化了IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，降低了運(yùn)行費(fèi)用。表2給出了IP over SDH/SONET和IP over ATM傳輸效率的分析比較結(jié)果。

　　（2）將IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立在SDH/SONET傳輸平臺(tái)上，可以很容易地跨越地區(qū)和國(guó)界，兼容各種不同的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

　�。�3）可以充分利用SDH/SONET技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)，如自動(dòng)保護(hù)切換（APS），保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性；利用SDH環(huán)路本身的自愈合（Self-healing Ring）能力達(dá)到鏈路糾錯(cuò)；利用OSPF（Open-Short-Path-First開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先）協(xié)議防止備用鏈路故障造成的網(wǎng)絡(luò)停頓，提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

　�。�4）符合傳統(tǒng)IP業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，有利于實(shí)施IP多播技術(shù)；適用于大型IP骨干網(wǎng)。

　　IP over SDH/SONET技術(shù)的不足主要有：

（1）僅對(duì)IP業(yè)務(wù)提供良好的支持，對(duì)IPX等其它主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持有限；不太適用于集數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像等的綜合性多業(yè)務(wù)平臺(tái)。

（2）IP over SDH/SONET技術(shù)一般可進(jìn)行業(yè)務(wù)分級(jí)（CoS），但不能像IP over ATM技術(shù)那樣提供較好的服務(wù)質(zhì)量保障（QoS）。

（3）缺乏電路仿真服務(wù)能力。

（4）網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充不如IP over ATM技術(shù)那樣靈活。

3．IP over WDM

　　IP over WDM，也稱(chēng)光因特網(wǎng)，其思路是：不僅省掉ATM層，也省掉中間的SDH層，將IP直接放在光路上傳輸。顯然，這是一種最簡(jiǎn)單直接的體系結(jié)構(gòu)，省掉了中間的ATM層和SDH層，簡(jiǎn)化了層次，減少了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和功能重疊，減輕了網(wǎng)管復(fù)雜性，特別是網(wǎng)絡(luò)配置的復(fù)雜性；額外的開(kāi)銷(xiāo)最低，傳輸速率最高；通過(guò)業(yè)務(wù)量工程設(shè)計(jì)，可以與IP的不對(duì)稱(chēng)業(yè)務(wù)量特性相匹配，還可利用光纖環(huán)路的保護(hù)光纖吸收突發(fā)業(yè)務(wù)，盡量避免緩存，減少延時(shí)；由于省掉了昂貴的ATM交換機(jī)和大量普通SDH復(fù)用設(shè)備，簡(jiǎn)化了網(wǎng)管，又采用了波分復(fù)用，其成本可比傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)降低一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。IP over WDM的分層模型如圖2所示。

　　WDM的另一個(gè)重要特點(diǎn)是其有多達(dá)數(shù)十上百個(gè)可用波道，各個(gè)波道信號(hào)間可以彼此隔離，因而很容易地兼容不同性質(zhì)和協(xié)議的業(yè)務(wù)，起到業(yè)務(wù)匯集作用。網(wǎng)絡(luò)管理者不再需要在同一電路上設(shè)法混合各種業(yè)務(wù)，從而有可能不再需要采用復(fù)雜的ATM來(lái)匯集各種業(yè)務(wù)，簡(jiǎn)化了體系結(jié)構(gòu)。

　　至于服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題，IP over WDM的解決思路是靠WDM的高帶寬和簡(jiǎn)單的優(yōu)先級(jí)方案。按排隊(duì)理論，只有網(wǎng)絡(luò)利用率超過(guò)75%時(shí)才需要QoS控制。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)利用率低于70%時(shí)隊(duì)列很短或根本不存在排隊(duì)，常常只需要簡(jiǎn)單的優(yōu)先級(jí)方案即可，于是將高質(zhì)量實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)放在隊(duì)列前面即可保證QoS。實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)表明，未來(lái)業(yè)務(wù)量中真正高質(zhì)量的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)是少數(shù)，因而采用簡(jiǎn)單的優(yōu)先級(jí)方案和高帶寬WDM來(lái)處理QoS問(wèn)題是有一定道理的。

從以上分析可知，IP over WDM具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）充分利用光纖的帶寬資源，可極大地提高帶寬和相對(duì)的傳輸速率。

（2）對(duì)傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式透明，可以傳送不同碼率ATM、SDH/SONET和千兆以太網(wǎng)格式的業(yè)務(wù)。

（3）不僅可以與現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)兼容，還可以支持未來(lái)的帶寬業(yè)務(wù)網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，并具有可推廣性、高度生存性等特點(diǎn)。

IP over WDM技術(shù)的不足：

（1）目前，對(duì)于波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)化還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，一般取193.1THz為參考頻率，間隔取100GHz。

（2）WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)與其傳輸信號(hào)的網(wǎng)管分離。但在光域上加上開(kāi)銷(xiāo)和光信號(hào)的處理技術(shù)還不完善，從而導(dǎo)致WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理還不成熟。

（3）目前，WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只是基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，還沒(méi)有形成“光網(wǎng)”。

三、結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，寬帶IP網(wǎng)絡(luò)傳輸方案多種多樣，三種IP傳送技術(shù)都將在電信網(wǎng)發(fā)展的不同時(shí)期和網(wǎng)絡(luò)的不同部分發(fā)揮自己應(yīng)有的作用，三者將會(huì)共存互補(bǔ)。通過(guò)分析比較發(fā)現(xiàn)，在高性能、寬帶的IP業(yè)務(wù)方面，IP over SDH技術(shù)由于去掉了ATM設(shè)備，投資少、見(jiàn)效快而且線路利用率高。就目前而言，發(fā)展高性能IP業(yè)務(wù)，IP over SDH/SONET是較好選擇。而IP over ATM技術(shù)則充分利用已經(jīng)存在的ATM網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)，發(fā)揮ATM網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，適合于提供高性能的綜合通信服務(wù)，因?yàn)樗�能夠避免不必要的重�?fù)投資，提供Voice、Video、Data多項(xiàng)業(yè)務(wù)，是傳統(tǒng)電信服務(wù)商的較好選擇。對(duì)于IP over WDM技術(shù)，它能夠極大地拓展現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬，最大限度地提高線路利用率，并且在外圍網(wǎng)絡(luò)以千兆以太網(wǎng)成為主流的情況下，這種技術(shù)能真正實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接入。從面向未來(lái)的角度看，IP over WDM將是最具生命力的技術(shù)。其巨大的帶寬潛力和爆炸式增長(zhǎng)的IP業(yè)務(wù)是相當(dāng)匹配的，這種對(duì)IP業(yè)務(wù)最理想的傳送技術(shù)將會(huì)成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)特別是骨干網(wǎng)的主導(dǎo)傳送技術(shù)。

摘自《電信網(wǎng)技術(shù)》