IP over SDH和IP over ATM技術(shù)(下)

沈孟坤

  5 IP over SDH

  由于SDH環(huán)提供路由之間的點對點連接,因此IP包必須映射到點對點的鏈路上,最常用的技術(shù)是采用IETF的點對點協(xié)議(PPP)封裝。IP over SDH也被稱為Packet over SDH(POS)技術(shù)。

  5.1PPP

  PPP是點對點的鏈路層技術(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,建立、配置和測試鏈路層連接,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,因為在廣域骨干網(wǎng),帶寬比較昂貴,而不像在局域網(wǎng)或園區(qū)網(wǎng)中帶寬相對比較廉價。

  6.2帶寬管理

  ATM具有管理分配給每個信息流(VCC)的全套帶寬管理功能,它根據(jù)所要求的QoS分配相應(yīng)的帶寬給這些VCC。因為信元交換的特性,ATM允許多信息流共享鏈路,并且保證一定的帶寬給每一信息流以滿足其QoS。

  PPP并不提供任何的帶寬管理功能,它只是簡單地提供點到點的鏈路,IP必須調(diào)度其分組轉(zhuǎn)發(fā)功能,以確保每一信息流獲得公平的鏈路帶寬份額。這在低速的鏈路上將會產(chǎn)生問題,當(dāng)傳輸?shù)蛢?yōu)先級的大包時將阻塞其余的高優(yōu)先級的包,比如說傳輸一個低優(yōu)先級的文件送包將阻塞對時延敏感的話音包的傳送。對于對時延第三的實時應(yīng)用,在帶寬受限的鏈路上,這種時延的變化將抵消IP over SDH帶來的帶寬效率的優(yōu)勢。

  6.3 服務(wù)質(zhì)量QoS

  服務(wù)質(zhì)量有關(guān)的參數(shù)有端到端的時延,時延抖動、丟棄率和吞吐量。ATM提供了豐富的QoS參數(shù),可以對每個VCC提供協(xié)商。智能的排隊和調(diào)度機(jī)制使得協(xié)商后的QoS參數(shù)得到保證。ATM提供不同的服務(wù)類型以與不同要求的就用相協(xié)調(diào),比如QoS要求高的應(yīng)用可用CBR、VBR業(yè)務(wù),而對QoS要求相對低的應(yīng)用,可以采用ABR和UBR業(yè)務(wù),這些ATM的屬性使得可以容易地在IP級提供QoS,具有一定的QoS的信息流可以映射到具有相應(yīng)QoS的VCC,例如話音流映射到CBR或VBR連接,而文件傳輸可以映射ABR連接。

  PPP運(yùn)行在單一的點到點的鏈路上,且不提供任何的QoS能力,IP層必須管理其包傳送以確保相應(yīng)的信息流的服務(wù)質(zhì)量。

  盡管ATM提供了豐富的QoS參數(shù),但基于QoS的服務(wù)僅限于連接的路由器之間的ATM鏈路上。為提供端到端的QoS IP,路由器必須提供智能的排隊和調(diào)度機(jī)制。因此,當(dāng)IP網(wǎng)疊加于ATM網(wǎng)之上時,雖然實際的通信發(fā)生在ATM網(wǎng)上的交換機(jī)之間,但對于路由器而言,都是把ATM連接視為類似與PPP的點到點的鏈路。

  6.4尋址和路由

  ATM被定義為完整的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),具有端系統(tǒng)尋址和路由連接的巨大功能,ATM網(wǎng)絡(luò)可以跨越地理區(qū)域,不管路由器的位置如何,可以為它們提供廣泛的連接機(jī)制。相反,PPP運(yùn)行只在直連的點到點的鏈路上,沒有尋址和路由能力。

  當(dāng)運(yùn)行IP over ATM時,需要把IP地址翻譯在相應(yīng)的ATM地址,才能實現(xiàn)路由,這增加了協(xié)議的復(fù)雜性,而地址翻譯所需的流量又額外地增加了網(wǎng)絡(luò)的開銷。而PPP不需要進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換,也就沒有額外的開銷。

  6.5網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性

  在骨干路由器網(wǎng)中,大多數(shù)路由器之間需要通信,這就意味著需要網(wǎng)狀連接,不管是PPP還是ATM SVC。

  在IP over SDH的骨干網(wǎng)中,骨干路由器必須提供點到點的鏈路,為防止鏈路故障,甚至必須建立多條鏈路,在某些場合中,為了減少路由器的跳數(shù),骨干路由器間的鏈路必須配置為全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。全網(wǎng)狀網(wǎng)所需鏈路為N*(N-1)/2,也就是所謂的N2增加。一個全網(wǎng)狀網(wǎng)不但價格昂貴,而且不利擴(kuò)展,因為廣域范圍內(nèi)的SDH鏈路有限。

  而在IP over ATM中,由于使用SVC,ATM可以提供任何路由器間連接而不需要全網(wǎng)狀網(wǎng),甚至ATM鏈路故障時,動態(tài)的SVC路由可以找到迂回路由以保證任何兩個路由器的連接。另一優(yōu)點是通過一個ATM接口可以實現(xiàn)與多個路由器互連,從而可以實現(xiàn)更加靈活的網(wǎng)絡(luò)工程,具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性,其可以在不同的鏈路上路由SVC,并且可以利用同一ATM鏈路把一臺路由器連接到不同的多個信宿,以解決N2問題。

  6.6流量控制

  ATM使用連接接納控制(CAC),流量整形以及用法參數(shù)控制(UPC)或策略來確保信息流遵守流量合同,超過部分將被打上標(biāo)記,在網(wǎng)絡(luò)過載時將被丟棄,通過帶標(biāo)記的包或丟棄的包,終端用戶將得到擁塞信息。ATM信元級的丟棄和TCP包的丟棄的互操作性很差,為消除這一現(xiàn)象,業(yè)界已推出多種技術(shù)如部分包丟棄(PPD)、早期包丟棄(EPD)等,以使ATM識別包(AAL幀)邊界,以便在網(wǎng)絡(luò)過載時丟棄整個包而不是ATM信元。

  ATM論壇又定義了ABR業(yè)務(wù),它提供顯式的反饋流控,用允許速率來指示用戶可以向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的速率,這個速率將隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的改變而改變,允許用戶接入有效的帶寬而不致于網(wǎng)絡(luò)過載。在理想狀態(tài),ABR業(yè)務(wù)將消除信元丟棄率,而把網(wǎng)絡(luò)擁塞條件推出ATM網(wǎng)絡(luò)邊緣,這同時要求路由器能緩存更多的包以適應(yīng)ATM網(wǎng)所允許的接入速率的變化。

  PPP不提供任何的流控機(jī)制,只有TCP的流控直接運(yùn)行在PPP鏈路上,前面已提到,不論是采用ATM或直接使用SDH,路由器都把它視為兩點之間的一定帶寬的管道,必須采用相應(yīng)的緩沖機(jī)制來確保合理的吞吐量。

  6.7 多協(xié)議封裝

  ATM提供兩個機(jī)制以便使多協(xié)議共享同一ATM鏈路。一個VCC復(fù)用,分配每一個協(xié)議以一個單獨的VCC,ATM層復(fù)用和解復(fù)用VCC,用戶不需要添加任何的其他的封裝頭以區(qū)分不同的協(xié)議。另一個機(jī)制是LLC復(fù)用,允許多個協(xié)議復(fù)用同一VCC,它添加8字節(jié)的封裝頭到每一個封包以標(biāo)識其屬于哪個協(xié)議,這種復(fù)用技術(shù)可用于VCC數(shù)量受限和需要多協(xié)議共享VCC的應(yīng)用場合。

  PPP采用類似于ATM LLC復(fù)用的多協(xié)議封裝格式,其使用2字節(jié)的協(xié)議標(biāo)識域作為其封裝頭。對大多數(shù)應(yīng)有 和而言,PPP和ATM的多協(xié)議封裝能力是相同的。

  6.8 容錯性

  ATM具有從錯誤鏈路中恢復(fù)并倒換到備份路由的功能,其使用動態(tài)路由協(xié)議PNNI信令,PNNI具有連接建立初始化時的重路由能力及當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障時對已建立的連接的重路由能力,在ATM層提供錯誤恢復(fù)功能。

  PPP不提供任何容錯能力,因為其運(yùn)行在單一的鏈路上,但其下層的SDH具有自動保護(hù)倒換功能,當(dāng)主用環(huán)故障是可倒換到備用環(huán)。當(dāng)ATM的下層采用SDH時,其也具有此能力。

  7 應(yīng)用前景

  從本質(zhì)上看,采用IP over SDH,路由器間采用快速的點到點的鏈路進(jìn)行連接,而采用IP over SDH,路由器通過有多采鏈路連接的網(wǎng)絡(luò)相連,這些鏈路承載著多路復(fù)用的連接,每個連接都與靈活的帶寬和協(xié)商的服務(wù)質(zhì)量相關(guān),這兩種技術(shù)之間的主要區(qū)別是速度與靈活性的對比,在某一特定場合,某一因素將起決定性作用。

  7.1ISP骨干

  ISP骨干網(wǎng)典型的需求是骨干路由器之間的告訴互連以最大化包吞吐量,基于此原因,ISP及其用戶比較傾向于采用IP over SDH來互連路由器。但由于IP over SDH缺乏有效的帶寬管理、服務(wù)質(zhì)量以及靈活的網(wǎng)絡(luò)工程,這種熱情在漸漸消退。另外,IP over SDH提供的快速的包傳輸能力可能超出大多數(shù)路由器的處理能力。但I(xiàn)P over SDH在帶寬有限同時對QoS要求不嚴(yán)的廣域網(wǎng)應(yīng)用還是有很多優(yōu)勢。

  7.2企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)

  跨地區(qū)企業(yè)網(wǎng)正面臨與ISP骨干網(wǎng)相同的問題,IP over SDH從成本角度看具有很多優(yōu)勢,但這些優(yōu)勢必須與取得相應(yīng)的設(shè)備和服務(wù)所需代價相權(quán)衡。運(yùn)營商將出售比SDH鏈路便宜的多的ATM鏈路,因為ATM具有靈活的帶寬管理功能,另外,ATM允許多協(xié)議應(yīng)用包括IP應(yīng)用和非IP應(yīng)用共享廣域范圍內(nèi)的帶寬。

  7.3校園網(wǎng)

  校園網(wǎng)不太采用SDH,因為有比SDH更廉價的物理接口,如多模光纖、屏蔽雙絞線STP以及非屏蔽五類雙絞線UTP等,即使采用SDH,由于帶寬非常寬裕,IP over SDH帶來可帶寬的高效性優(yōu)勢將不比IP over ATM的靈活性明顯。

  7.4運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)

  運(yùn)營商已基本采用SDH作為其網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),運(yùn)營商將采用ATM over ATM以提供靈活的帶寬管理以對其付費(fèi)用戶保證服務(wù)質(zhì)量。與IP直接運(yùn)行在SDH上相比,運(yùn)營商更容易提供IP over ATM。

  8結(jié)論

  今天的網(wǎng)絡(luò)工業(yè)界有兩種明顯的趨勢:一種是受internet的驅(qū)動,IP迅速成為網(wǎng)絡(luò)層技術(shù),有機(jī)會建立一個基于包的網(wǎng)絡(luò),另一個則是SDH已被運(yùn)營商廣泛地采用,成為物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),路由器可以基于此在廣域范圍內(nèi)互連。

  在IP和SDH之間可以采用ATM或PPP,哪種傳輸技術(shù)作為主流目前還不明朗,但速度和靈活性將是選擇ATM或POS技術(shù)的決定因素。在速度是首要指標(biāo)的應(yīng)用中,IP over SDH更具有吸引力,而需靈活的帶寬管理、QoS和網(wǎng)絡(luò)工程的場合,IP over ATM是最好的解決方案。

摘自《廣播電視信息》2001.6


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