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湖南省邵陽電視臺 鄧永紅
隨著全球互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的迅猛發(fā)展，上網(wǎng)人數(shù)正以幾何級數(shù)快速增長，以因特網(wǎng)技術(shù)為主導的數(shù)據(jù)通信在通信業(yè)務(wù)總量中的比列迅速上升，因特網(wǎng)業(yè)務(wù)已成為多媒體通信業(yè)中發(fā)展最為迅速、競爭最為激烈的領(lǐng)域。二十一世紀是信息產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的時期，IP技術(shù)使得信息匯集和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)整合成為可能，IP over everything已成為無可爭辯的事實。
一、IP協(xié)議的概念
IP（Internet Protocol）網(wǎng)模式即互聯(lián)網(wǎng)方式，在因特網(wǎng)中采用TCP/IP協(xié)議簇進行數(shù)據(jù)傳送，IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）簇中兩個最重要的協(xié)議之一。IP協(xié)議是以信息包為基礎(chǔ)的協(xié)議，它位于OSI七層模型中的網(wǎng)絡(luò)層，與IP協(xié)議在同一層中配套使用的還有三個協(xié)議：即地址解碼協(xié)議ARP（Address Resolution Protocol）；逆地址解碼協(xié)議RARP(Reverse Address Resolution Protocol)；Internet 控制報文協(xié)議(Internet Control Message Protocol)。
IP協(xié)議通過計算機網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)、處理尋址、分割、拼接及協(xié)議信號分解。IP協(xié)議是所有其它IP協(xié)議套件的基礎(chǔ)。作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議、IP包含尋址和控制允許數(shù)據(jù)報（datagram）傳遞的信息。
二、IP協(xié)議的作用
TCP/IP是由100多個網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議構(gòu)成的龐大的協(xié)議族，其中最重要的協(xié)議是傳輸控制協(xié)議（TCP）和網(wǎng)際協(xié)議（IP）。IP負責信息的實際傳送，TCP負責保證所傳送信息的正確性，在實際傳輸過程中，TCP/IP主要完成以下功能：首先，TCP協(xié)議把數(shù)據(jù)分成若干個數(shù)據(jù)報，并將每個數(shù)據(jù)報加上一個TCP報頭（形象稱為信封）寫上數(shù)據(jù)報的編號，以便在接收端把數(shù)據(jù)還原成原來的格式；之后，IP協(xié)議把每個TCP信封再套上一個IP信封，在上面寫上接收主機的地址。有了IP，信封就可以在物理網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)了；由于傳輸路徑的不同，可能會出現(xiàn)順序顛倒，數(shù)據(jù)丟失或重復，這些由TCP協(xié)議來處理，它具有檢查和糾錯的功能，必要時還可以請求重發(fā)。也就是說，IP負責數(shù)據(jù)的傳輸，TCP負責數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
三、IP地址及其表示方法
IP地址表示IP數(shù)據(jù)報將要發(fā)送到的位置，其實就是連接到Internet上的主機分配的一個全世界范圍內(nèi)唯一的32比特地址，分為A、B、C、D、E五類，常用的A類、B類、C類地址都是由網(wǎng)絡(luò)號字段（net-id）和主機號字段(host-id)兩個字段組成。某些IP地址保留為特殊用途，不能用于主機、子網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)地址。掩碼用來識別IP地址中網(wǎng)絡(luò)號的位數(shù)。當使用掩碼確定一個網(wǎng)絡(luò)中的子網(wǎng)時，這個掩碼就認為是子網(wǎng)掩碼(Sub Net Masking)，它的用途就是通知TCP/IP主機，32位的IP地址的哪些位對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)地址，哪些位對應(yīng)主機地址。子網(wǎng)的劃分是由于當初IP地址的設(shè)計存在很多不合理的地方，使得各類網(wǎng)絡(luò)和主機的使用數(shù)量存在很大的差別并且龐大和不好管理，IP地址使用時也會造成很大浪費。而且IP地址的這種編址方法還存在著許多缺陷，最明顯的就是地址是指向網(wǎng)絡(luò)連接，而不是某臺主機。通過子網(wǎng)劃分，即將一個大的網(wǎng)絡(luò)劃分成若干相對較小的網(wǎng)，并用路由器連接，可以更大程度地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，很好地解決以上問題。
IP地址一般采用點分十進制表示法來表示，即將32位比特的IP地址分成4個8比特，再用其等效的十進制數(shù)字來表示，并在這四個數(shù)字之間加上一個點，這就是點分十進制表示方法(dotted decimal notation)。
四、IP地址與物理地址
IP地址是網(wǎng)絡(luò)層以上使用的地址，在數(shù)據(jù)鏈路層以下使用的則是物理地址。物理地址是在單個網(wǎng)絡(luò)中對一臺計算機進行尋址時使用的地址。在局域網(wǎng)中，物理地址已固化在網(wǎng)絡(luò)適配器的ROM中，因此將物理地址稱為硬件地址或MAC(Media Access Control，介質(zhì)訪問控制)地址。物理地址有兩種，分別是以以太網(wǎng)的巨大而固定的物理地址和局域網(wǎng)的小而易于配置的物理地址為代表，對于后者其地址轉(zhuǎn)換是通過直接映射進行的，非常簡單。以太網(wǎng)的物理地址與IP地址之間的轉(zhuǎn)換，則非常復雜。IP地址放在IP數(shù)據(jù)報的報頭（header），而MAC地址是放在MAC幀的報頭。每個IP數(shù)據(jù)報都有一個報頭，它是一個比特序列，用于標記數(shù)據(jù)報以及控制該數(shù)據(jù)的管理方式。
在IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上，我們看到的只是IP數(shù)據(jù)報，在IP數(shù)據(jù)報的報頭記錄著該數(shù)據(jù)報的源IP地址和目的IP地址，中間經(jīng)過的路由器的IP地址不記錄在IP數(shù)據(jù)報的報頭中，而且路由器只根據(jù)目的IP地址進行選路。在具體的物理網(wǎng)絡(luò)上的鏈路層，我們看到的就是MAC幀，在不同的網(wǎng)絡(luò)上進行MAC幀傳送時，其報頭是不同的。
五、IP路由器
路由器（ROUTER）是Internet中最為重要的設(shè)備之一，當數(shù)據(jù)從一個網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)铰酚善鲿r，路由器需要根據(jù)所要達到的目的地，為其選擇一條最佳路徑，指明數(shù)據(jù)應(yīng)該沿著哪個方向傳輸。如果所選路徑比較擁擠，路由器負責指揮數(shù)據(jù)排隊等待。
一個路由器并不連接所有站點，它只連通相鄰的站點，信息是由路由器一個一個站點轉(zhuǎn)送達到目的地。路由器的基本功能和操作流程是：首先，識別網(wǎng)絡(luò)層地址和選擇路由，也稱打包。當路由器接到接收到一個信息包時，先將鏈路層所加的包頭去掉，只看網(wǎng)絡(luò)層地址，根據(jù)目的站點的地址確定目的網(wǎng)絡(luò)號，查找路由表，找出與目的網(wǎng)絡(luò)號對應(yīng)的本路由器輸出接口號和下一個站點的IP地址（即下一個將接收報文的與本路由器接在同一個網(wǎng)絡(luò)的路由器接口的IP地址）。網(wǎng)絡(luò)接口軟件調(diào)用APP（地址轉(zhuǎn)換協(xié)議）將下一個路由器的IP地址映射成MAC（物理）地址，再將原IP數(shù)據(jù)包封裝成適合下一個網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)再重新進行轉(zhuǎn)發(fā)，路由器可以根據(jù)鏈路速率，傳輸開銷，時延、擁塞情況等參數(shù)優(yōu)先路由。此外，路由器還可以隔離子網(wǎng)，連通廣域網(wǎng)，提供安全保障和管理控制。
六、IP網(wǎng)絡(luò)的特點
對于數(shù)據(jù)傳輸，IP網(wǎng)絡(luò)具有以下特點：
（1）路由器根據(jù)IP數(shù)據(jù)包所含目的地址來選擇路由，各數(shù)包的長度可以不同，同一用戶信息的各個數(shù)據(jù)包可以選擇不同的路由傳送。
（2）路由器對輸入的數(shù)據(jù)包不進行流量控制。當?shù)竭_的數(shù)據(jù)包過于密集時，路由器按先來后到的原則使后到的排隊等候，故路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的時延隨業(yè)務(wù)量而變化。
（3）當資源不足時，就丟掉來不及處理的IP數(shù)據(jù)包。在IP的目的地，終端的TCP層會檢驗出IP數(shù)據(jù)包的丟失，要求源端重發(fā)，因此會出現(xiàn)時延。
（4）路由器對輸入的IP數(shù)據(jù)包不糾錯，接收端的TCP層發(fā)現(xiàn)錯誤后，也要求源端重發(fā)，因此也會出現(xiàn)時延。
對于會出現(xiàn)時延的情況，人們參考了第二層交換機的優(yōu)點，發(fā)展IP層的交換，把原來由通用處理器所做的工作交由ASIC的芯片完成，將快速交換與路由結(jié)合，這就是交換式路由器。于是可以大幅度提高處理速度，使網(wǎng)絡(luò)的利用率提高。其交換速度比傳統(tǒng)路由器的速度高出幾十到百倍，其時延和時延抖動在微秒數(shù)量級，這樣可很好地解決時延問題。
七、基于有線電視網(wǎng)絡(luò)的IP建網(wǎng)方式及其比較
目前，Internet通過電信撥號的接入速度極其緩慢，一般電話的Modem只能提供幾十Kbit/S的傳輸速率，其速率和帶寬不可能很好地支持多媒體信息等寬帶業(yè)務(wù)。
隨著多媒體通信的發(fā)展，因特網(wǎng)接入寬帶化的需求日益迫切。而有線電視網(wǎng)擁有豐富的帶寬資源，同時，目前我國有線電視用戶已經(jīng)達到了8000萬戶，有線電視網(wǎng)絡(luò)的里程超過了240萬公里，中國已經(jīng)成為世界第一大有線電視用戶國。有線電視網(wǎng)絡(luò)具有巨大的產(chǎn)業(yè)開發(fā)價值，構(gòu)筑基于有線電視網(wǎng)的Internet寬帶信息網(wǎng)，不僅僅是廣大用戶的企盼，更是有線電視網(wǎng)實現(xiàn)第二次騰飛的關(guān)鍵所在。
在有線電視網(wǎng)絡(luò)中用何種技術(shù)傳輸IP，取決于有線電視網(wǎng)絡(luò)所采用的傳輸技術(shù)。在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的IP傳輸技術(shù)有IP over ATM、IP over SDH、 IP over WDM三種形式。
1. IP over ATM
ATM是一種高速率、低時延的多路復用交換技術(shù)。它是在分析、總結(jié)電路交換和分組交換的技術(shù)優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它融合了兩者的優(yōu)點，即面向連接、保證服務(wù)質(zhì)量和統(tǒng)計復用以實現(xiàn)高帶寬。它采用固定長度的短分組在網(wǎng)絡(luò)中傳送各種通信信息，便于硬件的高速處理，實現(xiàn)高速、大容量的寬帶交換。而且，具有相當完善的流量控制功能和擁塞控制功能，保證帶寬利用率，保證網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。在有線電視網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)用ATM的流量控制可以實現(xiàn)視頻傳輸?shù)姆旨壏⻊?wù)，ATM還可以實現(xiàn)電視節(jié)目實時的非對稱傳輸，目前，部分省內(nèi)和地市以下的有線電視傳輸網(wǎng)仍采用ATM技術(shù)。
IP over ATM是IP與ATM的結(jié)合，當前有兩種技術(shù)方式：即重疊技術(shù)和集成技術(shù)。重疊技術(shù)是將IP網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議重疊在ATM之上，即ATM網(wǎng)與現(xiàn)有的IP網(wǎng)重疊，在ATM端點同時使用ATM和IP兩種地址的映射功能，發(fā)送端在得到接收端ATM地址后，便可建立ATM/SVC連接，傳送LAN數(shù)據(jù)包。集成技術(shù)是將IP路由器的智能和管理性能集成到ATM交換機形成一體化平臺，僅要求標識IP地址，無須ATM的地址解析協(xié)議，簡化了ATM的路由選擇功能，提高了IP轉(zhuǎn)發(fā)效率，同時保留了路由的靈活性。
IP over ATM技術(shù)的優(yōu)點是可充分利用ATM的快速交換和完善的QoS功能，保證網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量；網(wǎng)絡(luò)具有很好的擴展性和靈活性；支持多種業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、語音、視頻匯集到一個網(wǎng)絡(luò)上，為不同業(yè)務(wù)類型提供不同的服務(wù)質(zhì)量QoS；有很好的網(wǎng)絡(luò)流量管理和控制性能，表現(xiàn)在ATM流量控制方面非常精細，這一點對帶寬是非常寶貴的、線路費用非常高的廣域網(wǎng)來說就顯得非常重要，這是目前ATM能在廣域網(wǎng)中被廣泛采用的原因之一。
IP over ATM技術(shù)的缺點：由于IP數(shù)據(jù)包必須映射成ATM信元，由此形成的傳輸開銷稱為“信元稅”，故傳輸效率低；網(wǎng)絡(luò)管理比較復雜，設(shè)備昂貴；不太適用于超大型IP骨干網(wǎng)。
2. IP over SDH
ATM能支持多種業(yè)務(wù)曾經(jīng)是它獨一無二的特點，但隨著IP技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)硬件的不斷完善，今天的IP已成為各種業(yè)務(wù)的核心，數(shù)據(jù)語音和視頻業(yè)務(wù)都可由IP承載，ATM的優(yōu)點已由IP技術(shù)取代，特別是當數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量超過語音和視頻時，更顯得ATM沒有存在的必要，況且去掉ATM還可以提高傳輸效率。因此，IP over SDH應(yīng)運而生，這一技術(shù)也極大地動搖了ATM在廣域網(wǎng)中的地位。
SDH傳送網(wǎng)的概念最初于1985年由美國貝爾通信研究所提出，稱之為同步光網(wǎng)絡(luò)（Synchronous Optical NETwork,SONET）。它是由一整套分等級的標準傳送結(jié)構(gòu)組成的，適用于各種經(jīng)適配處理的凈負荷（即網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口比特流中可用于電信業(yè)務(wù)的部分）在物理媒質(zhì)，如光纖、微波、衛(wèi)星等上進行傳送。該標準于1986年成為美國數(shù)字體系的新標準。國際電信聯(lián)盟標準部（ITU-T）的前身國際電報電話資詢委員會（CCITT）于1988年接受SONET概念，并與美國標準協(xié)會（ANSI）達成協(xié)議，將SONET修改后重新命名為同步數(shù)字系列（Synchronous Digital Hierarchy,SDH）,使之成為同時適應(yīng)于光纖、微波、衛(wèi)星傳送的通用技術(shù)體制。
SDH傳輸網(wǎng)是由一些SDH網(wǎng)絡(luò)單元組成的，在光纖、微波或衛(wèi)星上進行同步信息傳送，融復接、傳輸、交換功能于一體，由統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理操作的綜合信息網(wǎng)�？蓪崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有效管理、動態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護、對業(yè)務(wù)性能監(jiān)視等功能，能有效地提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，能滿足廣播電視干線傳輸網(wǎng)的信息傳輸和交換的要求，對提高廣播電視傳輸質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍，因而SDH技術(shù)正成為廣播電視領(lǐng)域傳輸技術(shù)方面的發(fā)展和應(yīng)用熱點。
IP over SDH以SDH網(wǎng)絡(luò)作為IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的物理傳輸網(wǎng)絡(luò)。它使用鏈路及點到點協(xié)議（PPP：Point To Point Protocol）對數(shù)據(jù)包進行封裝，根據(jù)RFC1662規(guī)范把IP分組簡單地插入到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，然后經(jīng)過SDH傳輸層和段層，加上相應(yīng)的開銷，把凈荷裝入一個SDH幀中，最后達到光網(wǎng)絡(luò)，在光纖中傳輸。IP over SDH，也稱為PACKET over SDH （PoS），它保留了IP面向無連接的特征。
IP over SDH的優(yōu)點是：對IP路由的支持能力強，具有很高的IP傳輸效率；符合Internet業(yè)務(wù)的特點，如有利于實施多播方式；能利用SDH技術(shù)本身的環(huán)路和網(wǎng)絡(luò)自愈合能力達到鏈路糾錯的目的；同時又利用OSPF協(xié)議防止鏈路故障造成網(wǎng)絡(luò)停頓，提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；將IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立在SDH傳輸平臺上，可以很容易地跨越地區(qū)和國界，兼容不同技術(shù)標準實施全球聯(lián)網(wǎng)；聲略了ATM層，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了運行成本。在有線電視網(wǎng)絡(luò)平臺上IP over SDH適用于省際網(wǎng)絡(luò)和省內(nèi)網(wǎng)絡(luò)上的IP傳輸。
IP over SDH的缺點是：IP over SDH目前尚不支持虛擬專用網(wǎng)VPN和電路仿真；在所有包交換技術(shù)中，ATM的QoS是最好的，它可以做到電路仿真，而IP over SDH技術(shù)只能進行業(yè)務(wù)分級，不能提供較好的QoS；對大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)必須處理龐大、復雜的路由表，而且查找困難，路由信息占用比較大的帶寬。
從光通信技術(shù)發(fā)展趨勢看，SDH/SONET未來將讓位于波分復用技術(shù)，因此，IP over SDH將最終發(fā)展成為IP over WDM（IP over OPTICAL）
3. IP over WDM
隨著傳輸技術(shù)的發(fā)展，以IP業(yè)務(wù)為主對網(wǎng)絡(luò)的進一步優(yōu)化設(shè)計將是IP over WDM。
波分復用技術(shù)（WDM）是在一根光纖中能同時傳輸多個波長的光信號的一種技術(shù)，其原理是：在發(fā)送端將不同波長的光信號組合，在接收端又將組合的光信號分開送入不同的終端，這意味著，原來只能采用一個波長作為載波的單一信道，變?yōu)閿?shù)個不同波長的光信道同時在光纖中傳輸，從而使光通信的容量成倍提高。WDM技術(shù)的實現(xiàn)主要由波分復用器來完成。波分復用器是一個無源光學器件，器件結(jié)構(gòu)簡單、體積小、易于和光纖耦合。WDM系統(tǒng)有三種基本結(jié)構(gòu)，即光多路復用單向單纖傳輸，光多路復用雙向單纖傳輸和光分路插入傳輸。組網(wǎng)靈活，對開發(fā)帶寬新業(yè)務(wù)，充分挖掘和利用光纖帶寬的能力，實現(xiàn)高速通信具有十分重要的意義。
IP over WDM就是讓IP數(shù)據(jù)包直接在光路上跑，減少網(wǎng)絡(luò)層之間的冗余部分。由于省去了中間的ATM和SDH層，其傳輸效率最高，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)運行成本，同時也降低了用戶的費用，是一種最直接、最經(jīng)濟的IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，非常適用于特大型骨干網(wǎng)。
IP over WDM具有以下優(yōu)點：充分利用光纖的帶寬資源，極大地提高了帶寬和相對傳輸效率；對傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式透明，可以傳送不同碼率的ATM、SDH/SONET和千兆以太網(wǎng)格式的業(yè)務(wù)；不僅可以和現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)兼容，而且還可以支持未來的寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)升級，并且有可推廣性和高度生存性等特點。
IP over WDM的缺點是還沒有實現(xiàn)波長的標準化，WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)與其傳輸?shù)男盘柡途W(wǎng)管分離；WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理還不成熟；目前WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)只是基于點對點的方式，還沒有形成“光網(wǎng)絡(luò)”。
IP的三種傳輸方案各有優(yōu)缺點，在實際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況分別對待，若主干網(wǎng)原已采用了ATM設(shè)備，則可以采用IP over ATM方案，由于ATM端口速率高，有完善的QoS（服務(wù)質(zhì)量）保證，產(chǎn)品成熟，因而可提高IP網(wǎng)交換速率，保證IP網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量；若主干尚未涉及ATM，則采用IP over SDH方案，由于去掉了ATM設(shè)備，投資少，見效快而且線路利用率高。因而就目前而言，IP over SDH是較好的選擇。而在城域主干網(wǎng)中，IP over SDH技術(shù)相對而言投入較高，采用IP over WDM技術(shù)會更實用。IP over WDM的優(yōu)勢是減少網(wǎng)絡(luò)各層之間的中間冗余部分，減少SDH、ATM、IP等各層之間的功能重疊，減少設(shè)備操作、維護和管理費用。并且IP over WDM技術(shù)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，在外圍網(wǎng)絡(luò)千兆以太網(wǎng)成為主流的情況下，這種技術(shù)能真正地實現(xiàn)無縫接入，這預示著IP over WDM代表寬帶IP主干網(wǎng)的未來。
發(fā)展寬帶網(wǎng)絡(luò)通信一直是人們的目的和理想，也是寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)發(fā)展的一個方向。作為其技術(shù)代表的ATM技術(shù)從其產(chǎn)生時起，就被認為應(yīng)擔負起多業(yè)務(wù)（電話、電視、數(shù)據(jù)、專線）融合的使命，但由于其技術(shù)復雜，價格昂貴，因而其發(fā)展受到了限制。而如今流行的IP技術(shù)具有簡單、靈活、應(yīng)用廣泛以及價格低廉等特性，使得IP不但在Internet、局域網(wǎng)等方面得到廣泛運用，而且也被人們認為是寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種選擇。利用有線電視網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建IP寬帶接入網(wǎng)實現(xiàn)Internet數(shù)據(jù)傳輸，將給有線電視網(wǎng)絡(luò)帶來極大的發(fā)展機遇。
摘自《衛(wèi)視周刊》
