試析寬帶IP網(wǎng)技術(shù)的分類與發(fā)展

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羅智楷

  摘 要 網(wǎng)絡(luò)信息量的爆炸性增長和IP技術(shù)的廣泛應(yīng)用促進了寬帶IP網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展。本文討論了IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM 三種主流寬帶IP網(wǎng)技術(shù)的性能,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和發(fā)展。

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

  1 前言

  Internet的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,促使IP技術(shù)獲得了以往通信和信息技術(shù)從未有過的高速發(fā)展。目前,IP技術(shù)無論是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳輸能力還是增值業(yè)務(wù)上都較從前有了巨大的變化。

  2IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的發(fā)展

  IP/IP技術(shù)是20世紀(jì)70年代作為網(wǎng)間互聯(lián)協(xié)議提出來的,在幾乎20年的時間里,IP技術(shù)除了在美國局域網(wǎng)互聯(lián)中使用外,一直默默無聞,ITU-T也一直沒有接納這個標(biāo)準(zhǔn)。直到90年代初Web業(yè)務(wù)的出現(xiàn)才從根本上改變了這種狀況,IP網(wǎng)獲得了飛速發(fā)展,從而IP技術(shù)也獲得了飛速發(fā)展,目前,TCP/IP技術(shù)已經(jīng)是廣泛接受的通信協(xié)議。

  客戶—服務(wù)器的應(yīng)用方式在迅速擴展,從辦公室、校園擴展到城市,進而擴展到全國和全球。這種快速擴展使過去網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量80%是本地,20%是廣域的情況發(fā)生了根本性的變化,現(xiàn)在這一比例已變?yōu)?0%和50%,將來這個比例將會是20%和80%,這意味著對IP網(wǎng)的壓力越來越大。同時隨著IP網(wǎng)上業(yè)務(wù)的多樣化,特別是多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用,對IP網(wǎng)又提出了一系列新的技術(shù)要求,從而促使IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化和發(fā)展。

  3寬帶IP 網(wǎng)技術(shù)簡介

  新一代寬帶IP網(wǎng)主流技術(shù)主要有IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM等。其中IP over ATM融合了IP和ATM的技術(shù)特點,發(fā)揮了ATM支持多業(yè)務(wù),提供QoS的技術(shù)優(yōu)勢;IP over SDH直接在SDH上傳送IP業(yè)務(wù),對IP業(yè)務(wù)提供了完善的支持,提高了傳輸效率;而IP over WDM采用高速路由交換機和DWDM技術(shù),極大地提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬,對不同速率、不同數(shù)據(jù)幀格式的業(yè)務(wù)提供全面的支持。

  4IP over ATM

  IP網(wǎng)傳統(tǒng)上是由路由器和數(shù)據(jù)專線組成的,用專線將地域上分離的路由器連接起來就構(gòu)成了我們曾經(jīng)長期使用的IP網(wǎng),但低速的數(shù)據(jù)專線(2~4.5Mbit/s)和為普通業(yè)務(wù)而設(shè)計的路由器,顯然在性能上有很多方面無法滿足IP網(wǎng)的迅猛發(fā)展和業(yè)務(wù)要求,因此,IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的首選就是IP over ATM。

  基本原理和工作方式:

  把IP數(shù)據(jù)包在ATM交換機的ATM層全部封裝成ATM信元,然后以ATM信元在信道中傳輸。即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的交換機收到一個IP數(shù)據(jù)包后,它首先按照IP數(shù)據(jù)包的IP地址通過某種機制進行路由地址處理,按路由轉(zhuǎn)發(fā)。然后再按照已計算的路由在ATM網(wǎng)中建立虛電路VC,最終所有以后接收到的IP數(shù)據(jù)包將在已建立的虛電路VC上以直通方式傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)邊緣的路由器上,從而有效解決了路由器的瓶頸問題,并把IP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速度提高到交換速度。

  用ATM技術(shù)來承載IP業(yè)務(wù),可以分為兩大類:迭加模式和集成模式。

  迭加模式:即IP網(wǎng)的尋址是迭加在ATM網(wǎng)的尋址基礎(chǔ)上的,也就是說在該模式中ATM的尋址方式是不變的,IP地址在網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備中被映射成ATM地址,然后IP數(shù)據(jù)包再據(jù)此被傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)另一端的邊緣設(shè)備。該模式最大的特點就是IP業(yè)務(wù)只是ATM網(wǎng)承載的眾多業(yè)務(wù)之一,比較典型的有局域網(wǎng)仿真(LANE),經(jīng)典的IP over ATM(CIPOA,Classical IP over ATM),ATM上的多協(xié)議(MPOA,Multiprotocol over ATM)。

  集成模式:即是ATM網(wǎng)設(shè)備和IP網(wǎng)設(shè)備集成在同一設(shè)備中,此時ATM網(wǎng)的尋址已不再是獨立的,其將要受到IP網(wǎng)設(shè)備的干預(yù),ATM層可看成IP層的對等層,ATM端點設(shè)備也只需使用IP地址標(biāo)識,不需地址解析協(xié)議,從而使得該模式下IP數(shù)據(jù)包的傳輸效率較高。比較典型的有IP交換(IP Swich)技術(shù),標(biāo)記交換(Tag Swich)技術(shù)和MPLS技術(shù)。

  上述分類是按照ATM信令來分類的,如果從網(wǎng)絡(luò)整體的性能角度來看,ATM有兩種方法來支持IP over ATM。

 。1)ATM作為鏈路。即使用ATM的永久虛通路將地域上分離的路由器連接起來的工作方式,此時ATM只是作為鏈路將若干路由器連接起來,并沒參與IP網(wǎng)的尋址功能,因而其本質(zhì)上仍然是一個路由器網(wǎng),并沒改變IP網(wǎng)的整體性能,只是提高了某些部分的傳輸速率而已。

  (2)ATM作為網(wǎng)絡(luò)。即ATM網(wǎng)以網(wǎng)絡(luò)的形式來支持IP over ATM,此時ATM參與了IP網(wǎng)的尋址功能,同時由于ATM的尋址功能及其他性能要遠遠優(yōu)于普通路由器,因而在網(wǎng)絡(luò)性能方面大大提高了IP網(wǎng)的性能,提高了傳輸速率,縮短了傳輸時延,例如MPLS即是如此。

  從以上分析可以看出,IP over ATM具有如下所述的優(yōu)缺點。

  優(yōu)點:

   (1)可利用ATM技術(shù)提供的QoS保證來提高IP業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量;

 。2)具有良好的流量控制均衡能力及故障恢復(fù)能力,網(wǎng)絡(luò)可靠性高;

 。3)可利用ATM技術(shù)提供的多業(yè)務(wù)支持能力支持IP網(wǎng)的可擴展能力;

  (4)對其他多種協(xié)議如IPX等都能支持。

  缺點:

 。1)IP優(yōu)先級(COS)分類還不能映射到ATM的QoS質(zhì)量保證;

 。2)對IP路由支持一般,且由于IP數(shù)據(jù)包封裝時加入大量頭信息,造成帶寬浪費;

 。3)在復(fù)制多路廣播方面效率不高;

 。4)由于ATM本身技術(shù)復(fù)雜,導(dǎo)致管理困難。

  5IP over SDH

  IP over SDH,也稱Packet over SDH(PoS),它是以SDH網(wǎng)絡(luò)作為IP數(shù)據(jù)網(wǎng)的物理傳輸網(wǎng)絡(luò),即使用鏈路及PPP把IP數(shù)據(jù)包封裝在PPP幀中,然后再由SDH通道適配層把封裝后的IP數(shù)據(jù)包映射到SDH的凈荷中,然后再向下,經(jīng)過SDH傳輸層,加上相應(yīng)開銷,封裝入SDH幀中,最后才在光纖中傳輸,因此,它保留了IP面向無連接的特征。

  SDH網(wǎng)是基于時分復(fù)用,在網(wǎng)管配置下完成半永久性連接的傳輸網(wǎng)絡(luò),因此,在IP over SDH工作方式中,SDH只可能以鏈路方式來支持IP網(wǎng)。由于不能參與IP路由的尋址工作,它的作用只是將地域上分離的路由器以點對點的方式連接起來,提高點對點的傳輸速率,不可能從整體上提高IP網(wǎng)的性能,所以,這種工作方式下的IP網(wǎng)其本質(zhì)仍然是一個路由器網(wǎng)。此時,網(wǎng)絡(luò)整體性能的提高將取決于路由器技術(shù)的突破性發(fā)展(如吉比特路由器),但同時卻又帶來了設(shè)備的復(fù)雜性。所以,IP over SDH的優(yōu)缺點可總結(jié)如下。

  優(yōu)點:

 。1)對IP路由的支持能力較強,具有較高的IP數(shù)據(jù)包傳輸效率;

 。2)符合Internet業(yè)務(wù)的要求(如多路廣播的方式);

   (3)能利用SDH技術(shù)的環(huán)路和自愈合能力達到鏈路糾錯和提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性;

   (4)省略ATM層,從而簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

  缺點:

   (1)僅能對IP業(yè)務(wù)提供較好的業(yè)務(wù)支持,不適合于多業(yè)務(wù)平臺;

   (2)不能像IP over ATM那樣提供較好的QoS服務(wù)質(zhì)量保證;

  (3)對IPX等其他主要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)支持有限。

  6IP over WDM

  IP over WDM(波分復(fù)用),也稱作光因特網(wǎng),是目前最新的技術(shù)。

  在發(fā)送/接收端,將不同波長的光信號復(fù)用送入同一根光纖中傳輸/將在同一根光纖中傳輸?shù)墓庑盘柊床煌ㄩL解復(fù)用至不同的終端,即將IP數(shù)據(jù)包直接放在光纖上傳輸。它是一種鏈路層數(shù)據(jù)網(wǎng),此時,高性能的路由器通過光ADM或WDM耦合器直接連至WDM光纖上,由它來控制波長完成接入、交換、選路和保護。IP over WDM的幀結(jié)構(gòu)有兩種:SDH幀結(jié)構(gòu)和吉比特以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu),現(xiàn)在可以系統(tǒng)實地運行的還是SDH幀結(jié)構(gòu),因此,基于這種工作方式的IP over WDM,其本質(zhì)上還是IP over SDH。

  在WDM(波分復(fù)用)或DWDM(密集波分復(fù)用)傳輸系統(tǒng)中,其每一種波長的光信號稱為一個傳輸通道,每個通道都可以是一路155Mbit/s、622 Mbit/s、2.5Gbit/s,甚至是10Gbit/s的ATM、SDH或吉比特以太網(wǎng)信號等等,也就是提供了接口的協(xié)議和傳輸速率的無關(guān)性,即在同一條光纖通路上,可以同時支持ATM、SDH和吉比特以太網(wǎng),保護了已有投資,同時也提供了極大的靈活性。

  從以上分析可以看出,IP over WDM具有如下所述的優(yōu)缺點。

  優(yōu)點:

 。1)能充分利用有限的光纖資源,極大地提高帶寬和傳輸速率;

 。2)對所傳輸數(shù)據(jù)的傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式透明,如可以傳輸不同碼率的ATM、SDH和吉比特以太網(wǎng)信號;

 。3)具有較強的兼容性,并支持未來的寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)升級。

  缺點:

 。1)到目前為止,工作波長的標(biāo)準(zhǔn)化還沒有實現(xiàn);

 。2)WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理還不成熟;

 。3)到目前為止,WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還只是基于點對點的工作方式,并沒有形成“光網(wǎng)”。

  7總結(jié)

  通過前面三種寬帶IP網(wǎng)主流技術(shù)的分析和比較,我們可以發(fā)現(xiàn):在高性能、寬帶的IP業(yè)務(wù)方面,IP over SDH技術(shù)由于省掉了ATM設(shè)備,從而投資少,見效快而且線路利用率高。因此就現(xiàn)階段而言,發(fā)展高性能的IP業(yè)務(wù)、IP over SDH技術(shù)是較好的選擇。而IP over ATM技術(shù)則可充分利用已經(jīng)存在的傳統(tǒng)ATM網(wǎng)絡(luò)和技術(shù),發(fā)揮ATM網(wǎng)絡(luò)的多業(yè)務(wù)技術(shù)優(yōu)勢,避免不必要的重復(fù)投資,它適合于提供高性能的綜合通信服務(wù),如Voice、Video及Data等多項業(yè)務(wù),是傳統(tǒng)電信服務(wù)商的較好選擇。最后對于IP over WDM技術(shù)來說,由于它能夠極大地拓展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶寬,從而最大限度地提高線路利用率,并且在局域網(wǎng)中吉比特以太網(wǎng)技術(shù)成為主流技術(shù)的情況下,惟有它能夠真正地實現(xiàn)無縫接入,因此,應(yīng)該說,IP over WDM技術(shù)將代表著寬帶IP網(wǎng)技術(shù)的明天。

----《中國數(shù)據(jù)通信》


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