試析寬帶IP網(wǎng)技術(shù)的分類與發(fā)展

羅智楷

　　摘 要 網(wǎng)絡(luò)信息量的爆炸性增長(zhǎng)和IP技術(shù)的廣泛應(yīng)用促進(jìn)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(guò)的高速發(fā)展。目前，IP技術(shù)無(wú)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(lái)的，在幾乎20年的時(shí)間里，IP技術(shù)除了在美國(guó)局域網(wǎng)互聯(lián)中使用外，一直默默無(wú)聞，ITU-T也一直沒(méi)有接納這個(gè)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(kuò)展，從辦公室、校園擴(kuò)展到城市，進(jìn)而擴(kuò)展到全國(guó)和全球。這種快速擴(kuò)展使過(guò)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(lái)這個(gè)比例將會(huì)是20%和80%，這意味著對(duì)IP網(wǎng)的壓力越來(lái)越大。同時(shí)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(duì)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(jiǎn)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(diǎn)，發(fā)揮了ATM支持多業(yè)務(wù)，提供QoS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；IP over SDH直接在SDH上傳送IP業(yè)務(wù)，對(duì)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(jī)和DWDM技術(shù)，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬，對(duì)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(lái)就構(gòu)成了我們?cè)��?jīng)長(zhǎng)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(jì)的路由器，顯然在性能上有很多方面無(wú)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(jī)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(jī)收到一個(gè)IP數(shù)據(jù)包后，它首先按照IP數(shù)據(jù)包的IP地址通過(guò)某種機(jī)制進(jìn)行路由地址處理，按路由轉(zhuǎn)發(fā)。然后再按照已計(jì)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(wèn)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(lái)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(shuō)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(diǎn)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(shí)ATM網(wǎng)的尋址已不再是獨(dú)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(duì)等層，ATM端點(diǎn)設(shè)備也只需使用IP地址標(biāo)識(shí)，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(lái)分類的，如果從網(wǎng)絡(luò)整體的性能角度來(lái)看，ATM有兩種方法來(lái)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(lái)的工作方式，此時(shí)ATM只是作為鏈路將若干路由器連接起來(lái)，并沒(méi)參與IP網(wǎng)的尋址功能，因而其本質(zhì)上仍然是一個(gè)路由器網(wǎng)，并沒(méi)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(lái)支持IP over ATM，此時(shí)ATM參與了IP網(wǎng)的尋址功能，同時(shí)由于ATM的尋址功能及其他性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)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(diǎn)。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　 （1）可利用ATM技術(shù)提供的QoS保證來(lái)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(kuò)展能力；

　�。�4）對(duì)其他多種協(xié)議如IPX等都能支持。

　　缺點(diǎn)：

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

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

　�。�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(guò)SDH傳輸層，加上相應(yīng)開(kāi)銷(xiāo)，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(wú)連接的特征。

　　SDH網(wǎng)是基于時(shí)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(lái)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式連接起來(lái)，提高點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(gè)路由器網(wǎng)。此時(shí)，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(shí)卻又帶來(lái)了設(shè)備的復(fù)雜性。所以，IP over SDH的優(yōu)缺點(diǎn)可總結(jié)如下。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）對(duì)IP路由的支持能力較強(qiáng)，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(dá)到鏈路糾錯(cuò)和提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；

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

　　缺點(diǎn)：

　　 （1）僅能對(duì)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(tái)；

　　 （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(duì)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(zhǎng)的光信號(hào)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?hào)按不同波長(zhǎng)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(shí)，高性能的路由器通過(guò)光ADM或WDM耦合器直接連至WDM光纖上，由它來(lái)控制波長(zhǎng)完成接入、交換、選路和保護(hù)。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(shí)地運(yùn)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(zhǎng)的光信號(hào)稱為一個(gè)傳輸通道，每個(gè)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(hào)等等，也就是提供了接口的協(xié)議和傳輸速率的無(wú)關(guān)性，即在同一條光纖通路上，可以同時(shí)支持ATM、SDH和吉比特以太網(wǎng)，保護(hù)了已有投資，同時(shí)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(diǎn)。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　�。�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(duì)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(hào)；

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

　　缺點(diǎn)：

　�。�1）到目前為止，工作波長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化還沒(méi)有實(shí)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的工作方式，并沒(méi)有形成“光網(wǎng)”。

　　7總結(jié)

　　通過(guò)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(jiàn)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(shì)，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(xiàng)業(yè)務(wù)，是傳統(tǒng)電信服務(wù)商的較好選擇。最后對(duì)于IP over WDM技術(shù)來(lái)說(shuō)，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(shí)現(xiàn)無(wú)縫接入，因此，應(yīng)該說(shuō)，IP over WDM技術(shù)將代表著寬帶IP網(wǎng)技術(shù)的明天。

----《中國(guó)數(shù)據(jù)通信》