ATM面臨的挑戰(zhàn)和其發(fā)展方向5300字

1、ATM面臨的挑戰(zhàn)和其發(fā)展方向5300字 摘要：作為一項(xiàng)從80年代就提出來(lái)的技術(shù)，ATM經(jīng)歷了從被人們狂熱吹捧到打入冷宮最后理性認(rèn)識(shí)的三個(gè)階段，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟。ATM憑借其低時(shí)延，低抖動(dòng)，超高的帶寬和吞吐量，以及可以提供QoS保證和通信流量工程管理等特性，幾乎成為構(gòu)建所有網(wǎng)絡(luò)的不二人選。但是近期隨著吉比特以太網(wǎng)出現(xiàn)和IP技術(shù)的沖擊，ATM面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，ATM的路在何方，ATM將如何發(fā)展？本文將詳細(xì)論述。 畢業(yè)關(guān)鍵詞：ATM，QoS，吉比特以太網(wǎng)，IP，比較，發(fā)展方向引言眾所周知，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)普遍存在以下缺陷:第一,業(yè)務(wù)的依賴性,一般性網(wǎng)絡(luò)只能用于專一服務(wù),公用電話網(wǎng)不能用來(lái)傳送TV信

2、號(hào),X.25不能用來(lái)傳送高帶寬的圖像和對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的語(yǔ)言信號(hào);第二,無(wú)靈活性,即業(yè)務(wù)拓展的可能性不大,原有網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量,很難適應(yīng)今后出現(xiàn)的新業(yè)務(wù);第三,效率低,一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源很難被其它網(wǎng)絡(luò)共享。隨著社會(huì)不斷發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不斷多樣化,人們可以利用網(wǎng)絡(luò)干很多事情,如收發(fā)信件、家庭辦公、Videoondemand、網(wǎng)絡(luò)電話,這對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求越來(lái)越高,有人還不禁提出這樣一個(gè)想法:能否把這些對(duì)帶寬、實(shí)時(shí)性、傳輸質(zhì)量要求各不相同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)由一個(gè)統(tǒng)一的多媒體網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn),做到真正的一線通?回答是肯定的,這就是ATM網(wǎng)。2ATM的基本概念和參考模型2.1 ATM的基本概念A(yù)TM是異步轉(zhuǎn)移模式的英文縮寫。IT

3、U對(duì)ATM的定義是：ATM是一種轉(zhuǎn)移模式。在這種轉(zhuǎn)移模式中，信息被組織成“信元”，來(lái)自某用戶信息的各個(gè)信元不需要周期性地出現(xiàn)。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，這種轉(zhuǎn)移模式是異步的。這里，“轉(zhuǎn)移模式”是指網(wǎng)絡(luò)中所采用的復(fù)用、交換、傳輸技術(shù)，即信息從一地“轉(zhuǎn)移”到另一地所用的傳遞方式?！爱惒健笔侵窤TM統(tǒng)計(jì)復(fù)用的性質(zhì)。所以，ATM就是一種在網(wǎng)絡(luò)中以信元為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用和交換、傳輸?shù)募夹g(shù)。信元實(shí)際上就是具有固定長(zhǎng)度的分組，信元長(zhǎng)度為53個(gè)字節(jié)，其中5個(gè)字節(jié)是信頭，48個(gè)字節(jié)是信息段，或稱凈荷。信頭包含表示信元去向的邏輯地址、優(yōu)先等級(jí)等控制信息。信息段裝載來(lái)自不同用戶、不同業(yè)務(wù)的信息。任何業(yè)務(wù)的信息都經(jīng)過(guò)切割封裝

4、成統(tǒng)一格式信元。ATM采用異步時(shí)分復(fù)方式（即統(tǒng)計(jì)復(fù)用），將來(lái)自不同信息源的信元匯集到一起，在緩沖器內(nèi)排隊(duì)，隊(duì)列中的信元根據(jù)到達(dá)的先后按優(yōu)先等級(jí)逐個(gè)輸出到傳輸線路上，形成首尾相接的信元流。具有同樣標(biāo)志的信元在傳輸線上并不對(duì)應(yīng)著某個(gè)固定的時(shí)隙，也不是按周期出現(xiàn)的。異步時(shí)分復(fù)用使ATM具有很大的靈活性，任何業(yè)務(wù)都按實(shí)際信息量來(lái)占用資源，使網(wǎng)絡(luò)資源得到最大限度的利用。此外，不論業(yè)務(wù)源的性質(zhì)有多么不同（如速率高低、突發(fā)性大小、質(zhì)量和實(shí)時(shí)性要求如何），網(wǎng)絡(luò)都按同樣的模式來(lái)處理，真正做到完全的業(yè)務(wù)綜合。為了提高處理速度、保證質(zhì)量、降低時(shí)延和信元丟失率，ATM以面向連接的方式工作。通信開始時(shí)先建立虛電路，并將

5、虛電路標(biāo)志寫入信頭（即前面說(shuō)的地址信息），網(wǎng)絡(luò)根據(jù)虛電路標(biāo)志將信元送往目的地。虛電路是可以拆除釋放的。在ATM網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上完成的只是虛電路的交換。為了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的控制，ATM將差錯(cuò)控制和流量控制交給終端去做，不需逐段鏈路的差錯(cuò)控制和流量控制。因此，ATM兼顧了分組交換方式統(tǒng)計(jì)復(fù)用、靈活高效和電路交換方式傳輸時(shí)延小、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。為了保證服務(wù)質(zhì)量、更好地支持各種業(yè)務(wù)，ATM在流量管理、擁塞控制、業(yè)務(wù)分類與結(jié)構(gòu)、支持話音業(yè)務(wù)、交換式虛電路、反復(fù)用技術(shù)等方面開展了大量研究工作和取得了許多成果。2.2 ATM的協(xié)議參考模型在ITU-T的I.321建議中定義了ATM協(xié)議參考模型（如圖1所示）。它包括三個(gè)

6、面：用戶面、控制面和管理面，而在每個(gè)面中又是分層的，分為物理層、ATM層、AAL層和高層。協(xié)議參考模型中的三個(gè)面分別完成不同的功能。用戶平面：采用分層結(jié)構(gòu)，提供用戶信息流的傳送，同時(shí)也具有一定的控制功能，如流量控制、差錯(cuò)控制等；控制平面：采用分層結(jié)構(gòu)，完成呼叫控制和連接控制功能，利用信令進(jìn)行呼叫和連接的建立、監(jiān)視和釋放；管理平面：包括層管理和面管理。其中層管理采用分層結(jié)構(gòu)，完成與各協(xié)議層實(shí)體的資源和參數(shù)相關(guān)的管理功能，如元信令。同時(shí)層管理還處理與各層相關(guān)的OAM信息流；面管理不分層，它完成與整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)的管理功能，并對(duì)所有平面起協(xié)調(diào)作用。（如圖2所示）。ATM協(xié)議機(jī)構(gòu)基于國(guó)際電聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生。（

7、如下圖所示）ATM協(xié)議結(jié)構(gòu)分為三層，即ATM適配層（ALL）、ATM層和物理層。ATM層主要執(zhí)行交換、路由選擇和多路復(fù)用功能。AAL主要功能是將業(yè)務(wù)信息適配到ATM信息流。應(yīng)用特定業(yè)務(wù)在用戶終端由ATM適配層提供?，F(xiàn)在已定義各種ATM適配層協(xié)議支持不同類型的業(yè)務(wù)（比如說(shuō)比較常用的A、B、C、D四級(jí)業(yè)務(wù)和X、Y級(jí)業(yè)務(wù)）。物理層則在相鄰ATM層間傳遞ATM信元。ATM的發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)如果在幾年前，問(wèn)起未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的走向時(shí)，相信會(huì)有很多人將關(guān)注的目光投向了ATM。的確，ATM曾經(jīng)以高帶寬、提供良好的質(zhì)量服務(wù)(QoS)、傳送語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻多媒體信息等優(yōu)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中獨(dú)樹一幟，令不少人憧憬ATM將

8、是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)大同世界中的唯一選擇。如今時(shí)過(guò)境遷，ATM不但沒(méi)有代替以太網(wǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，反而面臨越來(lái)越大的來(lái)自IPoverSDH和IPoverFiber的壓力。作為一項(xiàng)從80年代就已經(jīng)提出并發(fā)展的技術(shù)，ATM目前非常成熟，并且在現(xiàn)在乃至將來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都具有如下無(wú)以倫比的優(yōu)勢(shì)：ATM技術(shù)可以提供一套完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和信令體系來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性；ATM技術(shù)能夠?yàn)椴煌臉I(yè)務(wù)定制不同的業(yè)務(wù)質(zhì)量，并能夠?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)這種服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證提供完善的業(yè)務(wù)整形、業(yè)務(wù)調(diào)度、排隊(duì)、管制等流量管理手段；ATM技術(shù)不僅定義了有關(guān)網(wǎng)元管理方面的協(xié)議，還定義了作為網(wǎng)絡(luò)該如何管理，提供了充分的網(wǎng)絡(luò)管理能力；ATM技術(shù)提供了

9、一套相應(yīng)的路由和信令機(jī)制來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)展和延伸；ATM技術(shù)采用定長(zhǎng)信元的方法，具有高速的端口速率和大的交換容量；ATM技術(shù)具有組建VPN的能力。不可否認(rèn)，ATM確實(shí)是解決目前網(wǎng)絡(luò)存在問(wèn)題的理想手段，事實(shí)上，ATM技術(shù)在提出之初，為的就是實(shí)現(xiàn)解決一切傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在的問(wèn)題。但是，ATM技術(shù)從一開始定位實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)就太理想化了，從而導(dǎo)致ATM實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜性。相應(yīng)地，由于ATM技術(shù)過(guò)于完善，其協(xié)議體系的復(fù)雜性造成了ATM系統(tǒng)研制、配置、管理、故障定位的難度，所以ATM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也非常昂貴，價(jià)格一直居高不下。同時(shí)，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)雖然有這樣那樣的問(wèn)題，我們也沒(méi)有必要全部將它們推翻，ATM誕生后始終沒(méi)有機(jī)會(huì)建立一

10、個(gè)純ATM網(wǎng)來(lái)表現(xiàn)其卓越的性能。網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和實(shí)踐表明，“包治百病”的理想解決方案最終只能是一廂情愿。例如，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的OSI七層模型非常完善，但現(xiàn)在卻是TCP/IP體系大行其道，OSI始終沒(méi)有得到廣大廠家的應(yīng)用和推廣。是最好的，并不一定最流行，ATM技術(shù)的應(yīng)用同樣也是如此。而現(xiàn)在對(duì)ATM沖擊最大的則是局域網(wǎng)中的吉比以太網(wǎng)和廣域網(wǎng)中的IP技術(shù)。如果說(shuō)快速以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)在與ATM在局域網(wǎng)領(lǐng)域中的較量還分不出勝負(fù)的話，那么在千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3Z通過(guò)后，勝負(fù)的天平似乎已經(jīng)偏離ATM。千兆以太網(wǎng)采用以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，保留以太網(wǎng)的幀格式、流量控制及鏈路層管理，因此

11、千兆以太網(wǎng)與10 BASE T及100 BASE T是完全兼容的，可以向下兼容。在以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)上已經(jīng)應(yīng)用很久并非常成熟的IP子網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和地址都可以用在千兆交換設(shè)備上而無(wú)需任何改變。另外，網(wǎng)絡(luò)管理員由于非常熟悉以太網(wǎng)，可以很輕易地管理千兆以太網(wǎng)，在他們眼里，所不同的僅僅是比快速以太網(wǎng)快十倍、比以太網(wǎng)快百倍而已。 其中比較典型的幾種技術(shù)為CIPOA，LANE，MPOA，MPLS。CIPOA技術(shù)是利用了RFC1483建議將IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，然后利用ATM技術(shù)中的AAL5適配，形成ATM信元。它充分利用了ATM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，解決了IP地址與ATM地址的映射問(wèn)題。不足之處事只支持IP協(xié)議，不支持其

12、他協(xié)議，并且不支持LAN的廣播和組播業(yè)務(wù)。MPOA是一種功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)層解決方案，它將路由器的功能集成到ATM交換機(jī)中，實(shí)現(xiàn)了在交換機(jī)提供路由的新思想，這樣，就可以使用MPOA協(xié)議在具有MPOA功能的任意兩臺(tái)主機(jī)間建立跨躍ATM網(wǎng)絡(luò)的直接連接，徹底消除了傳統(tǒng)路由器“多跳”所帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)性能下降，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。LANE解決了ATM局域網(wǎng)與現(xiàn)有局域網(wǎng)的互聯(lián)互通問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在ATM上模擬傳統(tǒng)局域網(wǎng)，通過(guò)ATM網(wǎng)將多個(gè)傳統(tǒng)局域網(wǎng)和終端設(shè)備互聯(lián)，在ATM網(wǎng)上構(gòu)造新的局域網(wǎng)，這些局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的通信行為與傳統(tǒng)的局域網(wǎng)完全相同。局域網(wǎng)仿真對(duì)局域網(wǎng)隱藏了ATM交換結(jié)構(gòu)，局域網(wǎng)終端感覺(jué)不到ATM的

13、存在，因此無(wú)需修改該終端設(shè)備的軟硬件，就可以利用ATM網(wǎng)絡(luò)的各種優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，它使得傳統(tǒng)的局域網(wǎng)適配器，NDIS和ODI驅(qū)動(dòng)設(shè)備以及所有第二層和第二層以上的協(xié)議都可以繼續(xù)使用。以上這些技術(shù)雖然利用了ATM高速交換的特性，但要么沒(méi)有充分利用ATM的QoS特性，要么過(guò)于復(fù)雜和標(biāo)準(zhǔn)不完善。例如，LANE只能應(yīng)用于較小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，不能支持像Internet這樣的大型網(wǎng)絡(luò)；IPOA在不同子網(wǎng)間的互聯(lián)仍需要使用傳統(tǒng)的路由器。因而吞吐量和時(shí)延問(wèn)題仍然存在，此外，它只限于處理ATM上的IP業(yè)務(wù)，只支持較小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)；MPOA經(jīng)實(shí)踐證明也只能支持中小型網(wǎng)絡(luò)。為了解決上面的問(wèn)題，以Cisco公司為主的幾家公司

14、，提出了MPLS技術(shù)。MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換）技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代發(fā)展最迅速的技術(shù)，并且已經(jīng)成為寬帶骨干網(wǎng)中的一個(gè)根本性的重要技術(shù)?；贏TM網(wǎng)絡(luò)的MPLS方案和MPLS體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由標(biāo)記邊緣路由器（LER）和標(biāo)記交換路由器（LSR）組成。LER的作用是分析IP包頭，用于決定相應(yīng)得傳送級(jí)別和標(biāo)記交換路徑（LSP），IP數(shù)據(jù)包進(jìn)入LER時(shí)，LER對(duì)其進(jìn)行路由表的查找，確定通向目的地的鏈路，之后為每個(gè)路由建立一條LSP，在數(shù)據(jù)包上加上一個(gè)本地標(biāo)記交換路徑識(shí)別符。LSR的作用可以看作是ATM交換機(jī)與傳統(tǒng)路由器的結(jié)合，由控制單元和交換單元組成，網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)LSR只需沿著標(biāo)記確定的路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)

15、據(jù)包即可，無(wú)需再查路由表，大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，提高了網(wǎng)絡(luò)性能。LSR就是實(shí)現(xiàn)了MPLS功能的ATM交換機(jī)。LER可以是具有MPLS功能的ATM交換機(jī)，也可以是具有MPLS功能的路由器。標(biāo)記交換的工作過(guò)程可概括為三個(gè)步驟：由標(biāo)記分布協(xié)議（LDP）和傳統(tǒng)路由協(xié)議（OSPF等）一起。在LSR中建立路由表和標(biāo)記映射表。LER接收IP包，完成第三層功能，并給IP包加上標(biāo)記。在MPLS出口的LER上，將分組中的標(biāo)記去掉后繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。LER對(duì)分組不再進(jìn)行任何第三層處理，只是依據(jù)分組上的標(biāo)記通過(guò)交換單元對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。MPLS具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：(1) 與7號(hào)信令網(wǎng)絡(luò)相同，每個(gè)交換機(jī)都具有第三層智能，可

16、以重新進(jìn)行選路連接。因此，當(dāng)主要中繼干線出現(xiàn)故障時(shí)，MPLS技術(shù)可以使業(yè)務(wù)中斷時(shí)間最短，而選擇另一條路由疏通業(yè)務(wù)流量，并使網(wǎng)絡(luò)迅速恢復(fù)。（2）MPLS使用標(biāo)記作為標(biāo)識(shí)，通過(guò)路由表尋找下一跳，適用于高速中繼，如STM-4，STM-16，STM-64。（3）MPLS使用無(wú)類域間路由（CIDR）的機(jī)制，不需要32位IP地址，CIDR是一個(gè)群地址的概念，可以適應(yīng)Internet用戶數(shù)量快速增長(zhǎng)的需要。（4）MPLS采用VC融合（VC merge）的機(jī)制，同一終點(diǎn)的多個(gè)VC可以匯集成為一個(gè)VC，從而節(jié)省了VCI的資源。（5）ATM交換機(jī)與IP相結(jié)合，無(wú)需復(fù)雜的地址解析。結(jié)束語(yǔ)ATM發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)。在局域網(wǎng)中應(yīng)用到桌面還存在比較大的困難，但隨著技術(shù)的日益成熟和設(shè)備價(jià)格的降低，在一些對(duì)服務(wù)質(zhì)量和穩(wěn)定性有要求的特殊場(chǎng)合得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。在廣域網(wǎng)中，