IP over SDH和IP over ATM技術介紹

網絡信息量爆炸式增長和IP技術的深入人心促進廠寬帶IP主干網的出現和發展。本文比較了IPoverATM和IPoverSDH兩種主流的主干網技術，分析了兩者間的特點和發展前景。



IPoverSDH和IPoverATM技術介紹　　
1、概述

　　新一代寬帶IP網絡要建立在現有的網絡技術基礎上，建立在當前最先進的網絡傳輸技術基礎上。典型的相關技術有IPoverATM、IPOverSDH、IPoverWDM等。

　　IPOverATM，融合了IP和ATM技術特點，發揮ATM支持多業務、提供QoS（服務質量保證）的技術優勢。IPOverSDH，直接在SDH上傳送IP業務，對IP業務提供了完善支持，提高了效率。

2寬帶IP支持技術
2.1IPoverATM


　　IPoverATM的基本原理和工作方式為：將IP數據包在ATM層全部封裝為ATM信元，以ATM信元形式在信道中傳輸。當網絡中的交換機接收到一個IP數據包時，它首先根據IP數據包的IP地址通過某種機制進行路由地址處理，按路由轉發。隨后，按已計算的路由在ATM網上建立虛電路（VC）。以后的IP數據包將在此虛電路VC上以直通（Cut－Through）方式傳輸而下再經過路由器，從而有效地解決了IP的路由器的瓶頸問題，并將IP包的轉發速度提高到交換速度。用ATM來支持IP業務有2個必須解決的問題：其一是ATM的通信方式是面向連接的，而IP是不面向連接的，要在一個面向連接的網上承載一個不面向連接的業務，有很多問題需要解決，如呼叫建立時間、連接持續期等等；其二是ATM是以ATM地址尋址的，IP通信是以IP地址來尋址的，在IP網上端到端是以IP尋址的，而傳送IP包的承載網（ATM網）是以ATM地址來尋址的，IP地址和ATM地址之間的映射是一個很大的難題。IPoverATM分層模型與封裝示意如圖1所示。

　　
　　

用ATM來承載IP業務，從目前來看又有相當的前景，因而在這方面提出了許多解決方案，從大類來說，可以分為兩類：一類為迭加模式，另一類為集成模式。


●迭加模式


　　迭加模式指的是IP網的尋址是迭加在ATM尋址的基礎上的，通俗一點說在迭加模式中ATM的尋址方式是不變的，IP地址在邊緣設備中映射成ATM地址，IP包據此傳向另一端邊緣設備。迭加模式的最大特點是在ATM網中不論是用戶網絡信令還是網絡網絡間信令均不變，對ATM網來說IP業務只是它承載的業務之一，ATM的其它功能照樣存在不受影響。迭加模式最典型的有局域網仿真（LANE）、經典的在ATM上傳送IP（CIPoA-classicalIPoverATM）和ATM上的多協議（MPOA-multiprotocoloverATM）等。但該技術對組播業務的支持僅限于邏輯子網內部，子網間的組播需通過傳統路由器，因而對廣播和多發業務效率較低。


●集成模式


　　集成模式指的是IP網設備和ATM網設備已集成在一起了。在集成模式中，ATM網的尋址已不再是獨立的，ATM網中的尋址將要受到IP網設備的干預。在集成模式下，IP網的設備和ATM網設備是集成在一起的，IP網的控制設備一般可稱為IPC，它具有傳統路由器的功能，能完成IP網的路由功能，并具有控制建立ATM虛通路的能力，IPC是一個邏輯功能塊，它可以是一個獨立的物理設備，也可以不是一個獨立的物理設備，而是ATM交換機中的一個功能模塊，但它是必不可少的。ATM交換設備一般仍為普通ATM交換機，但它也有十分重大的改變，最大的變化在信令（UNI和NNI），它們之間的信令已不再是ATMForum或ITU-T的信令，而是一套特別的控制方式。其目的在于能快速建立連接，以滿足無連接IP業務快速切換的要求。集成模型的實現技術主要有：Ipsilon公司提出IP交換（IPSwtich技術、cisco公司提出的標記交換（Tagswtich）技術和IETF推薦的MPLS技術。
迭加模式和集成模式的分類法是按ATM信令來分類的。不能反映網絡的整體性能。從網絡整體的性能角度出發來考慮，ATM可以有兩種方法來支持IPoverATM。


　?。?）ATM作為鏈路。使用ATM的永久性虛通路將地域上分離的路由器連接起來，在這里ATM的永久性虛通路取代了傳統的專線，這種工作方式即為ATM作為鏈路來承載IP業務。在這種工作方式中，ATM只是作為鏈路將若干路由器連起來，它不參與IP網的尋徑功能。因而這種IP網其本質上仍是一個路由器網，它不改變IP網的整體性能只是提高了某些部分的傳輸速率而已。


　?。?）ATM作為網絡。另一種方法是ATM網以網絡形式來支持IPoverATM。在這種場合，ATM參與了IP網的尋徑功能，由于ATM的尋徑及其它指標均要大大優于普通路由器，因而以網絡形式來支持IP網（IPoverATM），可以在網絡性能方面大大提高IP網的性能，不僅提高了傳輸速率也大大縮短了傳輸時延，以網絡形式來支持IP網（IPoverATM）的最合理算法是MPLS。MPLS是一種拓撲驅動的算法，它和無連接的IP傳輸非常適應?；贛PLS算法的ATM上的IP網是一種很好的IP網的組織形式，可構成一個主于物理通信平臺多業務同時應用的一種十分理想的格局，并且能從整體上提高IP的性能。
從以上分析可以看出，IPOverATM具有以下特點：


●優點：


（1）由于ATM技術本身能提供QoS保證，因此可利用此特點提高IP業務的服務質量

（2）具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢復能力，網絡可靠性高。

（3）適應于多業務，具有良好的網絡可擴展能力。

（4）對其它幾種網絡協議如IPX等能提供支持。

●缺點


（1）目前：IPoverATM還不能提供完全的QoS保證。

（2）對IP路由的支持一般，IP數據包分割加入大量頭信息，造成很大的帶寬浪費（20％～30％）。

（3）在復制多路廣播方面缺乏高效率。

（4）由于ATM本身技術復雜，導致管理復雜。

　　盡管IPoverATM，特別是ATM以網絡形式來支持能獲得很好的網絡整體性能。但IPoverATM的技術進展比較慢，特別是MPLS的標準化工作尚需時日，使得ATM仍不能滿足業務高速發展對帶寬的要求，從而導致IPoverSDH技術的出現。

2.2IPOverSDH


　　IPOverSDH以SDH網絡作為IP數據網絡的物理傳輸網絡。它使用鏈路及PPP協議對IP數據包進行封裝，把IP分組根據RFC1662規范簡單地插入到PPP幀中的信息段。然后再由SDH通道層的業務適配器把封裝后的IP數據包映射到SDH的同步凈荷中，然后向下，經過SDH傳輸層和段層，加上相應的開銷，把凈荷裝入一個SDH幀中，最后到達光層，在光纖中傳輸。SDH是基于時分復用的，在網管的配置下完成半永久性連接的網，在IPoverSDH中，SDH只可能有一種工作方式，即SDH只可能以鏈路方式來支持IP網。SDH作為鏈路來支持IP網，由于它不能參與IP網的尋址，它的作用只是將路由器以點到點的方式連接起來，提高點到點之間的傳送速率，它不可能從總體上提高IP網的性能。這種IP網其本質上仍是一個路由器網。IP網整體性能的提高將取決于路由器技術是否有突破性進展。千兆路由器在技術上是有突破的，但是技術的突破帶來了設備復雜度大大的提高，由于這種突破性技術目前并不能廣泛用于普通路由器中，除非全網全部路由器都采用千兆路由器（IPoverSDH），否則就不可能從整體上提高IP網的水平。另外SDH是依靠網管來完成端到端的半永久性連接的配置的，一個大網完全依靠網管來配置是不可想象的。所以千兆比路由器（IPoverSDH）只可能在干線上用，用以疏導高速率數據流。IPoverSDH，也稱PacdketoverSDH（PoS）。它保留了IP面向無連接的特征，其分層模型與封裝示意如圖2所示。


　　
支持IPoverSDH技術的協議、標準和草案主要有：


●PPP協議


　　PPP協議（即IETFFRC1661：ThePoint-to-PointProtocol和RFC2153：PPPvendorExtension是一個簡單的OSI第二層網絡協議。其標頭只有兩個字節，沒有地址信息，只是按點到點順序，面向無連接。PPP協議可將IP數據包切成PPP幀（符合RFC1662：PPPinHDLC-LinkFaming）以滿足映射到SDH／Sonet幀結構（符合RFC1619：PPoverSDH）上的要求。


●簡化的數據鏈路協議（SDL）


　　在IP／PPP／HDLC／SDH中，使用的基于HDLC的幀定界協議存在一些問題，主要表現在：用戶使用HDLC幀時，網管需要對每一個輸入、輸出字節都進行監視。當用戶數據字節的編碼與標志字節相同時，網管需要進行填充、去填充操作。


　　為此，Lucent提出了簡化數據鏈路協議SDL。SDL用戶對同步或異步傳送的可變長的IP數據包進行高速定界，可適用于OC-48／STM-16以上速率的IPoverSDH。SDL的幀格式如圖3所示。

　　


SDL協議主要應用于點到點的IP傳送，可以用于任何類型的數據包（如IPv4、IPv6等）。與HDLC相比，SDL更容易應用于高速鏈路，并且可能提供鏈路層的QoS。


　　從以上分析可以看出，IPoverSDH具有以下特點：


●優點：


（1）對IP路由的支持能力強，具有很高的IP傳輸效率。

（2）符合Internet業務的特點，如有利于實施多路廣播方式。

（3）能利用SDH技術本身的環路，故可利用自愈合（Self-healingRing）能力達到鏈路糾錯；同時又利用OSPF協議防止備和鏈路故障造成的網絡停頓，提高網絡的穩定性。

（4）省略了不必要的ATM層，簡化了網絡結構，降低了運行費用。



●缺點：


（1）僅對IP業務提供好的支持，不適于多業務平臺。

（2）不能像IPoverATM技術那樣提供較好的服務質量保障（QoS）。

（3）對IPX等其它主要網絡技術支持有限。

IPoverSDH的應用方案



　　隨著千兆位高速路由器的商用化，IPoverSDH的發展勢頭很強。例如美國Sprint公司和GTE公司已決定采用Cisco的GSR12000高速路由器作為節點建立IP骨干網。世界最大的ISDN業務供應商UUNet也宣布將在骨干網上采用IPoverSDH。采用這種技術的關鍵是千兆位高速路由器，這方面近來已有重要突破性進展。


　　美國Cisco公司于1997年9月推出的12000系列千兆位交換路由器（GSR），可以在千兆位速率上實現因特網業務選路，還具有60Gb/s的多帶寬交換能力，提供靈活的擁塞管理、組播和QoS功能，其骨干網速率可以高達2.5Gb/s。


AT&T和KDD已開始提供一條橫跨太平洋的海底光纜專用線路連接舊金山和東京，開展IPoverSDH業務；橫跨大西洋的海底光纜連接紐約和斯德哥爾摩，從1996年9月開始，也開展了IPoverSDH業務。目前，全世界很多電信公司和大眾業，也在建設IPoverSDH網絡。圖4為IPoverSDH的應用方案示意圖。

　　

　　在圖4中，SDH光纖環由光纖雙向環組成；路由器可有各種不同的等級，分別連接各自的IP子網。在圖4中，如路由器1與路由器2通信，接入線路速率為E1，欲實現IPoverSDH，則在STM-1中繼線及STM-16光纖環路中分別分出一條E1速率的支持（信號），由SDH網管系統設置，這條支路類似于ATM網中設置的永久虛電路（圖4中以虛線表示）固定連接于路由器1與路由器2之間。

2.3IPoverATM與IPoverSDH比較
　　協議開銷與帶寬效率：IPoverATM開銷在20%以上。相比IPoverSDH一般只有5%左右。但SDH鏈路帶寬是獨占不能共享，相反，IPoverATM可通過ATM的VP/VC連接共享網絡帶寬。


　　QoS：服務質量與延時，抖動，帶寬有關。ATM具有業務分類，排隊機制，帶寬管理和擁塞控制等，在這方面有獨特的優勢。而IP本身在這方面雖有QoS等方案，但其在廣域網中并不能真正保證QoS。
尋址和路由：ATM網絡具有完整的尋址和路由連接功能。IPoverSDH中PPP本身無尋址和路由能力，網間必須配置點到點鏈路及冗余鏈路。


　　容錯性能：ATM提供了從故障鏈路和交換機恢復的能力。SDH具有光纖被切斷時的保護切換能力。而ATM運行在SDH上時，也可享有這種能力。


　　　　　　　　　　　表1IPoverSDH和IPoverATM傳輸效率分析
　　




3總結


　　通過以上的分析比較，我們可以發現，在高性能、寬帶的IP業務方面，IPoverSDH技術由于去掉了ATM設備，投資少、見效快而且線路利用率高。因而就目前而言，發展高性能IP業務，IPoverSDH是較好選擇。而IPoverATM技術則充分利用已經存在的ATM網絡和技術，發揮ATM網絡的技術優勢，適合于提供高性能的綜合通信服務，因為它能夠避免不必要的重復投資，提供Voice、Video、Data多項業務，是傳統電信服務商的較好選擇.

原文轉自：http://www.kjueaiud.com