ATM網絡支持IP業務的技術與方案

ATM網絡支持IP業務的技術與方案
來源：電信傳輸研究所趙慧玲吳江
2001-12-12

　　----已采用ATM技術的
。

運營商，面對IP業務的飛速發展


，都在尋求ATM支持IP的最佳方案

　　----目前普遍的共識是
網上引入，它采用集成模式
、QoS性能、流量控制性能

選用MPLS作為公用骨干網的解決
，將IP技術與ATM技術良好地結
與IP的靈活性、可擴充性，是一

方案。MPLS首先將在公用ATM骨干
合在一起，兼具了ATM的高速性能
種較為理想的骨干IP網技術。

　　----國際電信標準組織
議對公用ATM網傳送IP的MPL
要求、網絡體系結構、協議
案做了明確的說明。本文對

ITU-T已將IP標準的研究放在首
S技術方案提出了建議草案I.ipa
體系結構、業務映射的要求等，
該建議草案的主要內容做一概括

位，今年9月，SG13的IP專家組會
tm。該草案全面提出了網絡的總體
并對公用ATM網采用MPLS的解決方
介紹。

　　----已采用ATM技術的
。

運營商，面對IP業務的飛速發展


，都在尋求ATM支持IP的最佳方案




　　----目前普遍的共識是
網上引入，它采用集成模式
、QoS性能、流量控制性能

選用MPLS作為公用骨干網的解決
，將IP技術與ATM技術良好地結
與IP的靈活性、可擴充性，是一

方案。MPLS首先將在公用ATM骨干
合在一起，兼具了ATM的高速性能
種較為理想的骨干IP網技術。



　　----國際電信標準組織
議對公用ATM網傳送IP的MPL
要求、網絡體系結構、協議
案做了明確的說明。本文對

ITU-T已將IP標準的研究放在首
S技術方案提出了建議草案I.ipa
體系結構、業務映射的要求等，
該建議草案的主要內容做一概括

位，今年9月，SG13的IP專家組會
tm。該草案全面提出了網絡的總體
并對公用ATM網采用MPLS的解決方
介紹。



　　網絡體系結構


　　----ATM傳送IP技術有一些總體要求
本；必須具備支持大型網絡的足夠的可擴
充性的IP組播能力；必須具有足夠的魯棒
都是適用的。

，包括網絡的技術方案必須獨立于所支持的IP協議版
展性；必須包含在ATM網絡上支持高效而且具有可擴
性以支持大型網絡。這些要求對于所有確定的IP業務




　　----在ATM上支持IP層業務的框架體
議體系結構的結合。

系結構被定義為支持IP業務所需的網絡體系結構與協




　　----IPOA的參考網絡結
框顯示的是公共網。虛線框
網絡與邊緣路由器。虛線框
特定的IP業務的情況。從公
的是，在本文中所涉及的公

構如圖1所示，該配置顯示了支
中的方框顯示的是公共網中的一
外是一些不同的網絡，它們顯示
共網的角度來看，這些網絡都可
共網僅限于具有ATM核心的公共

持IP業務的各種可能的情況。虛線
般配置，它們包括ATM核心，IPOA
了公共網向各種特定網絡提供各種
以認為是用戶網絡。這里需要說明
網。




　　----在圖1中，有兩種參考點。第1類
則是公共網與IPOA網絡的接口。參考點1
的定義。邊緣路由器可能需要互通功能與
中使用的技術。

參考點是公共網與用戶網絡的邊界。而第2類參考點
的配置可以依賴于用戶網絡的設施以及所提供IP業務
/或適配功能。本文的重點是第2類參考點以及公共網




　　----圖2顯示了公共ATM
，IP業務是利用ATM的交換
能與IP業務功能之間的接口
功能，IPSF的一個典型例子
ATM接口的路由器。

網絡與專用ATM網上IP業務的參
功能與IP的業務功能(IPSF)來實
應該定義在P或者是M參考點上。
就是地址解析業務。作為一種終


考配置。在專用與公共IPOA網絡中
現的。在這種情況下，ATM交換功
IP業務功能指的是實現IPOA所需的
端系統，IPSF實際上就是一臺具有





　　----IPSF功能與ATM交
參考點P上的接口了。IPSF
下，對與M或P點上接口的定

換功能可以在同一設備上實現，
功能與ATM交換功能也可以分別
義依賴于IPSF是在核心ATM網絡

在這種情況下我們就沒有必要定義
在不同的設備上實現，在這種情況
里面還是外面。



　　----ATM網絡之外的ISP
都有一套完整的IPOA協議棧
用公共UNI。

與終端系統(ES)可以接入專用或
，若與專用IPOA相連，則使用專


者是公共ATM網絡。每一終端系統
用UNI；若與公共IPOA相連，則使




　　----該網絡的主要特點是網絡與業務
通功能（IWF），IP協議控制信息(PCI)與
IP網絡。典型的情況是，IWF僅僅使用一
IWF。

互通。在網絡互通環境中，借助于兩個網絡之間的互
載荷數據可以通過ATM網絡被透明地傳輸到另外一個
種適配功能對IP分組進行封裝并將其透明地傳到遠端




　　----對于現有的IP與ATM網絡的互通
是核心網絡來傳輸IP協議。在這種情況下
層傳輸。

，典型的情況是網絡互通，亦即用ATM提供骨干或者
，ATM網絡可以看作是第三層（或更高層）協議的下




　　協議體系結構


　　----圖3描述了公共網
管理、平面（或系統）管理
能塊。

在ATM上傳送IP的協議參考模型
與控制平面的概念都得到了擴展


。要注意的一點是：下層的關于層
，以便包含第三層以及更上層的功




　　----功能模塊之間的接
是外部的、標準化的協議接

口可以是內部的、子層或平面之
口。

間的非標準化的通信接口，也可以




　　----通用模型中的每一層次都有對應
理與協議控制信息（PCI）的處理；層間
面管理中的協作功能（CoF）模塊來執行

的層管理功能模塊。層管理功能模塊只負責對該層管
的通信只能通過平面管理功能進行，這一功能使用平
。



　　----IPOA的各種網絡應
是實現各種特定的網絡（或
與順序，以便保證一致的可

用中不需要都包含所有的功能模
NE）應用的基本“構件”。網絡
操作性。

塊。這樣，上述功能模塊可以看作
必須保持不同模塊之間的基本關系





　　----下面對IPOA協議參考模型的功能進行描述。


　　----IP-SSCS/AAL5功能


　　----IP-SSCS/AAL5功能
供了RFC1483中IETF采納的
的封裝與多協議復用功能。

模塊集成了將IP負載映射到AAL5
、基于IEEE802.2的鏈路層控制/


上所需的各種傳輸功能，該模塊提
子網附加點(LLC/SNAP)協議中定義




　　----IP層功能


　　----IP層的功能提供了通過一個互通
力。IP轉發指的是接收到一個分組、使用
。

的系統實現源到目的地的IP轉發(IP數據報傳送)的能
一種開銷很低的判決程序決定如何處理該分組的過程




　　----IPOA協議的結構必
IPv6(IP版本6)。IP層的功
義相同。

須獨立于IP的版本。目前，IP有
能應與IETF在RFC791與RFC2460


兩個版本，IPv4(IP版本4)與
（分別對應于IPv4與IPv6）中的定




　　----IP層的功能并不能提供一種可靠
每一跳之間都沒有確認的過程。

的通信設施。在數據傳輸過程中，無論是端到端還是




　　----IP層管理功能


　　----IP層管理功能有兩
數據包發送到目的地。對于
IP層功能還將利用IP頭標中

種基本功能：尋址與分段。IP層
傳輸路徑的選擇使用的是信令與
的特定域來對IP數據包進行分段

功能使用IP頭標中攜帶的地址將IP
路由功能模塊。如果有必要的話，
與重裝。



　　----IPv4主要使用4種
IPv6是Inte.net協議的新版
簡化，對于擴展與可選功能

機制來提供它的業務：服務類型
本，它的變化主要有下面四個方
支持的提高，流標記能力與認證

、生存期、選項與頭標校驗和。
面：擴展的尋址能力，頭標格式的
(保密能力)。



　　----IP層管理功能并不對數據提供差
有重傳與流控機制。

錯控制，除了在頭標中有一個校驗和之外，協議中沒




　　----傳輸層功能


　　----傳輸層包括面向連接型的TCP功能與無連接型UDP功能。


　　----TCP功能為進程之
TCP功能包括下列設施：基

間提供可靠的連接。TCP功能與I
本的數據傳輸、可靠性、流控、

ETF在RFC793中的定義是一致的，
復用、連接、優先級與安全。



　　----UDP功能提供的是數據報傳輸。U
向事務的，傳輸與重復保護沒有保障。在

DP功能與IETF在RFC768中的定義是一致的，UDP是面
ATM上使用傳輸層功能不應改變傳輸層本身的功能。



　　----網絡管理功能模塊


　　----網絡管理功能依賴于特定的IPOA
些TMN功能，如故障管理、性能管理、配

網絡應用。通常地，它們包括與下面的管理有關的一
置管理、安全管理等。



　　----信令與路由控制功能


　　----這一功能包括了IP
在內的各種IP控制，ATM控

與ATM控制中的信令與路由功能
制包括了ATM信令與選路。

模塊。IP控制與信令包括了含選路




　　IP業務映射


　　----IP業務是通過用戶
的一種數據傳輸業務。在這
之間實際或隱含的契約是提
到目的地（一個IP地址或另
提出會話請求時指定的傳送
以采用指定IP包攜帶的數據
音，則可以直接映射一組特
話音呼叫，它實際上是期望
TDM設施上承載數據，此種

與提供者之間的接口以IP(因特
種情況下，要求提供者不必知道
供者對凈荷內容不加更改(控制
一個運營者/用戶接口）。該契
質量參數(如BER、端到端延遲、
屬性的速記方式指定這些參數。
定的傳送質量參數。但是應當注
提供者將用戶數據作為話音數據
情形是話音業務而不是IP業務。

網協議)包(數據包)形式傳送數據
IP包內的數據屬性。用戶與提供者
域可以改變或不變)地將IP包傳送
約可以隱含一組由用戶在向提供者
序列正確與否等)。具體實現時可
例如，如果用戶指定這些包攜帶話
意，這種情況不同于用戶請求一次
處理。又例如，進行變換編碼或在




　　----IPIntserv技術


　　----Intserv是根據每個IP流QoS等級
和流的接納控制支持IP的QoS分類。

的精確描述，由具有RSVP功能的路由器中的RSVP協議




　　----在Intserv流中，定義了兩類業
負載業務（ControlledLoadService，CLS
路由上的任何時延都會影響最大排隊時延
輕載情況下的流質量相當，實際上CLS要
牌漏斗協議來定義流的特性，超出的業務

務——保證業務（GuaranteedService，GS）和受控
）。對于GS業務，流的最大排隊時延是受到控制的，
。而CLS沒有固定的時延保證，但業務流要與在網絡
求有長期的帶寬保證?？傊?，這兩種業務都要求用令
流被當作“盡力而為”型業務量處理。



　　----IPDiffserv技術


　　----IETF的diffserv模
diffservPHB由路由上的每
要的PHB：

型是基于每跳行為（PerHopBaha
個本地路由器所具有的前轉行為


viors，PHB）的概念，
來定義。目前，IETF已定義兩種主




　　加速前轉PHB（ExpeditedForwardingPHB，EF-PHB）
　　----EF-PHB的特征是帶
以用來在Diffserv域中建立

寬具有可配置性并在同一鏈路上
要求具有低丟失率、低時延與低

不受其他業務量的影響。EF-PHB可
時延抖動的端到端業務。

　　可確定的前轉PHB組（A

ssuredForwardingPHBGroup，AF

-PHB組）

　　----AF-PHB組的特征是
Diffserv節點上的緩存與帶
優先級。當發生擁塞時，分
AF等級的相對性能之間沒有
信息速率。

有4個AF等級，每個等級分配有
寬等）。在每一個AF等級中，各
組的丟棄優先級將決定在某一AF
標準的關系，AF-PHB組可以實現


一定量的轉發資源（比如在一個
個IP分組被標記上三種可能的丟棄
等級中各分組的相對重要性。4個
以較高的可能性保證業務所要求的


　　----支持QoS敏感(aware)型IP業務的網絡模型


　　----在IETF給出的框架
Diffserv區域一起提供的,
還會考慮到其他一些可能性

中，端到端的QoS是由網絡邊緣
這一方式常被稱為“核心邊緣”
，而且鏈路層媒體在這里總是假

的Intserv區域與網絡核心的
方式。當然這里提出的網絡模型，
定為ATM。



　　----支持QoS敏感型IP業務可能的網絡模型如圖4、圖5和圖6所示。


　　----情況1：ATM網絡上的Intserv


　　----在這一模型中，兩個Intserv終
心網絡中的IPOA設備可以同時提供Intser
絡只需要激活IPOA設備上的Intserv功能
intserv業務的要求。

端（stub）網絡之間的通信由IPOA核心網絡支持。核
v與Diffserv能力。要支持端到端的集成型業務，網
。兩個業務級協議(SLA1與SLA2)都要求能夠滿足





　　----情況2：ATM網絡上的Diffserv


　　----在這一模型中，兩
心網絡中的IPOA設備可以同
絡只需要激活IPOA設備上的
diffserv業務的要求。

個Diffserv終端（stub）網絡之
時提供Intserv與Diffserv能力
Diffserv功能。兩個業務級協議


間的通信由IPOA核心網絡支持。核
。要支持端到端的區別型業務，網
(SLA1與SLA2)都要求能夠滿足





　　----情況3：通過ATM網絡上的Diffserv區域支持Intserv業務。


　　----在這一模型中，兩
心網絡中，有一些區域只支
力。在這種情況下，Intser
。

個Intserv終端（stub）網絡之
持Diffserv，而其他的區域則可
v將通過Diffserv區域透明地傳


間的通信由IPOA核心網絡支持。核
以同時提供Intserv與Diffserv能
輸，而且網絡將有兩種業務級協議





　　----業務映射功能清單


　　----業務映射功能不依賴于周圍的網
與ATMQoS的方式。

絡結構，它只依賴于需要進行映射的界面兩側支持IP




　　----圖7顯示了我們考
合。

慮的在網絡結構中所必需的IP業


務到ATM業務映射的各種可能的組





　　----ATM支持IP將只解決映射6和映射
并不需要有第5與第10種映射功能，這是
信息的（比如，RSVP消息或者是IP分組中
當本地的ATM業務量必須經由一個純IP網
有第5與第10種映射功能。

12業務，在這種情況下，在ATM部分的網絡出口上，
因為在目的IP網絡中，對于QoS的支持是完全基于IP
的DS域），而這些信息是由ATM網絡透明地傳輸的。
絡傳輸或者目的地就是一個純IP網絡時，將可能需要




　　----第3與第4種映射功
于/終止于擴展ATM參數與Qo

能只屬于IP區域，對它們的研究
S等級的所有映射都屬于ATM論壇

是IETF工作的一部分。同時，起始
的工作(在ATM專網中支持)。



　　----將IP集成型業務映射到ATM業務


　　----當兩個有Intserv
CLS[RFC2211]要求的IP流時
有兩種方式：一對一映射和

能力的路由器的ATM連接必須支
，就會產生將IP集成型業務映射
多對一映射。

持有GS[RFC2212]或者
到ATM業務的問題。這一映射主要




　　----將保障型業務(GS)映射到ATM無
足下列要求：選擇的ATC必須能夠支持時

需對ATM作任何擴展。然而，選擇的映射方案必須滿
延要求；選擇的ATC必須能夠為流保留一定的帶寬。



　　----將負載控制型(CLS
須能夠為流保留一定的帶寬

)業務映射到ATM同樣無需對ATM
。

作任何擴展，但選擇的映射方案必




　　----將IP區別型業務映射到ATM業務


　　----在Diffserv域中，PHB可以作為
到端IP與QoS無關的業務。這樣，Diffser
別地，IP業務可以定義為符合業務量調整
QoS等級[I.356]的ATM傳輸能力[I.371]。

一個定義IP業務的重要要素。然而，PHB本身適于端
v與ATM之間的映射基礎應當是IP業務與ATM業務。特
規范的一組PHB實現，ATM業務可以定義為一組具有




　　----為了給用戶提供業務，Diffserv
供策略相結合。但ATM還沒有解決PHB的問
業務映射可以看作是一種特定的區別型業
義，Diffserv到ATM的映射可以通過兩個

的服務提供商必須將PHB實現與業務量調整及業務提
題，PHB與ATM傳輸能力之間的映射并不適宜。所以，
務到一種ATM業務的映射?；谒紤]的IP業務的定
服務提供商之間的協商得以明確實現。



　　MPLS方案優勢
　　----我們建議采用MPLS
前所確定的所有IP業務，而

作為公共網中在ATM上支持IP的
且還有下述原因。

最佳技術，這不僅因為MPLS支持目




　　----適應于較大規模的網絡


　　----眾所周知，MPOA非常適用于小規
MPLS正是為滿足大規模網絡的各種要求（

模的網絡，應用于較大規模的網絡就要受到限制。而
如靈活性、可擴充性與可管理性等要求）而設計的。



　　----適應于多種承載網絡


　　----大規模的網絡可以使用包括ATM
選取一種對于IPOA是最優，而且對于其他
一范圍的唯一技術。

在內的多種承載技術。從一個較寬的范圍來講，應該
的鏈路層技術也是最優的技術。MPLS正是能夠覆蓋這




　　----路由控制的靈活性


　　----從選路的角度來講，MPLS技術可
方式的可能性。具體使用哪種方式取決于

以使我們獲得同時選擇使用固定路由或者是動態路由
網絡操作者的選擇。



　　----能同時支持MPLS和ATM控制協議


　　----較理想的情況是有一種獨立于鏈
用ATM控制，這種情況稱為“shipsinthen

路層協議的控制技術。同時，同一交換機上也可以使
ight"方式。



　　----IP業務的業務量工程


　　----目前，ATM擁有最完整的業務量
選路、資源管理等，而且引入了顯式路由
。

工程能力。MPLS借用了一些ATM技術的能力，如QoS、
的概念，它有助于將業務量要求映射到網絡拓撲之上




　　----利用現有投資


　　----考慮到現有的ATM
交換技術。在當前的承載網
MPLS被認為是CIPOA的演進

與其他技術的投資，在各種鏈路
絡中，ATM硬件能夠對IP業務量
方向。

層技術上傳輸IP要求有一種同一的
的傳輸使用一種固定方式，而且




　　----支持VPN業務


　　----MPLS的主要優點是
特點使得MPLS尤其適用于動
。

能夠以無連接方式或者是顯式路
態隧道技術，而動態隧道技術是


由方式提供面向連接的業務。這種
目前支持VPN業務的有效傳送手段




　　----QoS保證


　　----IPDiffserv與MPLS具有明顯的默
標記的擴展語義可以攜帶Diffserv信息，
留機制，網絡將可以保證QoS機制在特定M

契，因為它們的設計都滿足業務提供商的需求。由于
借助于標記、端到端的標記交換路徑及一定的資源預
PLS域中的一致性。

原文轉自：http://www.kjueaiud.com