ATM網絡和Internet融合技術簡介

在數據信息爆炸式增長的同時，作為信息傳輸媒介的計算機網絡發展也可謂一日千里。以計算機為主開發的因特網（Internet），采用的是路由技術（IP技術）。而傳統的以電信為主開發的寬帶綜合業務數字網（B-ISDN），其核心是ATM交換技術。IP的崛起向ATM提出了挑戰。

IP是因特網網絡層協議的技術基礎，采用無連接、端到端的TCP／IP協議。它結構簡單，容易實現異型網絡互連；具有統一的尋址體系，網絡擴展性強；幾乎可以運行在任何一種數據鏈路高層，適用范圍極其廣泛。IP協議在數據業務規程中占據統治地位，成為各種業務的核心。而IP的尋址方式解析協議（ARP）和選路方式可能導致網絡內的廣播風暴，產生路由器處理能力的瓶頸效應。所以，面向無連接的特性使IP無法適應一些新業務質量（QoS）要求。

ATM是一種信息復用和交換技術。它將信息劃分成定長單位（信元）進行發送，具有帶寬（622Mbit／s）高、速度快、容量大和伸縮性強等特點，可為不同等級的業務提供相應的QoS。即能夠為不同的傳輸提供不同類型的服務。ATM是面向連接的，能承載任何信息流，包括數據、語音和圖像等。ATM將這些信息分成很小的分組，稱為信元（cell），然后通過預先建立好的通路進行傳輸。但由于ATM采用的是信令協議，所以與其他網絡的互通互聯能力差。

如上所述，IP和ATM有本質的不同。IP是面向非連接的，有相應的地址和選路功能，在進行任何數據傳輸之前，必須在兩個通信實體之間建立一條端到端的連接；ATM是面向連接的，有自己的地址結構、選路方式和信令，它不需要在每個中間節點（交換機）為分組（信元）確定路由，在進行任何數據交換之前，兩個通信實體之間的網絡通路已經計算好，并且在整個連接期間保持不變。雖然ATM與IP無關聯，兩者之間存在許多不同的技術和協議（如表1所示），但IP與ATM并不存在對抗，IP在技術上需要ATM，而ATM在商業應用方面又需要IP。由此產生了各種IP與ATM的融合技術。

表1ATM與IP性能對比

從IP協議與ATM協議的關系劃分，IP與ATM相融合的技術存在兩種模型：第一種模型稱為重疊模型。它將IP當成一個網絡與ATM網絡互聯，不更改ATM網絡的協議模塊，而將IP協議的功能層疊加在ATM上。也就是說，在重疊模型中，IP協議是重疊在ATM上運行的，它需要定義兩套地址結構及選路協議，同時需要兩套維護和管理功能，ATM系統既要分配IP地址，也要分配ATM地址，所有在ATM網絡上工作的協議均需解析協議，將高層地址（IP地址）與相應的ATM地址聯系起來。第二種模型稱為集成模型。它將ATM單元實體與ATM網絡地址分配策略和路由選擇協議分高，ATM網絡實體采用與IP協議完全相同的協議體系和地址分配策略，ATM系統僅需標識IP地址，網絡不再需要ATM的地址解析規程。

IP與ATM的結合有多種技術，適用的范圍也不相同，但都是利用ATM硬件交換來提高IP選路性能和減少網絡的傳輸時延，以及利用IP簡單、實用和與其他網絡互通互聯能力好的這一特點。選路和交換融為一體，可以做到各取所長，優勢互補，達到靈活、高效之目的。

采用ATM網絡傳送IP具有以下的優點：

（1）可伸縮性。復雜路由在網絡邊緣實現，交換式虛電路（SVC）則由網絡核心實現，這樣

就沒有了成為瓶頸的核心路由，路由操作分布至整個網絡，實現多業務客戶操作。

（2）業務質量保證。能夠為大量的連接進行管理和監察QoS屬性，從而支持服務水平協議（SLA）。

（3）高效率的信息傳送。交換路由使IP信息能以直接路由傳往目的地。

（4）富有效率的空間帶寬使用。ATM交換結構整合了通過空間實現的IP協議，從而提供高效率的帶寬應用。

（5）網絡資源的超額預訂。ATM信息整形器可以消除IP信息的突發數據，這不但實現了網絡資源的最大利用。而且還能支持服務水平協議，使分組損失降到最低。

（6）減少了對網絡操作員的干預。交換式虛電路的使用減少了設定連接的管理和連接的維護工作。

IP與ATM相結合的技術—MPLS (多協議標記交換)

雖然，ATM 面臨IP的諸多挑戰，但目前ATM仍然是城域網的主要選擇，原因主要是在可擴展性、可維護性、QoS、容錯性、流量控制等方面，ATM優勢很多，近來普遍看好的解決方案是使ATM與IP相結合技術而應用于廣域網，使用ATM技術來承載IP，這種方法可以綜合利用二者的長處。

IP與ATM技術相結合的難點在于二者不同的連接技術、尋址方式和相應的選路功能、選路規程和地址結構等。目前，IP與ATM相結合的技術有：ATM Forum定義的LANE、IETF定義的CIPOA、ATM Forum定義的MPOA，尤其是IETF考慮制定的多協議標記交換(Multi-Protocol Label Switching，MPLS)，它提出了一種將第三層數據流(如IP)映射到第二層(如ATM和幀中繼這樣的交換式網絡)的方法。

從IP協議與ATM協議的關系劃分看， MPLS屬于集成模型的類別，它基于標記交換機制，在ATM層上直接承載IP業務，與重疊模型相比，提高了業務的性能和網絡的效率。當ATM網絡設備引入MPLS功能后，將同時支持IP業務和其他ATM業務。

MPLS的前身可追溯以前名為IP Switching的技術，其基本想法是將路由和數據轉發功能分開，從而達到加快IP傳送速度的目的。在MPLS模型中，每一個路由器也是一個交換機，即交換式路由器。已分配直通路由的數據包除了通常的第三層IP數據包包頭外，還將增加 一個固定長度的包含特定路由信息的標記，并使路由器為不同的業務流預先分配好不同的路徑，即不同的標記以保證這些業務的服務質量。由于標記(實際上就是一個整數)就意味著路徑，所以，路由器轉發數據包時也無需做傳統意義上的路由判斷(如查找路由表)，從而提高了IP的轉發速度。

MPLS還有助于解決廣域網中虛連接數量隨節點數的增加而呈爆炸性增長的問題，MPLS與ATM的結合對廣域網可能會產生重大影響，特別是對現存的ATM廣域網來說尤其如此。使用這些標記通過使用固定長度的查找表(傳統的路由器使用的是最長前綴匹配)，可以使數據包快速轉發。MPLS還將定義標記分配協議(TDP)，它與第三層路由協議緊密融合，共同來建立合適的直通路由。另外， MPLS可以讓直通路由基于多種準則來建立，如目的IP地址、服務級別、服務策略等，這樣可以允許很靈活的網絡規劃和設計。

MPLS還將成為實施流量工程的主要方法，此外，還將為自愈恢復和網絡管理提供有力的支持。IP網管理上采用OSPF協議的結果是都選擇最短路徑，這可能會在一些熱門節點上出現擁塞，如何監視流量，防止和化解擁塞？早期的因特網骨干網是用人工修改SDH通道的路由，改變路由矩陣來控制流量。在ATM被用于因特網骨干網上時，用虛電路來連接路由器。虛電路上的流量是可以監視的，改變虛電路也很方便，控制流量能力大大提高。 MPLS可以在ATM交換機中根據標記，為一個IP實時業務數據流建立虛電路，保證QoS。當吉位路由交換機取代ATM用于因特網骨干網時，控制流量的流量工程被再次提出來。其解決辦法是采用MPLS在IP網上為某一路由路徑建立標記交換路徑，借助標記號可以將這一路徑變為顯式的，從而監視其流量，同時也可以方便地改變路由，重新設置路徑。