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試析寬帶IP網技術的分類與發展

2019-11-03 09:05:42
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來源:轉載
供稿:網友
羅智楷


  摘 要 網絡信息量的爆炸性增長和ip技術的廣泛應用促進了寬帶IP網的出現和發展。本文討論了IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM 三種主流寬帶IP網技術的性能,網絡結構和發展。

  關鍵詞 IP網 IP over ATM IP over SDH IP over WDM

  1 前言

  Internet的飛速發展和廣泛應用,促使IP技術獲得了以往通信和信息技術從未有過的高速發展。目前,IP技術無論是網絡結構、傳輸能力還是增值業務上都較從前有了巨大的變化。

  2 IP網絡結構的發展

  IP/IP技術是20世紀70年代作為網間互聯協議提出來的,在幾乎20年的時間里,IP技術除了在美國局域網互聯中使用外,一直默默無聞,ITU-T也一直沒有接納這個標準。直到90年代初Web業務的出現才從根本上改變了這種狀況,IP網獲得了飛速發展,從而IP技術也獲得了飛速發展,目前,TCP/IP技術已經是廣泛接受的通信協議。

  客戶—服務器的應用方式在迅速擴展,從辦公室、校園擴展到城市,進而擴展到全國和全球。這種快速擴展使過去網絡業務量80%是本地,20%是廣域的情況發生了根本性的變化,現在這一比例已變為50%和50%,將來這個比例將會是20%和80%,這意味著對IP網的壓力越來越大。同時隨著IP網上業務的多樣化,特別是多媒體業務的應用,對IP網又提出了一系列新的技術要求,從而促使IP網絡結構發生了巨大的變化和發展。

  3 寬帶IP 網技術簡介

  新一代寬帶IP網主流技術主要有IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM等。其中IP over ATM融合了IP和ATM的技術特點,發揮了ATM支持多業務,提供QoS的技術優勢;IP over SDH直接在SDH上傳送IP業務,對IP業務提供了完善的支持,提高了傳輸效率;而IP over WDM采用高速路由交換機和DWDM技術,極大地提高了網絡帶寬,對不同速率、不同數據幀格式的業務提供全面的支持。

  4 IP over ATM

  IP網傳統上是由路由器和數據專線組成的,用專線將地域上分離的路由器連接起來就構成了我們曾經長期使用的IP網,但低速的數據專線(2~4.5Mbit/s)和為普通業務而設計的路由器,顯然在性能上有很多方面無法滿足IP網的迅猛發展和業務要求,因此,IP網絡技術發展的首選就是IP over ATM。

  基本原理和工作方式:

  把IP數據包在ATM交換機的ATM層全部封裝成ATM信元,然后以ATM信元在信道中傳輸。即當網絡中的交換機收到一個IP數據包后,它首先按照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。然后再按照已計算的路由在ATM網中建立虛電路VC,最終所有以后接收到的IP數據包將在已建立的虛電路VC上以直通方式傳輸到網絡邊緣的路由器上,從而有效解決了路由器的瓶頸問題,并把IP數據包的轉發速度提高到交換速度。

  用ATM技術來承載IP業務,可以分為兩大類:迭加模式和集成模式。

  迭加模式:即IP網的尋址是迭加在ATM網的尋址基礎上的,也就是說在該模式中ATM的尋址方式是不變的,IP地址在網絡邊緣設備中被映射成ATM地址,然后IP數據包再據此被傳輸到網絡另一端的邊緣設備。該模式最大的特點就是IP業務只是ATM網承載的眾多業務之一,比較典型的有局域網仿真(LANE),經典的IP over ATM(CIPOA,Classical IP over ATM),ATM上的多協議(MPOA,MultiPRotocol over ATM)。

  集成模式:即是ATM網設備和IP網設備集成在同一設備中,此時ATM網的尋址已不再是獨立的,其將要受到IP網設備的干預,ATM層可看成IP層的對等層,ATM端點設備也只需使用IP地址標識,不需地址解析協議,從而使得該模式下IP數據包的傳輸效率較高。比較典型的有IP交換(IP Swich)技術,標記交換(Tag Swich)技術和MPLS技術。

  上述分類是按照ATM信令來分類的,如果從網絡整體的性能角度來看,ATM有兩種方法來支持IP over ATM。

 ?。?)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的工作方式,此時ATM只是作為鏈路將若干路由器連接起來,并沒參與IP網的尋址功能,因而其本質上仍然是一個路由器網,并沒改變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。即ATM網以網絡的形式來支持IP over ATM,此時ATM參與了IP網的尋址功能,同時由于ATM的尋址功能及其他性能要遠遠優于普通路由器,因而在網絡性能方面大大提高了IP網的性能,提高了傳輸速率,縮短了傳輸時延,例如MPLS即是如此。

  從以上分析可以看出,IP over ATM具有如下所述的優缺點。

  優點:

   (1)可利用ATM技術提供的QoS保證來提高IP業務的服務質量;

 ?。?)具有良好的流量控制均衡能力及故障恢復能力,網絡可靠性高;

  (3)可利用ATM技術提供的多業務支持能力支持IP網的可擴展能力;

  (4)對其他多種協議如IPX等都能支持。

  缺點:

  (1)IP優先級(COS)分類還不能映射到ATM的QoS質量保證;

 ?。?)對IP路由支持一般,且由于IP數據包封裝時加入大量頭信息,造成帶寬浪費;

  (3)在復制多路廣播方面效率不高;

  (4)由于ATM本身技術復雜,導致管理困難。

  5 IP over SDH

  IP over SDH,也稱Packet over SDH(PoS),它是以SDH網絡作為IP數據網的物理傳輸網絡,即使用鏈路及PPP把IP數據包封裝在PPP幀中,然后再由SDH通道適配層把封裝后的IP數據包映射到SDH的凈荷中,然后再向下,經過SDH傳輸層,加上相應開銷,封裝入SDH幀中,最后才在光纖中傳輸,因此,它保留了IP面向無連接的特征。

  SDH網是基于時分復用,在網管配置下完成半永久性連接的傳輸網絡,因此,在IP over SDH工作方式中,SDH只可能以鏈路方式來支持IP網。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對點的方式連接起來,提高點對點的傳輸速率,不可能從整體上提高IP網的性能,所以,這種工作方式下的IP網其本質仍然是一個路由器網。此時,網絡整體性能的提高將取決于路由器技術的突破性發展(如吉比特路由器),但同時卻又帶來了設備的復雜性。所以,IP over SDH的優缺點可總結如下。

  優點:

 ?。?)對IP路由的支持能力較強,具有較高的IP數據包傳輸效率;

  (2)符合Internet業務的要求(如多路廣播的方式);

   (3)能利用SDH技術的環路和自愈合能力達到鏈路糾錯和提高網絡的穩定性;

   (4)省略ATM層,從而簡化了網絡結構。

  缺點:

   (1)僅能對IP業務提供較好的業務支持,不適合于多業務平臺;

   (2)不能像IP over ATM那樣提供較好的QoS服務質量保證;

  (3)對IPX等其他主要網絡協議技術支持有限。

  6 IP over WDM

  IP over WDM(波分復用),也稱作光因特網,是目前最新的技術。

  在發送/接收端,將不同波長的光信號復用送入同一根光纖中傳輸/將在同一根光纖中傳輸的光信號按不同波長解復用至不同的終端,即將IP數據包直接放在光纖上傳輸。它是一種鏈路層數據網,此時,高性能的路由器通過光ADM或WDM耦合器直接連至WDM光纖上,由它來控制波長完成接入、交換、選路和保護。IP over WDM的幀結構有兩種:SDH幀結構和吉比特以太網幀結構,現在可以系統實地運行的還是SDH幀結構,因此,基于這種工作方式的IP over WDM,其本質上還是IP over SDH。

  在WDM(波分復用)或DWDM(密集波分復用)傳輸系統中,其每一種波長的光信號稱為一個傳輸通道,每個通道都可以是一路155Mbit/s、622 Mbit/s、2.5Gbit/s,甚至是10Gbit/s的ATM、SDH或吉比特以太網信號等等,也就是提供了接口的協議和傳輸速率的無關性,即在同一條光纖通路上,可以同時支持ATM、SDH和吉比特以太網,保護了已有投資,同時也提供了極大的靈活性。

  從以上分析可以看出,IP over WDM具有如下所述的優缺點。

  優點:

  (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;

 ?。?)對所傳輸數據的傳輸碼率、數據格式及調制方式透明,如可以傳輸不同碼率的ATM、SDH和吉比特以太網信號;

 ?。?)具有較強的兼容性,并支持未來的寬帶業務網及網絡升級。

  缺點:

 ?。?)到目前為止,工作波長的標準化還沒有實現;

 ?。?)WDM系統的網絡管理還不成熟;

 ?。?)到目前為止,WDM系統的網絡拓撲結構還只是基于點對點的工作方式,并沒有形成“光網”。

  7 總結

  通過前面三種寬帶IP網主流技術的分析和比較,我們可以發現:在高性能、寬帶的IP業務方面,IP over SDH技術由于省掉了ATM設備,從而投資少,見效快而且線路利用率高。因此就現階段而言,發展高性能的IP業務、IP over SDH技術是較好的選擇。而IP over ATM技術則可充分利用已經存在的傳統ATM網絡和技術,發揮ATM網絡的多業務技術優勢,避免不必要的重復投資,它適合于提供高性能的綜合通信服務,如Voice、Video及Data等多項業務,是傳統電信服務商的較好選擇。最后對于IP over WDM技術來說,由于它能夠極大地拓展現有網絡帶寬,從而最大限度地提高線路利用率,并且在局域網中吉比特以太網技術成為主流技術的情況下,惟有它能夠真正地實現無縫接入,因此,應該說,IP over WDM技術將代表著寬帶IP網技術的明天。


----《中國數據通信》

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