作  家: Beth (网球迷) on board 'ECE'
题  目: 桌 面 ATM 技 术 (1)
来  源: 哈尔滨紫丁香站
日  期: Wed Apr 16 17:42:48 1997
出  处: qlu@hitcrc.hitcrc.hit.edu.cn

              桌 面 ATM 技 术 (1)


     有 两 个 原 因 使 桌 面 的 ATM变 得 重 要 。 首 先 ,ATM提 供 了 在 
特 殊 网 络 应 用 中有 巨 大 价 值 的 独 特 功 能 — — 混 合 了 数 据 、
语 音 和 图 像 的 通 信 ,亦 即 经 常 提 到 的 多 媒 体 应 用 ;其 次 更 
重 要 的 ,ATM是 简 单 网 络 实 现 的 更 好 办 法 。 ATM网 络 用 户 得 
到 专 门 的 带 宽 ,这 意 味 着 重 载 状 况 下 也 不 会 有 性 能 下 降 ;
ATM网 络 能 够 以 单 一的 功 能 块 建 造 ;ATM交 换 机 避 免 了 对 额 外 
路 由 和 线 路 集 中 的 需 求 ,并 且 每 分 钱 的 投 资 都 可 得 到 额 外 
更 多 的 容 量 ;ATM网 络 具 有 扩 展 性 ,有 能 力 支 持 未 来 出 现 的 
所 有 应 用 。 以 上 功 能 的 提 供 都 是 我 们 今 天 所 依 赖 的 局 域 
网 技 术 所 极 度 缺 乏 的 。 

      ATM提 供 如 此 强 大 的 优 势 ,似 乎 在 将 来 某 个 时 候 ,会 取 
代 所 有 其 他 的 网 络 技 术 。 然 而 ,短 时 间 来 看 ,ATM仍 然 较 目 
前 网 络 昂 贵 ,直 到 现 在 所 需 要 的 标 准 还 不 完 善 ,并 且 还 要 
面 对 互 换 操 作 性 的 问 题 。 由 于 以 上 的 原 因 ,对 ATM立 即 产 
生 兴 趣 似 乎 只 能 是 那 些 能 从 ATM技 术 中 得 到 实 惠 的 应 用 的 
人 们 。 

      我 们 将 关 注 两 类 非 常 明 确 得 益 于 ATM能 力 的 桌 面 应 用:
网 络 多 媒 体 ,以 及 需 要 高 速 文 件 传 输 的 应 用 ,如 高 分 辨 图 
像 处 理 。 也 有 一 些 其 他 类 的 桌 面 应 用 得 益 于 ATM,如 分 布 式
超 高 速 计 算 ,但 是 只 有 特 殊 高 速 计 算 的 参 与 者 才 会 有 兴 
趣 。 

      为 了 支 持 有 效 的 桌 面 ATM网 络 ,必 须 正 确 考 虑 三 个 关 键 
的 技 术 因 素 。 

      · 一 个 ATM传 输 方 法 兼 容 从 布 线 盒 到 桌 面 之 间 基 于 铜 
缆 或 双 绞 线 的 布 线 安 装 。 

      · 用 于 端 站 点 的 软 件 环 境 支 持 ATM网 络 之 上 目 前 应 用 
程 序 的 使 用 。 

      · 支 持 ATM端 站 点 之 间 连 接 和 交 换 的 ATM网 络 框 架 。 

                              用 于 桌 面 的 ATM传 输 技 术 

      在 桌 面 上 ATM实 用 化 的 关 键 是 兼 容 目 前 的 结 构 化 铜 缆 
布 线 方 法 。下 面 的 三 种 传 输 技 术 描 述 在 UTP线 缆 上 的 所 有 
操 作 ,距 离 从 布 线 盒 开 始 可 达 100m,所 有 的 方 法 也 能 在 STP线 
缆 上 运 行 ,如 IBM的 1类 STP。 

      5类 线 缆 上 的 155Mbps

      ATM论 坛 的 5类 UTP 155Mbps ATM标 准 已 于 1994年 夏 季 获 得 通 
过 。 这 个 方 法 是 基 于 SONET OC-3光 纤 上 ATM的 标 准 。 最 早 开 
发 出 来 是 处 理 Telco插 座 链 路 的 ATM。 这 个 标 准 已 经 适 合 于 
在 铜 缆 上 运 行 ,使 用 一 个 简 单 的 NRZI编 码 方 法 ,以 十 分 精 确 
的 平 衡 传 输 对 ,使 电 磁 辐 射 在 FCC标 准 允 许 的 范 围 之 内 。 

      3类 线 缆 上 的 51Mbps

      3类 线 缆 上 51Mbps的 ATM标 准 是 1993年 11月 由 ATM论 坛 批 准 
通 过 的 。 类 似 于155Mbps方 法 ,这 个 标 准 也 使 用 SONET成 帧 ,OC-1
的 51Mbps速 率 。 

      在 3类 线 上 51Mbps的 传 输 速 率 仍 然 受 到 FCC限 制 ,这 代 表 
了 后 续 技 术 的 挑 战。 这 些 问 题 通 过 叫 做 CAP-16的 复 杂 编 码 
技 术 解 决 ,它 类 似 于 在 高 性 能 调 制 解 调 器 中 使 用 的 相 辐 
调 制 方 法 。 

      不 幸 的 是 ,在 芯 片 中 实 现 CA-16编 码 技 术 的 困 难 程 度 
超 出 了 想 象,此 类 芯 片 至 今 尚 未 发 货 ,并 且 成 本 也 比 预 期 
约 高 。 不 能 确 定 将 来 这 种 技 术 能 够 驱 使 大 多 数 厂 商 回 
到 发 布 支 持 这 种 方 法 的 计 划 ,至 少 在 可 预 见 的 范 围 内 没 
有 这 样 的 51Mbps产 品 。 

      3类 线 缆 上 的 25Mbps

      铜 缆 布 线 上 155Mbps和 51Mbps的 ATM标 准 采 用 SONET成 帧 ,基 
于 Telco的 传 输 方 法 。 因 此 ,包 括 标 准 在 内 都 包 含 源 于Telco
方 法 一 定 数 量 的 "垃 圾",这 对 于 桌 面 连 接 来 说 ,只 有 一 点 
或 根 本 无 价 值 。 

      由 一 些 厂 商 组 成 了 一 个 叫 作 桌 面 ATM25联 盟 的 组 织 ,
提 出 了 一 个 可 供 选 择、 "自 底 而 上 "的 思 想 来 设 计 桌 面 
ATM传 输 的 方 法 。 由 此 产 生 了 一 个 在 3类 布 线 系 统 上 实 现,
非 常 简 单 的 25Mbps ATM传 输 方 法 。 这 种 方 法 基 于 目 前 令 牌 
环 网 中 广 泛 使 用 的 现 有 传 输 技 术 ,避 免 了 对 线 性 编 码 逻 
辑 和 SONET成 帧 处 理 的 需 求 。因 此 ,这 种 技 术 的 开 销 只 是 
上 述 两 种 技 术 开 销 的 零 头 而 已 。 

      1995年 2月 ,25.6Mbps的 ATM规 范 由 桌 面 ATM25联 盟 提 交 给 ATM
论 坛 审 议 通 过 ,成 为 发 展 ATM技 术 新 标 准 的 基 本 参 考 。 

                                在 ATM上 支 持 桌 面 应 用 

      在 将 适 当 速 度 引 入 桌 面 的 物 理 连 接 之 后 ,我 们 需 要 
考 虑 在 A TM网 络 连 接 上怎 样 支 持 桌 面 的 应 用 。 

      在 目 前 局 域 网 技 术 和 ATM网 络 之 间 根 本 不 同 的 操 作 
是 我 们 关 心 的 基 本 问 题 。 由 于 这 些 区 别 ,目 前 的 局 域 网
 应 用 程 序 不 能 直 接 在 ATM网 络 上 运 行 ,所 以 一 种 叫 做 ATM
上 局 域 网 仿 真 的 技 术 使 用 在 ATM网 络 上 提 供 给 端 站 点 应 
用 软 件 相 似 的 局 域 网 接 口 。 

      ATM上 的 局 域 网 仿 真 

      ATM上 的 局 域 网 仿 真 提 供 了 处 理 现 有 局 域 网 应 用 软 
件 在 ATM网 络 上 运 行 的 解 决 方 案 。 这 种 技 术 定 义 了 运 行 
在 每 个 端 站 点 中 的 "局 域 网 仿 真 客 户 机 "进 程 , 使 由 ATM
提 供 、 面 向 连 接 的 信 元 传 输 服 务 适 应 应 用 软 件 要 求 的 
无 连 接 数 据 包 传 输 服 务 (此 种 技 术 已 在 本 报 以 前 的 文 章 
中 专 文 论 述 过 ,此 处 不 再 多 述 )。 

      自 身 支 持 ATM网 络 

      当 ATM上 的 局 域 网 仿 真 提 供 了 一 个 处 理 目 前 局 域 网 
应 用 在 AT M网 络 上 操 作 的 解 决 方 案 时 ,它 常 常 被 看 作 是 
一 个 临 时 的 补 救 措 施 ,除 非 是 等 到 为 运 行 在ATM之 上 而 特
 殊 设 计 的 应 用 程 序 出 现 。 

      "自 身 的 ATM"的 兴 趣 来 自 于 两 方 面 的 观 察 。 首 先 ,局 
域 网 仿 真 给 网 络 增 加了 相 当 大 的 复 杂 性 ,需 要 在 端 站 点 
和 网 络 中 增 加 地 址 识 别 和 广 播 转 发 的 处 理 。其 次 ,局 域 
网 仿 真 不 允 许 应 用 程 序 利 用 ATM某 些 独 特 的 功 能 ,如 划 
分 服 务 等 级 的 能 力 ,以 及 不 能 为 类 似 于 图 像 的 固 定 位 速 
率 数 据 流 保 留 带 宽 的 能 力 。 

      为 使 通 信 进 程 适 应 如 客 户 机 和 文 件 服 务 器 之 间 的 
交 互 操 作 直 接 在 ATM上进 行 ,需 要 在 协 议 栈 中 以 不 同 的 等
 级 处 理 大 量 复 杂 的 问 题 。 目 前 的 传 输 和 网 络 层 协 议 ,
如 TCP/IP,需 协 调 ATM网 络 的 根 本 特 征 。 理 想 上 我 们 需 要 
新 一 类 的 传 输 协 议 ,并 且 基 于 广 播 的 上 层 处 理 也 需 要 
在 ATM 通 信 点 对 点 本 质 的 环 境 下 重 新 设 计。 一 些 网 络 软
 件 厂 商 正 认 识 到 这 一 点 ,并 已 经 发 布 了 增 强 对 ATM支 持 
的 计 划 。 

      对 自 身 ATM支 持 的 需 求 而 言 ,视 像 应 用 较 文 件 和 打 
印 服 务 一 类 局 域 网 应 用 远 远 强 烈 。 设 计 运 行 在 以 太 
或 令 牌 环 局 域 网 上 的 图 像 应 用 显 而 易 见 地 能 被 ATM 上 
的 局 域 网 仿 真 所 支 持 ,但 是 ATM处 理 视 像 数 据 流 的 某 些 
特 殊 优 势 将 丢 失。 

      自 身 ATM上 的 视 像 

      ATM网 络 有 两 个 固 有 能 力 ,以 处 理 视 像 数 据 流 非 常 
有 价 值 。 

      首 先 ATM能 够 在 图 像 类 对 时 间 敏 感 的 数 据 流 和 其 
他 类 型 的 数 据 传 输 加 以区 别 。 其 次 ,由 ATM交 换 机 提 供 ,
基 于 硬 件 的 点 对 多 点 虚 信 道 连 接 支 持 是 网 络 上图 像 
广 播 和 多 址 传 送 的 理 想 选 择 ,使 用 点 对 多 点 连 接 允 
许 一 些 日 常 图 像 输 入 ,网 络 连 接 ,并 且 网 络 上 的 站 点 
能 被 选 取 加 入 一 个 或 多 个 点 对 多 点 组 ,以 便 "调 入 "特 
定 的 图 像 输 入 。 

      在 局 域 网 仿 真 环 境 中 ,所 有 的 广 播 和 多 址 传 送 都 
由 基 于 软 件 的 广 播 未 知 服 务 器 处 理 。 这 是 因 为 局 域 
网 仿 真 需 要 支 持 任 一 点 对 任 一 点 的 广 播 ,而 不 仅 是 一 
点 对 许 多 点 。 图 像 广 播 通 过 BUS将 是 非 常 低 效 的 ,并 且 
BUS本 身 就 代 表 了 一 个 严 重 的 瓶 颈 。 

      为 了 利 用 ATM的 优 点 ,需 要 直 接 支 持 在 ATM上 处 理 图 
像 的 新 协 议 栈 。 

                                 支 持 桌 面 ATM的 框 架 

      ATM网 络 仅 仅 由 连 接 ATM的 端 站 点 和 ATM交 换 机 组 成 。
因 此 需 要 支 持 桌 面 ATM的 框 架 简 单 地 由 ATM交 换 机 之 间 
的 连 接 组 成 。 这 些 交 换 机 根 据 它 们 各 自 确 定 的 角 色 ,
在 物 理 配 置 上 很 可 能 不 同 。 

      ATM交 换 机 和 集 中 器 

      结 构 化 布 线 方 法 通 常 从 桌 面 到 布 线 盒 ,以 及 从 布
线 盒 到 一 些 中 心 位 置 (主 干 布 线 )进 行 。 通 常 主 干 布 
线 大 大 少 于 楼 层 布 线 ,所 以 在 布 线 盒 中 有 一 些 类 似 集 
中 器 的 功 能 ,使 得 许 多 系 统 能 够 共 享 主 干 线 缆 连 接 至
中 心 资 源 。 

      在 以 太 网 或 令 牌 环 网 中 ,集 中 器 的 功 能 由 布 线 盒 
集 线 器 完 成 。 在 一 个 ATM网 络 中 ,则 需 要 一 个 ATM交 换 机 。 

      目 前 ,市 场 上 的 大 多 数 ATM交 换 机 设 计 成 端 口 对 称 
的 ,在 每 个 端 口 上 ,交 换 机 根 据 平 衡 数 据 流 而 优 化 设 计。
 一 个 有 16× 155Mbps端 口 的 交 换 机 ,通 常 在 每 个 端 口 以 线 
速 处 理 时 ,总 的 吞 吐 量 为 2.4Gbps。这 种 类 型 的 交 换 机 在 
网 络 中 用 于 核 心 交 换 功 能 ,通 常 交 换 机 的 数 据 流 一 般 
是 任 意 点 对 任 意 点 的 。 

      然 而 ,大 多 数 的 局 域 网 配 置 ,包 括 通 信 ,是 从 许 多 
的 客 户 机 到 极 少 数 量 的 服 务 器 。 实 质 主 干 交 换 机 位 
于 网 络 中 的 布 线 盒 位 置 ,连 接 网 络 中 一 些 数 量 的 桌 面
 ATM交 换 机 ,需 要 处 理 大 量 对 少 量 通 信 穿 过 其 端 口 。 
许 多 客 户 机 将 和 少 量 服 务 器 通 信 ,这 些 服 务 器 将 和 本
地 交 换 机 连 接 ,或 者 链 接 跨 越 主 干 线 缆 的 其 他 交 换 机。 

      位 于 布 线 盒 位 置 理 想 的 ATM交 换 机 应 当 具 有 不 对 
称 设 计 ,从 大 量 端 口 向 少 量 端 口 集 中 数 据 流 时 使 用 最
 佳 。 用 于 布 线 盒 位 置 的 不 对 称 交 换 机 可 以 是 单 纯 的
 交 换 机 ,允 许 从 任 何 端 口 向 其 他 任 意 端 口 交 换 数 据 
流 ,或 者 可 以 是 纯 粹 的 集 中 器 ,从 桌 面 端 口 连 接 所 有 
数 据 流 至 主 干 端 口 。 在 作 为 单 纯 集 中 器 时 ,需 要 从 一 
个 本 地 桌 面 移 动 至 另 一 个 桌 面 的 数 据 流 将 在 链 接 中 
心 交 换 机 的 主 干 链 路 上 传 输 ,然 后 再 从 主 干 链 路 传 到
 集 中 器 。 当 从 桌 面 到 中 心 的 数 据 流 依 照 层 次 路 由 时,
在 布 线 盒 位 置 集 中 器 提 供 了 比 单 纯 交 换 机 更 加 经 济 
的 解 决 方 案 。 

      桌 面 ATM提 供 的 容 量 

      ATM网 络 在 每 条 至 桌 面 的 链 路 上 提 供 专 门 的 带 宽 。 
换 句 话 说 ,端 站 点 不 会 和 其 他 端 站 点 共 享 链 接 它 们 至 
ATM链 路 上 的 带 宽 。 然 而 ,当 多 个 ATM端 站 点 和 同 一 服 务
器 通 信 时 ,链 路 上 带 宽 将 被 共 享 。 类 似 的 ,当 多 个 端 
站 点 穿 过 主 干 访 问 公 共 资 源 时 ,ATM交 换 机 之 间 的 主 
干 链 路 带 宽 将 被 共 享 。 

      因 为 任 何 网 络 都 有 大 量 对 少 数 的 通 信 ,我 们 只 
能 通 过 在 所 有 的 链 路 上 提 供充 足 的 端 对 端 专 门 带 宽
 来 确 保 没 有 链 路 会 发 生 过 载 。 一 个 具 有 155Mbps ATM
连 接 的 服 务 器 只 能 支 持 6个 25Mbps桌 面 的 用 户 链 路 是 
合 乎 逻 辑 的 想 象 。 如 果 一 个 服 务 器 具 有 622Mbps的 ATM
连 接 ,那 么 它 可 以 支 持 24个 25Mbps的 用 户 链 路 或 者 4个
155Mbps的 用 户 链 路 。 

      显 然 这 是 不 合 理 的 。 今 天 的 局 域 网 中 ,连 接 在 
16Mbps令 牌 环 网 主 干 的 一 个 服 务 器 能 够 支 持 数 十 甚 至 
上 百 个 用 户 ,这 种 情 况 下 ,这 个 服 务 器 还 可 以 和 其 他 
服 务 器 共 享 16Mbps的 主 干 。 诚 然 ,我 们 可 以 寻 找 改 善 
性 能 的 方 法 — — — 但 不 是 大 到 一 个 62 2Mbps的 服 务 器 
连 接 只 能 支 持 24个 用 户 。 

      实 际 上 现 实 应 用 并 不 要 求 以 完 全 ATM线 速 持 续 进 
行 数 据 传 输 。 当 我 们 混 合 传 输 持 续 性 和 突 发 性 的 多 
个 数 据 流 时 ,我 们 所 依 赖 的 统 计 多 路 复 用 的 原 则 允 
许 我 们 使 用 表 面 看 起 来 超 过 处 理 能 力 的 链 路 ,在 实 
际 中 可 得 到 非 常 满 意 的 处 理 性 能 。 例 如 ,我 们 可 以 
使 用 一 个 连 接 12个 25Mbps ATM用 户 的 布 线 盒 位 置 的 交 换
机 建 立 和 中 心 服 务 器 群 155Mbps连 接 的 链 路 。 从 表 面 
上 看 ,这 条 155Mbps的 链 路 超 过 处 理 能 力 的 比 例 为 2:1,但
实 际 上 这 种 配 置 支 持 给 每 个 用 户 持 续 4Mbps VCR品 质 
图 像 流 的 同 时 ,仍 有 超 过 100Mbps的 容 量 可 用 于 处 理 突 
发 数 据 流 。 因 为 不 大 可 能 所 有 用 户 在 所 有 时 间 里 总 
是 传 输 或 接 收 图 像 ,并 且 因 为 100Mbps能 提 供 超 出 这 些 
数 量 用 户 数 据 吞 吐 量 足 够 容 量 的 带 宽,我 们 能 够 安 全
地 扩 大 超 出 处 理 能 力 的 比 例 为 4:1,也 就 是 在 每 条 
155Mbps的 下 行 链 路 上 支 持 24个 25Mbps的 用 户 。 

      在 ATM网 络 中 我 们 能 够 将 共 享 这 些 链 路 的 超 过 处 
理 能 力 的 比 例 扩 展 多 大 ?这 十 分 依 赖 于 应 用 的 本 质 
和 使 用 频 度 ,但 事 实 上 ,今 天 的 广 大 用 户 群 证 明 ,大 多
数 情 况 下 ,能 够 十 分 轻 松 地 忍 受 高 比 例 的 超 出 处 理 
能 力 。 

      (Madge公 司 供 稿 )  
  

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