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标  题: DDN向ATM过渡
发信站: 紫 丁 香 (Tue Oct 27 14:29:59 1998), 转信


从DDN演进到ATM：

  ATM随着技术的不断进步和需求的迅速增长而变得日益重要,ATM是下一代网络
骨干。然而目前应用最为广泛的还是窄带DDN技术,网络的升级演进不可避免。如
何在保证支持原有网络基本要求的前提下从DDN演进到ATM,本文论述了其中的
基本原则及五个主要的步骤。

    当前从全国到各省市都已建成了各自的数字数据网(DDN),这些DDN网使得信
息网络的触角延伸到社会的各个领域并带来经济的发展。现有DDN网通常可向用
户提供高达128Kbps的接入速率,然而如今人们谈论更多的是接入速率为数兆比特、
交换矩阵容量为数吉比特甚至更高的异步传输方式(ATM)。显然易见,ATM将随着
技术的不断进步和需求的迅速增长而变得日益重要。
    然而目前应用最为广泛的还是窄带DDN技术,因此最经济、最简便的做法就是
以DDN为基础,在保证DDN网络现在所承载的业务的同时,逐渐在其上增加诸如
ATM等新技术。当网络运营者在改进现有DDN网络之前,应首先考察该网络的结
构:
    ·该结构是否可以经过升级以适应新的业务/需求的变化?
    ·该结构能否在同一网络中同时支持窄带和宽带业务?
    ·该结构是否具备渐进地增加ATM的能力?
    ·该结构是否支持对所有网络平台的统一管理?
    ·该结构是否支持跨越TDM和ATM传送的端到端联网?
    ·该结构是否能达到有效性、整体性和可靠性等网络性能的传统目标?
    ·当业务负载增加时,该网络结构将如何扩展?
  在此将围绕这些问题来阐述如何迎接DDN到ATM的网络演进所面临的挑
战。
    原则
    电信业正以指数增长率提出新标准和新技术。在如此快速变化的环境中,很
难对各种新的网络技术都作出准确的评价并做出正确的选择。有幸的是,有些原则
是不变的。这就是"新的网络结构应保证支持原有网络的最基本要求":
    ·满足服务质量:新的网络结构必须能满足用户对网络质量的期望,这是用
户去留与否的关键因素。网络质量具体体现在网络在时延、抖动、噪音、损耗、吞
吐量和可用性等方面性能。
    ·资源利用最优化:公用DDN网的运营者努力使有限的资源发挥最大的作
用以获得最大的经济效益,新的网络结构必须能带来更高的设备、带宽和人力资源
利用率。
    ·最大的灵活性:新的网络结构必须能减少未知的风险。该平台应能在配置、
容量增长、兼容未来的标准以及技术演进--特别是向ATM演进方面具有高度的
适应性。
    ·最小的系统改动:一般情况下,一个新的网络结构应能提供从现有产品系
列的基础上向新一代产品系列的平稳过渡,而只需对系统软、硬件作最小的改动。
决策者将选择最简捷的网络演进方案,在与现有网络互联的同时平滑地引进新一代
技术。
    下面将介绍如何改进DDN网以适应新的业务/容量增长,以及从TDM演进
到ATM过程中须注意的若干技术问题:
    ·适配DDN业务以适应ATM  DDN营运商尚未普遍采用ATM作为其网
络的核心,一个主要的阻力就是缺乏将现有DDN业务融入ATM方式的现成方案。
DDN营运商非常需要那些能对现有业务如话音、SNA和其他窄带应用进行ATM
适配的设备,更进一步说,这些应用在ATM环境中的业务性能至少要像在传统的
TDM环境中的一样好。用户决不会仅仅因为营运商选择了ATM就会容忍由此带来
的服务质量恶化。
    ·技术成熟因素    DDN运营者需要包容力强的网络解决方案,它可以跨
越从DDN业务平台到新一代ATM交换平台。今天的ATM/WAN平台尚不能全面
解决以下需求:方便的网络管理、细微的流量管理、服务等级整合、带宽效率、始
于传统业务的平滑演进、高可用性和多重业务整合。因此运营者正在观望等待,他
们通常对具有可向ATM演进的能力和视野的DDN设备厂家感兴趣。
    ·资源效率   早期实现的ATM过多地关注了ATM交换技术,而忽略了网
络作为一种商业资源的更深一层意义,产品化系统必须经过优化以求最大限度地减
少运营者的最终投资,运营者需要的是能保护投资以求最大限度地减少运营者的最
终投资,运营者需要的是能保护投资以达到最高效益的网络。保护投资在竞争性的
环境中尤为重要,因为这意味着降低资费。这些投资包括交换硬件、带宽、物理空
间和人力资源,节省带宽和交换资源意味着对二者的充分利用;为了减少人力资源就
要使网络易于规划和维护,人机界面必须直观、简便而又强大。
    ·服务等级   ATM通过对所有业务的统计复用从根本上提供了更高的带
宽和效率。ATM中一个真正困难的技术性问题是在维持所保证的服务等级的情况
下如何通过统计增益来获得效率,问题在于效率和业务整合是两个对立的目标。DDN
业务的最终用户已经习惯于能提供一致的低响应时间、高可用性和无误码传输的技
术,这些质量都是通过TDM这样可靠的技术获得的向ATM方向演进的方案必须满
足或超过现今系统所达到的质量。
    ·提供经济的可用性--成本效益  电信交换设备通常以百分比来表示可
用性,其范围从99.9%到99.9999%之间。可用性的获得往往是以成本为代价的--
每增加一个"9"就会使节点结构发生较大的变化。在竞争性的市场中,在成本和可用
性之间求得最佳平衡对于DDN运营者来讲是至关重要的。一个基本的原则就是:可
用性要求(和成本)应该与网络单元接近网络核心的程度成正比,实际中的网络结构往
往体现出这一原则。
    ·一体化的管理  当DDN运营者引入新技术和新业务(如ATM和帧中继)
时,网络会在多个方面变得更为复杂,"多元"网络可以是多业务、多协议、多带宽、
多国家和多层次的。当网络演进时,它可能会包容ISDN、帧中继、网络互连、ATM
和其他技术。具有强大的网络管理工具 ISDN、帧中继、网络互连、ATM和其他
技术。
具有强大的网络管理工具的多重业务平台是成功地管理多元网络的关键,因此当
网络演进时DDN平台供货商应具有适应以上各个层面的管理策略。
    ·兼顾宽带和窄带的网络成分  当DDN网演进时,为了迂回的需要它们将
接向其他节点,特别是要考虑网络同时跨越宽带和窄带传输时的情况。许多DDN运
营者不采用ATM的原因是因为它还不能与窄带网络技术平滑地整合,整合并不仅仅
是简单地将窄带电路适配到ATM信元流中去,完全的整合需要网络的TDM部分和
ATM部分都支持端到端的服务等级。例如,网络结构应具有支持基于端到端的业务
和提供跨越ATM区域和TDM区域的智能路由 /迂回的能力。整合还意味着在一个
公共管理平台上同时管理网络的窄带和宽带部分的能力。
    ·管理"虚拟带宽"  现有的DDN平台是在物理电路上以"物理带宽"的形式
来管理传输资源,当这些平台在骨干网已采用ATM时,它们必须在虚拟电路上管理"
虚拟带宽"。"虚拟带宽"和"物理带宽"都表示要进行成本优化的传输资源,物理电路
上管理"物理"带宽的带宽管理方案经过适配后应能在ATM虚拟电路上管理"虚拟带
宽"。"虚拟带宽管理器"要适应广域网电路路由原则的新思路,广域网络由算法必须
能在延迟、费用、服务等级和质量等方面优化连接。一个"虚拟带宽管理器"除考虑
物理中继上的传统时隙之外还必须考虑进新的电路类型,例如,一个连接请求可以经
由现有的PVC(通过子速率的VC复用)、或经由某现有PVP上的其他VC、或者经
由一个SVC。由于在混合或传统网络中使用了物理和虚拟带宽资源,所以其路由原
则往往更为复杂,这种情况下虚拟带宽选项必须能与物理带宽选项或其他承载信道
如帧中继和ISDN相拟带宽选项必须能与物理带宽选项或其他承载信道如帧中继和
ID N相仿。供货商所推荐的网络结构应只需最小的改动就能很好地从"带宽管理"过
渡到"虚拟带宽管理"。
    ·与技术发展保持同步  ATM技术所引起的震荡是空前的。DDN运营者
如何才能在如此快速而带有风险的设备淘汰中最大限度地保护投资呢?关键就在于
使结构和平台模块化,而且模块之间通过开放的标准实现互连。这种结构能在系统
的模块化部件中逐渐引入新技术,而不需要全系统范围的大规模升级。这种结构能
让DDN运营者渐进地、快速而经济地采用新技术以达到节省投资、提高性能、增
强技术优势或者增加新的营收机会等目标。简而言之,一个好的网络结构能将技术
萌芽转变成有形的资产,而不是财政上的负担。
    演进五步曲
    实际上,由于起点不同、在网络各个部分发展过程中所采取的步骤不同,DDN
网的演进可以通过不同的途径来实现。为了简单起见,在此我们把网络从DDN网向
支持新业务和ATM的方向发展的过程分为五个主要的阶段:
图1 TDM技术上的DDN专线业务
    阶段一:TDM技术上的DDN专线业务(见上图)DDN早期的应用既包括在
TDM骨干网上的基本业务,也包括一些扩展业务。
    注:MBM--Multiservice Bandwidth Manager,多带宽服务管理
阶段二:TDM技术上的多重业务DDN (见下图)传统的轮询协议所需的带宽可由
窄带TDM电路最佳地提供。TDM电路对于SNA/SDLC和类似的协议能提供非常
高的带宽效率和极短的响应时间。然而,企业用户不断把能提供非常高的带宽效率
和极短的响应时间。然而,企业用户不断把他们的计算体系从面向集中式的主机  /
终端通信的分层轮询协议演化到面向分布式的客户  /服务器通信的可路由分组协
议。当企业的计算体系演进时,最佳的广域网基础设施也应随之演进。突发式的、
基于局域网的客户/服务器的应用表明,相对于以往的轮询协议而言,统计性突发数据
将越来越多,因而在短的时间间隔内需要更大的带宽。结果,局域网互连将利用可在
用户之间统计地共享带宽资源的技术(如帧中继或IP)来实现。从DDN运营者的眼
光来看,此时的DDN网络结构应能随着客户需求的变化而融入新的技术。
图2 TDM之上的多重业务DDN
    DDN节点设备利用时分复用(TDM)作为物理层复用技术来为多个应用提供
共享的中继带宽。当然也可以把一部分带宽分配给DDN节点上运行的分组模块使
用,这些分组模块可以使节点间用于分组部分的带宽实现分组层面的统计复用。可
以把一条中继分割给分组交换和电路交换使用,也可以将整个中继都分给分组交
换。分组模块既可与多协议路由软件互通,也可与帧中继软件互通。
    在DDN之上增加分组和帧中继业务(下图所示)总之,在DDN发展的第二阶
段主要是将业务从基本的专线连接扩展到压缩语音、帧中继、局域网路由、
VRL(Virtual Private LAN)和S DN上的视频等先进功能。
    阶段三:ATM上的DDN业务DDN中继采用64Kbps到E3的速率,这对最
初的DDN业务以及向LAN 类型业务的早期转变来说是足够的。然而,LAN业务吞
吐量要求的提高、更高的LAN接入速率和服务密度的增加,DDN业务吞吐量要求
的提高、更高的LAN接入速率和服务密度的增加,都要求更高的交换能力和更多的
介于E3到STM-1或OC3的宽带中继。再进一步,由于新增的业务量多是源于LAN
的,因此在占用带宽时应采用统计复用技术,而不是采用固定复用的TDM技术;
同时又由于用户业务量不全是源于LAN的,所以WAN中继协议还应同时支持源于
电路交换的业务。电信行业已经制定了一种最适合这些特性的标准--这就是
ATM。由于ATM对于宽带交换网络和对于多种业务的统计复用来说是事实上的标
准,DDN运营者所需求的是在今后的骨干网中能支持ATM的平台和网络结构。
    为了达到这一目的,已经有厂家在DDN节点机上开发出了ATM模卡,用它
对传统的DDN业务进行适配以便下一级ATM网络进行交换。这种在同一系统中
同时支持TDM和ATM接口以实现网络演进过程中逐渐引入ATM的能力是独特
的。该ATM模卡能支持通过ATM/UNI端口的CBR和VB虚电路,通常具有E1/T1
和E3/T3的接口速率。带宽管理器将虚电路看作如物理电路一样的带宽资源--即
"虚拟带宽管理"的概念。ATM模卡不是以点对点的方式应用ATM,而是在各节点之
间形成的虚拟结构中形成ATM网络。
图3 在骨干网上引入ATM
    阶段四:大容量ATM骨干网借助于边缘交换机,电信营运商能将网络提升到
更高容量。边缘交换机具有比ATM复用器更大的容量和高速端口密度,它一般可以
扩展到10Gbps从而支持T M-1接口,另外它还能支持STM-4速率。根据需要,边缘
交换机可用于网络的骨干层甚至直接提供调整ATM业务。边缘交换机容量在网络
中逐渐而平滑地采用,其关提供调整ATM业务。边缘交换机容量在网络中逐渐而平
滑地采用,其关键因素是ATM复用器和边缘交换机在路由和拓扑管理等方面可做到
较好的一致性。因此ATM复用器可在低容量网络中作为一个骨干节点,而ATM边
缘交换机只在需要的节点使用。当网络大量采用了ATM边缘交换机时,ATM复用
器则纯粹作为一个ATM业务接入复用器来提供E1速率的帧中继、电路仿真和AT M
UNI等应用。
    阶段五:ATM核心交换以10Gbps的容量,ATM边缘交换机已接近可进行细
微流量管理的交换机容量上界,对于更高的容量需求则应采用ATM核心交换机。
ATM核心交换机能提供上百Gb/的交换能力,但是在网络智能、增值功能或流量管
理等方面还有待改进。ATM边缘交换机的设计目标是通过提供流量管理和流量整
形来优化经过核心交换机的有效业务量。从这个意义上讲,ATM边缘交换机是一个
业务管理节点。当ATM核心交换机用来在ATM边缘交换机之间简单地提供虚拟
网状链路时,ATM边缘交换机仍然负责端到端的业务管理。这就象ATM边缘交换
机节点在由核心交换机交叉连接的高速虚通路上实现了连接。"边缘"与"核心"交换
机之间的物理接口一般是STM-4接口。
    在网络演进的最后阶段,多重业务带宽管理器(MBM)移到了用户侧,核心交
换机成了网络的骨干。总而言之,网络演进的原则就是将新的平台引入核心,而将以
前的骨干平台移向用户侧作为接入复用器。
图4 用于ATM带宽骨干网和高速ATM业务的边缘交换

    结语
    ATM可通过对所有业务类型进行统计复用而从根本上提供更好的
交换和带宽效率。然而由于在商业化网络中需要业务的整合和对多重业务的支持,
这一优势尚未变为现实。在一个多重业务化网络中同时获得效率和业务整合,这正
是工程师们所面临的"难题",需要找到一个好的解决方案。从ATM含义上讲,业务整
合转化为服务质量(QoS),而效率则转化为统计增益和有各种带宽要求的多种业务等
级(CBR、VBR、UBR)组合的"多重业务"。
    商业化ATM解决方案必须要满足或超过目前网络所提供的质量,而且在承
载广泛的业务类型的同时还要通过统计复用来达到很高的资源效率。于是,"业务流
量管理"就成了本世纪内ATM交换系统亟待解决的问题。
    IP、Internet、Intranet、LAN和帧中继应用的急剧增长是业务提供者采用ATM
技术的直接动力。这些业务来源不仅具有最高的增长率,而且也构成了业务量的重
要成分。但是这一部分业务也最难预测。ATM是能够适应源于LAN的业务特性的
广域网(WAN)技术,特别是在多重业务网络中。另外,路由技术在无连接的分组处理
吞吐量方面已经接近它的上限,而且缺少对日益突显出来的低等待时间和QoS需求
的支持--而这正是ATM协议所能提供的。因此,电信业界正在不懈地努力以寻求
既能将网络互联与ATM结合在一起、又能发挥两者优势的最佳途径。这一问题引
发了通信史上最引人注目的辩论之一。
图5 演进为ATM核心交换和ATM综合接入
    有许多提案试图来解决这一问题,但是很难说哪一个是最佳方案。这些令人
眼花缭乱的提案包括:LANE(LAN Emulation)、ATM上的传统IP、具有
NBMA(Non-Broadcast Multi-Acces )的NHRP(Next Hop Resolution Protocol)、
MPOA(MultiProtocol Over ATM)、IP交换、ag 交换、CSR(Cell Switch Router)、
ARIS(Aggregate Route-based IP Switching)以及现在的MPLS(MultiProtocol Label
Switching)--看起来每几个月就会有新的提案采纳得到了市场的认同。当关于"协
议交换(protocol switching)"的辩论结果还不明朗的时候,网络运营者要从众多厂家中
选择一种长期的网络方案显得有些无所适从。坦率地说,在目前阶段,任何假设上述
某种提案会被广泛采纳而作出的战略性投资都是危险而欠深思的。然而,尽管有这
样那样的不确定性,我们依然有办法保护自己的投资。
    因此,目前最经济、最稳妥的方案就是,从现已建成的DDN网络结构出发,
通过上述的五个发展阶段,先简单地采用ATM虚电路作为路由器之间的数据链路协
议,只有在必需的情况下才局部地采用上述这些"协议交换"的提案以解决特定的需
求。对于ATM平台的决策,最为稳妥的策略是购买那些在处理突发性LAN业务方
面具有最佳性能的ATM交换系统,这样的ATM交换机将能与今后任何类型的"协议
交换"方案很好配合,而且当用于传统的路由器数据链路环境时又可使当前的网络增
值.


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        老顽童

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