发信人: micheal (平凡的世界), 信区: ECE
标  题: 宽带网的传送模式--是ATM还是IP？
发信站: 哈工大紫丁香 (Mon May  1 17:06:42 2000), 转信

宽带网的传送模式--是ATM还是IP？

邬贺铨

--就全世界而言，Internet业务量正以每年5倍左右的速度增长（而电话业务的年增长率
仅6％）。按这一发展趋势，到2005年左右，全球IP业务量将超过电话业务量；到2020
年，电话业务量可能仅占总业务量的1％。

--为了适应信息化的浪潮，国际上各大电信运营公司纷纷将其网络升级和大规模扩容，
以宽带网为目标加快网络建设。在传输网方面，就技术成熟性与性能价格比而言，基于SDH
的大容量光纤传输系统，特别是WDM波分复用光纤传输系统都是各国宽带骨干网十分一
致的选择。它易于扩容升级，为今后发展到全光网打下基础，因此一些发达国家正加大规
模建设WDM光纤传输系统。40×l0Gb／s的密集波分复用系统在1999年将投入商用。在
宽带接入方面，光纤接入包括无源光网络PON和金属线上的ADSL系统，这均是一些运
营公司积极采用的技术。

--对在宽带网中起到枢纽作用的业务节点的技术选择相对困难一些。宽带网的业务节点
有两类，即ATM交换机与路由器。两者都属分组方式，但主要区别是连接模式的不同。ATM
是面向连接定长分组的异步转移模式；路由器所承载的IP则是以元连接模式传送的不定长
分组。连接模式上的不同导致业务节点实现方式。组网形态、业务能力上的很大差异。

一、ATM交换机和路由器在功能上的差异

--ATM交换机通常适用在等级结构的网状网中，利用用户信令控制来建立连接，在信元
级（即第二层或称L2）实现交换。当输入呼叫量超过网络资源时，表现为呼损，对于已接
受的呼叫，能较好地保证业务质量（QoS），因此能很好地支持实时业务（如电路仿真业务、
多媒体业务等）。当需要在ATM上运载IP分组时，即IP over ATM，有两类方式可供使用。
第一类称为重叠方式，即在ATM终端设备内，将IP分组装入ATM自适应层AAL55的业
务数据单元中，ATM交换机需要使用信令来选路，与ATM终端相连的路由器也需要实现
IP选路功能。双重选路增加了维护管理的复杂性。ATM终端也需要ATM地址与IP地址双
重识别功能与地址的解释功能。虽然重叠方式效率低一些，对终端要求复杂，但对ATM
交换机改动小，是现有ATM交换机最易增加支持IP功能的方式。第二类支持IP的方式称
为综合方式，即在ATM终端，IP仍然装入AAL5中，但终端与业务节点都不需要再保留
ATM信令功能，业务节点实质上是路由控制功能与交换矩阵的综合，端点的识别只依靠IP
的地址。这种方式维护管理功能较单一，但ATM交换机的软件要做改动，变成多协议的
路由器那样，实现起来相对困难一些。IEFF组织正在为综合方式起草标准化协议，目前比
较看好的协议是MPLS（多协议标签交换）。综合方式尽管比重叠方式效率高，但相对路由
器而言，IP分组装成信元再传输增加了开销，系统比纯路由器复杂一些。这些都是用面向
连接方式支持无连接业务带来的问题，但好处是具有流控资源管理能力，有利于保证QoS。

--路由器是在网络层（即第三层L3）处理不定长的分组，根据IP分组中所含目的地址
实现选路。同一用户信息的各个分组可以选取不同的路由传送，在通信的目的地节点，将
按分组的序号重新将属于同一用户信息的各个分组按次序还原。路由器对输入的分组不实
现流控。当到达的分组过于密集时，路由器按先到先服务原则使后到的排队等候，因而路
由器转发分组时延将随业务量而变。当资源不足时（例如存储器满）就丢掉来不及处理的
IP包，在IP目的地终端的TCP层会检测出IP包的丢失，从而要求源侧IP终端重发。路
由器对输入IP包不纠错，接收侧TCP层发现错误后也要求源侧重发该IP分组，这同样表
现为时延。路由器服务的宗旨是尽力而为，但不保证QoS。以路由器为业务节点的组网方
式为路由器加专线，即相邻路由器间接点对点方式随路由器存储转发，经过的路由器越多，
时延就越大，且随业务量而变，即引入时延抖动。对数据业务而言，时延仍可接受，但实
时业务，如话音、多媒体业务等则对时延及其抖动敏感。当这种损伤超过一定限度时，将
使用户难以接受。还需要指出，所谓路由器加专线，在实际的网络中并非简单的物理媒介，
它可能是一个ATM的虚通路VC或虚通道VP，这时称为IP over ATM，其优缺点前已有
说明。也可能是SDH的虚通道VC，这时称为IP over SDH。IP分组以PPP协议装在HDLC
帧中，然后再映射进SDH通道，这一方式旁路了ATM，简单但失去了ATM可提供的流控
功能。IP分组经过特殊的成帧适配直接调制光信号（IP over Optical），或调制WDM中一
个光波长（IP over WDM）的方式因省去SDH层则更为简单，但需要在光网络层上有较完
善的保护、恢复、配置管理等功能所支持，目前尚在标准化过程之中。

二、ATM交换机与路由器在容量和成本上的比较

--除了功能与业务能力外，下面再就容量、可扩展性、复杂性及成本做进一步的比较。
过去的路由器因基于总线软件选路使容量难以提高，仅为几十或几百Mb／s的量级，低于
ATM交换机的容量。近年来改用交换矩阵和多CPU并行处理及软件并行工作，容量增加
很快，Gb／s级路由器已商用，Tb／s级路由器可望在2000年投入试用。从这个意义上说，
目前路由器容量已与ATM交换机相当，两者都具有可扩展性。

--在复杂性方面，低端路由器用软件选路，在硬件上比ATM交换机简单，但软件量大，
幸因Internet发展快，而使路由器成本下降很快。高端路由器因采用交换矩阵，硬件复杂
性与ATM交换机类似，两者都有光接口，但路由器的光接口是按照FDDI等标准设计的，
ATM则遵循ITU-T建议。前者比后者要求低，因而便宜。软件上，ATM交换机因为复杂
的信令、流控、OAM（操作管理维护）功能及ITU-T有关这些方面标准化工作似乎永远没
有完结，这导致ATM的开发费用需持续投入，其中很大一部分成本可能仅仅是为了应付
以低于1％甚至是0.1％概率出现的拥塞事件。为保证这些甚低概率事件出现时的业务，QoS
付出了较高成本的代价。路由器因不提供信令、流控、计费功能而使设备成本较低，相对
ATM交换机在价格上竞争力强一些。

--综上所述，ATM交换机和路由器作为业务节点支持IP业务，它们的区别是IP over ATM
与IP over SDH／WDM。前者QoS好，但效率低一些。ATM交换机和路由器也都能承载
实时业务，例如话音。两者的区别是Voice on ATM （VoA）和Voice on IP （VonIP）。后
者的优点是成本低，但不保证QoS。

三、ATM交换机和路由器在网络中的位置--从替代补充到融合

--对于一个已拥有较大规模的电路交换网的运营者来说，从现有网向宽带网的过渡以及
兼容互通是必须考虑的因素。虽然几乎所有的业务都可以IP化，但IP化并不都是合理的
选择，IP和非IP业务将并存，如果用重叠网方式来组网，由路由器组成的核心网用于处理
IP业务，由ATM组成的核心网用于处理面向连接的业务，各自扬长避短各得其所，但重
叠的两个核心网不够经济。在IP尚未成为主导业务的情况下（例如我国目前数据业务占总
业务量还不足5％），用ATM作为核心网业务节点更适于多业务的环境。在今后IP成为主
导业务的情况下，ATM交换机仍会在IP与非IP网间，或在IP网边缘用于连接其它业务时
发挥多业务平台的作用。如果将ATM交换功能（L2功能）与选路功能（L3功能）结合，
但又不是简单的叠加，则可组成一种较为理想的业务节点，可称为路由交换机或交换路由
器。它同时具有L2、L3功能，对用户消息的第一个IP分组实施选路，对随后具有同样目
的地地址的IP分组则不再重新选路，而是直接交换，从而减少了节点的处理时延。这种业
务节点还适于支持实时业务。它具有流控功能和根据优先权处理业务的能力，可提供QoS
或至少
CoS（业务类型）功能。这种业务节点也被称为多业务交换机或多业务路由器。

--宽带业务与技术的发展，核心业务节点的转移模式从同步发展到异步。IP业务的兴起
使面向连接的信息异步传送不再能一统天下，以IP为代表的元连接模式显示出较强的生命
力。但近期IP业务并不能代表一切，多业务环境更适于使用不止一种转移模式。十年以后
IP业务可能占主导地位，不注意到这一点会短视，但只着眼于长远又太理想化，毕竟技术
发展很快。十年以后一定有功能更强、容量更大、性能价格比更高的技术和产品可用。交
换功能与路由功能的结合是目前看到的一种趋势。


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