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ATM网络支持IP业务的技术与方案
来源：电信传输研究所赵慧玲吴江
2001-12-12
----已采用ATM技术的
。
运营商，面对IP业务的飞速发展
，都在寻求ATM支持IP的最佳方案
----目前普遍的共识是
网上引入，它采用集成模式
、QoS性能、流量控制性能
选用MPLS作为公用骨干网的解决
，将IP技术与ATM技术良好地结
与IP的灵活性、可扩充性，是一
方案。MPLS首先将在公用ATM骨干
合在一起，兼具了ATM的高速性能
种较为理想的骨干IP网技术。
----国际电信标准组织
议对公用ATM网传送IP的MPL
要求、网络体系结构、协议
案做了明确的说明。本文对
ITU-T已将IP标准的研究放在首
S技术方案提出了建议草案I.ipa
体系结构、业务映射的要求等，
该建议草案的主要内容做一概括
位，今年9月，SG13的IP专家组会
tm。该草案全面提出了网络的总体
并对公用ATM网采用MPLS的解决方
介绍。
----已采用ATM技术的
。
运营商，面对IP业务的飞速发展
，都在寻求ATM支持IP的最佳方案
----目前普遍的共识是
网上引入，它采用集成模式
、QoS性能、流量控制性能
选用MPLS作为公用骨干网的解决
，将IP技术与ATM技术良好地结
与IP的灵活性、可扩充性，是一
方案。MPLS首先将在公用ATM骨干
合在一起，兼具了ATM的高速性能
种较为理想的骨干IP网技术。
----国际电信标准组织
议对公用ATM网传送IP的MPL
要求、网络体系结构、协议
案做了明确的说明。本文对
ITU-T已将IP标准的研究放在首
S技术方案提出了建议草案I.ipa
体系结构、业务映射的要求等，
该建议草案的主要内容做一概括
位，今年9月，SG13的IP专家组会
tm。该草案全面提出了网络的总体
并对公用ATM网采用MPLS的解决方
介绍。
网络体系结构
----ATM传送IP技术有一些总体要求
本；必须具备支持大型网络的足够的可扩
充性的IP组播能力；必须具有足够的鲁棒
都是适用的。
，包括网络的技术方案必须独立于所支持的IP协议版
展性；必须包含在ATM网络上支持高效而且具有可扩
性以支持大型网络。这些要求对于所有确定的IP业务
----在ATM上支持IP层业务的框架体
议体系结构的结合。
系结构被定义为支持IP业务所需的网络体系结构与协
----IPOA的参考网络结
框显示的是公共网。虚线框
网络与边缘路由器。虚线框
特定的IP业务的情况。从公
的是，在本文中所涉及的公
构如图1所示，该配置显示了支
中的方框显示的是公共网中的一
外是一些不同的网络，它们显示
共网的角度来看，这些网络都可
共网仅限于具有ATM核心的公共
持IP业务的各种可能的情况。虚线
般配置，它们包括ATM核心，IPOA
了公共网向各种特定网络提供各种
以认为是用户网络。这里需要说明
网。
----在图1中，有两种参考点。第1类
则是公共网与IPOA网络的接口。参考点1
的定义。边缘路由器可能需要互通功能与
中使用的技术。
参考点是公共网与用户网络的边界。而第2类参考点
的配置可以依赖于用户网络的设施以及所提供IP业务
/或适配功能。本文的重点是第2类参考点以及公共网
----图2显示了公共ATM
，IP业务是利用ATM的交换
能与IP业务功能之间的接口
功能，IPSF的一个典型例子
ATM接口的路由器。
网络与专用ATM网上IP业务的参
功能与IP的业务功能(IPSF)来实
应该定义在P或者是M参考点上。
就是地址解析业务。作为一种终
考配置。在专用与公共IPOA网络中
现的。在这种情况下，ATM交换功
IP业务功能指的是实现IPOA所需的
端系统，IPSF实际上就是一台具有
----IPSF功能与ATM交
参考点P上的接口了。IPSF
下，对与M或P点上接口的定
换功能可以在同一设备上实现，
功能与ATM交换功能也可以分别
义依赖于IPSF是在核心ATM网络
在这种情况下我们就没有必要定义
在不同的设备上实现，在这种情况
里面还是外面。
----ATM网络之外的ISP
都有一套完整的IPOA协议栈
用公共UNI。
与终端系统(ES)可以接入专用或
，若与专用IPOA相连，则使用专
者是公共ATM网络。每一终端系统
用UNI；若与公共IPOA相连，则使
----该网络的主要特点是网络与业务
通功能（IWF），IP协议控制信息(PCI)与
IP网络。典型的情况是，IWF仅仅使用一
IWF。
互通。在网络互通环境中，借助于两个网络之间的互
载荷数据可以通过ATM网络被透明地传输到另外一个
种适配功能对IP分组进行封装并将其透明地传到远端
----对于现有的IP与ATM网络的互通
是核心网络来传输IP协议。在这种情况下
层传输。
，典型的情况是网络互通，亦即用ATM提供骨干或者
，ATM网络可以看作是第三层（或更高层）协议的下
协议体系结构
----图3描述了公共网
管理、平面（或系统）管理
能块。
在ATM上传送IP的协议参考模型
与控制平面的概念都得到了扩展
。要注意的一点是：下层的关于层
，以便包含第三层以及更上层的功
----功能模块之间的接
是外部的、标准化的协议接
口可以是内部的、子层或平面之
口。
间的非标准化的通信接口，也可以
----通用模型中的每一层次都有对应
理与协议控制信息（PCI）的处理；层间
面管理中的协作功能（CoF）模块来执行
的层管理功能模块。层管理功能模块只负责对该层管
的通信只能通过平面管理功能进行，这一功能使用平
。
----IPOA的各种网络应
是实现各种特定的网络（或
与顺序，以便保证一致的可
用中不需要都包含所有的功能模
NE）应用的基本“构件”。网络
操作性。
块。这样，上述功能模块可以看作
必须保持不同模块之间的基本关系
----下面对IPOA协议参考模型的功能进行描述。
----IP-SSCS/AAL5功能
----IP-SSCS/AAL5功能
供了RFC1483中IETF采纳的
的封装与多协议复用功能。
模块集成了将IP负载映射到AAL5
、基于IEEE802.2的链路层控制/
上所需的各种传输功能，该模块提
子网附加点(LLC/SNAP)协议中定义
----IP层功能
----IP层的功能提供了通过一个互通
力。IP转发指的是接收到一个分组、使用
。
的系统实现源到目的地的IP转发(IP数据报传送)的能
一种开销很低的判决程序决定如何处理该分组的过程
----IPOA协议的结构必
IPv6(IP版本6)。IP层的功
义相同。
须独立于IP的版本。目前，IP有
能应与IETF在RFC791与RFC2460
两个版本，IPv4(IP版本4)与
（分别对应于IPv4与IPv6）中的定
----IP层的功能并不能提供一种可靠
每一跳之间都没有确认的过程。
的通信设施。在数据传输过程中，无论是端到端还是
----IP层管理功能
----IP层管理功能有两
数据包发送到目的地。对于
IP层功能还将利用IP头标中
种基本功能：寻址与分段。IP层
传输路径的选择使用的是信令与
的特定域来对IP数据包进行分段
功能使用IP头标中携带的地址将IP
路由功能模块。如果有必要的话，
与重装。
----IPv4主要使用4种
IPv6是Internet协议的新版
简化，对于扩展与可选功能
机制来提供它的业务：服务类型
本，它的变化主要有下面四个方
支持的提高，流标记能力与认证
、生存期、选项与头标校验和。
面：扩展的寻址能力，头标格式的
(保密能力)。
----IP层管理功能并不对数据提供差
有重传与流控机制。
错控制，除了在头标中有一个校验和之外，协议中没
----传输层功能
----传输层包括面向连接型的TCP功能与无连接型UDP功能。
----TCP功能为进程之
TCP功能包括下列设施：基
间提供可靠的连接。TCP功能与I
本的数据传输、可靠性、流控、
ETF在RFC793中的定义是一致的，
复用、连接、优先级与安全。
----UDP功能提供的是数据报传输。U
向事务的，传输与重复保护没有保障。在
DP功能与IETF在RFC768中的定义是一致的，UDP是面
ATM上使用传输层功能不应改变传输层本身的功能。
----网络管理功能模块
----网络管理功能依赖于特定的IPOA
些TMN功能，如故障管理、性能管理、配
网络应用。通常地，它们包括与下面的管理有关的一
置管理、安全管理等。
----信令与路由控制功能
----这一功能包括了IP
在内的各种IP控制，ATM控
与ATM控制中的信令与路由功能
制包括了ATM信令与选路。
模块。IP控制与信令包括了含选路
IP业务映射
----IP业务是通过用户
的一种数据传输业务。在这
之间实际或隐含的契约是提
到目的地（一个IP地址或另
提出会话请求时指定的传送
以采用指定IP包携带的数据
音，则可以直接映射一组特
话音呼叫，它实际上是期望
TDM设施上承载数据，此种
与提供者之间的接口以IP(因特
种情况下，要求提供者不必知道
供者对净荷内容不加更改(控制
一个运营者/用户接口）。该契
质量参数(如BER、端到端延迟、
属性的速记方式指定这些参数。
定的传送质量参数。但是应当注
提供者将用户数据作为话音数据
情形是话音业务而不是IP业务。
网协议)包(数据包)形式传送数据
IP包内的数据属性。用户与提供者
域可以改变或不变)地将IP包传送
约可以隐含一组由用户在向提供者
序列正确与否等)。具体实现时可
例如，如果用户指定这些包携带话
意，这种情况不同于用户请求一次
处理。又例如，进行变换编码或在
----IPIntserv技术
----Intserv是根据每个IP流QoS等级
和流的接纳控制支持IP的QoS分类。
的精确描述，由具有RSVP功能的路由器中的RSVP协议
----在Intserv流中，定义了两类业
负载业务（ControlledLoadService，CLS
路由上的任何时延都会影响最大排队时延
轻载情况下的流质量相当，实际上CLS要
牌漏斗协议来定义流的特性，超出的业务
务——保证业务（GuaranteedService，GS）和受控
）。对于GS业务，流的最大排队时延是受到控制的，
。而CLS没有固定的时延保证，但业务流要与在网络
求有长期的带宽保证。总之，这两种业务都要求用令
流被当作“尽力而为”型业务量处理。
----IPDiffserv技术
----IETF的diffserv模
diffservPHB由路由上的每
要的PHB：
型是基于每跳行为（PerHopBaha
个本地路由器所具有的前转行为
viors，PHB）的概念，
来定义。目前，IETF已定义两种主
加速前转PHB（ExpeditedForwardingPHB，EF-PHB）
----EF-PHB的特征是带
以用来在Diffserv域中建立
宽具有可配置性并在同一链路上
要求具有低丢失率、低时延与低
不受其他业务量的影响。EF-PHB可
时延抖动的端到端业务。
可确定的前转PHB组（A
ssuredForwardingPHBGroup，AF
-PHB组）
----AF-PHB组的特征是
Diffserv节点上的缓存与带
优先级。当发生拥塞时，分
AF等级的相对性能之间没有
信息速率。
有4个AF等级，每个等级分配有
宽等）。在每一个AF等级中，各
组的丢弃优先级将决定在某一AF
标准的关系，AF-PHB组可以实现
一定量的转发资源（比如在一个
个IP分组被标记上三种可能的丢弃
等级中各分组的相对重要性。4个
以较高的可能性保证业务所要求的
----支持QoS敏感(aware)型IP业务的网络模型
----在IETF给出的框架
Diffserv区域一起提供的,
还会考虑到其他一些可能性
中，端到端的QoS是由网络边缘
这一方式常被称为“核心边缘”
，而且链路层媒体在这里总是假
的Intserv区域与网络核心的
方式。当然这里提出的网络模型，
定为ATM。
----支持QoS敏感型IP业务可能的网络模型如图4、图5和图6所示。
----情况1：ATM网络上的Intserv
----在这一模型中，两个Intserv终
心网络中的IPOA设备可以同时提供Intser
络只需要激活IPOA设备上的Intserv功能
intserv业务的要求。
端（stub）网络之间的通信由IPOA核心网络支持。核
v与Diffserv能力。要支持端到端的集成型业务，网
。两个业务级协议(SLA1与SLA2)都要求能够满足
----情况2：ATM网络上的Diffserv
----在这一模型中，两
心网络中的IPOA设备可以同
络只需要激活IPOA设备上的
diffserv业务的要求。
个Diffserv终端（stub）网络之
时提供Intserv与Diffserv能力
Diffserv功能。两个业务级协议
间的通信由IPOA核心网络支持。核
。要支持端到端的区别型业务，网
(SLA1与SLA2)都要求能够满足
----情况3：通过ATM网络上的Diffserv区域支持Intserv业务。
----在这一模型中，两
心网络中，有一些区域只支
力。在这种情况下，Intser
。
个Intserv终端（stub）网络之
持Diffserv，而其他的区域则可
v将通过Diffserv区域透明地传
间的通信由IPOA核心网络支持。核
以同时提供Intserv与Diffserv能
输，而且网络将有两种业务级协议
----业务映射功能清单
----业务映射功能不依赖于周围的网
与ATMQoS的方式。
络结构，它只依赖于需要进行映射的界面两侧支持IP
----图7显示了我们考
合。
虑的在网络结构中所必需的IP业
务到ATM业务映射的各种可能的组
----ATM支持IP将只解决映射6和映射
并不需要有第5与第10种映射功能，这是
信息的（比如，RSVP消息或者是IP分组中
当本地的ATM业务量必须经由一个纯IP网
有第5与第10种映射功能。
12业务，在这种情况下，在ATM部分的网络出口上，
因为在目的IP网络中，对于QoS的支持是完全基于IP
的DS域），而这些信息是由ATM网络透明地传输的。
络传输或者目的地就是一个纯IP网络时，将可能需要
----第3与第4种映射功
于/终止于扩展ATM参数与Qo
能只属于IP区域，对它们的研究
S等级的所有映射都属于ATM论坛
是IETF工作的一部分。同时，起始
的工作(在ATM专网中支持)。
----将IP集成型业务映射到ATM业务
----当两个有Intserv
CLS[RFC2211]要求的IP流时
有两种方式：一对一映射和
能力的路由器的ATM连接必须支
，就会产生将IP集成型业务映射
多对一映射。
持有GS[RFC2212]或者
到ATM业务的问题。这一映射主要
----将保障型业务(GS)映射到ATM无
足下列要求：选择的ATC必须能够支持时
需对ATM作任何扩展。然而，选择的映射方案必须满
延要求；选择的ATC必须能够为流保留一定的带宽。
----将负载控制型(CLS
须能够为流保留一定的带宽
)业务映射到ATM同样无需对ATM
。
作任何扩展，但选择的映射方案必
----将IP区别型业务映射到ATM业务
----在Diffserv域中，PHB可以作为
到端IP与QoS无关的业务。这样，Diffser
别地，IP业务可以定义为符合业务量调整
QoS等级[I.356]的ATM传输能力[I.371]。
一个定义IP业务的重要要素。然而，PHB本身适于端
v与ATM之间的映射基础应当是IP业务与ATM业务。特
规范的一组PHB实现，ATM业务可以定义为一组具有
----为了给用户提供业务，Diffserv
供策略相结合。但ATM还没有解决PHB的问
业务映射可以看作是一种特定的区别型业
义，Diffserv到ATM的映射可以通过两个
的服务提供商必须将PHB实现与业务量调整及业务提
题，PHB与ATM传输能力之间的映射并不适宜。所以，
务到一种ATM业务的映射。基于所考虑的IP业务的定
服务提供商之间的协商得以明确实现。
MPLS方案优势
----我们建议采用MPLS
前所确定的所有IP业务，而
作为公共网中在ATM上支持IP的
且还有下述原因。
最佳技术，这不仅因为MPLS支持目
----适应于较大规模的网络
----众所周知，MPOA非常适用于小规
MPLS正是为满足大规模网络的各种要求（
模的网络，应用于较大规模的网络就要受到限制。而
如灵活性、可扩充性与可管理性等要求）而设计的。
----适应于多种承载网络
----大规模的网络可以使用包括ATM
选取一种对于IPOA是最优，而且对于其他
一范围的唯一技术。
在内的多种承载技术。从一个较宽的范围来讲，应该
的链路层技术也是最优的技术。MPLS正是能够覆盖这
----路由控制的灵活性
----从选路的角度来讲，MPLS技术可
方式的可能性。具体使用哪种方式取决于
以使我们获得同时选择使用固定路由或者是动态路由
网络操作者的选择。
----能同时支持MPLS和ATM控制协议
----较理想的情况是有一种独立于链
用ATM控制，这种情况称为“shipsinthen
路层协议的控制技术。同时，同一交换机上也可以使
ight"方式。
----IP业务的业务量工程
----目前，ATM拥有最完整的业务量
选路、资源管理等，而且引入了显式路由
。
工程能力。MPLS借用了一些ATM技术的能力，如QoS、
的概念，它有助于将业务量要求映射到网络拓扑之上
----利用现有投资
----考虑到现有的ATM
交换技术。在当前的承载网
MPLS被认为是CIPOA的演进
与其他技术的投资，在各种链路
络中，ATM硬件能够对IP业务量
方向。
层技术上传输IP要求有一种同一的
的传输使用一种固定方式，而且
----支持VPN业务
----MPLS的主要优点是
特点使得MPLS尤其适用于动
。
能够以无连接方式或者是显式路
态隧道技术，而动态隧道技术是
由方式提供面向连接的业务。这种
目前支持VPN业务的有效传送手段
----QoS保证
----IPDiffserv与MPLS具有明显的默
标记的扩展语义可以携带Diffserv信息，
留机制，网络将可以保证QoS机制在特定M
契，因为它们的设计都满足业务提供商的需求。由于
借助于标记、端到端的标记交换路径及一定的资源预
PLS域中的一致性。
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