IP over SDH和IP over ATM技术(下)

沈孟坤

　　5　IP over SDH

　　由于SDH环提供路由之间的点对点连接，因此IP包必须映射到点对点的链路上，最常用的技术是采用IETF的点对点协议（PPP）封装。IP over SDH也被称为Packet over SDH（POS）技术。

　　5.1PPP

　　PPP是点对点的链路层技术，主要提供以下功能：在同一链路上封装和传输不同的网络层协议数据报，建立、配置和测试链路层连接，建立和配置网络层协议。PPP指定了封装机制和链路控制协议（LCP），另外，PPP还需要认证、链路质量监视，以及网络控制协议（NCP）。

　　PPP采用类HDLC的成帧机制，可以运行在各种物理接口之上，如RS232、RS422和V.35等。

　　5.2PPP over SDH

　　PPP把SDH视为字节同步链路，PPP帧作为字节流映射到SDH的净荷中，在类HDLC的帧中使用相应标志来识别在SDH净荷中的PPP帧。

　　5.3协议栈

　　5.4POS骨干技术

　　骨干网中采用IP over SDH，CPE设备直接连接接入服务器，接入服务器再与骨干路由器相连，骨干路由器连接SDH双环以构成骨干网。

　　6　IP over ATM和IP over SDH技术比较

　　IP over SDH和IP over ATM作为两种主要的技术，主要有以下不同：

　　6.1协议开销

　　ISP启用IP over SDH的最大原因是ATM信元头的开销（信元税）太大（5/53），附加的开销还有AAL5（填充、8字节的尾）和LLC/SNAP封装（8字节）。对于IP over ATM，假设物理层使用SDH的STM-1链路，IP包大小为576字节。

　　对于IP over PPP over SDH，也是STM-1链路，IP包大小为576字节。

　　以上比较显示，运行在ATM之上的IP只利用线路速率的近80％，而运行在PPP over SDH的IP却为95％，对于广域网主干路由器来讲，IP over SDH额外的容量将显得十分诱人，因为在广域骨干网，带宽比较昂贵，而不像在局域网或园区网中带宽相对比较廉价。

　　6.2带宽管理

　　ATM具有管理分配给每个信息流（VCC）的全套带宽管理功能，它根据所要求的QoS分配相应的带宽给这些VCC。因为信元交换的特性，ATM允许多信息流共享链路，并且保证一定的带宽给每一信息流以满足其QoS。

　　PPP并不提供任何的带宽管理功能，它只是简单地提供点到点的链路，IP必须调度其分组转发功能，以确保每一信息流获得公平的链路带宽份额。这在低速的链路上将会产生问题，当传输低优先级的大包时将阻塞其余的高优先级的包，比如说传输一个低优先级的文件送包将阻塞对时延敏感的话音包的传送。对于对时延第三的实时应用，在带宽受限的链路上，这种时延的变化将抵消IP over SDH带来的带宽效率的优势。

　　6.3　服务质量QoS

　　服务质量有关的参数有端到端的时延，时延抖动、丢弃率和吞吐量。ATM提供了丰富的QoS参数，可以对每个VCC提供协商。智能的排队和调度机制使得协商后的QoS参数得到保证。ATM提供不同的服务类型以与不同要求的就用相协调，比如QoS要求高的应用可用CBR、VBR业务，而对QoS要求相对低的应用，可以采用ABR和UBR业务，这些ATM的属性使得可以容易地在IP级提供QoS，具有一定的QoS的信息流可以映射到具有相应QoS的VCC，例如话音流映射到CBR或VBR连接，而文件传输可以映射ABR连接。

　　PPP运行在单一的点到点的链路上，且不提供任何的QoS能力，IP层必须管理其包传送以确保相应的信息流的服务质量。

　　尽管ATM提供了丰富的QoS参数，但基于QoS的服务仅限于连接的路由器之间的ATM链路上。为提供端到端的QoS IP，路由器必须提供智能的排队和调度机制。因此，当IP网叠加于ATM网之上时，虽然实际的通信发生在ATM网上的交换机之间，但对于路由器而言，都是把ATM连接视为类似与PPP的点到点的链路。

　　6.4寻址和路由

　　ATM被定义为完整的网络技术，具有端系统寻址和路由连接的巨大功能，ATM网络可以跨越地理区域，不管路由器的位置如何，可以为它们提供广泛的连接机制。相反，PPP运行只在直连的点到点的链路上，没有寻址和路由能力。

　　当运行IP over ATM时，需要把IP地址翻译在相应的ATM地址，才能实现路由，这增加了协议的复杂性，而地址翻译所需的流量又额外地增加了网络的开销。而PPP不需要进行地址转换，也就没有额外的开销。

　　6.5网络可扩展性

　　在骨干路由器网中，大多数路由器之间需要通信，这就意味着需要网状连接，不管是PPP还是ATM SVC。

　　在IP over SDH的骨干网中，骨干路由器必须提供点到点的链路，为防止链路故障，甚至必须建立多条链路，在某些场合中，为了减少路由器的跳数，骨干路由器间的链路必须配置为全网状结构。全网状网所需链路为N*(N-1)/2，也就是所谓的N2增加。一个全网状网不但价格昂贵，而且不利扩展，因为广域范围内的SDH链路有限。

　　而在IP over ATM中，由于使用SVC，ATM可以提供任何路由器间连接而不需要全网状网，甚至ATM链路故障时，动态的SVC路由可以找到迂回路由以保证任何两个路由器的连接。另一优点是通过一个ATM接口可以实现与多个路由器互连，从而可以实现更加灵活的网络工程，具有较强的扩展性，其可以在不同的链路上路由SVC，并且可以利用同一ATM链路把一台路由器连接到不同的多个信宿，以解决N2问题。

　　6.6流量控制

　　ATM使用连接接纳控制（CAC），流量整形以及用法参数控制（UPC）或策略来确保信息流遵守流量合同，超过部分将被打上标记，在网络过载时将被丢弃，通过带标记的包或丢弃的包，终端用户将得到拥塞信息。ATM信元级的丢弃和TCP包的丢弃的互操作性很差，为消除这一现象，业界已推出多种技术如部分包丢弃（PPD）、早期包丢弃（EPD）等，以使ATM识别包（AAL帧）边界，以便在网络过载时丢弃整个包而不是ATM信元。

　　ATM论坛又定义了ABR业务，它提供显式的反馈流控，用允许速率来指示用户可以向网络发送的速率，这个速率将随着网络负荷的改变而改变，允许用户接入有效的带宽而不致于网络过载。在理想状态，ABR业务将消除信元丢弃率，而把网络拥塞条件推出ATM网络边缘，这同时要求路由器能缓存更多的包以适应ATM网所允许的接入速率的变化。

　　PPP不提供任何的流控机制，只有TCP的流控直接运行在PPP链路上，前面已提到，不论是采用ATM或直接使用SDH，路由器都把它视为两点之间的一定带宽的管道，必须采用相应的缓冲机制来确保合理的吞吐量。

　　6.7　多协议封装

　　ATM提供两个机制以便使多协议共享同一ATM链路。一个VCC复用，分配每一个协议以一个单独的VCC，ATM层复用和解复用VCC，用户不需要添加任何的其他的封装头以区分不同的协议。另一个机制是LLC复用，允许多个协议复用同一VCC，它添加8字节的封装头到每一个封包以标识其属于哪个协议，这种复用技术可用于VCC数量受限和需要多协议共享VCC的应用场合。

　　PPP采用类似于ATM LLC复用的多协议封装格式，其使用2字节的协议标识域作为其封装头。对大多数应有　和而言，PPP和ATM的多协议封装能力是相同的。

　　6.8　容错性

　　ATM具有从错误链路中恢复并倒换到备份路由的功能，其使用动态路由协议PNNI信令，PNNI具有连接建立初始化时的重路由能力及当网络故障时对已建立的连接的重路由能力，在ATM层提供错误恢复功能。

　　PPP不提供任何容错能力，因为其运行在单一的链路上，但其下层的SDH具有自动保护倒换功能，当主用环故障是可倒换到备用环。当ATM的下层采用SDH时，其也具有此能力。

　　7　应用前景

　　从本质上看，采用IP over SDH，路由器间采用快速的点到点的链路进行连接，而采用IP over SDH，路由器通过有多采链路连接的网络相连，这些链路承载着多路复用的连接，每个连接都与灵活的带宽和协商的服务质量相关，这两种技术之间的主要区别是速度与灵活性的对比，在某一特定场合，某一因素将起决定性作用。

　　7.1ISP骨干

　　ISP骨干网典型的需求是骨干路由器之间的告诉互连以最大化包吞吐量，基于此原因，ISP及其用户比较倾向于采用IP over SDH来互连路由器。但由于IP over SDH缺乏有效的带宽管理、服务质量以及灵活的网络工程，这种热情在渐渐消退。另外，IP over SDH提供的快速的包传输能力可能超出大多数路由器的处理能力。但IP over SDH在带宽有限同时对QoS要求不严的广域网应用还是有很多优势。

　　7.2企业内部网

　　跨地区企业网正面临与ISP骨干网相同的问题，IP over SDH从成本角度看具有很多优势，但这些优势必须与取得相应的设备和服务所需代价相权衡。运营商将出售比SDH链路便宜的多的ATM链路，因为ATM具有灵活的带宽管理功能，另外，ATM允许多协议应用包括IP应用和非IP应用共享广域范围内的带宽。

　　7.3校园网

　　校园网不太采用SDH，因为有比SDH更廉价的物理接口，如多模光纤、屏蔽双绞线STP以及非屏蔽五类双绞线UTP等，即使采用SDH，由于带宽非常宽裕，IP over SDH带来可带宽的高效性优势将不比IP over ATM的灵活性明显。

　　7.4运营商网络

　　运营商已基本采用SDH作为其网络基础，运营商将采用ATM over ATM以提供灵活的带宽管理以对其付费用户保证服务质量。与IP直接运行在SDH上相比，运营商更容易提供IP over ATM。

　　8结论

　　今天的网络工业界有两种明显的趋势：一种是受internet的驱动，IP迅速成为网络层技术，有机会建立一个基于包的网络，另一个则是SDH已被运营商广泛地采用，成为物理网络基础结构，路由器可以基于此在广域范围内互连。

　　在IP和SDH之间可以采用ATM或PPP，哪种传输技术作为主流目前还不明朗，但速度和灵活性将是选择ATM或POS技术的决定因素。在速度是首要指标的应用中，IP over SDH更具有吸引力，而需灵活的带宽管理、QoS和网络工程的场合，IP over ATM是最好的解决方案。

摘自《广播电视信息》2001.6