试析宽带IP网技术的分类与发展

罗智楷

　　摘 要 网络信息量的爆炸性增长和IP技术的广泛应用促进了宽带IP网的出现和发展。本文讨论了IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM 三种主流宽带IP网技术的性能，网络结构和发展。

　　关键词 IP网 IP over ATM IP over SDH IP over WDM

　　1 前言

　　Internet的飞速发展和广泛应用，促使IP技术获得了以往通信和信息技术从未有过的高速发展。目前，IP技术无论是网络结构、传输能力还是增值业务上都较从前有了巨大的变化。

　　2IP网络结构的发展

　　IP/IP技术是20世纪70年代作为网间互联协议提出来的，在几乎20年的时间里，IP技术除了在美国局域网互联中使用外，一直默默无闻，ITU-T也一直没有接纳这个标准。直到90年代初Web业务的出现才从根本上改变了这种状况，IP网获得了飞速发展，从而IP技术也获得了飞速发展，目前，TCP/IP技术已经是广泛接受的通信协议。

　　客户—服务器的应用方式在迅速扩展，从办公室、校园扩展到城市，进而扩展到全国和全球。这种快速扩展使过去网络业务量80%是本地，20%是广域的情况发生了根本性的变化，现在这一比例已变为50%和50%，将来这个比例将会是20%和80%，这意味着对IP网的压力越来越大。同时随着IP网上业务的多样化，特别是多媒体业务的应用，对IP网又提出了一系列新的技术要求，从而促使IP网络结构发生了巨大的变化和发展。

　　3宽带IP 网技术简介

　　新一代宽带IP网主流技术主要有IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM等。其中IP over ATM融合了IP和ATM的技术特点，发挥了ATM支持多业务，提供QoS的技术优势；IP over SDH直接在SDH上传送IP业务，对IP业务提供了完善的支持，提高了传输效率；而IP over WDM采用高速路由交换机和DWDM技术，极大地提高了网络带宽，对不同速率、不同数据帧格式的业务提供全面的支持。

　　4IP over ATM

　　IP网传统上是由路由器和数据专线组成的，用专线将地域上分离的路由器连接起来就构成了我们曾经长期使用的IP网，但低速的数据专线（2~4.5Mbit/s）和为普通业务而设计的路由器，显然在性能上有很多方面无法满足IP网的迅猛发展和业务要求，因此，IP网络技术发展的首选就是IP over ATM。

　　基本原理和工作方式：

　　把IP数据包在ATM交换机的ATM层全部封装成ATM信元，然后以ATM信元在信道中传输。即当网络中的交换机收到一个IP数据包后，它首先按照IP数据包的IP地址通过某种机制进行路由地址处理，按路由转发。然后再按照已计算的路由在ATM网中建立虚电路VC，最终所有以后接收到的IP数据包将在已建立的虚电路VC上以直通方式传输到网络边缘的路由器上，从而有效解决了路由器的瓶颈问题，并把IP数据包的转发速度提高到交换速度。

　　用ATM技术来承载IP业务，可以分为两大类：迭加模式和集成模式。

　　迭加模式：即IP网的寻址是迭加在ATM网的寻址基础上的，也就是说在该模式中ATM的寻址方式是不变的，IP地址在网络边缘设备中被映射成ATM地址，然后IP数据包再据此被传输到网络另一端的边缘设备。该模式最大的特点就是IP业务只是ATM网承载的众多业务之一，比较典型的有局域网仿真（LANE），经典的IP over ATM（CIPOA，Classical IP over ATM），ATM上的多协议（MPOA，Multiprotocol over ATM）。

　　集成模式：即是ATM网设备和IP网设备集成在同一设备中，此时ATM网的寻址已不再是独立的，其将要受到IP网设备的干预，ATM层可看成IP层的对等层，ATM端点设备也只需使用IP地址标识，不需地址解析协议，从而使得该模式下IP数据包的传输效率较高。比较典型的有IP交换（IP Swich）技术，标记交换（Tag Swich）技术和MPLS技术。

　　上述分类是按照ATM信令来分类的，如果从网络整体的性能角度来看，ATM有两种方法来支持IP over ATM。

　　（1）ATM作为链路。即使用ATM的永久虚通路将地域上分离的路由器连接起来的工作方式，此时ATM只是作为链路将若干路由器连接起来，并没参与IP网的寻址功能，因而其本质上仍然是一个路由器网，并没改变IP网的整体性能，只是提高了某些部分的传输速率而已。

　　（2）ATM作为网络。即ATM网以网络的形式来支持IP over ATM，此时ATM参与了IP网的寻址功能，同时由于ATM的寻址功能及其他性能要远远优于普通路由器，因而在网络性能方面大大提高了IP网的性能，提高了传输速率，缩短了传输时延，例如MPLS即是如此。

　　从以上分析可以看出，IP over ATM具有如下所述的优缺点。

　　优点：

　　 （1）可利用ATM技术提供的QoS保证来提高IP业务的服务质量；

　　（2）具有良好的流量控制均衡能力及故障恢复能力，网络可靠性高；

　　（3）可利用ATM技术提供的多业务支持能力支持IP网的可扩展能力；

　　（4）对其他多种协议如IPX等都能支持。

　　缺点：

　　（1）IP优先级（COS）分类还不能映射到ATM的QoS质量保证；

　　（2）对IP路由支持一般，且由于IP数据包封装时加入大量头信息，造成带宽浪费；

　　（3）在复制多路广播方面效率不高；

　　（4）由于ATM本身技术复杂，导致管理困难。

　　5IP over SDH

　　IP over SDH，也称Packet over SDH（PoS），它是以SDH网络作为IP数据网的物理传输网络，即使用链路及PPP把IP数据包封装在PPP帧中，然后再由SDH通道适配层把封装后的IP数据包映射到SDH的净荷中，然后再向下，经过SDH传输层，加上相应开销，封装入SDH帧中，最后才在光纤中传输，因此，它保留了IP面向无连接的特征。

　　SDH网是基于时分复用，在网管配置下完成半永久性连接的传输网络，因此，在IP over SDH工作方式中，SDH只可能以链路方式来支持IP网。由于不能参与IP路由的寻址工作，它的作用只是将地域上分离的路由器以点对点的方式连接起来，提高点对点的传输速率，不可能从整体上提高IP网的性能，所以，这种工作方式下的IP网其本质仍然是一个路由器网。此时，网络整体性能的提高将取决于路由器技术的突破性发展（如吉比特路由器），但同时却又带来了设备的复杂性。所以，IP over SDH的优缺点可总结如下。

　　优点：

　　（1）对IP路由的支持能力较强，具有较高的IP数据包传输效率；

　　（2）符合Internet业务的要求（如多路广播的方式）；

　　 （3）能利用SDH技术的环路和自愈合能力达到链路纠错和提高网络的稳定性；

　　 （4）省略ATM层，从而简化了网络结构。

　　缺点：

　　 （1）仅能对IP业务提供较好的业务支持，不适合于多业务平台；

　　 （2）不能像IP over ATM那样提供较好的QoS服务质量保证；

　　（3）对IPX等其他主要网络协议技术支持有限。

　　6IP over WDM

　　IP over WDM（波分复用），也称作光因特网，是目前最新的技术。

　　在发送/接收端，将不同波长的光信号复用送入同一根光纤中传输/将在同一根光纤中传输的光信号按不同波长解复用至不同的终端，即将IP数据包直接放在光纤上传输。它是一种链路层数据网，此时，高性能的路由器通过光ADM或WDM耦合器直接连至WDM光纤上，由它来控制波长完成接入、交换、选路和保护。IP over WDM的帧结构有两种：SDH帧结构和吉比特以太网帧结构，现在可以系统实地运行的还是SDH帧结构，因此，基于这种工作方式的IP over WDM，其本质上还是IP over SDH。

　　在WDM（波分复用）或DWDM（密集波分复用）传输系统中，其每一种波长的光信号称为一个传输通道，每个通道都可以是一路155Mbit/s、622 Mbit/s、2.5Gbit/s，甚至是10Gbit/s的ATM、SDH或吉比特以太网信号等等，也就是提供了接口的协议和传输速率的无关性，即在同一条光纤通路上，可以同时支持ATM、SDH和吉比特以太网，保护了已有投资，同时也提供了极大的灵活性。

　　从以上分析可以看出，IP over WDM具有如下所述的优缺点。

　　优点：

　　（1）能充分利用有限的光纤资源，极大地提高带宽和传输速率；

　　（2）对所传输数据的传输码率、数据格式及调制方式透明，如可以传输不同码率的ATM、SDH和吉比特以太网信号；

　　（3）具有较强的兼容性，并支持未来的宽带业务网及网络升级。

　　缺点：

　　（1）到目前为止，工作波长的标准化还没有实现；

　　（2）WDM系统的网络管理还不成熟；

　　（3）到目前为止，WDM系统的网络拓扑结构还只是基于点对点的工作方式，并没有形成“光网”。

　　7总结

　　通过前面三种宽带IP网主流技术的分析和比较，我们可以发现：在高性能、宽带的IP业务方面，IP over SDH技术由于省掉了ATM设备，从而投资少，见效快而且线路利用率高。因此就现阶段而言，发展高性能的IP业务、IP over SDH技术是较好的选择。而IP over ATM技术则可充分利用已经存在的传统ATM网络和技术，发挥ATM网络的多业务技术优势，避免不必要的重复投资，它适合于提供高性能的综合通信服务，如Voice、Video及Data等多项业务，是传统电信服务商的较好选择。最后对于IP over WDM技术来说，由于它能够极大地拓展现有网络带宽，从而最大限度地提高线路利用率，并且在局域网中吉比特以太网技术成为主流技术的情况下，惟有它能够真正地实现无缝接入，因此，应该说，IP over WDM技术将代表着宽带IP网技术的明天。

----《中国数据通信》