宽带IP网络<1>

宽带IP网络<1>（马妍、崔海东）
    摘要：高速宽带化是目前IP网络发展的主要方向。IP网络的主要技术解决方案有两种思
路：IP与ATM结合或光学IP。宽带IP网络又涉及流量工程、服务质量及网络自愈技术等。国
际上宽带IP网络的建设有vBNS计划、Internet 2及CANet3计划等方案。中国宽带IP网络工程
也正在进行中。
    关键词：宽带网  IP  全光网  同步数字系列  DWDM
    在当今世界向知识经济时代迈进过程中，计算机互联网技术的应用成为重要的促进因素，
它的不断发展形成推动世界经济高速发展的新的源动力。随着国民经济信息化进程的深入发
展，整个社会对现代化通信需求进一步增加，新一代宽带通信网络将成为新一代电信的明显
特征，宽带IP网络技术应运而生。
    一、当前 IP业务的特征
    最初，IP网络的设计是为数量不多的节点提供服务，为数量不多的使用者提供资源共享
和文件传输能力。目前，IP网络已在世界范围内得到空前发展，网络的应用方式和特性均发
生了变化。因此，考察当前IP业务的特征是指导IP网络进一步发展的基础。
    1．用户数量急剧增长
    因特网的规模现每月增长10％左右，业务量每6-9个月翻一番。据预测，2000年底全球
因特网用户将达到3－10亿。从1997年起国外运营公司的网络业务中已有数据业务超过话音
业务的情况出现；有国外统计公司分析，预计在1998－2008年间各国因特网数据流量将先后
超过话音，其中北美到2000年时，数据业务将为话音业务的5倍。1997年底，中国数据通信
有用户60万，1998年底有220万，增长近4倍；1999年6月份用户已达400万，估计到2000年
为2500万，在2005年将达到5000万。
    2．业务带宽指数增长
    除了用户数量指数增长外，业务带宽也呈现指数增长态势。例如，在1990年前后，主要
业务是E－mail，带宽仅1kbit／s左右；到1995年，主要业务变成Web浏览。美国的Web站点
数每57天翻一番，目前我国WWW站点数约为9906万。 2000年前后，活动图像将成为重要业
务之一，所占用的带宽可到达5Mbit/s。10年间，业务带宽的增长可达4个数量级。这些变
化均使IP业务所需的带宽呈爆炸式增长，形成了新时期网络带宽增长的主要驱动力量。
    3．业务内容综合化
    TCP／IP协议最初是为提供非实时数据业务而设计的。为了使IP网络不仅能传送非实时
的数据信息，而且还能传送实时多媒体数据信息，国际标准化组织（如ITU，IETF等）已开
始起草并完成了一些用于 IP实时通信的标准以及服务质量方面的标准，如实时传输协议／
实时传输控制协议（RTP／RTCP）、资源预留协议（RSVP）、IP多播技术以及H.323建议等。
另外对更先进的服务质量保证技术如分类服务（Diff一Serv）等做了大量的研究并取得了
可喜成绩。在这些技术的支持下，因特网提供的应用及业务将能够覆盖综合业务网的业务
类型。
    4．业务的流合呈自相似性和收发不对称性
    随着IP网络业务量的增加，网络中的流量呈现出自相似的特点，即某一链路上不管业
务流的并发数量有多少，其流量均具有相同的特性。因此，为减少网络的拥塞，IP网络必
须具备比传统电信网络更高的平均峰值与平均负载比。同样，由于IP网络上的应用特点，
网络上的流量呈现出明显的收发不对称性。
    二、未来IP网络的发展及技术走向
    IP业务量的持续快速增长使得IP协议逐渐成为一种占主导地位的通信协议，IP网络在
今后的数据通信乃至电信业中将占据重要地位。更重要的是网络目前已经转变成为一种商
品，其上的各种增值服务有着巨大的利润潜力。有理由相信，IP技术是未来网络综合的主
要力量之一，它可以集成语音业务、数据业务、图像和视频业务；IP网络最终可能成为新
一代电信网络基础设施的技术选择。
    目前的IP网络及IP技术还存在着这样那样的缺陷，要成为新一代电信网络的基础尚需
解决大量的课题，在所有要解决的课题中，网络性能是基础条件之一，因此高速宽带IP网
络是解决IP网络发展问题的前提。当然高速宽带是相对的，本文中的宽带是指155  Mbit/s
以上的速率。
    为了建设高速宽带IP网络，ITU－T，IETF以及ATM论坛等组织正在联合众多的设备制
造商及网络业务供应商共同寻找改造Internet骨干网的方案。总的来说，各种IP技术方案
分属两种思路：走IP和ATM结合的路线；或者走光学IP的路线。前者借助ATM网络的强大能
力，基于ATM传送IP；后者基于传统IP网络的概念，借助光传输系统的能力传送IP。这些技
术是在特定时期和特定技术背景下的产物，各有其自身的特点和适用场合。
    三、IP／ATM宽带网络
    国际上对ATM提供IP业务已经做了很多研究，提出了一系列协议和标准。这些协议和标
准归纳起来可以分为两类：重叠类型和集成类型。
    1．重叠类型
    建议继续沿用现有的网络提供IP业务，IP网络建立在ATM网络之上。ATM网络和IP网络
有各自的寻址方式和选路协议，使用IP服务的ATM用户终端要同时具有ATM网络地址和IP网
络地址。IP的选路功能经由ATM的选路功能建立连接，因而在肥网络的各个节点要有IP地
址到ATM地址间的映射功能。采用重叠类型的IPover ATM技术有：ATM论坛的局域网仿真及
ATM上的多协议（MPOA）；IETF的ATM网络上传统 IP协议（CIPOA）。
    2．集成类型
    集成类型下的网络不再有两个层次，ATM交换机的网络层对于IP服务采用的就是IP专用
的协议。使用IP服务的用户只需要一个IP地址，交换机也不再有从ATM地址到IP地址的转换
功能。
    多协议标记交换（MPLS）是目前公认的IP与ATM结合的一种良好方案。ATM的信元机制
可以非常有效地支持MPLS中的标签交换，从而使得ATM交换可方便地支持MPLS中标记交换路
由器（LSR）的转发功能。MPLS技术独立于链路层，既可在ATM上实现，亦可在纯粹的路由
器上实现。
    IP／ATM的特点有：可利用ATM的服务质量特性，保证网络的服务质量；适用于多种业
务，网络具有很好的扩充性能，用户可以在任何一条链路上放入所需的容量；有良好的网
络流量管理和拥塞控制性能；适用于一般的IP骨干网。
    IP／ATM的不足包括：IP数据包需映射成ATM信元，由此造成较大的传输开销，传输效
率较低；需要解决IP地址与ATM地址多重映射的矛盾以及IP网络的非连接特性与ATM面向连
接特性之间的矛盾，网络管理比较复杂；基于ATM实现的IP网络带宽受限于ATM网络技术本
身状况，这就导致其不太适于超大型IP骨干网（一般认为可用于超大型IP骨干网边缘多业
务的接入）。