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蒋 婕 广西桂林电子工业学院光通信专业
摘 要 比较了宽带IP骨干网的三种主流传送技术，即IP over ATM，IP over SDH和IP over WDM。分析了三者的工作方式、特点及其发展前景。
关键词 IP over ATM IP over SDH IP over WDM
一、引 言
近年来，Internet的迅猛发展，促使IP技术无论从网络结构、传输能力还是业务开拓上都取得了巨大的进展。IP是网络层协议，SDH与WDM是物理层传送技术，在两层之间需要一个数据链路层，数据链路层负责把物理层提供的信号转换成网络层所需要的信号。目前，最流行的IP传送技术有三种，即IP over ATM，IP over SDH/SONET和IP over WDM。
二、宽带IP传送技术
1．IP over ATM
IP网传统上是由路由器和专线组成的，用专线将地域上分离的路由器连接起来构成IP网。这样的组网模式曾经使用了很长一段时间，随着IP业务的爆炸性发展，显然不能满足高速发展的IP业务的要求。低速的（2~4.5Mbit/s）专线和为普通业务设计的路由器，在很多性能上无法满足新业务的需要，网络技术的变化和演进是必然的。网络技术演进的首选技术将是IP over ATM，图1给出IP over ATM的分层模型。
尽管ATM是IP之后发展起来的一种分组交换技术，它的确克服了IP原来设计的不足，其性能大大优于IP，曾经被看作是B-ISDN的核心，是通信发展过程中的一颗新星。但由于它过于复杂，过于求全、求完善、求完美，从而大大增加了系统的复杂性及设备的价格。
ATM信元到桌面业务要发展已经相当困难了，但是随着IP网的爆炸性发展，ATM作为IP业务的承载网将具有特殊的好处。与路由器加专线相比，至少它可以提供高速点对点连接，从而大大提高IP网的带宽性能。当ATM以网络形式来承载IP业务时，还可以提供十分优良的网络整体性能，因此IP over ATM成为近年来的研究热点。
用ATM来支持IP业务有两个问题必须解决：其一，ATM的通信方式是面向连接的，而IP是无连接的。要在一个面向连接的网上承载一个非连接的业务，有很多问题需要解决，如呼叫建立时间、连接持续期等。其二，ATM是以ATM地址寻址的，IP通信以IP地址来寻址，在IP网上端到端是以IP寻址的，而传送IP包的承载网（ATM网）是以ATM地址寻址的，IP地址和ATM地址之间的映射是一个很大的难题。
国际上对ATM提供IP业务已经作了很多研究，提出许多解决方案。可以分为两类：
（1）叠加模式。指的是IP网的寻址叠加在ATM寻址的基础上，即在叠加模式中，ATM的寻址方式不变，IP地址在边缘设备中映射成ATM地址，IP包据此传向另一端的边缘设备。叠加模式的最大特点是：IP网络和ATM网络有各自的寻址方式和选路协议。使用IP业务的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的地址选路功能建立连接。因而在IP网络的各个节点要有IP地址到ATM地址间的映射功能。叠加模式最典型的有局域网仿真（LANE）、经典地在ATM上传送IP（CIPOA-Classical IP over ATM）和ATM上的多协议（MPOA-Multiprotocol over ATM）等。
（2）集成模式。指的是IP网设备和ATM网设备已集成在一起了。此时的网络不再有两个层次，ATM交换机的网络层对于IP业务采用的就是IP专用的协议。使用IP业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。
由上可知，IP over ATM具有以下优点：
●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。
IP over ATM的不足：
●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，造成带宽浪费。
●需要解决IP地址与ATM地址多重映射的矛盾以及IP网络是非连接性与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，这就导致其不太适用于超大型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）。
2．IP over SDH/SONET
IP over SDH/SONET是以SDH网络作为IP数据包的物理传输网络，它使用链路及PPP（Point-to-Point Protocol，点到点协议）协议对IP数据包进行封装。IP分组根据RFC1662规范简单地插入到PPP帧中的信息段，然后再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH同步净荷中。然后向下，经过SDH传输层和段层，加上相应的开销，把净荷装入一个SDH帧中，最后到达光层，在光纤中传输。IP over SDH，也称Packet over SDH（PoS），它保留了IP面向无连接的特性。IP over SDH/SONET的协议栈如表1所示。
SDH是基于时分复用的在网管的配置下完成半永久性连接的网。在IP over SDH中，SDH只可能有一种工作方式，即SDH只可能以链路方式来支持IP网。SDH作为链路来支持IP网，由于它不能参与IP网寻址，它的作用只是将路由器以点到点的方式连接起来，提高点到点之间的传送速率，它不可能从总体上提高IP网的性能，这种IP网其本质上仍是一个路由器网。IP网整体性能的提高将取决于路由器技术是否有突破性进展。千兆路由器在技术上是有突破的，但是技术的突破导致了设备复杂度的提高。由于这种突破性技术目前并不能广泛用于普通路由器中，除非全网全部路由器都采用千兆路由器（IP over SDH），否则就不可能从整体上提高IP网的水平。另外，SDH是依靠网管来完成端到端的半永久性连接的配置，一个大网完全依靠网管来完成配置是不可想象的。所以千兆比路由器（IP over SDH）只可能在干线上用，用以疏导高速率数据流。
从以上分析可以看出，IP over SDH/SONET具有以下优点：
（1）IP数据包通过PPP协议直接映射到SDH/SONET帧结构上，省略了不必要的ATM层，简化了IP网络结构，提高了数据传输效率，降低了运行费用。表2给出了IP over SDH/SONET和IP over ATM传输效率的分析比较结果。
（2）将IP网络技术建立在SDH/SONET传输平台上，可以很容易地跨越地区和国界，兼容各种不同的技术和标准，实现网络互联。
（3）可以充分利用SDH/SONET技术的各种优点，如自动保护切换（APS），保证网络的可靠性；利用SDH环路本身的自愈合（Self-healing Ring）能力达到链路纠错；利用OSPF（Open-Short-Path-First开放式最短路径优先）协议防止备用链路故障造成的网络停顿，提高网络的稳定性。
（4）符合传统IP业务的特点，有利于实施IP多播技术；适用于大型IP骨干网。
IP over SDH/SONET技术的不足主要有：
（1）仅对IP业务提供良好的支持，对IPX等其它主要网络技术支持有限；不太适用于集数据、语音、图像等的综合性多业务平台。
（2）IP over SDH/SONET技术一般可进行业务分级（CoS），但不能像IP over ATM技术那样提供较好的服务质量保障（QoS）。
（3）缺乏电路仿真服务能力。
（4）网络扩充不如IP over ATM技术那样灵活。
3．IP over WDM
IP over WDM，也称光因特网，其思路是：不仅省掉ATM层，也省掉中间的SDH层，将IP直接放在光路上传输。显然，这是一种最简单直接的体系结构，省掉了中间的ATM层和SDH层，简化了层次，减少了网络设备和功能重叠，减轻了网管复杂性，特别是网络配置的复杂性；额外的开销最低，传输速率最高；通过业务量工程设计，可以与IP的不对称业务量特性相匹配，还可利用光纤环路的保护光纤吸收突发业务，尽量避免缓存，减少延时；由于省掉了昂贵的ATM交换机和大量普通SDH复用设备，简化了网管，又采用了波分复用，其成本可比传统电路交换网降低一到两个数量级。IP over WDM的分层模型如图2所示。
WDM的另一个重要特点是其有多达数十上百个可用波道，各个波道信号间可以彼此隔离，因而很容易地兼容不同性质和协议的业务，起到业务汇集作用。网络管理者不再需要在同一电路上设法混合各种业务，从而有可能不再需要采用复杂的ATM来汇集各种业务，简化了体系结构。
至于服务质量问题，IP over WDM的解决思路是靠WDM的高带宽和简单的优先级方案。按排队理论，只有网络利用率超过75%时才需要QoS控制。当网络利用率低于70%时队列很短或根本不存在排队，常常只需要简单的优先级方案即可，于是将高质量实时业务放在队列前面即可保证QoS。实际业务预测表明，未来业务量中真正高质量的实时业务是少数，因而采用简单的优先级方案和高带宽WDM来处理QoS问题是有一定道理的。
从以上分析可知，IP over WDM具有以下优点：
（1）充分利用光纤的带宽资源，可极大地提高带宽和相对的传输速率。
（2）对传输码率、数据格式及调制方式透明，可以传送不同码率ATM、SDH/SONET和千兆以太网格式的业务。
（3）不仅可以与现有通信网络兼容，还可以支持未来的带宽业务网及网络升级，并具有可推广性、高度生存性等特点。
IP over WDM技术的不足：
（1）目前，对于波长标准化还没有实现，一般取193.1THz为参考频率，间隔取100GHz。
（2）WDM系统的网络管理应与其传输信号的网管分离。但在光域上加上开销和光信号的处理技术还不完善，从而导致WDM系统的网络管理还不成熟。
（3）目前，WDM系统的网络拓扑结构只是基于点对点的方式，还没有形成“光网”。
三、结束语
综上所述，宽带IP网络传输方案多种多样，三种IP传送技术都将在电信网发展的不同时期和网络的不同部分发挥自己应有的作用，三者将会共存互补。通过分析比较发现，在高性能、宽带的IP业务方面，IP over SDH技术由于去掉了ATM设备，投资少、见效快而且线路利用率高。就目前而言，发展高性能IP业务，IP over SDH/SONET是较好选择。而IP over ATM技术则充分利用已经存在的ATM网络和技术，发挥ATM网络的技术优势，适合于提供高性能的综合通信服务，因为它能够避免不必要的重复投资，提供Voice、Video、Data多项业务，是传统电信服务商的较好选择。对于IP over WDM技术，它能够极大地拓展现有的网络带宽，最大限度地提高线路利用率，并且在外围网络以千兆以太网成为主流的情况下，这种技术能真正实现无缝接入。从面向未来的角度看，IP over WDM将是最具生命力的技术。其巨大的带宽潜力和爆炸式增长的IP业务是相当匹配的，这种对IP业务最理想的传送技术将会成为未来网络特别是骨干网的主导传送技术。
摘自《电信网技术》
