2011年軟件水平考試網(wǎng)絡(luò)工程師全面復習資料(21)
六.ATM局域網(wǎng)技術(shù)
ATM意即異步傳輸模式(asynchronous transfer mode)。ATM技術(shù)是八十年代后期由ITU-T針對電信網(wǎng)支持寬帶多媒體業(yè)務(wù)而提出的。經(jīng)過近十年的研究，到九十年代中期ATM技術(shù)已基本成熟，由ITU-T和ATM論壇制定的相關(guān)的國際標準也基本齊全，并有多個電信設(shè)備廠商和計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商推出了商用化的ATM設(shè)備。此后，ATM網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也得到了長足的發(fā)展，全世界許多網(wǎng)絡(luò)(公用網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng))都已安裝并使用了ATM網(wǎng)路設(shè)備。
ATM的傳輸介質(zhì)常常是光纖，但是100m以內(nèi)的同軸電纜或5類雙絞線也是可以的。光纖可達數(shù)千米遠。每個鏈路處于計算機和一個ATM交換機之間或兩個ATM交換機之間。換句話說，ATM鏈路是點到點的(和LAN不一樣，它在一條電纜上有許多發(fā)送方和接收方)。通過讓信元從一條線路進入交換機并且從多條線路輸出，可以獲得廣播效果。每條點到點鏈路是單向的。對于全雙工操作需要兩條鏈路，每個方向的流量占用一條。
ATM的物理層包括兩個子層，即物理介質(zhì)子層(PM)和傳輸會聚(TC)子層。其中物理介質(zhì)子層提供比特傳輸能力，對比特定時和線路編碼等方面作出了規(guī)定，并針對所采用的物理介質(zhì)(如光纖、同軸電纜、雙絞線等)定義其相應(yīng)的特性;傳輸會聚子層的主要功能是實現(xiàn)比特流和信元流之間的轉(zhuǎn)換。
1. IP技術(shù)對ATM技術(shù)的影響
IP技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)的核心，在互聯(lián)網(wǎng)中對于高層協(xié)議而言，通過統(tǒng)一的IP協(xié)議層(第三層)屏蔽了各種低層協(xié)議和物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(如X.25、DDN、以太網(wǎng)、令牌環(huán)、幀中繼、ATM、SDH、WDM)的差異，實現(xiàn)了 "IP over everything"的目標。IP技術(shù)成功的關(guān)鍵是其概念、方法與思想，例如其層次結(jié)構(gòu)的包容性與開放性，以及簡單、實用、有效的原則。目前互聯(lián)網(wǎng)的另一個目標是實現(xiàn)"everything on IP"，其中的 "everything"是指所有業(yè)務(wù)，包括數(shù)據(jù)、圖像和話音等，這些業(yè)務(wù)既有實時的，也有非實時的。要實現(xiàn)這樣的目標，對于目前的IP技術(shù)來說是有相當大困難的，需要新技術(shù)來幫助解決。
目前電信界有一種觀點認為：隨著IP技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來的電信網(wǎng)將由IP技術(shù)一統(tǒng)天下，而ATM技術(shù)將退出歷史舞臺。其實只要仔細分析和研究IP技術(shù)和ATM技術(shù)各自的特點，就不難發(fā)現(xiàn)這種觀點是片面的。對于網(wǎng)絡(luò)(電信網(wǎng)或計算機網(wǎng))建設(shè)而言，它的發(fā)展是不會隨著新技術(shù)的出現(xiàn)而發(fā)生突變(革命)的，而只能是逐步演進?，F(xiàn)有電信網(wǎng)已形成的資源十分龐大，不可能一夜消失。而且現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)雖然通過采用新技術(shù)(例如：IP over SDH或IP over WDM)，在一定程度解決了傳送帶寬的瓶頸問題，但仍然還是傳統(tǒng)的路由器加專線的組網(wǎng)方式，存在逐跳尋址與轉(zhuǎn)發(fā)等問題，不能保證服務(wù)質(zhì)量(QoS)和信息安全。ATM技術(shù)所具有的端到端QoS保證、完善的流量控制和擁塞控制、靈活的動態(tài)帶寬分配與管理、支持多業(yè)務(wù)，以及技術(shù)綜合能力等方面的優(yōu)勢，目前仍是IP技術(shù)所不及的。
有一點是肯定的，世上沒有一種萬能的技術(shù)。由于IP與ATM都是基于分組(包)交換的技術(shù)，而且都有各自的優(yōu)勢，因此，在電信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)融合與演變的過程中都將發(fā)揮作用。目前IP技術(shù)的優(yōu)勢在于提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，而ATM技術(shù)的優(yōu)勢在于提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺。
六.ATM局域網(wǎng)技術(shù)
ATM意即異步傳輸模式(asynchronous transfer mode)。ATM技術(shù)是八十年代后期由ITU-T針對電信網(wǎng)支持寬帶多媒體業(yè)務(wù)而提出的。經(jīng)過近十年的研究，到九十年代中期ATM技術(shù)已基本成熟，由ITU-T和ATM論壇制定的相關(guān)的國際標準也基本齊全，并有多個電信設(shè)備廠商和計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商推出了商用化的ATM設(shè)備。此后，ATM網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也得到了長足的發(fā)展，全世界許多網(wǎng)絡(luò)(公用網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng))都已安裝并使用了ATM網(wǎng)路設(shè)備。
ATM的傳輸介質(zhì)常常是光纖，但是100m以內(nèi)的同軸電纜或5類雙絞線也是可以的。光纖可達數(shù)千米遠。每個鏈路處于計算機和一個ATM交換機之間或兩個ATM交換機之間。換句話說，ATM鏈路是點到點的(和LAN不一樣，它在一條電纜上有許多發(fā)送方和接收方)。通過讓信元從一條線路進入交換機并且從多條線路輸出，可以獲得廣播效果。每條點到點鏈路是單向的。對于全雙工操作需要兩條鏈路，每個方向的流量占用一條。
ATM的物理層包括兩個子層，即物理介質(zhì)子層(PM)和傳輸會聚(TC)子層。其中物理介質(zhì)子層提供比特傳輸能力，對比特定時和線路編碼等方面作出了規(guī)定，并針對所采用的物理介質(zhì)(如光纖、同軸電纜、雙絞線等)定義其相應(yīng)的特性;傳輸會聚子層的主要功能是實現(xiàn)比特流和信元流之間的轉(zhuǎn)換。
1. IP技術(shù)對ATM技術(shù)的影響
IP技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)的核心，在互聯(lián)網(wǎng)中對于高層協(xié)議而言，通過統(tǒng)一的IP協(xié)議層(第三層)屏蔽了各種低層協(xié)議和物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(如X.25、DDN、以太網(wǎng)、令牌環(huán)、幀中繼、ATM、SDH、WDM)的差異，實現(xiàn)了 "IP over everything"的目標。IP技術(shù)成功的關(guān)鍵是其概念、方法與思想，例如其層次結(jié)構(gòu)的包容性與開放性，以及簡單、實用、有效的原則。目前互聯(lián)網(wǎng)的另一個目標是實現(xiàn)"everything on IP"，其中的 "everything"是指所有業(yè)務(wù)，包括數(shù)據(jù)、圖像和話音等，這些業(yè)務(wù)既有實時的，也有非實時的。要實現(xiàn)這樣的目標，對于目前的IP技術(shù)來說是有相當大困難的，需要新技術(shù)來幫助解決。
目前電信界有一種觀點認為：隨著IP技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來的電信網(wǎng)將由IP技術(shù)一統(tǒng)天下，而ATM技術(shù)將退出歷史舞臺。其實只要仔細分析和研究IP技術(shù)和ATM技術(shù)各自的特點，就不難發(fā)現(xiàn)這種觀點是片面的。對于網(wǎng)絡(luò)(電信網(wǎng)或計算機網(wǎng))建設(shè)而言，它的發(fā)展是不會隨著新技術(shù)的出現(xiàn)而發(fā)生突變(革命)的，而只能是逐步演進?，F(xiàn)有電信網(wǎng)已形成的資源十分龐大，不可能一夜消失。而且現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)雖然通過采用新技術(shù)(例如：IP over SDH或IP over WDM)，在一定程度解決了傳送帶寬的瓶頸問題，但仍然還是傳統(tǒng)的路由器加專線的組網(wǎng)方式，存在逐跳尋址與轉(zhuǎn)發(fā)等問題，不能保證服務(wù)質(zhì)量(QoS)和信息安全。ATM技術(shù)所具有的端到端QoS保證、完善的流量控制和擁塞控制、靈活的動態(tài)帶寬分配與管理、支持多業(yè)務(wù)，以及技術(shù)綜合能力等方面的優(yōu)勢，目前仍是IP技術(shù)所不及的。
有一點是肯定的，世上沒有一種萬能的技術(shù)。由于IP與ATM都是基于分組(包)交換的技術(shù)，而且都有各自的優(yōu)勢，因此，在電信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)融合與演變的過程中都將發(fā)揮作用。目前IP技術(shù)的優(yōu)勢在于提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，而ATM技術(shù)的優(yōu)勢在于提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺。
(三)ATM技術(shù)的發(fā)展趨勢
1.ATM支持話音技術(shù)的研究 在未來的電信網(wǎng)中，從用戶數(shù)的角度考慮，傳統(tǒng)的電話用戶仍將占主導地位，因此，ATM必須考慮如何支持話音的問題。ITU-T在1997年9月年通過了支持話音業(yè)務(wù)和短分組業(yè)務(wù)適配的第二類ATM適配層協(xié)議AAL2 I.363.2建議 在1999年2月通過了面向話音業(yè)務(wù)的建議I.366.
2 用于中繼的AAL2業(yè)務(wù)特定會聚子層SSCS ，并于1999年12月通過了支持AAL2交換的信令協(xié)議建議Q.2630.1(AAL2信令協(xié)議-能力集1)，基本完成了ATM支持話音業(yè)務(wù)的標準化工作。采用AAL2協(xié)議來支持話音業(yè)務(wù)不論是效率方面，還是時延性能方面，都要優(yōu)于IP電話。AAL2技術(shù)的應(yīng)用主要有以下幾個方面：
(1)以低時延的性能支持話音和其他實時業(yè)務(wù)傳送，用于PSTN或其它網(wǎng)絡(luò)的中繼傳輸;
(2)用于第三代移動通信系統(tǒng)(IMT-2000)，在BS和MSC之間以AAL2協(xié)議支持低速話音和數(shù)據(jù)信息的傳送;
(3)用AAL2交換機代替ATM交換機(ATM層僅提供PVC交叉連接功能)，提供端到端的ATM話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
2.簡化ATM技術(shù)的研究 ATM技術(shù)的缺點之一就是網(wǎng)絡(luò)的復雜性，為了推動ATM技術(shù)的應(yīng)用，就必須對ATM技術(shù)進行簡化和優(yōu)化，以達到簡化網(wǎng)絡(luò)，降低網(wǎng)絡(luò)成本的目的。目前，ITU-T和ATM論壇正在進行這方面的工作，例如目前ITU-T正在制定的ATM輕型信令(light signaling)標準就是為了簡化原有復雜的信令標準，以降低網(wǎng)絡(luò)的復雜性。另外，在流量控制、網(wǎng)絡(luò)管理等方面也都有需要進行相應(yīng)的研究工作。
3.ATM與IP技術(shù)的結(jié)合
目前，IP與ATM結(jié)合技術(shù)主要分為兩大類：重疊技術(shù)和集成技術(shù)。采用重疊技術(shù)時，ATM端點使用ATM地址和IP地址(或MAC地址)兩者來標識，網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置服務(wù)器完成ATM地址和IP地址(或MAC地址)的地址映射功能，在發(fā)端用戶得到收端用戶的ATM地址之后，建立ATM SVC連接并在其上傳送IP數(shù)據(jù)包。這方面的典型技術(shù)有：LANE、IPOA、MPOA等，重疊技術(shù)的優(yōu)點是采用標準的ATM論壇或ITU-T的信令標準，與標準的ATM網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)兼容;缺點是傳送IP包的效率較低。采用集成技術(shù)時，ATM層被看作IP層的對等層，ATM端點只需使用IP地址來標識，在建立連接時使用非標準的ATM信令協(xié)議。采用集成技術(shù)時，不需要地址解析協(xié)議，但增加了ATM交換機的復雜性，使ATM交換機看起來更像一個多協(xié)議的路由器。這方面的典型技術(shù)有：IP交換、多協(xié)議標簽交換(MPLS)等，集成技術(shù)的優(yōu)點是傳送IP包的效率比較高，不需要地址解析協(xié)議;缺點是與標準的ATM技術(shù)融合較為困難。通過近兩年對各種IP與ATM結(jié)合技術(shù)的研究已得出結(jié)論，即重疊技術(shù)(例如：LANE、IPOA、MPOA等)更適用于專用網(wǎng)或規(guī)模小的網(wǎng)絡(luò);而集成技術(shù)(例如：IP交換、MPLS等)則更適用于規(guī)模大的公用網(wǎng)。ITU-T已于2000年3月通過了在公用ATM網(wǎng)絡(luò)上傳送IP信息的建議Y.1310(公用ATM網(wǎng)絡(luò)傳送IP)，該建議明確了在采用ATM技術(shù)的公共網(wǎng)絡(luò)(包括業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)和承載網(wǎng)絡(luò))上傳送IP信息的推薦技術(shù)解決方案是多協(xié)議標簽交換(MPLS)，并且明確公用ATM網(wǎng)絡(luò)支持的IP目標業(yè)務(wù)是差別服務(wù)(Differserv)、 集成服務(wù)(Intserv)和IP虛擬專用網(wǎng)(IP VPN)。
3. ATM局域網(wǎng)技術(shù)
為了把ATM技術(shù)引入到局域網(wǎng)上來，ATM論壇和Internet工程任務(wù)組(IETF)作了不懈的努力，推出了幾個具有重要實際意義的ATM局域網(wǎng)協(xié)議。其中以ATM論壇的局域網(wǎng)仿真和ATM多協(xié)議技術(shù)(MPOA)最具代表性。
A. 局域網(wǎng)仿真
——局域網(wǎng)仿真是在ATM 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下仿真?zhèn)鹘y(tǒng)局域網(wǎng)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)方案。由于在局域網(wǎng)仿真中，ATM網(wǎng)絡(luò)只是以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層的角色出現(xiàn)，并且是基于MAC子層的仿真技術(shù)，所以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(如IP,IPX等)不需要任何更改就可以運行于局域網(wǎng)仿真環(huán)境。
——在局域網(wǎng)仿真中有兩種網(wǎng)絡(luò)信息：一種是仿真客戶與仿真服務(wù)器、配置服務(wù)器之間的控制信息;另一種是仿真客戶之間，以及仿真客戶與廣播未名服務(wù)器間的數(shù)據(jù)信息。如圖3所示，當仿真客戶1希望與仿真客戶2通信時，仿真客戶1必須首先知道仿真客戶2的ATM地址。如果仿真客戶1的緩器中存有仿真客戶2的ATM地址，那么仿真客戶1就利用該地址與仿真客戶2建立直接的ATM虛電路連接來實現(xiàn)通信(如e);否則，仿真客戶1向局域網(wǎng)仿真服務(wù)器發(fā)送一個地址解析請示分組(如a)，局域網(wǎng)仿真服務(wù)器利用該分組攜帶的仿真客戶2的MAC地址在緩存器中檢索，如果檢索成功，局域網(wǎng)仿真服務(wù)器把仿真客戶2的ATM地址反饋給仿真客戶1，否則，把該MAC地址送到廣播未名服務(wù)器(如b)，利用廣播未名服務(wù)器的廣播功能，向整個網(wǎng)絡(luò)廣播該MAC地址，仿真客戶2接收到該廣播信息，把地址反饋給局域網(wǎng)仿真服務(wù)器，局域網(wǎng)仿真服務(wù)器再送給仿真客戶1。在局域網(wǎng)仿真服務(wù)器未反饋回仿真客戶2地址這段時間里，仿真客戶1把數(shù)據(jù)分組分發(fā)給廣播未名服務(wù)器，由服務(wù)器以廣播形式送給仿真客戶2(如c,d)。
——從上述的通信規(guī)程可以看到，由于局域網(wǎng)仿真建立于數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層上，所以可以透明地支持傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層的各種協(xié)議，兼容性很好;網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠家設(shè)備的無縫連接。但是局域網(wǎng)仿真也存在許多缺陷：
——①網(wǎng)絡(luò)是基于客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的，由于受服務(wù)器的限制，網(wǎng)絡(luò)客數(shù)不可能很大，這樣就限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模;
——②由于不能支持備份服務(wù)器，所以服務(wù)器的可靠性決定了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，一旦服務(wù)器發(fā)生故障，那么整個網(wǎng)絡(luò)就不能工作了;
——③局域網(wǎng)仿真在實現(xiàn)子網(wǎng)間通信時，仍然需要路由器的參與，這樣路由器有限的路由、分組轉(zhuǎn)發(fā)功能就成了網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。
B. ATM多協(xié)議規(guī)程技術(shù)
——為了解決局域網(wǎng)仿真在子網(wǎng)間通信能力低的缺點，ATM論壇又推出了它的ATM多協(xié)議規(guī)程(MPOA:Multi-Protocol Over ATM)技術(shù)。MPOA技術(shù)的基本目標是把局域網(wǎng)仿真技術(shù)與Internet工程任務(wù)組的下一節(jié)點解釋協(xié)議(NHRP)技術(shù)捆綁起來，這樣做的目的是保留局域網(wǎng)仿真在子網(wǎng)內(nèi)通信高效率的優(yōu)點，同時引入下一節(jié)點解釋協(xié)議在不同子網(wǎng)間有效通信的優(yōu)勢，使整個寬帶網(wǎng)絡(luò)的通信完全拋開傳統(tǒng)路由器的干預，通信效率大幅度提高。
——由于MPOA支持數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的互連，所以能夠透明支持傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實現(xiàn)大規(guī)模的互連網(wǎng)絡(luò);不同子網(wǎng)間的通信可以跨過傳統(tǒng)路由器的干預，建立直接連接來提高網(wǎng)絡(luò)效率;減少了參與路由連接過程中的物理設(shè)備，所以降低了網(wǎng)絡(luò)路由的復雜性，提高了效率。但是MPOA技術(shù)在實現(xiàn)子網(wǎng)間的最優(yōu)路由時，可能會帶來ATM層和網(wǎng)絡(luò)層路由和尋址的協(xié)調(diào)性問題;網(wǎng)絡(luò)在建立最優(yōu)路由時的判別標準，以及最優(yōu)路由連接的維護仍然需要研究;而且網(wǎng)絡(luò)仍然需要地址解析服務(wù)器的存在，子網(wǎng)間的路由信息數(shù)據(jù)庫就必須保證同步，這樣就在建立連接時引入了不必要的時延，使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和操作的復雜性沒有得到徹底簡化。
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