結(jié)合IP應用的ATM組網(wǎng)優(yōu)化設計

李潔

摘 要：為解決對傳統(tǒng)ATM組網(wǎng)融合IP應用的平滑解決，文章分析了ATM和IP技術(shù)的特點，從骨干網(wǎng)絡技術(shù)的高帶寬、多業(yè)務支持、高QoS及經(jīng)濟性要求出發(fā)，論述了IP和ATM結(jié)合的客戶需求性及IP和ATM結(jié)合技術(shù)的發(fā)展狀況，引出以ATM橋接技術(shù)為解決方案的IP和ATM結(jié)合模式。通過行業(yè)大客戶的ATM橋接組網(wǎng)實例，深入闡述了ATM橋接的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。通過實際應用，體現(xiàn)了結(jié)合IP應用的ATM組網(wǎng)設計的可行性。

關鍵詞：網(wǎng)際協(xié)議；異步傳輸模式；組網(wǎng)優(yōu)化；異步傳輸模式橋接

中圖分類號：TP393.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0096-03

Abstract： In order to smooth the application of converged IP in traditional ATM networking， this paper analyzes the characteristics of ATM and IP technology， starting from the requirements of high bandwidth， multi-service support， high QoS to economy of backbone network technology. This paper discusses the customer demand of the combination of IP and ATM and the development of the combination technology of IP and ATM， and introduces the combination mode of IP and ATM with ATM bridge technology as the solution. The paper expounds the safety， reliability and stability of ATM bridge through the examples of ATM bridge network of key customers in the industry. Through the practical application， it reflects the feasibility of ATM networking design in combination with IP application.

Keywords： internet protocol；asynchronous transfer mode； networking optimization；asynchronous transfer mode bridging

1 概述

ATM（Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式）專線具有高帶寬，低時延等優(yōu)點[1]，且由于ATM網(wǎng)絡固有的信元格式，同步方式和統(tǒng)計復用特點，能夠較好地滿足數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的多業(yè)務需求。在用戶接入端可以實現(xiàn)從低速到高速的接入速率，在城域中傳輸時延一般低于10ms，并且鏈路在網(wǎng)絡中能實現(xiàn)自動路徑保護，因此特別適合于大中型企業(yè)和行業(yè)用戶對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡高性能、高安全性以及星型匯聚拓撲結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)要求。ATM技術(shù)的優(yōu)點使得它一度成為高端用戶的重要組網(wǎng)選擇。

但由于近些年來ATM技術(shù)的發(fā)展滯后于IP技術(shù)的發(fā)展，造成了支持ATM的硬件設備價格昂貴、市場占有率低、通用性差等問題，這給已經(jīng)使用ATM作為組網(wǎng)的用戶帶來了一系列的困惑。如果繼續(xù)沿用原有的ATM組網(wǎng)方式，會影響后續(xù)組網(wǎng)演進和發(fā)展；如果放棄原有的ATM組網(wǎng)而重新進行組網(wǎng)設計，在硬件設備浪費的同時還會帶來通信質(zhì)量的變化以及組網(wǎng)調(diào)整時的網(wǎng)絡不穩(wěn)定風險。

針對上述問題，本文提出了一種結(jié)合IP技術(shù)的ATM組網(wǎng)優(yōu)化設計，為使用ATM組網(wǎng)的用戶提出一種改造優(yōu)化方案，在節(jié)省投資、降低網(wǎng)絡調(diào)整風險的基礎上行之有效的方案措施。

2 以ATM橋接技術(shù)實現(xiàn)對IP數(shù)據(jù)業(yè)務的承載

通過在原有ATM組網(wǎng)中對IP數(shù)據(jù)業(yè)務的承載，可以實現(xiàn)與新的IP業(yè)務良好的對接。對于ATM網(wǎng)絡上承載IP數(shù)據(jù)業(yè)務，目前電信運營網(wǎng)絡中所采用的協(xié)議或規(guī)范主要有三種：基于PVC的透明橋接（PVC Bridging）[2]、基于SVC或PVC的Classical Over ATM（RFC1577）和局域網(wǎng)仿真（LANE）[3]。

依托于運營商組建的城域ATM骨干網(wǎng)，通過擴展相應的具備ATM橋接封裝能力的接入設備，可在城市大部分區(qū)域提供ATM橋接業(yè)務。從ATM橋接業(yè)務的技術(shù)特點可以看出，該方式主要針對以星型拓撲連接的大中型企業(yè)、金融、政府機構(gòu)等行業(yè)用戶的應用，且對網(wǎng)絡帶寬、安全性和網(wǎng)絡管理有較高的要求。

根據(jù)用戶接入方式可以提供EDSL和ATM橋接專線兩種業(yè)務。EDSL業(yè)務需要在局端安裝機架式的DSLAM設備，它通過ATM STM-1中繼上聯(lián)至骨干網(wǎng)，在下行方向通過銅纜（DSL）連接至用戶端的EDSL Modem，EDSL Modem把以太網(wǎng)用戶端流量封裝到ATM PVC中，并與DSLAM通過G.HDSL封裝互通。在ATM骨干網(wǎng)中，每條EDSL接入線路以通常的ATM PVC/PVP連接到其他用戶接入點（主要為以ATM STM-1上聯(lián)的用戶中心節(jié)點）。ATM橋接專線業(yè)務是使用ATM接入交換機來接入用戶，主要用于高帶寬通過光纖接入，用戶只要使用以太網(wǎng)接口的路由器或交換機等設備即可組網(wǎng)。在用戶的中心節(jié)點，上聯(lián)的每條EDSL或橋接專線是以ATM PVC/PVP的形式連接的，通過在中心節(jié)點的ATM路由器或交換機上進行相關的配置就能集合以太網(wǎng)接口簡單和ATM端口統(tǒng)計復用的優(yōu)點，組建運行高效、結(jié)構(gòu)扁平的廣域網(wǎng)絡。

基于以太網(wǎng)骨干的EDSL網(wǎng)絡由于受VLAN標簽空間以及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的限制，用在較大規(guī)模的城域網(wǎng)和需要經(jīng)過多電信運營商互聯(lián)的長途業(yè)務時難以很好地解決端口容量和線路隔離的技術(shù)缺陷，因此開展IP DSL的大規(guī)模商用尚有一定局限性。

RFC1483的橋接方式其實允許兩種封裝，其中VC multiplexing封裝每種協(xié)議必須單獨封裝為一條PVC，所以這種方式很少得到應用；而LLC/SNAP封裝，則通過PDU前綴里的LLC/SNAP幀頭來標示PDU里的上層協(xié)議類型。在ATM信元中，LLC字段為0x-AA-AA-03表示為LLC橋接封裝，OUI字段為0080C2表示上層協(xié)議為IEEE 802.1，其中PID為0x00-01標示使用Ethernet的FCS CRC校驗，0x00-07標示也使用AAL5的4位CRC校驗。

在路由器上可以使用的ATM橋接配置一共三種： Integrated Routing and Bridging（IRB），Routed Bridge Encapsulation（RBE），以及Bridged-style PVCs（BPVCs），它們都使用1483Annex-B的封裝，但都有不同的特點，現(xiàn)通過表1進行簡單的比較。

3 ATM橋接的典型應用實例

通過應用實例可以更好地展示ATM橋接的應用效果。

某市氣象局需要通過專線組網(wǎng)的方式連接各區(qū)、縣分局，目前主要應用于通過廣域網(wǎng)連接傳輸實時視頻。各分局與總局之間為星型邏輯拓撲，即各分局的鏈路連接全部匯接至總局，分局之間的連接帶寬也全部從總局分配，力求達到網(wǎng)絡高可用性、高可控性，提供業(yè)務向新應用平滑過渡的網(wǎng)絡平臺。由于氣象局的主要業(yè)務網(wǎng)絡是采用ATM專線組網(wǎng)，因此新建的組網(wǎng)方式必須與業(yè)務網(wǎng)絡做到良好的銜接。

由于需要傳輸實時視頻，開展可視會議、實時圖象分析、語音通話[4]等應用，作為需要保持多路交互視頻流以及可以實現(xiàn)局域網(wǎng)互連、辦公自動化、VPN等綜合應用的專網(wǎng)來說，應保持足夠的帶寬資源。同時，鑒于在網(wǎng)絡拓撲上是分局全部匯總至總局的星型連接，站在提高投資收益比的角度看，應盡量在總局端將所有上聯(lián)線路復用在一條物理線路上。氣象局的聯(lián)網(wǎng)方式采用星形結(jié)構(gòu)，中心為市局，采用光纖形式連入ATM網(wǎng)，各個區(qū)縣局分別采用DSL技術(shù)，以10M的速度連入ATM網(wǎng)，以ATM PVC的方式連接市局。由于市局為中心節(jié)點，處理的數(shù)據(jù)量大、穩(wěn)定性、擴展性要求高，故應采用大容量、高可靠性、擴展性好的路由器；下級各個區(qū)縣局由于數(shù)據(jù)量比較小，可以采用比較低端的設備。

經(jīng)設計，氣象局的整體網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

網(wǎng)絡中心節(jié)點采用155M的光纖接入，接入節(jié)點都是10M接入，對于中心節(jié)點來說帶寬已經(jīng)足夠，并為未來可能的擴容留下了足夠的余量。每個分局都有大致50臺電腦，用于訪問中心節(jié)點的數(shù)據(jù)庫服務器。由于采用的是客戶機/服務器方式，每次客戶機發(fā)請求時，數(shù)據(jù)量不會很多，這是客戶機/服務器方式?jīng)Q定的，所以對分局至區(qū)局之間的網(wǎng)絡鏈路帶寬要求不是特別高。根據(jù)氣象局的實際業(yè)務應用情況，假設每次請求發(fā)送的數(shù)據(jù)量為30k比特，50臺PC同時發(fā)請求，則占用的帶寬約為1.5M，還余0.5M空間，而實際上50臺PC同時發(fā)請求的并發(fā)可能性是很低的。按照網(wǎng)絡運營經(jīng)驗，一條10M的專線支持500個用戶的使用應該沒有多大的問題。這說明，在目前階段分局至區(qū)局之間10M的帶寬是足夠的。

如氣象局的實際業(yè)務應用情況發(fā)生變化，數(shù)據(jù)量變大，電信運營商可以快速響應需求，根據(jù)實際數(shù)據(jù)業(yè)務情況對現(xiàn)有帶寬進行擴容或部署新的專線。

網(wǎng)絡的瓶頸最有可能發(fā)生在區(qū)縣局的數(shù)據(jù)庫服務器上，由于要同時處理分局幾百臺PC的請求，需要服務器有極其強勁的CPU處理能力，數(shù)據(jù)庫軟件要有較高的效率，硬盤的尋道、定位、I/O等子系統(tǒng)也要達到很高的速率才行。由于在中心節(jié)點采用的是光纖接入，帶寬最大可達155M，因此網(wǎng)絡具有極強的可擴展能力。在下級增加節(jié)點時，中心節(jié)點只需要加開ATM的PVC就可以了，不需要增加其他設備，節(jié)省了用戶的投資。分局選用的是模塊化路由器，當業(yè)務的發(fā)展使得底下分局的上連帶寬不夠時，可以非常方便地通過增加路由器的廣域網(wǎng)模塊來增加帶寬。

基于ATM組建的某市氣象局城域網(wǎng)開通了ATM、IP、FR等業(yè)務。接入了基于ATM的IP橋接業(yè)務，使得IP應用與ATM的組網(wǎng)實現(xiàn)了良好的銜接，同時也保障了組網(wǎng)的通信質(zhì)量[5]。接入了政務系統(tǒng)、氣象信息系統(tǒng)、視頻會議、監(jiān)控系統(tǒng)等各類應用。各種應用均能正常工作。為氣象局的業(yè)務發(fā)展起了很大的推動作用。

4 結(jié)束語

隨著IP技術(shù)的高速發(fā)展，ATM技術(shù)在通信組網(wǎng)中的應用程度在不斷地減弱。但由于ATM技術(shù)的歷史作用，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡的業(yè)務拓展中不能完全實現(xiàn)對舊網(wǎng)絡的隔離。如何在業(yè)務拓展的過程中兼顧已有的ATM組網(wǎng)架構(gòu)，并實現(xiàn)對IP業(yè)務的良好銜接，這一要求體現(xiàn)了網(wǎng)路升級改造的重要需求。通過ATM橋接技術(shù)的配置和應用，可以平滑實現(xiàn)ATM組網(wǎng)中IP應用的結(jié)合。不同網(wǎng)絡技術(shù)的融合應用，是電信運營商為客戶實現(xiàn)組網(wǎng)設計的常見課題，也體現(xiàn)了對各類客戶變化多端需求不斷滿足的能力。

參考文獻：

[1]于鵬，王曉梅，于宏毅，等.混合ATM信元容錯識別方法[J].信息工程大學學報，2014，15（6）：718-722.

[2]楊遠.透明網(wǎng)橋組網(wǎng)模型探討[J].中國新通信，2012（12）：18-19.

[3]陶駟.IP over SDH和IP over ATM技術(shù)介紹[J].無線互聯(lián)科技，2011（3）：17-19.

[4]董正宏.基于異步傳輸標準的互聯(lián)網(wǎng)的語音通信系統(tǒng)探討[J].通訊世界，2016（11）：5-7.

[5]王建兵，李文，夏洪君，等.ATM交換機IP業(yè)務QoS的設計與實現(xiàn)[J].通信技術(shù)，2014，47（8）：905-909.