六.ATM局域网技术
ATM意即异步传输模式(asynchronous transfer mode)。ATM技术是八十年代后期由ITU-T针对电信网支持宽带多媒体业务而提出的。经过近十年的研究，到九十年代中期ATM技术已基本成熟，由ITU-T和ATM论坛制定的相关的国际标准也基本齐全，并有多个电信设备厂商和计算机网络设备厂商推出了商用化的ATM设备。此后，ATM网络的建设也得到了长足的发展，全世界许多网络(公用网或专用网)都已安装并使用了ATM网路设备。
ATM的传输介质常常是光纤，但是100m以内的同轴电缆或5类双绞线也是可以的。光纤可达数千米远。每个链路处于计算机和一个ATM交换机之间或两个ATM交换机之间。换句话说，ATM链路是点到点的(和LAN不一样，它在一条电缆上有许多发送方和接收方)。通过让信元从一条线路进入交换机并且从多条线路输出，可以获得广播效果。每条点到点链路是单向的。对于全双工操作需要两条链路，每个方向的流量占用一条。
ATM的物理层包括两个子层，即物理介质子层(PM)和传输会聚(TC)子层。其中物理介质子层提供比特传输能力，对比特定时和线路编码等方面作出了规定，并针对所采用的物理介质(如光纤、同轴电缆、双绞线等)定义其相应的特性;传输会聚子层的主要功能是实现比特流和信元流之间的转换。
1. IP技术对ATM技术的影响
IP技术是互联网的核心，在互联网中对于高层协议而言，通过统一的IP协议层(第三层)屏蔽了各种低层协议和物理网络技术(如X.25、DDN、以太网、令牌环、帧中继、ATM、SDH、WDM)的差异，实现了 "IP over everything"的目标。IP技术成功的关键是其概念、方法与思想，例如其层次结构的包容性与开放性，以及简单、实用、有效的原则。目前互联网的另一个目标是实现"everything on IP"，其中的 "everything"是指所有业务，包括数据、图像和话音等，这些业务既有实时的，也有非实时的。要实现这样的目标，对于目前的IP技术来说是有相当大困难的，需要新技术来帮助解决。
目前电信界有一种观点认为：随着IP技术和互联网的发展，未来的电信网将由IP技术一统天下，而ATM技术将退出历史舞台。其实只要仔细分析和研究IP技术和ATM技术各自的特点，就不难发现这种观点是片面的。对于网络(电信网或计算机网)建设而言，它的发展是不会随着新技术的出现而发生突变(革命)的，而只能是逐步演进。现有电信网已形成的资源十分庞大，不可能一夜消失。而且现有的IP网络虽然通过采用新技术(例如：IP over SDH或IP over WDM)，在一定程度解决了传送带宽的瓶颈问题，但仍然还是传统的路由器加专线的组网方式，存在逐跳寻址与转发等问题，不能保证服务质量(QoS)和信息安全。ATM技术所具有的端到端QoS保证、完善的流量控制和拥塞控制、灵活的动态带宽分配与管理、支持多业务，以及技术综合能力等方面的优势，目前仍是IP技术所不及的。
有一点是肯定的，世上没有一种万能的技术。由于IP与ATM都是基于分组(包)交换的技术，而且都有各自的优势，因此，在电信网与互联网融合与演变的过程中都将发挥作用。目前IP技术的优势在于提供统一的数据应用平台，而ATM技术的优势在于提供统一的网络平台。
2.ATM技术的特点、 应用范围和发展趋势
(一)ATM技术的特点
ATM作为电信网的一种新技术，不仅适用于高速信息传送和对服务质量(QoS)的支持，还具备了综合多种业务的能力，以及动态带宽分配与连接管理能力和对已有技术的兼容性。
1.对服务质量(QoS)的支持
(1)ATM采用固定短长度的信元传送信息。信息交换是在第二层完成的而且协议简单简化了网络节点中信息存贮管理与处理的复杂性，加快了信息交换的速率减少了信元在节点缓冲区中的排队时延和时延抖动，有利于信息传送的时间透明性，特别适合在核心网中用于信息传送。
(2)ATM采用面向连接的通信方式通信之前要建立虚通道(VP)和虚通路(VC)，避免了复杂的信元顺序控制工作加上用户接入时的流量控制和合理的QoS与网络资源管理控制，以及各种差错控制技术，可以使信元丢失率降低到各种业务可以接受的程度，满足各类业务的语义透明性。
(3)在ATM方式下，辅之以必要的网络管理功能和信令处理与连接控制功能，可以设置多种优先级(连接优先级，信元优先级等)管理功能，满足各种使用要求。
2.ATM的综合能力 ATM以信元的方式传送信息，与业务的特性、比特率无关，只要将各类业务的信息在入网时转化为统一格式的信元，就可以在网络中进行传输与交换，因此，高灵活性使之具有各种综合能力。
3.灵活的动态带宽分配与连接管理能力
(1)ATM具有统计复用的特点网络资源可以按需分配，网络资源的利用率高。
(2)在ATM方式下，网络具有支持多方连接的能力其中包括支持广播(broadcast)型连接和多播(multicast)型连接的能力。
4.ATM对已有技术的兼容性 ATM作为一项独立的技术充分考虑了与已有技术的融合，ATM的兼容性表现在两方面：
(1)对现有广域网技术(包括分组交换及电路交换技术)的兼容：ATM可以兼容帧中继(FR)业务、专线数据业务(DDN)，并且支持PSTN和N-ISDN业务。
(二)ATM的应用领域
根据ATM技术的特点和电信网技术的发展，就ATM技术本身而言，要对它的应用领域进行重新定位。由于ATM终端和信令复杂，端到端ATM连接(信元到桌面)的想法已基本落空，其原因是在用户驻地网支持话音业务它不如PSTN，支持数据业务它不如千兆以太网。然而，在核心网和边缘接入网中ATM技术仍然大有作为，在这里ATM作为多业务平台的优势可以得到充分发挥。此外，ATM与IP的结合将增加ATM的竞争能力。因此，ATM的应用领域主要有以下几个方面：
1.支持现有电信网逐步从传统的电路交换技术向分组(包)交换技术演变。
(1)支持现有电话网(如PSTN/ISDN)的演变，并作为其中继汇接网;
(2)支持并作为第三代移动通信网(要支持移动IP)的核心交换与传送网;
(3)支持现有数据网(FR/DDN)的演变，作为数据网的核心，并提供租用电路，利用ATM实现校园网或企业网间的互连。
2.为Internet骨干传送网互连核心路由器，支持IP网的持续发展。
3.与IP技术结合，取长补短，共同作为未来信息网的核心技术。由于IP与ATM技术， 有各自的优势，在传统电信网与互联网融合与演变的过程中都将发挥各自的重要作用，如果把这两项技术结合起来，利用ATM网络为IP用户提供高速直达数据链路，既可以使ATM网络运营部门充分利用ATM网络资源，发展ATM网络上的IP用户业务，又可以解决Internet网络发展中遇到的瓶颈问题，推动IP业务的进一步发展，使这两项技术的潜力充分发挥出来，获得巨大的经济效益。
(三)ATM技术的发展趋势
1.ATM支持话音技术的研究 在未来的电信网中，从用户数的角度考虑，传统的电话用户仍将占主导地位，因此，ATM必须考虑如何支持话音的问题。ITU-T在1997年9月年通过了支持话音业务和短分组业务适配的第二类ATM适配层协议AAL2 I.363.2建议 在1999年2月通过了面向话音业务的建议I.366.
2 用于中继的AAL2业务特定会聚子层SSCS ，并于1999年12月通过了支持AAL2交换的信令协议建议Q.2630.1(AAL2信令协议-能力集1)，基本完成了ATM支持话音业务的标准化工作。采用AAL2协议来支持话音业务不论是效率方面，还是时延性能方面，都要优于IP电话。AAL2技术的应用主要有以下几个方面：
(1)以低时延的性能支持话音和其他实时业务传送，用于PSTN或其它网络的中继传输;
(2)用于第三代移动通信系统(IMT-2000)，在BS和MSC之间以AAL2协议支持低速话音和数据信息的传送;
(3)用AAL2交换机代替ATM交换机(ATM层仅提供PVC交叉连接功能)，提供端到端的ATM话音和数据业务。
2.简化ATM技术的研究 ATM技术的缺点之一就是网络的复杂性，为了推动ATM技术的应用，就必须对ATM技术进行简化和优化，以达到简化网络，降低网络成本的目的。目前，ITU-T和ATM论坛正在进行这方面的工作，例如目前ITU-T正在制定的ATM轻型信令(light signaling)标准就是为了简化原有复杂的信令标准，以降低网络的复杂性。另外，在流量控制、网络管理等方面也都有需要进行相应的研究工作。
3.ATM与IP技术的结合
目前，IP与ATM结合技术主要分为两大类：重叠技术和集成技术。采用重叠技术时，ATM端点使用ATM地址和IP地址(或MAC地址)两者来标识，网络中设置服务器完成ATM地址和IP地址(或MAC地址)的地址映射功能，在发端用户得到收端用户的ATM地址之后，建立ATM SVC连接并在其上传送IP数据包。这方面的典型技术有：LANE、IPOA、MPOA等，重叠技术的优点是采用标准的ATM论坛或ITU-T的信令标准，与标准的ATM网络及业务兼容;缺点是传送IP包的效率较低。采用集成技术时，ATM层被看作IP层的对等层，ATM端点只需使用IP地址来标识，在建立连接时使用非标准的ATM信令协议。采用集成技术时，不需要地址解析协议，但增加了ATM交换机的复杂性，使ATM交换机看起来更像一个多协议的路由器。这方面的典型技术有：IP交换、多协议标签交换(MPLS)等，集成技术的优点是传送IP包的效率比较高，不需要地址解析协议;缺点是与标准的ATM技术融合较为困难。通过近两年对各种IP与ATM结合技术的研究已得出结论，即重叠技术(例如：LANE、IPOA、MPOA等)更适用于专用网或规模小的网络;而集成技术(例如：IP交换、MPLS等)则更适用于规模大的公用网。ITU-T已于2000年3月通过了在公用ATM网络上传送IP信息的建议Y.1310(公用ATM网络传送IP)，该建议明确了在采用ATM技术的公共网络(包括业务提供网络和承载网络)上传送IP信息的推荐技术解决方案是多协议标签交换(MPLS)，并且明确公用ATM网络支持的IP目标业务是差别服务(Differserv)、 集成服务(Intserv)和IP虚拟专用网(IP VPN)。
3. ATM局域网技术
为了把ATM技术引入到局域网上来，ATM论坛和Internet工程任务组(IETF)作了不懈的努力，推出了几个具有重要实际意义的ATM局域网协议。其中以ATM论坛的局域网仿真和ATM多协议技术(MPOA)最具代表性。
A. 局域网仿真
——局域网仿真是在ATM 网络环境下仿真传统局域网业务的网络方案。由于在局域网仿真中，ATM网络只是以网络数据链路层的角色出现，并且是基于MAC子层的仿真技术，所以现有的网络层协议(如IP,IPX等)不需要任何更改就可以运行于局域网仿真环境。
——在局域网仿真中有两种网络信息：一种是仿真客户与仿真服务器、配置服务器之间的控制信息;另一种是仿真客户之间，以及仿真客户与广播未名服务器间的数据信息。如图3所示，当仿真客户1希望与仿真客户2通信时，仿真客户1必须首先知道仿真客户2的ATM地址。如果仿真客户1的缓器中存有仿真客户2的ATM地址，那么仿真客户1就利用该地址与仿真客户2建立直接的ATM虚电路连接来实现通信(如e);否则，仿真客户1向局域网仿真服务器发送一个地址解析请示分组(如a)，局域网仿真服务器利用该分组携带的仿真客户2的MAC地址在缓存器中检索，如果检索成功，局域网仿真服务器把仿真客户2的ATM地址反馈给仿真客户1，否则，把该MAC地址送到广播未名服务器(如b)，利用广播未名服务器的广播功能，向整个网络广播该MAC地址，仿真客户2接收到该广播信息，把地址反馈给局域网仿真服务器，局域网仿真服务器再送给仿真客户1。在局域网仿真服务器未反馈回仿真客户2地址这段时间里，仿真客户1把数据分组分发给广播未名服务器，由服务器以广播形式送给仿真客户2(如c,d)。
——从上述的通信规程可以看到，由于局域网仿真建立于数据链路层的MAC子层上，所以可以透明地支持传统网络层的各种协议，兼容性很好;网络实现简单，能够实现不同厂家设备的无缝连接。但是局域网仿真也存在许多缺陷：
——①网络是基于客户机/服务器结构的，由于受服务器的限制，网络客数不可能很大，这样就限制了网络的规模;
——②由于不能支持备份服务器，所以服务器的可靠性决定了网络的可靠性，一旦服务器发生故障，那么整个网络就不能工作了;
——③局域网仿真在实现子网间通信时，仍然需要路由器的参与，这样路由器有限的路由、分组转发功能就成了网络的瓶颈。
B. ATM多协议规程技术
——为了解决局域网仿真在子网间通信能力低的缺点，ATM论坛又推出了它的ATM多协议规程(MPOA:Multi-Protocol Over ATM)技术。MPOA技术的基本目标是把局域网仿真技术与Internet工程任务组的下一节点解释协议(NHRP)技术捆绑起来，这样做的目的是保留局域网仿真在子网内通信高效率的优点，同时引入下一节点解释协议在不同子网间有效通信的优势，使整个宽带网络的通信完全抛开传统路由器的干预，通信效率大幅度提高。
——由于MPOA支持数据链路层和网络层的互连，所以能够透明支持传统网络协议，实现大规模的互连网络;不同子网间的通信可以跨过传统路由器的干预，建立直接连接来提高网络效率;减少了参与路由连接过程中的物理设备，所以降低了网络路由的复杂性，提高了效率。但是MPOA技术在实现子网间的最优路由时，可能会带来ATM层和网络层路由和寻址的协调性问题;网络在建立最优路由时的判别标准，以及最优路由连接的维护仍然需要研究;而且网络仍然需要地址解析服务器的存在，子网间的路由信息数据库就必须保证同步，这样就在建立连接时引入了不必要的时延，使得网络设计和操作的复杂性没有得到彻底简化。
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