宽带IP及相关技术

2024年3月27日发(作者：论语四则)

宽带IP及相关技术

1.发展及概述

在20世纪90年代初,随着网络规模和复杂性的不断增加，基于度量

的流量控制变得越来越复杂，以至于对网络的一部分度量进行调整

时，判断该调整对网络其余部分的影响变得越来越困难，难以实现对

整个网络带宽的全面有效利用。

基于ATM PVC链路的IP网络中，可以使用ATM的流量工程部分

地满足业务要求。但是作为备份的PVC链路必须提前配置好并安装到

ATM交换机中。由于故障节点的不确定性，很难设计出与IP内部具

有的可恢复性相似的备份PVC。

MPLS的出现为IP网络中的流量工程问题提供了有希望的解决方

案。在宽带IP网络中，尤其是在全光IP网络中，MPLS甚至是目前

解决流量工程问题的唯一有效的方案。流量工程的本质是将业务映射

到物理拓扑上去，MPLS通过在输入点和输出点之间建立标记交换路

径来实现流量工程。MPLS可通过离线方式计算出全面或部分标记交

换路径，并可采用动态协议安装这些路径。将来，MPLS可支持基于

约束的路由，由网络自身参与标记交换路径计算，减小人工参与的压

力与不足，并通过域内路由协议（IGP）的动态路由信息，发布加快

流量工程对故障的反应和恢复速度。

新一代宽带1P网络要建立在现有的网络技术基础上，建立在当前最

先进的网络传输技术基础上。典型的相关技术有IP over ATM、 IP

crver SDH、IP over WDM等。

IP 0ver ATM，融合了IP和ATM技术特点，发挥ATM支持多业务、

提供QoS（服务质量保证）的技术优势。IP 0ver SDH，直接在SDH

上传送IP业务，对IP业务提供了完善支持，提高了效率。而IP over

WDM，采用高速路由交换机设备和DWDM（密集波分复用）技术，极大

地提高了网络带宽，对不同码率、数据帧格式的业务提供全面支持。

2.宽带IP支持技术

2.1 IP over AIM IP over ATM的基本原理和工作方式为：将IP数

据包在ATM层全部封装为ATM信元，以ATM信元形式在信道中传输。

当网络中的交换机接收到一个IP数据包时，它首先根据IP数据包的

IP地址通过某种机制进行路由地址处理，按路由转发。随后，按已

计算的路由在ATM网上建立虚电路（VC）。以后的TP数据包将在此

虚电路VC上以直通（Cut一Through）方式传输而下再经过路由器，

从而有效地解决了IP的路由器的瓶颈问题，并将IP包的转发速度提

高到交换速度。

重叠模型的实现方式主要有：IETF推荐的IPOA。CIPOA， c1assic IP

Over ATM、 ATM Forum推荐的LAN仿真（LANE： LAN Emulation）

和多协议MPOA等（MPOA：Muti-Protocol over ATM）。重叠技术的

主要思想是：IP的路由功能仍由IP路由器来实现，需要地址解析协

议ARP实现MAC地址与ATM地址或IP地址与ATM地址的映射。而其

中的主机不需要传统的路由器，任何具有MPOA功能的主机或边缘设

备都可以和另一设备通过ATM交换直接连接，并由边缘设备完成包的

交换即第三层交换。

信令标准完善成熟，采用ATM Forum／ITU-T的信令标准，与标准的

ATM网络及业务兼容。但该技术对组播业务的支持仅限于逻辑子网内

部，子网间的组播需通过传统路由器，因而对广播和多发业务效率较

低。

——集成模型的实现技术主要有：Ipsilon公司提出IP交换（IP

Swtich技术、cisco公司提出的标记交换（Tag swtich）技术和IETF

推荐的MPLS技术。集成模型的主要思想是：将ATM层看成IP层的对

等层，将IP层的路由功能GN 层的交换功能结合起来，使IP网络获

得ATM的选路功能。ATM端点只需使用IP地址标识，从而不需要地

址解析协议。该技术传输IP数据包效率较高，且不需地址解析协议。

但目前标准还未完成，与标准的ATM技术结合不是很好。从以上分析

可以看出，IP Over ATM具有以下特点：

(1)由于ATM技术本身能提供QoS保证，因此可利用此特点提高IP

业务的服务质量。

（2）具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力，网络可靠性

高。

（3）适应于多业务，具有良好的网络可扩展能力。

（4）对其它几种网络协议如IPX等能提供支持。

2.2 IP Pover SDH

IP Over SDH以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络。它使用

链路及PPP协议对IP数据包进行封装，把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的同步净荷中，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Pacdket over SDH（PoS）。

它保留了IP面向无连接的特征。

支持IP over SDH技术的协议、标准和草案主要有：

PPP协议

PPP协议（即IETF FRC1661：The Point-to-Point Protocol和

RFC2153：PPP vendor Extension是一个简单的OSI第二层网络协议。

其标头只有两个字节，没有地址信息，只是按点到点顺序，面向无连

接。PPP协议可将IP数据包切成PPP帧（符合RFC1662：PPP in

HDLC-Link Faming）以满足映射到SDH／Sonet帧结构（符合RFC1619：

PP over SDH）上的要求。

简化的数据链路协议（SDL）

在IP／PPP／HDLC／SDH中，使用的基于HDLC的帧定界协议存在一些

问题，主要表现在：用户使用HDLC帧时，网管需要对每一个输入、

输出字节都进行监视。当用户数据字节的编码与标志字节相同时，网

管需要进行填充、去填充操作。为此，Lucent提出了简化数据链路

协议SDL。SDL用户对同步或异步传送的可变长的IP数据包进行高速

定界，可适用于OC-48／STM-16以上速率的IP over SDH。

——SDL协议主要应用于点到点的IP传送，可以用于任何类型的数

据包（如IPv4、IPv6等）。与HDLC相比，SDL更容易应用于高速链

路，并且可能提供链路层的QoS。

从以上分析可以看出，IP over SDH具有以下特点：

优点：

（1）对IP路由的支持能力强，具有很高的IP传输效率。

（2）符合Internet业务的特点，如有利于实施多路广播方式。

（3）能利用SDH技术本身的环路，故可利用自愈合（Self-healing

Ring）能力达到链路纠错；同时又利用OSPF协议防止备和链路故障

造成的网络停顿，提高网络的稳定性。

(4）省略了不必要的ATM层，简化了网络结构，降低了运行费用。

缺点：

（1）仅对IP业务提供好的支持，不适于多业务平台。

（2）不能像IP crver ATM技术那样提供较好的服务质量保障（QoS）。

（3）对IPX等其它主要网络技术支持有限。

2.3 IP over WDM

IP over WDM，也称光因特网。其基本原理和工作方式是：在发送端，

将不同波长的光信号组合（复用）送入一根光纤中传输，在接收端，

又将组合光信号分开（解复用）并送入不同终端。IP over WDM是一

个真正的链路层数据网。在其中，高性能路由器通过光ADM或WDM耦

合器直接连至WDM光纤，由它控制波长接入、交换、选路和保护。IP

over WDM的帧结构有两种形式：SDH帧格式和千兆以太网帧格式。

支持IP over WDM技术的协议、标准、技术和草案主要有：

DWDM（密集波分复用）一般峰值波长在1～10nm量级的WDM系统称为

DWDM。在此系统中，每一种波长的光信号称为一个传输通道

（channel）。每个通道都可以是一路155Mb/s、622Mb/s、2．5G/b

甚至10Gb／s的ATM或SDH或是千兆以太网信号等。

DWDM提供了接口的协议和速率的无关性，在一条光纤上，可以同时

支持ATM、SDH和千兆以太网，保护了已有投资，并提供了极大灵活

性。

SDH与千兆以太同帧格式比较

目前，主要网络再生设备大多采用SDH帧格式，此种格式下报头载有

信令和足够的网络管理信息，便于网络管理。但相较而言，在路由器

接口上针对SDH帧的拆装分割（SAR）处理耗时，影响网络吞吐量和

性能，巨采用SDH帧格式的转发器和再生器造价昂贵。

目前，在局域网中主要采用千兆以太网帧结构，此种格式下报头包含

的网络状态信息不多，但由于没有使用一些造价昂贵的再生设备，因

而成本相对较低。由于使用的是“异步”协议，对抖动和时延不那么

敏感。同时由于与主机的帧结构相同，因而在路由器接口上下需对帧

进行拆装分割（SAR）操作和为了使数据帧和传输帧同步的比特塞入

操作。

从以上分析可以看出，IP over WDM具有以下特点：

优点：

(1）充分利用光纤的带宽资源，极大地提高了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。可以传送不同码率的

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，还可以支持未来的宽带业务网

及网络升级，并具有可推广性、高度生存性等特点。

缺点：

（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1OOGHz。

（2） WDM系统的网络管理应与其传输的信号的网管分离。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”。

3.总结

通过以上的分析比较，我们可以发现，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。因而就目前而言，发展高性能IP业务，IP over SDH

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Vcrice、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，这种技术能真正地实现无

缝接入。应该说，IP over WDM将代表着宽带IP主干网的明天。