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ATM技术的进展与应用

技术IT知识

网络技术是从1990年代中期发展起来的新技术 ， 它把互联网上分散的资源融为有机整体 ， 实现资源的全面共享和有机协作 ， 使人们能够透明地使用资源的整体能力并按需获取信息 。资源包括高性能计算机、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、大型数据库、网络、传感器等 。当前的互联网只限于信息共享 ， 网络则被认为是互联网发展的第三阶段 。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 。但与此同时 ， ＩＰ技术也得到迅猛发展 ， ＩＰ技术与以太网技术的无缝结合使得ＡＴＭ到桌面应用的市场前景十分暗淡 ， 而且 ， ＩＰ技术还在广域网领域积极扩展 ， 实现了与ＳＤＨ／ＷＤＭ技术相结合的应用 ， 大有取代ＡＴＭ而成为将来宽带通信网核心技术的势头 。
一、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"ＩＰｏｖｅｒｅｖｅｒｙｔｈｉｎｇ"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"ｅｖｅｒｙｔｈｉｎｇｏｎＩＰ" ， 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：ＩＰｏｖｅｒＳＤＨ或ＩＰｏｖｅｒＷＤＭ） ， 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 。
二、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 。
２）对现有ＩＰ技术的兼容：ＡＴＭ对ＩＰ技术既有第二层（数据链路层）的兼容（如局域网仿真-ＬＡＮＥ） ， 又有第三层（网络层）的兼容（如ＣＩＰＯＡ、ＭＰＯＡ及ＭＰＬＳ） 。由于ＡＴＭ技术的上述优点 ， 因此得到了电信界、计算机网络界的广泛重视 。然而 ， 研究开发和利用ＡＴＭ技术的两大阵营显然代表了两种不同的观点和角度 。电信界期望ＡＴＭ能够实现其网络的综合 ， 实现现有电信网与未来网络（包括ＩＰ网、第三代移动通信网）的无缝融合 ， 保护现有电信网的投资；而计算机界希望利用ＡＴＭ更好地支持ＩＰ ， 以实现ＩＰ的ＱｏＳ 。当然 ， ＡＴＭ也有其固有的缺陷 ， 主要问题是过高的信元开销和网络复杂性 。就ＡＴＭ信元本身而言 ， 信元头的开销超过了１０％（５／４８） ， 如果再把ＡＴＭ适配层以及更高层协议的开销考虑进去 ， 总开销可能会超过２５％ ， 这对于一些数据业务（例如：Ｅ－ｍａｉｌ等短分组数据）来讲是难以接受的；另外 ， ＡＴＭ网络为了支持综合业务和保证ＱｏＳ而引入的ＣＡＣ、ＵＰＣ／ＮＰＣ等流量控制功能使得网络所支持ＳＶＣ的信令和网络管理功能十分复杂 ， 这不仅增加了网络成本 ， 同时也加大了网络的复杂性 。
（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（ｌｉｇｈｔｓｉｇｎａｌｉｎｇ）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ＡＴＭＳＶＣ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（ＩＰＶＰＮ） 。

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