IP与ATM结合的技术

   IP技术最初只用于少量计算机组成的网络互连，它不同于电信网络的设计思想，电信网络力图由网络自身提供所有业务，用户终端尽可能是廉价、易用的设备。而IP协议信奉的是“端到端”思想，并认为网络所需提供的只是端到端的连接，所有增值功能都在网络之外由终端完成。由于IP互联技术极具发展活力和智能，伴随Internet的诞生和进步，在近十年内得到了飞速的发展和广泛应用。

   IP原本是Internet的网络层协议和重要的技术基础，因此，人们说到IP往往就意味着Internet，就意味着无连接通信方式和无连接通信技术。Internet是一个路由器加专线的存储转发型网络，而IP协议实质上是一种不需要预先建立连接，而直接依赖于IP分组头信息决定分组转发路径的数据协议，IP协议具有其他通信协议所没有的突出优点：

   (1)IP为一种网络互连协议，容易实现异种网络互连；

   (2)IP协议采用无连接技术，特别适合于电子邮件、信息检索等非实时的短报文通信；

   (3)具有统一的寻址体系，网络可扩展性强；

   (4)IP协议采用独立服务的模块化结构，可以支持多种不同应用，容易增加新业务。

   3.ATM与IP的性能对比

   ATM协议框架中的ATM层对应于OSI协议参考模型的第2层，但其协议应该完成的功能不是OSI第2层规定的数据链路层功能， 而是多路复用、路由和交换功能。ATM的上层应用可能是基于Q. 2931的新应用或不基于Q.2931的现有应用，通过AAL层适配，将不同业务应用接纳进来。如果是现有的应用，则需要通过LANE和MPOA才能使原来没有广播子网概念的ATM具有子网的功能， 才能使现有的协议(例如ARP、IP、IPX)正常地在ATM上运行。

   TCP/IP协议框架中的IP层对应于OSI协议参考模型中的网络层， 其协议与OSI第3层规定的网络层协议相当，完成路由选择和分组转发功能。IP的上层应用可能是基于RSVP的或不基于RSVP协议的。对于不基于RSVP协议的现有Internet应用，可以通过简单的TCP或UD P运输层协议传送文电；而基于RSVP协议的新应用(例如语音和视频等实时应用)，则必须通过RSVP文电，为某分组流进行接纳控制和带宽预约，以保证服务质量。

   IP向ATM提出的挑战

   为了解决传统路由器利用软件来实现路由计算和包转发使得包转发速度不能满足因特网骨干网需求这个问题，人们只能求助于ATM。于是，ATM在世纪90年代中期成为因特网骨干网的主流，且在校园网、企业网方面发展了MPOA、标记交换(MPLS)等在ATM上运行IP的新方法。人们对ATM技术一直期望很高，但技术和用户的需求都在不断地发生变化，在话音通信方面，AAL1电路仿真方式在今天的技术背景下已不再有效，采用VBR和AAL2传送语音目前标准还不完善；在LAN由于千兆位以太网的崛起，ATM的优势不复存在；在广域网领域，ATM受到来自帧中继技术的竞争。制定ATM规范的ATM论坛一直在通过各种手段向ATM中容纳进新的内容以保证ATM最初造就未来通信统一平台的目标，这使得ATM技术异常的复杂，标准化的过程变慢。

   近几年来，随着Internet的广泛延伸和应用的不断增多，以及Internet终端—计算机功能的进一步增强，IP在逐步统一局域网和桌面系统之后又开始向ATM的地位发起挑战。IP协议所具有的最大优势在于，它可以运行在任何介质和网络上，可以保证异种网络的互通，即“IP over everything”。随着宽带IP技术的发展，在IP网上传输话音、视频等实时业务，保证服务质量等问题正逐步得到解决。目前正在发展多种算法和协议，将话音、视频业务及传统的数据通信业务转移到IP网上，出现了所谓的“Everything on IP”的局面。IP业务即将成为通信业务的主流，但传统电信传输网的基础网是SDH、ATM而不是IP。

   既然IP业务已经成为通信业务的主流，为什么不能按照IP业务的需求来重新优化设计电信传输网络呢?

   从网络的分层结构来看，ATM位于IP和物理层之间。目前在城域网主要采用SONET(同步光纤网)或SDH(同步数字层次网)作为物理层，ATM可以承载各种业务，使用IP协议的数据只是其中之一，其他的诸多业务是直接运行在ATM之上的而不通过IP这样的网络层，如话音业务利用ATM的线路仿真功能(Circuit Emulation)。ATM是各种业务的核心，即使ATM传送IP包的效率不高，但其支持多业务信息流的能力已足以使其受到电信服务提供商的青睐。可是，今天的情况发生了变化，IP成为各种业务的核心，数据、话音和视频业务都可由IP来承载。既然如此，还有什么必要在IP和SDH/SONET之间加入一个ATM层呢?去掉ATM层会大大提高IP的传输效率，特别是当数据的业务量超过话音和视频业务量时。

   ATM与IP各自的技术特点也反映出电信界和计算机界各自的特点，电信在过去的一个世纪内逐步发展，并几乎一直受到政府规范的制约，电信产品和服务要求高可靠性和终端设备之间的互操作性。而计算机行业的产品以更新快而闻名，并要求低成本，但可容忍一定程度的不可靠。

   IP与ATM相结合的技术—MPLS (多协议标记交换)

   虽然，ATM 面临IP的诸多挑战，但目前ATM仍然是城域网的主要选择，原因主要是在可扩展性、可维护性、QoS、容错性、流量控制等方面，ATM优势很多，近来普遍看好的解决方案是使ATM与IP相结合技术而应用于广域网，使用ATM技术来承载IP，这种方法可以综合利用二者的长处。

   IP与ATM技术相结合的难点在于二者不同的连接技术、寻址方式和相应的选路功能、选路规程和地址结构等。目前，IP与ATM相结合的技术有：ATM Forum定义的LANE、IETF定义的CIPOA、ATM Forum定义的MPOA，尤其是IETF考虑制定的多协议标记交换(Multi-Protocol Label Switching，MPLS)，它提出了一种将第三层数据流(如IP)映射到第二层(如ATM和帧中继这样的交换式网络)的方法。

   从IP协议与ATM协议的关系划分看， MPLS属于集成模型的类别，它基于标记交换机制，在ATM层上直接承载IP业务，与重叠模型相比，提高了业务的性能和网络的效率。当ATM网络设备引入MPLS功能后，将同时支持IP业务和其他ATM业务。

   MPLS的前身可追溯以前名为IP Switching的技术，其基本想法是将路由和数据转发功能分开，从而达到加快IP传送速度的目的。在MPLS模型中，每一个路由器也是一个交换机，即交换式路由器。已分配直通路由的数据包除了通常的第三层IP数据包包头外，还将增加 一个固定长度的包含特定路由信息的标记，并使路由器为不同的业务流预先分配好不同的路径，即不同的标记以保证这些业务的服务质量。由于标记(实际上就是一个整数)就意味着路径，所以，路由器转发数据包时也无需做传统意义上的路由判断(如查找路由表)，从而提高了IP的转发速度。

   MPLS还有助于解决广域网中虚连接数量随节点数的增加而呈爆炸性增长的问题，MPLS与ATM的结合对广域网可能会产生重大影响，特别是对现存的ATM广域网来说尤其如此。使用这些标记通过使用固定长度的查找表(传统的路由器使用的是最长前缀匹配)，可以使数据包快速转发。MPLS还将定义标记分配协议(TDP)，它与第三层路由协议紧密融合，共同来建立合适的直通路由。另外， MPLS可以让直通路由基于多种准则来建立，如目的IP地址、服务级别、服务策略等，这样可以允许很灵活的网络规划和设计。