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IPOverATM的工作原理

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XXX专业班级:

09级通信一班

摘要说明了IP技术与ATM技术结合的必要性以及结合的优势，介绍了IPoverATM技术的原理及其应用模式，其中包括经典IP模式、捷径IP模式和集成IP模式，最后简要分析了IPoverATM技术的发展趋势。

关键词互联网协议，异步转移模式，计算机

ABSTRACT

CombinedwiththenecessityofcombiningtheadvantagesofIPtechnologywithATMtechnology,IPoverATMtechnologyprincipleanditsapplicationmode,includingclassicIPmode,shortcutsIPmode,andintegratedIPmode,andconcludeswithabriefanalysisoftheIPoverATMtechnologytrends.

KeyWords:

InternetProtocolAsynchronousTransferModeComputer

1引言

本文所介绍的IP是一个被广泛应用的网络互联协议（简称IP协议），是自带寻址信息的网络层，可提供无连接的数据包传送机制，用以完成计算机之间的互连通信。

随着计算机网络的飞速发展和网上信息流量的迅速增加，IP协议已在计算机通信的网络中占据了主导的地位。

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数据包头信息决定数据包转发路径的通信协议，其主要的特点是：

具有分布式的结构和端到端原则，以及信包可以通过任何形式的传输通道进行传送。

IP的传输通道可以是面向连接的也可以是非面向连接的，如Ethernet、FD—DI、X．25、FR、DDN以及ATM、SDH、wDM等等，具有极大的灵活性。

本文所涉及的ATM，即异步转移模式，是以分组传送方式为基础、融合了电路传送方式高速化的优点而发展起来的一种传输方式。

这种传输方式既能较充分的利用网络资源，又能提供高服务质量（QoS）的业务，例如语音、数据以及多媒体信息的传送等等。

ATM在本质上是面向连接和高速分组化的，采用了固定长度的信元和统计复用的方法，可以根据需要分配带宽并具有多速率和高速率的接口，能满足不同用户及中、高速中继的需求，是实现宽带综合业务数字网（B．ISDN）的核心技术。

目前IP网络也正在向宽带化和高速化的方向发展，对QoS也提出了更高的要求，因此利用ATM来承载IP业务就成了当今通信领域里的一个热点研究课题。

2IPoverATM技术

IPoverATM就是一种试图通过ATM网络来传送IP业务的新技术。

由于ATM使用资源预定的方式，即将连接建立以后再进行通信，而且可以划分不同的业务等级及提供相应的QoS保证，因此利用ATM可进一步提高IP业务的服务质量，并使网络有良好的流量控制、均衡能力及故障恢复能力，提高了网络的可靠性。

可以说IPoverATM技术融合了IP和ATM的优势，解决了IP网络在发展中面临的一些问题。

由于在IP网络中使用了传统的路由器（自然是基于IP的计算机网络在互连中所必须的），通过路由器可以进行路由选择和数据包的传送，即根据路由表正确选择路径，将数据包发送到正确的目的地。

但由于路由器是基于介质共享的，采用了跳到跳（hop．by-hop）的分组数据包的传送方式，因此难以支持高速宽带和多业务的需求，而且不能供相应的QoS保证。

然而IPoverATM技术却能解决路由器的这一瓶颈的问题，可实现路由与交换优化的结合。

实现IPoverATM有两个基本问题要解决，一个是协议数据单元（PDU）的封装问题，另一个是传送这些协议数据单元（PDU）路由的选择问题。

特别是路由选择的本身包含着路由计算和数据包的交换，而路由的计算须使用地址解析协议和路由选择的算法，即通过地址解析协议来完成IP地址到ATM地址的映射，通过路由选择算法来计算通过网络的路由等等，因此是一环套一环的。

下面就来介绍一下IPoverATM的基本原理和工作方式。

地址解析协议将IP地址映射到ATM地址后，非定长的IP数据包在ATM层被封装成定长的ATM信元，并以ATM信元的形式在信道中传输。

在这一过程中，IP网络对业务的识别是依靠32位IP地址进行的，而ATM则对业务的识别则靠ATM地址VPI／VCI来进行，因此需要解决IP地址和ATM地址之间的映射问题，然后按路由选择算法计算出的路由在ATM网络上建立起虚电路（VC），并将IP数据包在此VC上传输，不再经过路由器。

这样就有效地解决了IP网络中路由器的瓶颈问题，将IP数据包的转发速度提高到ATM交换的速度，不仅提高了IP网落的性能，也对IP业务等级的划分及相应的QoS提供了保证。

3IPoverATM的应用模式

3．1经典IP模式

经典IP模式如图1所示

为了在ATM网上传送IP，采用了逻辑IP子网（LIS）的概念。

在经典IP模式中，连接到ATM网络的端点按LIS进行分组，每个LIS由一个地址解析协议（ARP）服务器、一个路由器和一个或多个端点组成。

LIS所有的成员都有同样的IP子网号和地址掩码，而且在一个LIS内的所有成员都直接地连接到ATM网络。

在同一个LIS内的每个端点所使用的ARP服务器都可进行路由选择，然后通过交换虚连接直接与目的地端点进行通信，在LIS内ARP服务器可直接提供IP到ATM的地址解析协议，因而减少了信息的传播流量。

在LIS内进行路由选择及端点使用ARP服务器时，所有的端点都知道它所在的LIS内ARP服务器的ATM地址。

如果要在LIS内新增端点时，首先得在ARP服务器中登记，即由端点通过ATM地址呼叫ARP服务器，再由服务器询问IP地址，得到回答后将IP地址翻译成ATM地址，并把此信息存储到[IP—ATM】表中。

在选择路由时，信源端点首先检查它的地址缓存区，查看目的地端点的ATM地址是否在缓冲区的地址表中。

如果在地址表中，则两个IP端点就建起一条交换虚连接，发送数据包。

如果目的地端点的ATM地址是未知的，信源端点就会通过与ATM的连接，向ARP服务器发一个地址解析请求，询问目的地端点IP地址所对应的ATM地址，ARP服务器即把收到的IP地址与相对应的ATM地址进行解析，然后将解析的结果——目的地（端点）的ATM地址发回。

信源端点便使用目的地端点的ATM地址向网络请求一条交换虚连接，而进行数据包的传送。

这种模式在LIS端点之间进行通信时，仍然通过路由器来进行路由选择，如图1中粗实线所示的就是路由器选择的路由。

路由器被配置成一个或多个LIS成员，设置在ATM网络的边缘，IP地址则在边缘完成与ATM地址之间的转换。

在这种情况下，路由器通过ATM提供的永久虚电路（PVC）进行相互连接，中间的ATM交换（第二层交换）仅作为链路来承载IP业务，对路由器来说是透明的，因此在每个路由器的路由表内均需保持与其它路由器之间的虚电路联系。

经典IP模式的优点是采用了标准的ATMFORUM／ITU．T的信令标准，与标准的ATM网络业务兼容，对ATM来说IP业务仅仅是它的承载业务之一，而缺点则是传送IP包的效率较低，ATM仅作为链路承载IP业务，而且在LIS的端点之间要通过路由器来重新传送数据包，因此路由器的瓶颈问题没能得到彻底的解决。

3．2捷径IP模式

捷径IP模式如图2所示

4.IPoverATM的基本原理和工作方式

IPoverATM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IP数据包将在此虚电路VC上以直通（Cut－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。

用ATM来支持IP业务有2个必须解决的问题：

其一是ATM的通信方式是面向连接的，而IP是不面向连接的，要在一个面向连接的网上承载一个不面向连接的业务，有很多问题需要解决，如呼叫建立时间、连接持续期等等；其二是ATM是以ATM地址寻址的，IP通信是以IP地址来寻址的，在IP网上端到端是以IP寻址的，而传送IP包的承载网（ATM网）是以ATM地址来寻址的，IP地址和ATM地址之间的映射是一个很大的难题。

5.IPoverATM的分类

5.1按ATM信令角度分类

用ATM来承载IP业务，从目前来看又有相当的前景，因而在这方面提出了许多解决方案，从大类来说，可以分为两类：

一类为叠加模式，另一类为集成模式。

叠加模式指的是IP网的寻址是叠加在ATM寻址的基础上的，通俗一点说在叠加模式中ATM的寻址方式是不变的，IP地址在边缘设备中映射成ATM地址，IP包据此传向另一端边缘设备。

叠加模式的最大特点是在ATM网中不论是用户网络信令还是网络网络间信令均不变，对ATM网来说IP业务只是它承载的业务之一，ATM的其它功能照样存在不受影响。

叠加模式最典型的有局域网仿真（LANE）、经典的在ATM上传送IP（CIPoA-classicalIPoverATM）和ATM上的多协议（MPOA-multiprotocoloverATM）等。

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。

叠加模式

集成模式指的是IP网设备和ATM网设备已集成在一起了。

在集成模式中，ATM网的寻址已不再是独立的，ATM网中的寻址将要受到IP网设备的干预。

在集成模式下，IP网的设备和ATM网设备是集成在一起的，IP网的控制设备一般可称为IPC，它具有传统路由器的功能，能完成IP网的路由功能，并具有控制建立ATM虚通路的能力，IPC是一个逻辑功能块，它可以是一个独立的物理设备，也可以不是一个独立的物理设备，而是ATM交换机中的一个功能模块，但它是必不可少的。

ATM交换设备一般仍为普通ATM交换机，但它也有十分重大的改变，最大的变化在信令（UNI和NNI），它们之间的信令已不再是ATMForum或ITU-T的信令，而是一套特别的控制方式。

其目的在于能快速建立连接，以满足无连接IP业务快速切换的要求。

集成模型的实现技术主要有：

Ipsilon公司提出IP交换（IPSwtich技术、cisco公司提出的标记交换（Tagswtich）技术和IETF推荐的MPLS技术。

集成模型

5.2从网络整体的性能角度分析

叠加模式和集成模式的分类法是按ATM信令来分类的。

不能反映网络的整体性能。

从网络整体的性能角度出发来考虑，ATM可以有两种方法来支持IPoverATM。

ATM作为链路。

使用ATM的永久性虚通路将地域上分离的路由器连接起来，在这里ATM的永久性虚通路取代了传统的专线，这种工作方式即为ATM作为链路来承载IP业务。

在这种工作方式中，ATM只是作为链路将若干路由器连起来，它不参与IP网的寻径功能。

因而这种IP网其本质上仍是一个路由器网，它不改变IP网的整体性能只是提高了某些部分的传输速率而已。

ATM作为网络。

另一种方法是ATM网以网络形式来支持IPoverATM。

在这种场合，ATM参与了IP网的寻径功能，由于ATM的寻径及其它指标均要大大优于普通路由器，因而以网络形式来支持IP网（IPoverATM），可以在网络性能方面大大提高IP网的性能，不仅提高了传输速率也大大缩短了传输时延，以网络形式来支持IP网（IPoverATM）的最合理算法是MPLS。

MPLS是一种拓扑驱动的算法，它和无连接的IP传输非常适应。

基于MPLS算法的ATM上的IP网是一种很好的IP网的组织形式，可构成一个主于物理通信平台多业务同时应用的一种十分理想的格局，并且能从整体上提高IP的性能。

6.IPoverATM的特点

从以上分析可以看出，IPOverATM具有以下特点：

Ⅰ.优点：

（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。

Ⅱ.缺点：

（1）目前：

IPoverATM还不能提供完全的QoS保证。

（2）对IP路由的支持一般，IP数据包分割加入大量头信息，造成很大的带宽浪费（20％～30％）。

（3）在复制多路广播方面缺乏高效率。

（4）由于ATM本身技术复杂，导致管理复杂。

7.总结

尽管IPoverATM，特别是ATM以网络形式来支持能获得很好的网络整体性能。

但IPoverATM的技术进展比较慢，特别是MPLS的标准化工作尚需时日，使得ATM仍不能满足业务高速发展对带宽的要求，从而导致IPoverSDH技术的出现。

参考文献

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