结合IP应用的ATM组网优化设计

李洁

摘 要：为解决对传统ATM组网融合IP应用的平滑解决，文章分析了ATM和IP技术的特点，从骨干网络技术的高带宽、多业务支持、高QoS及经济性要求出发，论述了IP和ATM结合的客户需求性及IP和ATM结合技术的发展状况，引出以ATM桥接技术为解决方案的IP和ATM结合模式。通过行业大客户的ATM桥接组网实例，深入阐述了ATM桥接的安全性、可靠性和稳定性。通过实际应用，体现了结合IP应用的ATM组网设计的可行性。

关键词：网际协议；异步传输模式；组网优化；異步传输模式桥接

中图分类号：TP393.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）02-0096-03

Abstract： In order to smooth the application of converged IP in traditional ATM networking， this paper analyzes the characteristics of ATM and IP technology， starting from the requirements of high bandwidth， multi-service support， high QoS to economy of backbone network technology. This paper discusses the customer demand of the combination of IP and ATM and the development of the combination technology of IP and ATM， and introduces the combination mode of IP and ATM with ATM bridge technology as the solution. The paper expounds the safety， reliability and stability of ATM bridge through the examples of ATM bridge network of key customers in the industry. Through the practical application， it reflects the feasibility of ATM networking design in combination with IP application.

Keywords： internet protocol；asynchronous transfer mode； networking optimization；asynchronous transfer mode bridging

1 概述

ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）专线具有高带宽，低时延等优点[1]，且由于ATM网络固有的信元格式，同步方式和统计复用特点，能够较好地满足数据通信网的多业务需求。在用户接入端可以实现从低速到高速的接入速率，在城域中传输时延一般低于10ms，并且链路在网络中能实现自动路径保护，因此特别适合于大中型企业和行业用户对数据通信网络高性能、高安全性以及星型汇聚拓扑结构的组网要求。ATM技术的优点使得它一度成为高端用户的重要组网选择。

但由于近些年来ATM技术的发展滞后于IP技术的发展，造成了支持ATM的硬件设备价格昂贵、市场占有率低、通用性差等问题，这给已经使用ATM作为组网的用户带来了一系列的困惑。如果继续沿用原有的ATM组网方式，会影响后续组网演进和发展；如果放弃原有的ATM组网而重新进行组网设计，在硬件设备浪费的同时还会带来通信质量的变化以及组网调整时的网络不稳定风险。

针对上述问题，本文提出了一种结合IP技术的ATM组网优化设计，为使用ATM组网的用户提出一种改造优化方案，在节省投资、降低网络调整风险的基础上行之有效的方案措施。

2 以ATM桥接技术实现对IP数据业务的承载

通过在原有ATM组网中对IP数据业务的承载，可以实现与新的IP业务良好的对接。对于ATM网络上承载IP数据业务，目前电信运营网络中所采用的协议或规范主要有三种：基于PVC的透明桥接（PVC Bridging）[2]、基于SVC或PVC的Classical Over ATM（RFC1577）和局域网仿真（LANE）[3]。

依托于运营商组建的城域ATM骨干网，通过扩展相应的具备ATM桥接封装能力的接入设备，可在城市大部分区域提供ATM桥接业务。从ATM桥接业务的技术特点可以看出，该方式主要针对以星型拓扑连接的大中型企业、金融、政府机构等行业用户的应用，且对网络带宽、安全性和网络管理有较高的要求。

根据用户接入方式可以提供EDSL和ATM桥接专线两种业务。EDSL业务需要在局端安装机架式的DSLAM设备，它通过ATM STM-1中继上联至骨干网，在下行方向通过铜缆（DSL）连接至用户端的EDSL Modem，EDSL Modem把以太网用户端流量封装到ATM PVC中，并与DSLAM通过G.HDSL封装互通。在ATM骨干网中，每条EDSL接入线路以通常的ATM PVC/PVP连接到其他用户接入点（主要为以ATM STM-1上联的用户中心节点）。ATM桥接专线业务是使用ATM接入交换机来接入用户，主要用于高带宽通过光纤接入，用户只要使用以太网接口的路由器或交换机等设备即可组网。在用户的中心节点，上联的每条EDSL或桥接专线是以ATM PVC/PVP的形式连接的，通过在中心节点的ATM路由器或交换机上进行相关的配置就能集合以太网接口简单和ATM端口统计复用的优点，组建运行高效、结构扁平的广域网络。

基于以太网骨干的EDSL网络由于受VLAN标签空间以及网络结构的限制，用在较大规模的城域网和需要经过多电信运营商互联的长途业务时难以很好地解决端口容量和线路隔离的技术缺陷，因此开展IP DSL的大规模商用尚有一定局限性。

RFC1483的桥接方式其实允许两种封装，其中VC multiplexing封装每种协议必须单独封装为一条PVC，所以这种方式很少得到应用；而LLC/SNAP封装，则通过PDU前缀里的LLC/SNAP帧头来标示PDU里的上层协议类型。在ATM信元中，LLC字段為0x-AA-AA-03表示为LLC桥接封装，OUI字段为0080C2表示上层协议为IEEE 802.1，其中PID为0x00-01标示使用Ethernet的FCS CRC校验，0x00-07标示也使用AAL5的4位CRC校验。

在路由器上可以使用的ATM桥接配置一共三种： Integrated Routing and Bridging（IRB），Routed Bridge Encapsulation（RBE），以及Bridged-style PVCs（BPVCs），它们都使用1483Annex-B的封装，但都有不同的特点，现通过表1进行简单的比较。

3 ATM桥接的典型应用实例

通过应用实例可以更好地展示ATM桥接的应用效果。

某市气象局需要通过专线组网的方式连接各区、县分局，目前主要应用于通过广域网连接传输实时视频。各分局与总局之间为星型逻辑拓扑，即各分局的链路连接全部汇接至总局，分局之间的连接带宽也全部从总局分配，力求达到网络高可用性、高可控性，提供业务向新应用平滑过渡的网络平台。由于气象局的主要业务网络是采用ATM专线组网，因此新建的组网方式必须与业务网络做到良好的衔接。

由于需要传输实时视频，开展可视会议、实时图象分析、语音通话[4]等应用，作为需要保持多路交互视频流以及可以实现局域网互连、办公自动化、VPN等综合应用的专网来说，应保持足够的带宽资源。同时，鉴于在网络拓扑上是分局全部汇总至总局的星型连接，站在提高投资收益比的角度看，应尽量在总局端将所有上联线路复用在一条物理线路上。气象局的联网方式采用星形结构，中心为市局，采用光纤形式连入ATM网，各个区县局分别采用DSL技术，以10M的速度连入ATM网，以ATM PVC的方式连接市局。由于市局为中心节点，处理的数据量大、稳定性、扩展性要求高，故应采用大容量、高可靠性、扩展性好的路由器；下级各个区县局由于数据量比较小，可以采用比较低端的设备。

经设计，气象局的整体网络结构如图1所示。

网络中心节点采用155M的光纤接入，接入节点都是10M接入，对于中心节点来说带宽已经足够，并为未来可能的扩容留下了足够的余量。每个分局都有大致50台电脑，用于访问中心节点的数据库服务器。由于采用的是客户机/服务器方式，每次客户机发请求时，数据量不会很多，这是客户机/服务器方式决定的，所以对分局至区局之间的网络链路带宽要求不是特别高。根据气象局的实际业务应用情况，假设每次请求发送的数据量为30k比特，50台PC同时发请求，则占用的带宽约为1.5M，还余0.5M空间，而实际上50台PC同时发请求的并发可能性是很低的。按照网络运营经验，一条10M的专线支持500个用户的使用应该没有多大的问题。这说明，在目前阶段分局至区局之间10M的带宽是足够的。

如气象局的实际业务应用情况发生变化，数据量变大，电信运营商可以快速响应需求，根据实际数据业务情况对现有带宽进行扩容或部署新的专线。

网络的瓶颈最有可能发生在区县局的数据库服务器上，由于要同时处理分局几百台PC的请求，需要服务器有极其强劲的CPU处理能力，数据库软件要有较高的效率，硬盘的寻道、定位、I/O等子系统也要达到很高的速率才行。由于在中心节点采用的是光纤接入，带宽最大可达155M，因此网络具有极强的可扩展能力。在下级增加节点时，中心节点只需要加开ATM的PVC就可以了，不需要增加其他设备，节省了用户的投资。分局选用的是模块化路由器，当业务的发展使得底下分局的上连带宽不够时，可以非常方便地通过增加路由器的广域网模块来增加带宽。

基于ATM组建的某市气象局城域网开通了ATM、IP、FR等业务。接入了基于ATM的IP桥接业务，使得IP应用与ATM的组网实现了良好的衔接，同时也保障了组网的通信质量[5]。接入了政务系统、气象信息系统、视频会议、监控系统等各类应用。各种应用均能正常工作。为气象局的业务发展起了很大的推动作用。

4 结束语

随着IP技术的高速发展，ATM技术在通信组网中的应用程度在不断地减弱。但由于ATM技术的历史作用，在传统网络的业务拓展中不能完全实现对旧网络的隔离。如何在业务拓展的过程中兼顾已有的ATM组网架构，并实现对IP业务的良好衔接，这一要求体现了网路升级改造的重要需求。通过ATM桥接技术的配置和应用，可以平滑实现ATM组网中IP应用的结合。不同网络技术的融合应用，是电信运营商为客户实现组网设计的常见课题，也体现了对各类客户变化多端需求不断满足的能力。

参考文献：

[1]于鹏，王晓梅，于宏毅，等.混合ATM信元容错识别方法[J].信息工程大学学报，2014，15（6）：718-722.

[2]杨远.透明网桥组网模型探讨[J].中国新通信，2012（12）：18-19.

[3]陶驷.IP over SDH和IP over ATM技术介绍[J].无线互联科技，2011（3）：17-19.

[4]董正宏.基于异步传输标准的互联网的语音通信系统探讨[J].通讯世界，2016（11）：5-7.

[5]王建兵，李文，夏洪君，等.ATM交换机IP业务QoS的设计与实现[J].通信技术，2014，47（8）：905-909.