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ATM面临的挑战和未来的数据骨干网

2/14/2005来源:交换设备人气:10046

ATM面临的挑战和未来的数据骨干网 摘要:从综合业务、服务质量、容量及无级带宽分配方面讨论ATM所面临的挑战, 并且对未来的骨干网进行了讨论。 关键词:ATM 综合传送平台 服务质量 容量 带宽分配 骨干网 1.ATM面临的挑战 ATM自出现以来,经过十几年的发展,已经逐步在现代通信网中被采用,ATM的 概念也深入人心。虽然在局域网中,ATM遭遇千兆以太网而进展缓慢,但在广域网 中,ATM以其显著的优点成为宽带数据骨干网的主流。国外许多大型的商用或实验 网,无一例外的以ATM以其底层承载手段。值得注意的是,近年来由于 ip协议族的 发展、ASIC技术的进步、基于IP应用的激增,数据骨干网出现一些新的模型,ATM 技术也因此面临着新的挑战。 必须明确的是:单纯就ATM而言,它是完美的技术,但ATM没有机会将现有设施 推倒重来,构建一个纯ATM网;相反ATM必须支持主流的IP协议才能够生存。在这一 背景下,ATM的优势就发生了变化。本文所指的数据骨干网卜要是电信级(Carrier scale)骨干网,企业级骨干网(enterPRisebackbone)不作为我们讨论的重点。 下面就ATM所公认的优势。逐条分析ATM面临的挑战。 1.1综合传送平白面临危机 ATM是伴随B-ISDN的概念提出的,因而任其设计的开始就面向多种业务,希望 成为综合传送下台。而时至今日,ATM上的综合业务又如何呢? 在语音方面,ATM的表现明显个尽如人意。这是同为PSTN已十分成熟(不仅有 规模的网络,还有健全的网管),VTOA标准将语言作为CBR业务,完全为了和PSTN 互通,之后ITL-T定义的AAL2- CU,希望通过微信元的结构来减小承载以言的时延 提高效率,这逐渐被采用。与此同时VoIP(IP上的语音)的呼声渐起。VoIP之所以 有竞争力是因为它采取了语音压缩的思路。语言打包前经过压缩,这样降低了每路 语音的成本,具有价格优势;而且在已有的数据网中再提供IP语音不需要增加带宽, 其边际成本趋于零。所以说,承载语音只是ATM的“义务”而不是ATM强项。 任数据方面,ATM主要被用作一种链路居手段,承载上层的IP业务,从RFC1483、 RFC1577、LANE到MPOA,无论是PVC是SVC,ATM部被视为路由器问专线的直接替代品, 在引人了大量的封装和协议开销后,取得了部分的QOS支持。这些复杂的IP/ATM方 案和清晰的POS模型形成了鲜明对比。POS即通过SDH直接传送IP包,又称IP OverSDH, POS是对传统路出器网络的自然扩展,内接借助SDH提供的点到点物理连接,速率提 高到G级。所以在数据应用的方面,由于模型的复杂性、管理外销、对装效率等问题, 使ATM承载IP比采用POS模型大为逊色。 在视频方面,ATM主要承载多媒体应用。包括:视频会议、VOD、远程医疗、远 程教学等。通常这些应用在WAN环境中多走专用方案,通过专线互连。ATM通常为之 提供电路仿自,这个能体现ATM的优势,只是为了兼容。目前这些业务在电信件务小 所占的比重很小、成本较高,多处于实验阶段。相反基于IP的多媒体应用却日趋普遍, 如Microsoft的Netmeeting-Netscape的Cool Talk,Real Audio/Video等,将图像、 语音和数据统一通过IP网络传送。 ITU-TH.323标准的出台,更加规范了网络边缘LAN 环境中的多媒体应用,厂商纷纷推出基于IP的多媒体应用平台,如PictureTel的Live 200系统。这些应用可以自然扩展到IP的WAN环境,它们的优势是:简单、成本低,可 大范围采用。但问题是较粗糙,还个能有效的保证质量,必须依靠IP QOS的发展才能 提供公众服务。所以从整体上看,由于成本、市场的诸多原因,目前ATM任专用多媒 体系统中占优势,但会受到廉价IP多媒体应用的冲击。 ATM之所以没有成为语音、数据、视频等综合业务的平台,并不足由于它不完善, 相反ATM过于完善了(over-specd),其协议体系的复杂性造成了ATM系统研制、配 置、管理、故障定位的难度,例如ATM论坛的PNNI协议是最复杂的路由协议,迄今为 止没有厂商能完全实现,为此ATM论坛也曾暂停了许多过于前瞻性标准的制定。除了 自身问题之外,更重要的是:IP协议的成功,使大量高层应用和底层链路技术向IP层 汇集,这种应用上的投资本身就有马太效应,使得网络技术继续向IP集中。此时IETF 恰当的提出了IntServ和IPng的概念。IntSerV是Internet上的集成业务,即在IP网络 小提供语音、视频、和传统数据业务传送能力,通过扩展传统Internet的业务模型, 来适应不同的应用。IntServ概念的本身就类似B-ISDN中综合业务的概念,只不过业 务的汇集点是IP业务的传送是通过IP网络。IPng即下一代IP,足一个包含了众多协 议的协议族,如IPV6、RSVP、RTP/RTCP等,IPng对IntServ技术上的有力支持。 所以从趋势卜来看,ATM技术作为综合业务的传送平台正受到挑战。虽然也有直 接利用ATM优异传性的“纯”ATM(NatiVATM)应用的进展(如ATM论坛纯ATMAP的定义), 但和IP上众多应用相比,显得势单力薄。这更多的是因为IP协议作为标准本身的惯性, 而不是ATM技术上的不足;相反由于ATM也“屈从”于IP,反使它显出许多“缺陷”。 1.2 服务质量——后起之秀取而代之 ATM最引人注目的特点就是:能针对连接提供QOS保障,这成为ATM用于电信级网 络一个最主要的原因。对连接提供QOS分为两个方面:连接建立时,沿途传递资源预 留信息的机制;数据传送时,沿途节点对质量承诺的保证机制。这两个时间上先后、 功能上配合的机制共同完成了对连接的QOS的支持。 传统的IP网络只有尽力承载(best effort)能力,没何任何有效的业务质量保 证机制。但随着Intsery概念的提出,IP网上实时业务的出现,产生了IP QOS的概念。 IETF也成立了许多工作组完成相关的协议,如Intsery、RSVP、issll、diffsery、rap。 目前IP QOS正处在完善的阶段,相应RFC正在陆续出台。 对于IP网络而言,保证业务质量也需要以上的两步。RSVP是IP协议中资源预约的 机制,它类似于ATM的信令,虽然RSVP并不是基于连接而是基于流的,也没有像ATM信 令一样的预约粒度,但RSVP提供了简洁的,信宿请求的资源预约能力。第二步将由路 由器完成,路由器完全可以采取类似ATM交换机缓冲、反馈、丢弃的方案,如基于每 个流的队列、WFQ(加权公正排队)等。事实上,目前许多骨干级路由器,如朗讯的 6400系列、Cisco的12000系列,都有相应的QoS算法,和静态QOS(static QOS)能力。 如LUcent6400系列具有6400个独立的队列,用户对特定QOS的需求可以事先向运营部 门提出,他们将用户特定源宿、端口、协议的对应关系配置于某个队列,以此保障用 户数据的业务质量,这类似于ATM的PVC。 由上看来,ATM具有对QOS内驻(build-in)的支持能力,目前路由器对QOS支持 的程度和粒度都不及ATM交换机。但路由器也具备了提供QOS的基本素质,不存在原则 上的障碍。随着IETF工作组相关协议的完善,高端路由器、LSR的出现,ATM在QOS上 的优势将受到挑战。 1.3容量和无级带宽分配不再显优势 ATM交换机是硬件实现的对带标记信息包的转发,由于基于索引方式,转发速度 高,容量大,适合于骨干网。但随着路由器结构的变化,许多大容量路由器也相继出 现,不但老牌厂家推出了G级产品。如Cisco、朗讯、Ascend而且很多刚起步(starups) 的公司也致力于此,如JuninerNetwork、AviciSystems、NetCoreSystems、Nexabit- Networks等,他们大多是得到了电信公司的风险投资,这本身就说明了电信厂商的期 望。更重要的是这些G级路由器兼容MPLS协议,能向LSR过渡,使吞吐量向T级跨进。 ATM连接由VPI/VCI来标识,带宽原则卜可是从0到物理带宽的任何值,这就是ATM 连接带宽的无级分配。对于POS而言,路由器问的连接速率必须符合SONET/SDH的速率 等级,这样看来ATM更灵活。但分析会发现:对于IP网络而言,流(stream、flow)的 概念相当于ATM的虚连接,大量的流共存于同一物理通路中,对带宽的占用同样是无级 的;而且由于实现限制,ATM交换机在给定物理端口上的连接数目是有限的,对于高速 率的端口而言这同样意味着不可能有真正无级的带宽分配。 2 未来的数据骨干网 目前数据网中70%的流量是IP协议,而且越来越多的应用呈现分组化的趋势。在 此前提下,广域数据骨干网的结构在第三层上主要是路由器,而二层分为两大类:传 统的点到点专线和ATM虚连接。 从ARPAnet开始,分组节点设备经由专线直连就是分组网的基本结构。这一模型救 现今的IP网络所继承,只是随着业务量的增长,连接速率不断升级;网中路由器性能 也不断提高,并随IP协议族的增补,提供了高级功能如COS/QOS。目前看来,中低速 (<E3)网络多采取传统的路由器模型;对于STM-1/OC-3速率以上的骨干连接,采 用POS的还不多,主要在于G级路由器还存在一个成熟期,标准有待完善。 由于业务的激增,国外许多数据骨干网都升级到了STM-1/SFM-4速率。如 USSprint、USMCI、UUnetvBNS(US)、Ca*netII(Canada)、JAMES(欧洲)都用ATM 作为传送网,即采用IP/ATM/SDH的结构。这是考虑到:ATM仍是目前唯一能够真正的 提供QOS的协议;ATM不但能承载IP,还能提供其他的业务如FR ATM接入等;许多高性能 设备都有ATM接口。从结构上看,这些网基本上是以ATM PVP/PVC互连路由器,同时有 多个并行的PVP/PC来区别不同的QOS,此外还引入了PNNI许多特性,如连接的快速重 建和自愈、负荷分担、QOS路由等,称为灵巧PVC(Smart PVC)。这些被ATM互连的路 由器形成G级接人点(Giga POP),网络边缘的IP业务在此被汇接。 这些基于IP/ATM/SDH的骨干网也存在问题,首当其冲是它的扩展性。因为同级网 中路由器必须是全网状网相连,存在O(n2)扩展性问题,大量PVC带来故障恢复的困 难;且这些路由器在逻辑(IP层)上相隔一跳,因而不能引入IP的路由层次(routing hieractry),不能构成大规模的网络。由于以上问题,PVP/PVC连接仅限于骨干网 中路由器,边缘ATM网络和ATM骨干网实际上是分离的。加之ATM交换机呼叫性能的限制, 网络不能大量提供由网络边缘应用激活的、穿越骨干网的ATM SVC。而且由于边缘、骨 干ATM网的割裂,纯ATM应用的缺乏,IP协议族对QOS的支持和向下层映射机制的不完善, 底层ATM网的QOS能力还远不能被充分利用。 随着网络的演进,大容量光纤传输技术的出现(WDM、DWDM),数据骨干网将会向 SFM-1/4甚至更高速率发展。对于IP/ATM/SDH结构,由于ATM市场份额的增加QOS上的 优势,ATM在电信运营商的骨干网中的应用将增加。但同时IP网络将由尽力承载逐渐成 为受控环境,这使POS将得到逐步采用,尤其是对纯粹的数据业务运营商。实际上从各 方面来看,网络界现巴队TM/SDH结构为当前一代,而将POS视为取而代之者。特别值 得一提的是,新近由AT&T和BT成立的全球台资公司Global Venter在其技术白皮书中明 确表示其骨干网络将把IP直接建于SDH/DWDM之上,仅在必要时才用ATM兼容传统的应用, 两大电信巨人的选择向人们暗示了POS的前景。 随着MPLS标准的完善,会把和传统IP网络兼容的MPLS-LSR引入现实的骨干网中, 使以上的两种模型得到统一。MPLS即IETF提出的多协议标记交换,其核心设备为标记 交换路由器(LSR),它在标记(Labe)索引下进行高速的交换。MPLS的主要优点是: 转发速度高,扩展性好,不必地址解析,且可收入QOS、负荷分担等功能。目前MPLS 标准核心部分已完成,不久标准将出台。 LSR的引人对POS而言是一个自然接替。那时对IP/ATM/SDH网络而言,存在着两个 出路:一方面,IP/ATM/SDH中的IP/ATM会发展成为LSR;另一方面,ATM网还会独立存 在,MPLS协议提供方案来兼容它。MPLS对ATM网络的兼容目前有两种方案:一种是混 合交换机(hybrid switches,即ships in the night模型)方案;另一种是VCID方 案。所谓混合交换机是指:利用ATM网络中虚连接互连LSR,ATM网络充当链路层的角 色这被看作类似于IP/ATM模型,但有着本质的区别:ATM网络不是为所有的LSR提供全 网状网的连接,而是仅对逻辑上相邻的LSR提供点到点连接,这就彻底地解决了IP/ATM 扩展性问题。无论哪种方案都说明对于MPLS传统的ATM协议仅处于被兼容的地位,已 没有继续发展的必要。 兼容MPLS将是G级路由器和ATM交换机共同的发展方向,MPLS网络将会由核心而边 缘地融合两种宽带网络结构,此时ATM骨干网将会变成以LSR为核心的MPLS网。由于ATM 的信令、路由协议在MPLS网中可不必存在,这使ATM作为一种完整的协议体系将会逐渐 淡化。但ATM交换技术(交换矩阵、QOS机制、提供策略等)仍会得到继续的发展,并 融入LSR的设计中。这样的演进过程略显粗糙,也许MPLS仍然不是最后的统一者。