淺談SDH、IP與ATM技術(shù)及其相互關(guān)系
[導(dǎo)讀] 光纖具有高帶寬、傳輸距離遠(yuǎn)等好處，光纖已成為寬帶綜合數(shù)字業(yè)務(wù)網(wǎng)的主要物理連接媒介，不過，如果僅憑單純的光纜連接，并不能構(gòu)成擔(dān)負(fù)各種復(fù)雜應(yīng)用的傳輸網(wǎng)。骨干傳輸需要由復(fù)雜的傳輸協(xié)議來支撐，并借助光纖作為
光纖具有高帶寬、傳輸距離遠(yuǎn)等好處，光纖已成為寬帶綜合數(shù)字業(yè)務(wù)網(wǎng)的主要物理連接媒介，不過，如果僅憑單純的光纜連接，并不能構(gòu)成擔(dān)負(fù)各種復(fù)雜應(yīng)用的傳輸網(wǎng)。骨干傳輸需要由復(fù)雜的傳輸協(xié)議來支撐，并借助光纖作為物理媒介。
80年代美國貝爾通訊研究所首先提出了SONET（SynchronousOpticalNetworking同步光纖網(wǎng)絡(luò)）的概念。CCITT采納并修改和擴(kuò)充了這一概念。將其命名為SDH（SynchronousDigitalHierarchy同步數(shù)字系列）。SDH網(wǎng)是對原有PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy準(zhǔn)同步系列）網(wǎng)的一次革命。PDH是異步復(fù)接，在任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上接入接出低速支路信號都要在該節(jié)點上進(jìn)行復(fù)接、碼變換、碼速調(diào)整、定時、擾碼、解擾碼等過程，并且PDH只規(guī)定了電接口，對線路系統(tǒng)和光接口沒有統(tǒng)一規(guī)定，無法實現(xiàn)全球信息網(wǎng)的建立。隨著SDH技術(shù)引入，傳輸系統(tǒng)不僅具有提供信號傳播的物理過程的功能，而且提供對信號的處理、監(jiān)視等過程的功能。SDH通過多種容器C和虛容器VC及級聯(lián)的復(fù)幀結(jié)構(gòu)的定義，使其可支持多種電路層的業(yè)務(wù)，如各種速率的異步數(shù)字系列、DQDB、FDDI、ATM等，及將來可能出現(xiàn)的各種新業(yè)務(wù)。段開銷中大量的備用通道增強(qiáng)了SDH網(wǎng)的可擴(kuò)展性。通過軟件控制使原來PDH中人工更改配線的方法實現(xiàn)了交叉連接和分插復(fù)用連接，提供了靈活的上/下電路的能力，并使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)可變，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展的靈活性和安全性，可在更大幾何范圍內(nèi)實現(xiàn)電路的保護(hù)、高度和通信能力的優(yōu)化利用，從而為增強(qiáng)組網(wǎng)能力奠定基礎(chǔ)，只需幾秒就能重新組網(wǎng)。特別是SDH自愈環(huán)，能在電路出現(xiàn)故障后，幾十毫秒內(nèi)迅速恢復(fù)。SDH的這些優(yōu)勢使他成為寬帶業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)。近年來，2.4Gb/sSDH系統(tǒng)已走向?qū)嵱谩?0GB/S系統(tǒng)已基本完成實驗室工作。
二IP技術(shù)
這是個古老而又年輕的技術(shù)，他源于60年代中晚期美國國防部的ARPANET研究及組建過程。其主要設(shè)計思想是將原本相對龐大的數(shù)據(jù)塊分割成非常小的數(shù)據(jù)包（Packet），再將每個數(shù)據(jù)包記上源和目的信息，并將眾多標(biāo)有不同源和目的地址的數(shù)據(jù)包能夠通過一個公共的網(wǎng)絡(luò)正確地傳送到目的地。應(yīng)注意，IP技術(shù)從一開始就不是用來解決諸如：物理信道的可靠性（像后來的SDH技術(shù)）和物理信道的統(tǒng)計復(fù)用及信道的質(zhì)量（帶寬）保障（像后來的ATM技術(shù)）這類問題。他基本處于ISO/OSI的第三層。這就是IP網(wǎng)在整個通信網(wǎng)絡(luò)中的局限性?！ 〔贿^，隨著Internet技術(shù)（尤其是WWW技術(shù)）的迅猛發(fā)展，IP技術(shù)及設(shè)計思想的簡潔實用和應(yīng)用的豐富多彩，而成為一統(tǒng)天下的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議。所以，在目前，要建設(shè)一個計算機(jī)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)平臺，就一定支持IP，然而，IP無法提供帶寬確保，如果有一對PABX的E1電話中繼線要想通過IP網(wǎng)傳給另一個PABX是不可能的。
所以IP網(wǎng)只能開展基于IP的應(yīng)用業(yè)務(wù)，如IPVPN、IP電話、IP視音頻播放、IP會議電視、IP視頻點播、INTERNET遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、電子商務(wù)等等。但不能開展需求速率確保的信道租用業(yè)務(wù)（E1、STM-1租用業(yè)務(wù)）。
三ATM技術(shù)
ATM（異步傳輸模式）技術(shù)是一項正在蓬勃發(fā)展的新技術(shù)。其產(chǎn)生的動因是試圖找到一種能統(tǒng)一傳送帶寬和質(zhì)量需求不同的電信業(yè)務(wù)的方式，以便在寬帶通信網(wǎng)絡(luò)中提供更具吸引力的電信業(yè)務(wù)，如數(shù)字電視、數(shù)字高清晰度電視、高質(zhì)量可視電話、視頻點播等。和分組交換、幀中繼等不同，ATM采用基于定長信元的面向報文分組的異步傳輸模式，每個信元通過一條虛擬電路進(jìn)行傳輸，路由的選擇由信元頭中的標(biāo)號決定。ATM技術(shù)具有以下特點：●傳輸?shù)姆纸M是固定長度(53字節(jié))的信元，信元之間無間隔，每一信元的頭5個字節(jié)包含網(wǎng)絡(luò)信息，其余48個字節(jié)則是用戶信息?！馎TM具有延展性和靈活性。延展性是指當(dāng)需要新應(yīng)用和新設(shè)備時，網(wǎng)絡(luò)具有支持更高速率的能力，靈活性則是指網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備速率可混合使用。●ATM是面向連接的技術(shù)，支持點對點、一對多和多對多等連接方式。●ATM所具有的內(nèi)在信元統(tǒng)計復(fù)用非常容易實現(xiàn)多個信源在一條鏈路上綜合。
ATM的兩個技術(shù)要點是，信道的統(tǒng)計復(fù)用和業(yè)務(wù)的質(zhì)量確保（QOS），到目前為止，也只有ATM能做到這兩點，以實現(xiàn)各種通信網(wǎng)絡(luò)融為一體，一并傳輸交換。他集中了快速分組交換和電路交換技術(shù)的好處，能非常好地解決語音、視頻和文本的傳輸。ATM帶寬容量一般在155M到幾十G，非常適宜構(gòu)造高速率網(wǎng)絡(luò)，不過，在局域網(wǎng)（LAN）中全方面采用ATM技術(shù)，造價非常昂貴，所以人們通常將ATM廣泛應(yīng)用在LAN的骨干網(wǎng)和骨干傳輸網(wǎng)中，特別是在骨干傳輸網(wǎng)采用ATM技術(shù)更具有非常大的優(yōu)勢。
四SDH和ATM
面對令人目不暇接的眾多網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，建網(wǎng)時所進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)選型就顯得非常重要，而投資巨大、涉及面廣的廣域骨干網(wǎng)建設(shè)更是需要慎之又慎。
目前，面對成熟的SDH和ATM技術(shù)，電信廠商建設(shè)廣域骨干網(wǎng)時通常的作法是：第一、采用光纖作為傳輸介質(zhì)，這是必然的選擇了；第二、使用SDH技術(shù)連接光纖端接設(shè)備，形成一個距離范圍可達(dá)到無限的SDH光纖網(wǎng)；第三、在SDH傳輸網(wǎng)上采用各種ATM交換設(shè)備，構(gòu)建具有數(shù)據(jù)、話音、視頻等多服務(wù)能力的ATM骨干網(wǎng)。
五ATM和IP
隨著Internet在全球范圍的蓬勃發(fā)展，網(wǎng)上的應(yīng)用越來越復(fù)雜，網(wǎng)上的信息量迅猛增長，高速率、低延時、QoS需求的業(yè)務(wù)大量出現(xiàn)，用戶迅速增加，這些都需求人們對Internet的帶寬加寬，也就是對這個全球最大IP網(wǎng)的骨干網(wǎng)進(jìn)行提速。目前，Internet骨干網(wǎng)的最佳選擇技術(shù)無疑是ATM，這就涉及到了IP交換技術(shù)，即在ATM網(wǎng)上跑IP包?！ P交換技術(shù)是指人們常說的IPoverATM技術(shù)，他只對數(shù)據(jù)流的第一個數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由地址處理，按路由轉(zhuǎn)發(fā)，隨后按已計算的路由在ATM網(wǎng)上建立虛電路VC。以后的數(shù)據(jù)包沿著VC以直通（Cut－Through）方式進(jìn)行傳輸，不再經(jīng)過路由器，從而將數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速度提高到第二層交換的速度。我們通?？吹降腃isco公司的TagSwitching、Ascend公司的IPNavigator、3Com公司的FastIP、ATM論壇的MPOA標(biāo)準(zhǔn)及IETF的CIPOA和MPLS等，實際上就是幾種IP交換技術(shù)的解決方案。
六SDH和IP
IPoverATM技術(shù)相對比較成熟，也在許多電信廠商的骨干網(wǎng)中得到成功的應(yīng)用。不過，近來業(yè)界對IP網(wǎng)骨干網(wǎng)的建設(shè)提出了更新的解決方案，跳過ATM網(wǎng)而采用IPoverSDH的技術(shù)，直接在SDH上構(gòu)建IP網(wǎng)。
IPoverSDH的數(shù)據(jù)包通過采用點到點協(xié)議（PPP協(xié)議），映射到SDH幀上，按各次群相應(yīng)的線速率進(jìn)行連續(xù)傳輸。IPoverSDH技術(shù)的實現(xiàn)需要高速路由器和PPP協(xié)議，采用的仍然是傳統(tǒng)路由器的逐包轉(zhuǎn)發(fā)（Forward）方式。這種方法的基本思路是將路由計算和包的轉(zhuǎn)發(fā)分開，采用緩沖（Cache）技術(shù)、硬件芯片快速處理技術(shù)（ASIC技術(shù)）、以信元交換矩陣作為路由器內(nèi)部體系構(gòu)架的交換路由技術(shù)，將路由器包的逐包轉(zhuǎn)發(fā)速度控制到和第二層交換的速度相當(dāng)。這樣，就無須利用廣域網(wǎng)上的ATM交換機(jī)來建立虛電路VC。
將IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立在SDH傳輸平臺上，能非常容易地跨越地區(qū)和國界，兼容各種不同的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，從而為IP技術(shù)適用于多媒體業(yè)務(wù)平臺提供堅實的傳輸基礎(chǔ)。不過，IPoverSDH技術(shù)一般能進(jìn)行業(yè)務(wù)分級（CoS），但不能像IPoverATM技術(shù)那樣提供QoS。
80年代美國貝爾通訊研究所首先提出了SONET（SynchronousOpticalNetworking同步光纖網(wǎng)絡(luò)）的概念。CCITT采納并修改和擴(kuò)充了這一概念。將其命名為SDH（SynchronousDigitalHierarchy同步數(shù)字系列）。SDH網(wǎng)是對原有PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy準(zhǔn)同步系列）網(wǎng)的一次革命。PDH是異步復(fù)接，在任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上接入接出低速支路信號都要在該節(jié)點上進(jìn)行復(fù)接、碼變換、碼速調(diào)整、定時、擾碼、解擾碼等過程，并且PDH只規(guī)定了電接口，對線路系統(tǒng)和光接口沒有統(tǒng)一規(guī)定，無法實現(xiàn)全球信息網(wǎng)的建立。隨著SDH技術(shù)引入，傳輸系統(tǒng)不僅具有提供信號傳播的物理過程的功能，而且提供對信號的處理、監(jiān)視等過程的功能。SDH通過多種容器C和虛容器VC及級聯(lián)的復(fù)幀結(jié)構(gòu)的定義，使其可支持多種電路層的業(yè)務(wù)，如各種速率的異步數(shù)字系列、DQDB、FDDI、ATM等，及將來可能出現(xiàn)的各種新業(yè)務(wù)。段開銷中大量的備用通道增強(qiáng)了SDH網(wǎng)的可擴(kuò)展性。通過軟件控制使原來PDH中人工更改配線的方法實現(xiàn)了交叉連接和分插復(fù)用連接，提供了靈活的上/下電路的能力，并使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)可變，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展的靈活性和安全性，可在更大幾何范圍內(nèi)實現(xiàn)電路的保護(hù)、高度和通信能力的優(yōu)化利用，從而為增強(qiáng)組網(wǎng)能力奠定基礎(chǔ)，只需幾秒就能重新組網(wǎng)。特別是SDH自愈環(huán)，能在電路出現(xiàn)故障后，幾十毫秒內(nèi)迅速恢復(fù)。SDH的這些優(yōu)勢使他成為寬帶業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)。近年來，2.4Gb/sSDH系統(tǒng)已走向?qū)嵱谩?0GB/S系統(tǒng)已基本完成實驗室工作。
二IP技術(shù)
這是個古老而又年輕的技術(shù)，他源于60年代中晚期美國國防部的ARPANET研究及組建過程。其主要設(shè)計思想是將原本相對龐大的數(shù)據(jù)塊分割成非常小的數(shù)據(jù)包（Packet），再將每個數(shù)據(jù)包記上源和目的信息，并將眾多標(biāo)有不同源和目的地址的數(shù)據(jù)包能夠通過一個公共的網(wǎng)絡(luò)正確地傳送到目的地。應(yīng)注意，IP技術(shù)從一開始就不是用來解決諸如：物理信道的可靠性（像后來的SDH技術(shù)）和物理信道的統(tǒng)計復(fù)用及信道的質(zhì)量（帶寬）保障（像后來的ATM技術(shù)）這類問題。他基本處于ISO/OSI的第三層。這就是IP網(wǎng)在整個通信網(wǎng)絡(luò)中的局限性?！ 〔贿^，隨著Internet技術(shù)（尤其是WWW技術(shù)）的迅猛發(fā)展，IP技術(shù)及設(shè)計思想的簡潔實用和應(yīng)用的豐富多彩，而成為一統(tǒng)天下的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議。所以，在目前，要建設(shè)一個計算機(jī)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)平臺，就一定支持IP，然而，IP無法提供帶寬確保，如果有一對PABX的E1電話中繼線要想通過IP網(wǎng)傳給另一個PABX是不可能的。
所以IP網(wǎng)只能開展基于IP的應(yīng)用業(yè)務(wù)，如IPVPN、IP電話、IP視音頻播放、IP會議電視、IP視頻點播、INTERNET遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、電子商務(wù)等等。但不能開展需求速率確保的信道租用業(yè)務(wù)（E1、STM-1租用業(yè)務(wù)）。
三ATM技術(shù)
ATM（異步傳輸模式）技術(shù)是一項正在蓬勃發(fā)展的新技術(shù)。其產(chǎn)生的動因是試圖找到一種能統(tǒng)一傳送帶寬和質(zhì)量需求不同的電信業(yè)務(wù)的方式，以便在寬帶通信網(wǎng)絡(luò)中提供更具吸引力的電信業(yè)務(wù)，如數(shù)字電視、數(shù)字高清晰度電視、高質(zhì)量可視電話、視頻點播等。和分組交換、幀中繼等不同，ATM采用基于定長信元的面向報文分組的異步傳輸模式，每個信元通過一條虛擬電路進(jìn)行傳輸，路由的選擇由信元頭中的標(biāo)號決定。ATM技術(shù)具有以下特點：●傳輸?shù)姆纸M是固定長度(53字節(jié))的信元，信元之間無間隔，每一信元的頭5個字節(jié)包含網(wǎng)絡(luò)信息，其余48個字節(jié)則是用戶信息?！馎TM具有延展性和靈活性。延展性是指當(dāng)需要新應(yīng)用和新設(shè)備時，網(wǎng)絡(luò)具有支持更高速率的能力，靈活性則是指網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備速率可混合使用。●ATM是面向連接的技術(shù)，支持點對點、一對多和多對多等連接方式。●ATM所具有的內(nèi)在信元統(tǒng)計復(fù)用非常容易實現(xiàn)多個信源在一條鏈路上綜合。
ATM的兩個技術(shù)要點是，信道的統(tǒng)計復(fù)用和業(yè)務(wù)的質(zhì)量確保（QOS），到目前為止，也只有ATM能做到這兩點，以實現(xiàn)各種通信網(wǎng)絡(luò)融為一體，一并傳輸交換。他集中了快速分組交換和電路交換技術(shù)的好處，能非常好地解決語音、視頻和文本的傳輸。ATM帶寬容量一般在155M到幾十G，非常適宜構(gòu)造高速率網(wǎng)絡(luò)，不過，在局域網(wǎng)（LAN）中全方面采用ATM技術(shù)，造價非常昂貴，所以人們通常將ATM廣泛應(yīng)用在LAN的骨干網(wǎng)和骨干傳輸網(wǎng)中，特別是在骨干傳輸網(wǎng)采用ATM技術(shù)更具有非常大的優(yōu)勢。
四SDH和ATM
面對令人目不暇接的眾多網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，建網(wǎng)時所進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)選型就顯得非常重要，而投資巨大、涉及面廣的廣域骨干網(wǎng)建設(shè)更是需要慎之又慎。
目前，面對成熟的SDH和ATM技術(shù)，電信廠商建設(shè)廣域骨干網(wǎng)時通常的作法是：第一、采用光纖作為傳輸介質(zhì)，這是必然的選擇了；第二、使用SDH技術(shù)連接光纖端接設(shè)備，形成一個距離范圍可達(dá)到無限的SDH光纖網(wǎng)；第三、在SDH傳輸網(wǎng)上采用各種ATM交換設(shè)備，構(gòu)建具有數(shù)據(jù)、話音、視頻等多服務(wù)能力的ATM骨干網(wǎng)。
五ATM和IP
隨著Internet在全球范圍的蓬勃發(fā)展，網(wǎng)上的應(yīng)用越來越復(fù)雜，網(wǎng)上的信息量迅猛增長，高速率、低延時、QoS需求的業(yè)務(wù)大量出現(xiàn)，用戶迅速增加，這些都需求人們對Internet的帶寬加寬，也就是對這個全球最大IP網(wǎng)的骨干網(wǎng)進(jìn)行提速。目前，Internet骨干網(wǎng)的最佳選擇技術(shù)無疑是ATM，這就涉及到了IP交換技術(shù)，即在ATM網(wǎng)上跑IP包?！ P交換技術(shù)是指人們常說的IPoverATM技術(shù)，他只對數(shù)據(jù)流的第一個數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由地址處理，按路由轉(zhuǎn)發(fā)，隨后按已計算的路由在ATM網(wǎng)上建立虛電路VC。以后的數(shù)據(jù)包沿著VC以直通（Cut－Through）方式進(jìn)行傳輸，不再經(jīng)過路由器，從而將數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速度提高到第二層交換的速度。我們通?？吹降腃isco公司的TagSwitching、Ascend公司的IPNavigator、3Com公司的FastIP、ATM論壇的MPOA標(biāo)準(zhǔn)及IETF的CIPOA和MPLS等，實際上就是幾種IP交換技術(shù)的解決方案。
六SDH和IP
IPoverATM技術(shù)相對比較成熟，也在許多電信廠商的骨干網(wǎng)中得到成功的應(yīng)用。不過，近來業(yè)界對IP網(wǎng)骨干網(wǎng)的建設(shè)提出了更新的解決方案，跳過ATM網(wǎng)而采用IPoverSDH的技術(shù)，直接在SDH上構(gòu)建IP網(wǎng)。
IPoverSDH的數(shù)據(jù)包通過采用點到點協(xié)議（PPP協(xié)議），映射到SDH幀上，按各次群相應(yīng)的線速率進(jìn)行連續(xù)傳輸。IPoverSDH技術(shù)的實現(xiàn)需要高速路由器和PPP協(xié)議，采用的仍然是傳統(tǒng)路由器的逐包轉(zhuǎn)發(fā)（Forward）方式。這種方法的基本思路是將路由計算和包的轉(zhuǎn)發(fā)分開，采用緩沖（Cache）技術(shù)、硬件芯片快速處理技術(shù)（ASIC技術(shù)）、以信元交換矩陣作為路由器內(nèi)部體系構(gòu)架的交換路由技術(shù)，將路由器包的逐包轉(zhuǎn)發(fā)速度控制到和第二層交換的速度相當(dāng)。這樣，就無須利用廣域網(wǎng)上的ATM交換機(jī)來建立虛電路VC。
將IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立在SDH傳輸平臺上，能非常容易地跨越地區(qū)和國界，兼容各種不同的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，從而為IP技術(shù)適用于多媒體業(yè)務(wù)平臺提供堅實的傳輸基礎(chǔ)。不過，IPoverSDH技術(shù)一般能進(jìn)行業(yè)務(wù)分級（CoS），但不能像IPoverATM技術(shù)那樣提供QoS。
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