IP over ATM

2.1 IP over ATM
　　IP over ATM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。IP over ATM分层模型与封装示意如图1所示。
　　
　　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：一类为迭加模式，另一类为集成模式。
● 迭加模式
　　迭加模式指的是IP网的寻址是迭加在ATM寻址的基础上的，通俗一点说在迭加模式中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。迭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。迭加模式最典型的有局域网仿真（LANE）、经典的在ATM上传送IP（CIPoA-classical IP over ATM）和ATM上的多协议（MPOA-multiprotocol over ATM）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。
● 集成模式
　　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ATM Forum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（IP Swtich技术、cisco公司提出的标记交换（Tag swtich）技术和IETF推荐的MPLS技术。
迭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IP over ATM。
　　（1） 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。
　　（2） ATM作为网络。另一种方法是ATM网以网络形式来支持IP over ATM。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（IP over ATM），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（IP over ATM）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。
从以上分析可以看出，IP Over ATM具有以下特点：
● 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。
● 缺点
（1） 目前：IP over ATM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。

　　尽管IP over ATM，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IP over ATM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IP over SDH技术的出现。