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对ATM应用前景的重新认识

2/14/2005来源:交换设备人气:12856

对ATM应用前景的重新认识 ATM技术在最近的数年里取得了迅猛的发展。与此同时互联网(Internet)超出 了人类想像力的发展,ip技术异军突起,成了本来信息网络的代名词,其呼声随IP电 话等应用的推广而日甚一日。目前IP技术主宰了几乎所有的数据业务,而且正向话音 和视频领域扩展。有人据此得出结论:未来的宽带网络将基于IP技术,ATM技术前景 黯淡,将走向没落,应把精力和资金投入在IP技术上,而淡化和停止ATM技术的研究。 在这种情况下,如何看待ATM技术呢? 在讨论之前,让找们考察一下ATM技术提出的背景是有益的。 1 ATM技术 电信网的发展始终贯穿着两条主线:用户业务类型;传输、交换等关键技术。这 两条主线互相交织,互相促进使得电信网从电报网发展到电话网、分组交换网,每一 步发展都给人们的思想带来新的启示。 随着用户的可用带宽(Available access bandwidth)的逐步增加,对业务的 要求也逐步向宽带化、实时化发展。人们对业务的实质有了更精确的认识。 对用户而言,业务就意味着服务类别、服务质量、持续时间及相应的资费。 对运营者而言,业务的本质特征是带宽(比特率)、服务质量(时延指标、误码 率指标)、持续时间。相应的交换技术、传输技术是关键。新业务的出现,受冲击最 大的就是运营商,尤其在交换技术上。传统电路交换不适于数据业务,由于64kb/S的 限制使得ADSL技术不能直接从现有交换机上获益就是一个例子。 数字化、宽带化、传输光纤化、分组化是今后电信网和信息网的发展趋势。为厂 避免过去一种业务一套网络的情况,构筑一个与业务类型无关或弱相关的统一业务传 输、复用、交换和交叉连接平台,使得多业务灵活接入,这样既能在设计、构筑、运 营、维护上取得巨大的经济效益,又能够对业务的发展保持良好的适应性,最大限度 地保护运营者与用户的投资利益。随着信息压缩与编码、数字信号处理技术、超大规 模集成电路技术的出现和发展,这种想法在技术上已经完全可实现。 ATM技术正是这样一种基本功能适中的能够适配各种业务的快速分组技术。通过 固定长度(53字节)信元来适配所有业务源,具有高速、灵活、可综合多种业务的能 力,同时支持对服务质量(QOS)的保证和动态的用户管理能力,充分利用压缩编码 技术带来的带宽资源的节省等优势,促使资费降低和新业务的涌现,形成良性循环。 1991年,ATM被ITU-T确定为宽带综合业务数字网(B-ISDN)的传送模式。 IP是位于开放系统互联(OSI)七层模型的网络层上,即第三层技术。ATM付于数 据链路层上,是第二层技术(或第2.5层技术)。IP技术面向无连接,而ATM技术门向 连接。IP技术屏蔽了不同网络的低层实现细节,采用统一的地址格式和协议,使得异 种网互联只要在IP后取得一致即可交换信息。同时,TCP/IP协议族提供良好的应用 程序接口(API),使得用户存此基础上可自主开发大量应用软件,这就大大激发了 用户的积极性和主动性,其业务也越来越丰富。再加上政策和资费制度的倾斜,IP技 术便迅速发展起来了。 事实上,带宽的节省和分组化并非IP技术最根本的特征和成功的关键。关键在于 TCP/IP协议事实上被广泛接受和标准化,并具有良好的应用程序接口(API)。用户 的可接入性、互通能力强才是问题的核心。 IP的主要技术路线是专线加路由器。随着用户终端性能的提升和要求的增加,对 路由器性能的要求越来越高。 值得指出的是,IP技术并不是一个“新”技术,而是40年来积累的技术。之所以 能突放异彩,是因为数据业务的蓬勃发展,归根到底是可用接入带宽的增长以及由此 激发的用户需求的迅速增长。 3 IP和ATM之比较 3.1服务质量保证 无论对运营者还是用户,QoS是服务信誉的标志。 由于面向连接与面向无连接之分,IP技术和ATM技术在服务质量(QoS)保证方面 有根本的不同。 IP包的长度是不固定的,长信息包和短信息包中信息打包、拆包时延差别很大, 从而引入了较大的时延抖动,不适于实时业务。IP技术采用带宽资源竞争的人人(协 议特性),当用户增加时,服务质量则降低,导致服务质量不稳定。目前一些示范实 时应用实际上是用低带宽利用率换取高服务质量。 ATM技术使用固定长度信元使打包、拆包时延相当,减小时延抖动,并且小信元 长度降低了时延值。另外, ATM采用流量控制技术,在连接建立之前,就通过信令协 商能否保证用户的服务质量要求,只有当网络确认之后才接受入网,保证为每一个虚 电路提供不同的服务质量。这是真正意义上的服务质量(QoS)。 为弥补IP技术在服务质量上的缺陷,TETF提出如RSVP(Resource Reservation PRotocol)协议等。但由于IP自身限制,协议实现复杂,进展缓慢。 3.2协议简化问题 从发展历程上看,lP技术在开发初期,传输技术不理想,于是采用逐段纠错,反 馈重传等技术,这使得协议复杂。随着光纤技术的发展,传输和处理能力的提高,这 些部分已显多余。但由于软、硬件投资问题,IP自身成了障碍,只能保留这些功能。 这必然影响网络传输效率。 ATM技术充分利用光纤技术发展,简化差错控制,在中间节点不检查业务完整性, 大大简化了协议。ATM流量控制和信令是为了用精确的控制得到网络利用率的提高和 服务质量的保证。虽然复杂些,却是值得的。 3.3现有电信网的演进 用IP还是ATM作为未来电信网或信息网的基础,是争论的热点。为Internet业务 专门构筑IP同看到了数据业务发展将超过传统电信业务趋势;而为将来的多业务(包 括数据业务)构筑ATM网则是看到了收益的主要来源仍然是传统电信业务,无论是从 保护用户投资还是提供新业务上,ATM都是一种务实、平滑的演进。 3.4骨干网扩容 IP网的发展面临着两个严重问题:其一是网络的复杂性成非线性增长,其二是网 络件能退化。网络越来越难以管理,在阻塞、分组丢失、时延日益增加的同时,吞吐 量也在下降。部署更多的相同设备并不能支持其持续发展。增加更多的路由器意味着 对网中其它路由器增加更多的物理链路。路由器转发每一次都会增加处理时延,且分 组处理昂贵。交换机、端口、电路、网管和服务管理综合费用的增加并不会使收入成 比例增加。 ATM骨干网可以解决这些问题。通过在路由器网络核心中安装大容量ATM交换机, 互联网提供商可取消跨越其骨干网的4-8次路由跳转。减少了昂贵的分组处理,性能 得到改善。进入骨干网的边缘路由器仪通过ATM网一次交换就可接入任何边缘设备, 由于网络总容量十倍速的增长,链路数越少越容易管理,网络性能明显改善,使导网 络管理明显简化。 评论家一直认为,ATM约10%的开销是一种浪费,但事实上,这种开销很容易通过 在ATM骨干网上实现性能优化来弥补。运营公司已经发现,采用ATM骨干网升级的IP网 最多可以减少总开支的50%。 3.5业务发展和运营管理 业务发展是无止境和难以预测的,服务质量(QoS)的要求也是复杂和多变的。我 们习惯于把除去话音、视频的业务统称为数据业务。其实这个业务类型也在不断发展 和分化。目前的 Everything over IP是过于乐观和不切实际的估计。 ATM本质上是包容多业务的网络技术,其发展目标就是建立一个不受物理结构限制, 与所传输的数字数据类型无关的广域信息传输系统。 IP网采用分散控制,对日益复杂的路由器网络的管理是对其严格的考验。ATM采用 集中式管理。多业务共用同一个或同一类同,无疑管理优势更大。 4波分复用与 ATM 波分复用技术允许在一根光纤上提供高达几百Gb/S的传输能力。一种观点认为: 由于波分复用技术带宽丰富,成本很低,根本不需要流量控制来得到高带宽利用率。 另一种观点认为:带宽不会免费,用户对带宽资源的需求是永无止境的,可用带宽的 增加,必然导致业务指数增长,这是一个正反馈过程。无论何时,带宽永远是稀缺的, 不会出现富余状况的。 波分复用技术为带宽资源提供了物理保障,促使用户去开发高带宽业务、高服务 质量业务保证,这为ATM技术的发展提供了交广阔的前景。若具体考虑网络速率提高带 来的时延和时延抖动的影响,可以看到ATM技术获得的好处比以太网要大得多。 5 几点思考 随着新网络技术的发展,ATM正在显示自己的真正实力。ATM论坛、国际电联在不 到几年的时!司内在产业、学术研究、应用方面都有很大的投入并呈现加速趋势,相 继推出AAL2、LANE、MPOA、MPLS、GFR等,这是一个不容忽视的成就。 5.1ATM和IP应互相结合 ATM技术是一项优秀的传输、交换、复用、交叉连接技术,ATM技术是IP技术可持 续发展的保障。ATM技术不是过时了,而是以一种更务实的姿态进入实用中,对ATM技 术的理解也应在思想上更新。ATM技术是互联网最有效的、最容易扩展的组网技术。 与扩容方便、服务质量的保证和动态的用户管理能力相比,ATM的开销是值得的。 ATM与IP既有竞争的一面,又有互补的一面。互联网的可持续发展需要ATM支持, 以提高服务质量(QoS)和扩容;ATM也需要互联网来发展、应用、展示自己。ATM技 术初期雄心勃勃的目标实现进度慢,以致于一些人发出ATM技术是否会有窄带ISDN(N -ISDN,即一线通)同样命运的疑问,究其原因,除了技术驱动超前干市场需求外, 最重要的就是没有“拳头应用”。能充分利用ATM QoS的应用更少,使得ATM的优势 远未发挥出来。Internet的发展正是一个机遇,尤其是互联网业务的多媒体化需求, 对ATM技术将是一个巨大的推动。一个简单的例子,由于Internet业务的增长,一线 通(N-ISDN)又被用户所青睐。由此可见,IP技术不是动摇了ATM技术,而是进一步 促进和增强了ATM技术的地位。 5.2知识产权 从标准化程度和知识产权角度看,ATM技术成熟程度无论在理论上还是在实际应 用中都远高于当前非常热门的IP over SDH、IP overWDM等技术。硬件方面,生产AT M交换、适配等套片(Chipset)的公司非常多,而且成本不断下降,构筑自己的硬 件平台很方便;软件方面,ATM信令、网管等技术的研究、实现对各国的研究者难度 相同,基本是在同一条起跑线上,可根据自己的实际需求来实现,有利于实现自己的 知识产权(IP)。相比之下,IP技术的核心,高速路由器的技术核心完全垄断在Cisc o、Lucent等几家大公司的手中,他们拥有全部IPR,价格昂贵。与较新的ATM系统( 每兆比特容量)相比,路由器要贵10倍以上。从民族产业发展角度看,软件可以作为 一个突破点,形成独立的知识产权。对路由器技术似乎目前只适宜做跟踪研究。 5.3市场 从市场上看,ATM技术发展不到十余年,其开发成本、设备费用自然相对较高。但 若以现在的发展速度,随着其大量被采用,预计其成本会同以太网设备一样。ATM技术 已经受了大量实践的考验,也是目前唯一能够提供QoS和多业务服务的技术,既可运行 在现有的SDH成熟技术基础之上,也能够运行在密集被分复用(DWDM)上;既可用于高 端核心交换机中,又可用于低端用户接入设备。芯片公司的出现使得国内外商家在硬 件平台上地位平等,产品也日益成熟。国内的华为、中兴、高鸿公司,北京邮电大学、 西安电子科技大学等单位已经成功地开发和研制出ATM交换机,并应用于京津沪粤ATM 宽带试验网,有的已经投入商用或实验网的实验中。 值得提出的是,目前ATM话音(VTOA)技术是国外研究的一个热点,因为这中间和 潜在商机无限。IP技术的精髓是简单可用,在IP电话应用中,仔细研究H.323协议可发 现,协议和终端并不简单。而且话音分组的开销高达60%-80%。IP电话比传统电话 效率高、资费低,但这个优势并不是IP技术本身提供的,而是话音压缩编码技术的进 步带来的。事实上,ATM话音的效率和QoS均比IP高得多,资费也将降低得更多。可以 预计,VTOA将是未来话音的主流技术。 ATM技术是电信界思想的体现,网络可靠、可管理、以路为中心;IP技术是计算机 界思想的体现,网络可用、尽力而为(Best effort)、以端为中心。技术因素和市场 需求都可能成为技术发展的动力。ATM技术是一种超前的技术,人们尚未意识到它能带 来的好处。ATM和IP技术方案分歧背后是不同利益的驱动和两种思想的交锋。在多元化 发展的趋势下,求同不成则存异,指望一种技术包打天下的想法是不切实际的。应当 在市场上创造环境,使之共存,良性地自由竞争。就目前而言,两者远没有达到互相争 夺市场的程度,而是相互支持,互相补充来共同开拓市场的时候。 5.4业务 从业务发展角度看,未来的网络应用应有更丰富的内容。不仅仅只是目前的信息查 询、娱乐、休闲和初露端倪的电子商务。用户的创造力是无止境的,带宽的可接人性与 灵活性使得用户既成为信息的消费者,又成为信息的生产者。用户始终是网络业务发展 最敏感、最具有推动力的因素。随着网络在日常生活中地位的提高,用户的需求也会逐 渐务实和理智。对网络要求认可用到好用是个必然趋势。随可用带宽的进一步增加,一 些实时性强的应用,如远程医疗、远程教学、远程监控、远程办公、Web TV等都会走进 生活,这些恐怕是IP难以令人满意地支持的(由于其协议的固有缺点)。这些无疑会为 ATM技术带来新的应用机遇。 透过IP业务的一片欢呼热潮,应当清醒认识到其不足之处和在今后发展中会遇到的 问题。在IP表面的繁荣下,面临的问题一点也不比ATM少。随着Internet步入商用领域, 对服务质量(QOS)的姜求将急速提高。尽管IETF提出COS(Class of Service)、RSVP、 IPV6、DS等概念,但仔细分析会发现,这些思想多半是从电信网中借鉴的,实现起来难 度很大,最大的障碍就来自Internet本身,TCP/IP协议已经成熟,且已经投入了数十 亿美元,在现有的基础上做改动和更新谈何容易。服务质量和资费是紧密相关的,即便 如此,人们也不会轻易地因资费而牺牲服务质量保证。 6发展ATM的建议 中国正处于宽带多媒体信息网建设的初级阶段,无论是ATM技术还是IP技术在市场 上都只占很小的份额。当务之急是如何合作,求同存异,而不是互相争论,市场的高峰 期还未到来,谁不利用好时间,谁就会错过机会。 我们对我国发展ATM技术提出如下一些提议: 1),加速ATM技术应用研究,尤其是VTOA技术,充分利用传统话音技术仍是主要业 务的特点,实现电信网业务平滑过渡。 2)加速ATM技术和IP技术的结合与互通的研究。抓住Internet带来的机遇,利用IP 的5-10年的市场培育期,使得Internet信息服务成为ATM技术当前“拳头应用”,在市 场上取得一定份额。具体步骤可由骨干到接入,先发展专用网,然后向公网过渡。 3)借鉴王选激光照排系统的思想避免低水平跟随和重复,直接研究最有生命力、 最容易取得独立知识产权(IPR)的技术,在开发应用程序接口(API)上多做投入,争 取获得独立知识产权。 4)国内产业界应在信息产业部的协调下加台合作,开成一个准联合体来保护民族 产业的利益,与国外公司进行竞争。