ATM局域網(wǎng)技術(shù)

2019-11-05 03:11:17

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供稿：網(wǎng)友

　　——摘要：ATM局域網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)界的熱點技術(shù)。文章論述了ATM技術(shù)在局域網(wǎng)上應(yīng)用的背景、與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)要求、實現(xiàn)方案以及現(xiàn)有ATM局域網(wǎng)技術(shù)的原理及其優(yōu)缺點。
　　
　　——ATM技術(shù)最初主要是為廣域網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)而設(shè)計的，但是目前它正向局域網(wǎng)應(yīng)用方面大踏步前進(jìn)。這種發(fā)展趨勢主要源于如下4個方面的應(yīng)用要求：
　　
　　——①在傳統(tǒng)局域網(wǎng)上出現(xiàn)了諸如視頻點播、電視會議、多媒體業(yè)務(wù)等一系列寬帶業(yè)務(wù)的實際需求；
　　
　　——②傳統(tǒng)局域網(wǎng)（如以太網(wǎng)、令牌環(huán)等）技術(shù)提供基于TCP/ip協(xié)議的無連接業(yè)務(wù)已不能滿足實時業(yè)務(wù)的需要；同時隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的膨脹，使基于共享方式的傳統(tǒng)局域網(wǎng)已無法承受；
　　
　　——③隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)的單機(jī)性能大大提高，計算機(jī)端口甚至可以處理高達(dá)100Mbit/s的數(shù)據(jù)流，使寬帶局域網(wǎng)成為可能；
　　
　　——④由于加工技術(shù)的進(jìn)步，用戶能夠在局域網(wǎng)上敷設(shè)諸如光纖等寬帶傳輸媒介。
　　
　　——傳統(tǒng)局域網(wǎng)面臨的困難，促使人們考慮把ATM技術(shù)應(yīng)用到局域網(wǎng)上來。由于ATM技術(shù)本身的優(yōu)勢，即寬帶交換、面向連接以及可靠的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證，使得ATM理所當(dāng)然地成為能夠理想解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)困難的唯一技術(shù)。
　　
　　——在現(xiàn)階段，ATM局域網(wǎng)完全取代傳統(tǒng)局域網(wǎng)是不可能的，必須發(fā)展互連技術(shù)來實現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向ATM局域網(wǎng)的平滑過渡。所以在實現(xiàn)與傳統(tǒng)局域網(wǎng)互操作時，ATM局域網(wǎng)需要實現(xiàn)如下功能：
　　
　　——①透明支持傳統(tǒng)局域網(wǎng)現(xiàn)有的各種協(xié)議、應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)；
　　
　　——②實現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的無連接業(yè)務(wù)；
　　
　　——③支持組播/廣播功能；
　　
　　——④提供IP或MAC地址與ATM地址的解析。
　　
　　——本文將論述在ATM局域網(wǎng)上實現(xiàn)無連接業(yè)務(wù)的方法，ATM支持傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的應(yīng)用程序接口(API)以及現(xiàn)有ATM局域網(wǎng)技術(shù)原理及其優(yōu)缺點。
　　
　　一、無連接業(yè)務(wù)
　　
　　——ATM是面向連接的交換與傳輸技術(shù)，并不能夠直接支持無連接業(yè)務(wù)。為此，ITU-T定義了兩個在ATM網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)無連接業(yè)務(wù)的方法，即直接法和間接法。
　　
　　1.直接法
　　
　　——ATM局域網(wǎng)配置有無連接服務(wù)器(CLSF:ConnectionLess Service Function)。服務(wù)器可以外掛在ATM交換機(jī)上，也可集成在ATM交換機(jī)中。當(dāng)支持無連接業(yè)務(wù)時，通信雙方把發(fā)送的數(shù)據(jù)包由ATM虛電路連接(VCC)傳送到所屬的無連接服務(wù)器上，由服務(wù)器負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)包分發(fā)給目的終端或其所屬服務(wù)器。服務(wù)器之間以及服務(wù)器和終端之間由ATM虛電路連接溝通，形成一個覆蓋在ATM網(wǎng)之上的疊加網(wǎng)。
　　
　　——在直接法中，無連接業(yè)務(wù)主機(jī)之間只需與服務(wù)器建立一條連接，業(yè)務(wù)所需的連接數(shù)較少而網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計增益較高。但是無連接服務(wù)器的出現(xiàn)，使得網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)治理變得復(fù)雜，同時網(wǎng)絡(luò)的可靠性也會下降。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)無連接業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)量增大時，服務(wù)器不可避免地成了網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。
　　
　　2.間接法
　　
　　——在間接法中，無連接業(yè)務(wù)不是借助于服務(wù)器的分組轉(zhuǎn)發(fā)功能，而是運用ATM網(wǎng)絡(luò)的虛電路連接在主機(jī)間建立直接連接來實現(xiàn)無連接業(yè)務(wù)。這樣一來，就需要在每個任意端口間都建立一條虛電路連接，這種方案的結(jié)果是造成了很大的帶寬浪費。實際上每個接點并非在所有業(yè)務(wù)時間內(nèi)都需要建立與所有其它接點的連接，可以采用動態(tài)連接的方法在需要時建立連接，以減少網(wǎng)絡(luò)帶寬占用率。
　　
　　——間接法的優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)中沒有設(shè)置無連接服務(wù)器，消除了服務(wù)器的瓶頸效應(yīng)。但是需要網(wǎng)絡(luò)具有路由解析和快速連接建立技術(shù)；而且網(wǎng)絡(luò)中過多的虛電路連接使網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)負(fù)擔(dān)加重，帶寬資源利用率低。
　　
　　二、應(yīng)用程序接口(API)
　　
　　——ATM局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用程序接口必須既兼容傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，又面向未來ATM應(yīng)用。目前的ATM局域網(wǎng)中有兩種應(yīng)用程序接口技術(shù)，一種是高層應(yīng)用程序接口，另一種是低層應(yīng)用程序接口。低層應(yīng)用程序接口的業(yè)務(wù)能力與IEEE的MAC子層是相同的，這是因為ATM局域網(wǎng)設(shè)計了一個ATM MAC子層來仿真IEEE的MAC子層。所以ATM MAC子層能夠?qū)崿F(xiàn)與傳統(tǒng)局域網(wǎng)協(xié)議和應(yīng)用的直接兼容，以達(dá)到與傳統(tǒng)局域網(wǎng)的互操作目的。
　　
　　——相比之下，在要求支持現(xiàn)有協(xié)議時，高層應(yīng)用程序接口就更具優(yōu)勢。高層應(yīng)用程序接口的作用范圍可以從網(wǎng)絡(luò)層一直到應(yīng)用層，也能夠支持未來面向ATM 的應(yīng)用。高層應(yīng)用程序接口不需要仿真MAC子層，所以它的效率也會更高。基于網(wǎng)絡(luò)層的高層應(yīng)用程序接口已為大家所熟悉，如：SOCKET,APPC等，但是網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議很多，每個協(xié)議都需要定義一個直接的應(yīng)用程序接口，工作量較大。為了支持傳統(tǒng)局域網(wǎng)，以及滿足未來ATM應(yīng)用的需要，這兩種應(yīng)用程序接口都是必需的，并且會共存于ATM局域網(wǎng)中。
　　
　　三、ATM局域網(wǎng)技術(shù)
　　
　　——為了把ATM技術(shù)引入到局域網(wǎng)上來，ATM論壇和Internet工程任務(wù)組(IETF)作了不懈的努力，推出了幾個具有重要實際意義的ATM局域網(wǎng)協(xié)議。其中以ATM論壇的局域網(wǎng)仿真和ATM多協(xié)議技術(shù)(MPOA)最具代表性。
　　
　　1.局域網(wǎng)仿真
　　
　　——局域網(wǎng)仿真是在ATM 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下仿真?zhèn)鹘y(tǒng)局域網(wǎng)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)方案。由于在局域網(wǎng)仿真中，ATM網(wǎng)絡(luò)只是以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層的角色出現(xiàn)，并且是基于MAC子層的仿真技術(shù)，所以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（如IP,IPX等）不需要任何更改就可以運行于局域網(wǎng)仿真環(huán)境。
　　
　　——在局域網(wǎng)仿真中有兩種網(wǎng)絡(luò)信息：一種是仿真客戶與仿真服務(wù)器、配置服務(wù)器之間的控制信息；另一種是仿真客戶之間，以及仿真客戶與廣播未名服務(wù)器間的數(shù)據(jù)信息。如圖3所示，當(dāng)仿真客戶1希望與仿真客戶2通信時，仿真客戶1必須首先知道仿真客戶2的ATM地址。假如仿真客戶1的緩器中存有仿真客戶2的ATM地址，那么仿真客戶1就利用該地址與仿真客戶2建立直接的ATM虛電路連接來實現(xiàn)通信（如e）；否則，仿真客戶1向局域網(wǎng)仿真服務(wù)器發(fā)送一個地址解析請示分組（如a），局域網(wǎng)仿真服務(wù)器利用該分組攜帶的仿真客戶2的MAC地址在緩存器中檢索，假如檢索成功，局域網(wǎng)仿真服務(wù)器把仿真客戶2的ATM地址反饋給仿真客戶1，否則，把該MAC地址送到廣播未名服務(wù)器（如b），利用廣播未名服務(wù)器的廣播功能，向整個網(wǎng)絡(luò)廣播該MAC地址，仿真客戶2接收到該廣播信息，把地址反饋給局域網(wǎng)仿真服務(wù)器，局域網(wǎng)仿真服務(wù)器再送給仿真客戶1。
在局域網(wǎng)仿真服務(wù)器未反饋回仿真客戶2地址這段時間里，仿真客戶1把數(shù)據(jù)分組分發(fā)給廣播未名服務(wù)器，由服務(wù)器以廣播形式送給仿真客戶2（如c,d）。
　　
　　——從上述的通信規(guī)程可以看到，由于局域網(wǎng)仿真建立于數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層上，所以可以透明地支持傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層的各種協(xié)議，兼容性很好；網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠家設(shè)備的無縫連接。但是局域網(wǎng)仿真也存在許多缺陷：
　　
　　——①網(wǎng)絡(luò)是基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的，由于受服務(wù)器的限制，網(wǎng)絡(luò)客數(shù)不可能很大，這樣就限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模；
　　
　　——②由于不能支持備份服務(wù)器，所以服務(wù)器的可靠性決定了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，一旦服務(wù)器發(fā)生故障，那么整個網(wǎng)絡(luò)就不能工作了；
　　
　　——③局域網(wǎng)仿真在實現(xiàn)子網(wǎng)間通信時，仍然需要路由器的參與，這樣路由器有限的路由、分組轉(zhuǎn)發(fā)功能就成了網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。
　　
　　2.ATM多協(xié)議規(guī)程技術(shù)
　　
　　——為了解決局域網(wǎng)仿真在子網(wǎng)間通信能力低的缺點，ATM論壇又推出了它的ATM多協(xié)議規(guī)程(MPOA:Multi-PRotocol Over ATM)技術(shù)。MPOA技術(shù)的基本目標(biāo)是把局域網(wǎng)仿真技術(shù)與Internet工程任務(wù)組的下一節(jié)點解釋協(xié)議(NHRP)技術(shù)捆綁起來，這樣做的目的是保留局域網(wǎng)仿真在子網(wǎng)內(nèi)通信高效率的優(yōu)點，同時引入下一節(jié)點解釋協(xié)議在不同子網(wǎng)間有效通信的優(yōu)勢，使整個寬帶網(wǎng)絡(luò)的通信完全拋開傳統(tǒng)路由器的干預(yù)，通信效率大幅度提高。
　　——由于MPOA支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的互連，所以能夠透明支持傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實現(xiàn)大規(guī)模的互連網(wǎng)絡(luò)；不同子網(wǎng)間的通信可以跨過傳統(tǒng)路由器的干預(yù)，建立直接連接來提高網(wǎng)絡(luò)效率；減少了參與路由連接過程中的物理設(shè)備，所以降低了網(wǎng)絡(luò)路由的復(fù)雜性，提高了效率。但是MPOA技術(shù)在實現(xiàn)子網(wǎng)間的最優(yōu)路由時，可能會帶來ATM層和網(wǎng)絡(luò)層路由和尋址的協(xié)調(diào)性問題；網(wǎng)絡(luò)在建立最優(yōu)路由時的判別標(biāo)準(zhǔn)，以及最優(yōu)路由連接的維護(hù)仍然需要研究；而且網(wǎng)絡(luò)仍然需要地址解析服務(wù)器的存在，子網(wǎng)間的路由信息數(shù)據(jù)庫就必須保證同步，這樣就在建立連接時引入了不必要的時延，使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和操作的復(fù)雜性沒有得到徹底簡化。
　　
　　四、結(jié) 論
　　
　　——經(jīng)過多年的努力， ATM技術(shù)在局域網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，局域網(wǎng)仿真和MPOA等技術(shù)使ATM局域網(wǎng)成為現(xiàn)實。這些協(xié)議的推出保護(hù)了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用戶的現(xiàn)有投資，推動了ATM網(wǎng)絡(luò)自身發(fā)展，并為最終實現(xiàn)向 ATM網(wǎng)絡(luò)平滑過渡創(chuàng)造了條件。已有的ATM網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)在很大程度上實現(xiàn)了與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的有效互連，所存在的技術(shù)缺陷也正在研究，很多已經(jīng)逐步得到解決。可以預(yù)見，ATM無疑將成為未來寬帶網(wǎng)（包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)）的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)占據(jù)整個網(wǎng)絡(luò)，用戶在不久的將來也會享受到ATM網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)服務(wù)。

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