深入探讨IP网与ATM网相结合的技术
来源：考试大【考试大：考试专家，成就梦想！】 2008年11月26日
1背景
ATM技术是八十年代末由电信提出的，为实现包括话音、数据和图像在内的各种业务传输的宽带综合数据业务网B-ISDN而发展起来的网络技术。ATM技术的实质是电路交换和分组交换的综合。因此ATM 技术具有很大的灵活性，任何时候都能按实际需要来占用资源;对特定业务，传送速率随信息到达的速率而变化;能够适应任何类型的业务，无论其速率高低、突发性大小、实时性要求和质量要求如何，都能提供满意的服务。ATM最初的思想就希望造就未来通信系统的统一平台，制定ATM规范的ATM论坛一直在通过各种手段向ATM中容纳进新的内容以保证ATM最初的目标。但这样造成ATM技术异常的复杂，标准化的过程缓慢。此外，昂贵的设备价格也是目前困扰ATM技术普及推广的一大因素，因此ATM一般只限于电信级骨干网的建设。
IP技术起源于六十年代，最初只用于计算机局域网的组建。近十年来，随着Internet的快速普及，IP 技术广为流传，已经成为一种事实上的开放系统互联标准。IP技术实质上是一种不需要预先建立连接，而直接依赖于IP分组头信息决定分组转发路径的数据传输技术。IP技术的主要特点是：IP协议是一种网络级互联协议，容易实现异种网络的互联;采用无连接技术，特别适合于电子邮件、信息检索等非实时的短报文通信;具有统一的寻址体系，网络可扩展性强;采用独立服务的模块化结构，可以支持多种不同应用，容易增加新业务。IP技术所具有的最大优势在于，它可以运行在任何介质和网络上，可以保证异种网络的互通，即“IPovereverything”。随着宽带IP技术的发展，包括话音、数据和图像在内的各种业务均能在IP网上进行传输，出现了所谓的“EverythingonIP”的局面，IP业务也即将成为通信业务的主流。但IP技术在发展过程中也遇到了路由器瓶颈、服务质量难以保证等问题的困扰。
ATM和IP都是发展前景良好的技术，但它们在各自的发展过程中都遇到一些问题。如果把这两项技术结合起来，利用ATM网络为IP用户提供高速直达数据链路，即可以充分利用ATM网络的资源优势，发展ATM上的IP用户业务，又可以解决IP网络发展中遇到的问题，进一步推动IP业务的发展。
2IP与ATM结合技术的分类
目前，IP与ATM结合技术主要分为两大类：重叠技术和集成技术。采用重叠技术时，IP层叠加在ATM 层之上，ATM端点使用ATM地址选择协议将IP分组包选择路由。重叠技术的优点是采用标准的ATM论坛/ITU-T的信令标准，与标准的ATM网络及业务兼容;缺点是传送IP包的效率较低。采用集成技术时，ATM层被看作IP层的对等层，ATM端点只需使用IP地址来标识，在ATM网络内使用现有的网络层路由协议为IP分组选择路由，在建立连接时使用非标准的ATM信令协议。采用集成技术时，不需要地址解析协议，但增加了ATM交换机的复杂性，使ATM交换机看起来更像一个多协议的路由器。集成技术的优点是传送IP包的效率比较高，不需要地址解析协议;缺点是与标准的ATM技术融合较为困难。
3重叠技术
重叠技术的实现方式具体来说主要有三种，分别是CIPOA(Classical IP over ATM)、LANE(LAN Emulation)和MPOA(Multi-protocol over ATM)。
3.1CIPOA(ATM上的传统IP技术)
IETF工作组在RFC1483(AAL5上的多协议封装)和RFC1577(ClassicalIPandARPoverATM)两个文件中定义并规范了CIPOA。CIPOA的基本思想是利用IP对低层网络技术的包容能力，在ATM网上支持IP协议。它继承了IP的基本思想，仅把ATM网络看作与以太网、令牌环网等物理子网处于同样地位的一种异形子网。由于CIPOA规范只支持IP协议，所以它适用于只使用IP协议的互联网和局域网。利用该规范，用户可以在ATM网络上直接运行现存的基于IP的网络协议(如TCP、UDP)和基于IP应用协议(如WWW、FTP、NFS等)。CIPOA的协议结构如下所示：
网络层IP
RCF1577
数据链路层RCF1483
ATM层
物理层物理层
CIPOA引入了逻辑IP子网(LIS)的概念，所谓LIS是指根据用户和网络管理者的连接要求，对直接连接到ATM网络的任意主机、路由器进行组合，这种组合形成了一个逻辑的IP子网，其中的主机和路由器可位于网络中的任何地方，即与它们的地理位置无关。不同的LIS相互独立操作和通信，在一个LIS内，IP包可以在点到点的ATM永久虚通道(PVC)和ATM交换虚通道(SVC)上传送，位于两个LIS内的主机间的IP连接需要经过一个路由器。
CIPOA网络的基本工作原理是：在每一个LIS内设有一个地址解析服务器(ARPServer)，负责完成IP 地址和ATM地址的映射功能。当LIS中新增了一个IP主机时，该主机首先利用配置好的地址建立与ATM ARP服务器的连接，ATMARP服务器检测到来自新主机的连接后，向该主机发送反向ARP请求(InARP)，从而获得新增主机的IP地址和ATM地址，并在ATM ARP服务器中的IP地址-ATM地址映射表中进行登记。当一个主机需要向被叫发送IP数据报时，由于它不知道对方的ATM地址，所以首先向ATM ARP 服务器发送ARP请求，获得被叫的ATM地址，再建立到被叫的ATM连接并进行通信。
在重叠技术中，CIPOA技术成熟，实现简单，在LIS上传送的广播业务量很少，网络的资源利用率较高，同时简化了LIS内主机间的通信步骤，改善了时延特性。但两个LIS中的主机间进行通信时需要经过路由器，仍不能完全解决路由器瓶颈问题，并且每个LIS内都配置一个地址解析服务器，将引入额外的时延。此外，CIPOA只限于处理ATM上的IP协议，无法处理其它的网络层协议。
3.2LANE(局域网仿真技术)
ATM论坛定义的局域网仿真(LANE)技术为在ATM网络上传送现有的LAN协议创造了条件。采用ATM局域网仿真技术时，对原局域网用户来说，ATM交换网络的各种功能(如呼叫建立、信元拆装等)都是透明的，原局域网终端的硬件和软件系统不需做任何改动，即可利用ATM网络提供的高速直达数据链路传送LAN协议包。
LAN是对局域网的媒体访问控制子层(MAC层)进行仿真，LANE的协议栈如下所示：
网络层IP、IPX等
LANE
数据链路层RCF1483
ATM层
物理层物理层
由ATM层替代传统LAN的MAC子层，成为物理层和逻辑链路之间的一层，因此局域网逻辑链路层以上的软件可以不做任何改动。LANE可以支持任何局域网的高层协议(如IP,IPX等)。
LANE的服务体系是基于CLIENT/SERVER的查询和响应模型。在一个仿真的局域网络(ELAN)中，需要配置局域网仿真客户机(LEC)、局域网仿真配置服务器(LECS)、局域网仿真服务器(LES)和广播/未知服务器(BUS)。LEC是所仿真的局域网的端系统，它向现有局域网提供MAC层的服务接口，代理原局域网中的所有终端向ATM网络传输数据，完成地址解析，实现整个ELAN中的所有终端间的通信。LECS负责保存仿真局域网中的局域网仿真客户机(LEC)配置信息，并向新安装的LEC发送LES的ATM地址，每个管理域只有一个LECS，它可为一个或多个仿真局域网(ELAN)提供服务。LES负责实现MAC地址与ATM地址的映射功能，每个ELAN只有一个LES，每个LES有一个专有的ATM地址来标识。BUS负责处理广播及未知的MAC地址，在仿真局域网内提供广播和组播传送功能。
LEC是如何与LES进行通信完成地址解析并把用户数据通过ATM数据直达链路传送给另一个真地址解析协议(LE-ARP)请求，询问收端的ATM地址。如果收端已在LES上注册，则LES就在LE-ARP应答中将收端ATM地址返回给发ARP请求转发给ELAN上的所有LEC，收端LEC收到该请求后，就在LE-ARP 应答中将自己的ATM地址返回给LES，再由LES返回就通过ATM SVC呼叫建立到收端的虚连接，并在其上进行数据传送。
