ＩＰ与ＡＴＭ的竞争和融合

１ 引言

    随着电信技术和业务的飞速发展以及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ在全球范围的兴起和普及，全世界向信息化社会迈进的步伐明显加快。由于各种新技术的快速发展和应用，电信网、计算机网以及有线电视网的业务与市场开始相互渗透与融合，在这些网络的发展和融合过程中，ＩＰ和ＡＴＭ是当然的主角。

    ＡＴＭ曾经以高带宽、提供良好的服务质量（ＱｏＳ）、传送语音、数据、视频多媒体信息等优点在网络技术中独树一帜，令不少人憧憬ＡＴＭ将是未来“网络大统”世界中的唯一选择。近年来，由于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ在世界各国的爆炸性的增长，以ＩＰ业务为主的数据业务成为当今世界信息业发展的主要推动力，据有关专家预测，每６～９个月，主要ＩＳＰ的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干链路的带宽需求就增长一倍，２００５年后，纯语音和数据流量将变成１：９９。在不久的将来，业务供应商８０％的收益将来自数据业务。正是因为ＩＰ业务有如此美好前景，相当一部分人认为未来统一网络的传输的平台将不是ＡＴＭ，而是ＩＰ。

２ ＩＰ与ＡＴＭ之“争”

    在局域网中，ＡＴＭ遭遇千兆以太网而进展缓慢，但在广域网中，ＡＴＭ以其显著的优点成为宽带数据骨干网的主流。面对ＩＰ的空前发展和基于ＩＰ应用的激增，再加上ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ、ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ等宽带ＩＰ网技术正以强大的冲击力出现在数据骨干网中，ＡＴＭ目前正面临着ＩＰ技术的全面挑战。

２．１ 思想和目标的差异

    ＡＴＭ的最初标准是ＩＴＵ－Ｔ提出的，并由ＩＴＵ－Ｔ以及各电信厂商和电信运营商组成的ＡＴＭ论坛从事ＡＴＭ的标准化工作，而有关ＩＰ的标准基本是由因特网标准的民间组织ＩＥＴＦ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ工程任务组）标准化。Ｉ-ＴＵ－Ｔ是由各国电信管理机构或政府部门组成，官方色彩较浓，要求投票表决以求一致性，标准化过程缓慢。ＩＥＴＦ主要是由各计算机厂商、网络产品生产商以及电信厂商组成，民间色彩浓，开放性强，基本不执行投票制，要求粗略一致性，然后采用实践检验，市场淘汰的原则，能否成为标准由市场决定，标准化过程较快。

    ＩＰ技术采用先简单、实用、有效，后在实践中完善的原则。ＩＰ层次结构的包容性和开放性，使ＩＰ在后继的实践中，根据市场的需要不断补充新协议，扩展新功能，逐步完善自己。

    ＡＴＭ技术从一开始定位实现的目标就太理想化了，为的是实现解决一切传统网络存在的问题。一开始对ＡＴＭ提出了一揽子标准协议，且后继与ＡＴＭ相关的标准和协议越来越多，越来越复杂，互操作困难。相应地，由于ＡＴＭ技术过于完善，其协议体系的复杂性造成了ＡＴＭ系统研制、配置、管理、故障定位的难度，从而导致ＡＴＭ的实现非常困难且进展缓慢，研制出的ＡＴＭ网络设备也非常昂贵，价格一直居高不下。另外，ＡＴＭ的标准化进程缓慢，至今仍有许多原先预定的协议没有标准化，且有些协议随着技术的发展已不再需要。

    事实上，ＡＴＭ与ＩＰ的思想和目标之争在一定程度上也反映了电信界与计算机网络界的根本思想差异。电信行业将重点放在服务的质量保证上，一贯将已经获得认证的业务看得比新业务重要。计算机行业则相反，以“标准”化的技术为前提（已经成为“标准”的技术并非是最好的），急于将产品推向市场。

２．２ 技术思路的差异

    ＡＴＭ的概念起源于１９８３年美国贝尔研究所Ｊｏｈ Ｔｕｒｎｅｒ提出的快速分组交换（ＦＰＳ）和１９８４年法国电信Ｃｅｎｔ提出的异步时分交换（ＡＴＤ）思想。１９９０年国际电信联盟就正式建议将ＡＴＭ作为宽带综合业务数字网（Ｂ－ＩＳＤＮ）的基础技术和技术体制，全面开始ＡＴＭ标准、基础理论和实际技术的研究，并于１９９２年７月由美国Ｆｏｒｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ公司率先研制出ＡＳＸ－１００系列ＡＴＭ交换机。

    ＡＴＭ是一种面向连接的技术，具有分组交换和电路交换的优点，它对应于开放系统互连（ＯＳＩ）协议参考模型的第２层，但其协议应该完成的功能不是ＯＳＩ第２层规定的数据链路层功能，而是复用和交换功能。ＡＴＭ通过ＡＡＬ层适配，将不同业务应用接纳进来。

    ＴＣＰ／ＩＰ框架中的ＩＰ层对应于ＯＳＩ协议参考模型中的网络层，其协议与ＯＳＩ第３层规定的网络层协议相当，完成路由选择和分组转发功能。对于不基于资源预留协议（ＲＳＶＰ）的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ应用，可以通过简单的传输控制协议（ＴＣＰ）或用户数据报协议（ＵＤＰ）等运输层协议传送数据；而基于ＲＳＶＰ协议的新应用（例如语音和视频等实时应用），则必须通过ＲＳＶＰ为某分组流进行接纳控制和带宽预约，以保证服务质量。

    ＡＴＭ在交换型网络中扮演着重要的角色，首先它可以提供高速骨干网，其次它可以扩展到桌面。在公共广域网络中，ＡＴＭ也是一种被广泛采用的技术，因为它有能力在一个公共网络架构中复用多种不同的服务，结果是灵活性高，节省了大量费用。

    ＩＰ技术是一种非面向连接的分组／包交换网络技术，它对通信资源的利用率远远高于传统的基于电路交换的通信网络技术，简单易用，通信费用也低得多，其最成功的应用是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ。

     ＡＴＭ是以交换机为核心，它主要通过信令技术来支持建立虚电路，可以有专用虚电路，不用信令也可建虚电路，它更强调网络智能。ＩＰ是以路由器为核心，它通过路由技术支持数据报的寻址，更强调终端智能。

    有一点是肯定的，世上没有一种万能的技术，ＩＰ与ＡＴＭ都一样。目前，ＩＰ的优势在于提供统一的数据应用平台（尽管也企图用ＩＰ路由器来构筑统一的网络平台），而ＡＴＭ的优势在于提供统一的网络平台（尽管ＡＴＭ也企图实现端到端的桌面应用）。表１是对ＩＰ与ＡＴＭ技术特性的简单比较。

２．３市场竞争

２．３．１ 快速以太网挡住了ＡＴＭ向桌面扩张

    快速以太网基于ＡＬＯＨＡ原理的以太网协议非常简单，网上的节点想发送就可以发送。为了提高效率，又增加了监听和碰撞检测。为满足人们对带宽不断增长的要求，出现了交换式以太网，它比共享式以太网的传输效率高了许多，而且在每个端口只连接一个站点时，消除了碰撞冲突，可实现全双工通信。随着网络应用的发展，又出现了１００Ｍｂｉｔ／ｓ的快速以太网和千兆比以太网。廉价、简单、快速的以太网技术挡住了ＡＴＭ向桌面系统的扩张，至今仍然牢固地占据着ＬＡＮ的阵地。

２．３．２ 广域骨干网是主战场

    千兆以太网本来就是一种局域网技术，它不能映射到ＳＤＨ的净荷中，所以ＳＤＨ设备无法解决其长距离传输问题，这样每个千兆以太网的ＷＡＮ互联都需要通过路由器来实现，这样会造成路由器过多，使网络的效率很差。所以千兆以太网在广域骨干网上对ＡＴＭ并没有形成很大的威胁。但由于ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ、ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ等纯ＩＰ骨干网新技术的出现，特别是目前，ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ已开始商用化，对ＡＴＭ在广域网的领先地位发起了最强有力的冲击。

３ ＩＰ与ＡＴＭ的融合  ——ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ

    ＩＰ和ＡＴＭ技术相结合是当今网络技术发展的大趋势，这种技术的融合体现在路由技术、ＩＰ交换技术和ＡＴＭ交换技术集成，利用ＡＴＭ层的交换技术直接实现ＩＰ数据包的交换。利用ＡＴＭ交换能力提高路由效率，是提高宽带网络ＩＰ应用速度的有效手段。为了支持ＩＰ并帮助其构造骨干传送网，解决其传送速率问题，ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ应运而生。它提高了网络性能、降低了设备成本、充分利用了现有设备、增加了网络可管理性、提高了网络可扩充性，是一种市场前景十分广阔的应用技术。

３．１ ＩＰ与ＡＴＭ融合的原动力

     近年来，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ在全球范围内呈爆炸性增长。而当它扩充到一定限度后，其经济性和效率会随规模的进一步增大而降低。怎样建立更大规模的网络，人们认为通过在路由器网络中加入交换结构是一个比较好的解决方案。随着多媒体通信的发展，不仅要求高速率的数据通信，而且还要求保证通信的ＱｏＳ，并能传送话音、图像等，ＩＰ不能有效的满足此要求。ＡＴＭ具有ＩＰ所没有的许多优点，比较好的方法很显然是ＩＰ与ＡＴＭ结合，这样ＩＰ就可以轻而易举地获得这些特性，同时，这也是电信运营商快速提供ＩＰ服务的有效方法。

３．２ ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ基本原理

    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上以直通方式传输而不再经过路由器，从而有效地解决ＩＰ的路由器瓶颈问题，并将ＩＰ包的转发速度提高到交换速度。

３．３ ＩＰ与ＡＴＭ结合的模型

    ＩＴＵ－Ｔ ＳＧ１３认为，从ＩＰ协议与ＡＴＭ协议的关系划分，ＩＰ与ＡＴＭ相结合的技术存在重叠和集成两种模型。重叠模型采用标准的信令，ＩＰ和ＡＴＭ各自定义自己的地址和路由协议，ＡＴＭ端系统需分配ＩＰ地址和ＡＴＭ地址，需地址解析协议（ＡＲＰ），其缺点是：重复的地址和路由协议传送ＩＰ的效率相对较低，在计费方面相对复杂，对于广播和多发送业务效率较低。但重叠模型在标准化方面较为完善。采用重叠模型的实现技术包括ＬＡＮ仿真（ＬＡＮＥ）、传统的ＩＰＯＡ（ＲＦＣ １５７７）、ＡＴＭ上的多协议（ＭＰＯＡ）等。目前中国公网采用的方式是重叠模型。

    另外需要指出的是，由于ＡＴＭ协议的复杂性，使得网络配置和管理都有相当的难度。此外，ＡＴＭ技术最为引人注目的特性是能够保证ＱｏＳ。但令人遗憾的是在重叠模型中，对ＱｏＳ的保证是极为有限的，如ＣＬＩＰ和ＬＡＮＥ就不能保证对ＱｏＳ的支持。ＡＴＭ的ＳＶＣ功能实施亦成为令人头痛的问题，主要表现在协议的复杂性和处理资源的有效性欠佳等方面。而集成模型将ＩＰ协议与ＡＴＭ层集成在一起，使得ＡＴＭ交换机与ＩＰ路由器成为一体，不需要进行地址解析，从而简化了ＡＴＭ选路功能。集成模型的技术在实现上较为复杂，目前也未完全标准化。集成模型技术主要分为两大类，即流驱动的标记交换技术和控制（网络拓扑）驱动标记交换技术。近年来，ＭＰＬＳ逐渐引起了人们的关注。人们普遍认为，ＭＰＬＳ是将ＡＴＭ与ＩＰ两种技术相结合的一种较好的广域网解决方案。当ＡＴＭ网络设备引入ＭＰＬＳ功能后，网络将能够同时支持ＩＰ业务和其他ＡＴＭ业务。ＭＰＬＳ交换操作一般分为４个步骤：

（１）使用现有的选路协议如ＯＳＰＦ、ＩＧＲＰ等，建立到终点网路的连接，标记分配完成标记到终点网路的映射。

（２）输入端标记边缘路由器接收到分组，完成第三层功能，并给分组贴上标记。

（３）标记交换机对带有标记的分组进行交换。

（４）在输出端的多协议标记交换（ＭＰＬＳ）边缘路由器中去掉标记，并将分组传送给终端用户。

    最后值得一提的是，如何从现有的ＡＴＭ交换机升级到多协议标记交换，一些权威专家认为：控制部分完全由软件组成，因此通过在现有ＡＴＭ交换机上加载多协议标记交换的控制软件即可完成，而对于发送部件则使用ＡＴＭ硬件交换平台。由于目前ＡＴＭ交换机发展很快，这些交换机已足够在不改变硬件结构的前提下支持多协议标记交换。

３．４ ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ的发展及应用

    为了进一步推动ＭＰＬＳ的发展，ＩＥＴＦ专门成立了ＭＰＬＳ工作组，正在积极开发和制定有关ＭＰＬＳ的标准。目前，ＭＰＬＳ的草案已经初步形成，有望在１９９９年底得以批准。

    据统计，目前全世界６０％以上的Ｉｎｔｅｒ-ｎｅｔ骨干业务量是通过ＡＴＭ网络传输的。美国第二大电信运营商ＭＣＩ已于１９９６年将其Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干网建成ＯＣ－１２速率的，采用的方式是ＩＰＯＡ。１９９８年７月，“新加坡ＯＮＥ”的供应商和运营商１?鄄Ｎｅｔ公司与世界著名电信公司阿尔卡特在新加坡签署谅解备忘录，共同实地试用阿尔卡特的ＩＰ＠ＡＴＭ解决方案。ＩＰ＠ＡＴＭ执行的是“标记”式交换，这种解决方案可以利用世界上业已安装的８０％的路由器，并可在一旦获得确认后无缝地升级至ＭＰＬＳ标准。Ｃｉｓｃｏ公司宣布将于１９９９年推出ＴＧＸ８７５０光学核心交换机，这是该公司全套解决方案系列的一部分，通过这些解决方案，服务提供商可向客户提供面向未来的高标准服务。Ｃｉｓｃｏ的ＷＡＮ核心解决方案是通过标记交换实现了ＩＰ和ＡＴＭ技术的紧密结合，标记交换是新兴的ＭＰＬＳ标准的初步实现，由此，在单一基础设施上提供共享动态带宽的ＩＰ服务与ＡＴＭ服务成了可能。

４ ＩＰ与ＡＴＭ的未来

    现在，千兆比以太网虽然在ＱｏＳ、语音／视频传输等方面还暂时赶不上ＡＴＭ，但由于它最能保护现有投资（世界上有８０％的网络节点是以太网是个雄辨的数字），简单易用、价格低廉，在局域网上，它将一直会占据领导地位。而纯粹的ＡＴＭ网将只用在对ＱｏＳ要求非常高或者需要提供数据、语音、视频等综合传输的场所。

    为了使ＩＰ网络不仅能传送非实时的数据信息，而且还能传送实时的多媒体视频信息，国际上的标准化组织，如ＩＴＵ、ＩＥＴＦ等已开始起草并完成了一些用于ＩＰ实时通信的标准。这些标准能够确保ＩＰ网上业务的服务质量（ＱｏＳ）要求，如实时传输协议／实时控制协议（ＲＴＰ／ＲＴＣＰ）、资源预留协议（ＲＳＶＰ）、ＩＰ多点广播技术以及Ｈ．３２３标准等。另外在其它的领域，ＩＰ也全面开花，卫星链路ＩＰ和有线电视网络线缆ＩＰ（Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ）以及用来以２００Ｍｂｉｔ／ｓ或更高速度连接存储设备与台式机的Ｆｉｒｅ Ｗｉｒｅ（一种接入运行ＩＰ的技术规范）等ＩＰ技术也被发展起来了。但是，如果把所有这些不同的业务纳入ＩＰ，ＩＰ又要支持如此庞大的业务，那么所形成的技术实际在某种程度上只能是ＡＴＭ的翻版，当ＡＴＭ已经存在的时候，重新构建ＡＴＭ又有什么意义呢?

    随着全球宽带化，ＩＰ也将向宽带化发展。ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ和ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ的出现将会对ＡＴＭ在骨干网上的地位产生有力冲击。ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术由于去掉了ＡＴＭ设备，投资少、见效快而且线路利用率高，因而对于大的、主要只经营ＩＰ业务的ＩＳＰ，或者需要重新建立ＩＰ骨干网的新兴数据公司，ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ是较好选择。为了支持ＩＰ业务，ＡＴＭ主要向ＭＰＬＳ方向发展。它充分利用了已经存在的ＡＴＭ网络和技术，发挥ＡＴＭ网络的技术优势，适合于提供高性能的综合通信服务，避免不必要的重复投资，是传统电信服务商的较好选择。ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ技术能够极大的拓展现有的网络带宽，最大限度的提高线路利用率，随着ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ技术的进一步成熟，再加上它支持ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ和ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ，它将成为未来的ＩＰ骨干网技术。图１所示是未来的ＩＰ骨干网。

由于ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ和ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ本身不能提供ＱｏＳ，对那些实时性要求高的业务的支持有所欠缺。另外就目前而言，ＡＴＭ还是实现现有网络与未来网络（包括ＩＰ网、ＩＭＴ－２０００）的无缝融合的最佳选择，可以预见在相当长的时间内，ＡＴＭ和ＩＰ各有其发展的领域，它们的未来将是竞争和融合并存。

５ 结束语

    我们正处在通信技术飞速发展、通信行业逐渐融合，通信业务不断综合化的历史转折时期。历史证明：谁能看准方向，抓住机遇，谁就能在未来的竞争中占据一席之地。要把握住这一历史机会，我们必须正确掌握技术发展趋势，结合中国的实际情况，选择我们的发展道路。

（收稿日期：１９９９－０８－２８）

[摘要] 文章首先对ＩＰ和ＡＴＭ的技术思想和目标的差异、技术思路的差异以及市场竞争等方面进行了论述；然后介绍了ＩＰ技术与ＡＴＭ技术融合的产物——ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ，对ＩＰ与ＡＴＭ融合的原动力、相结合的模型、ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ的基本原理及其发展和应用作了重点阐述，最后对ＩＰ与ＡＴＭ技术的未来作了展望。

[关键词] 网间协议 异步转移模式 ＡＴＭ上的ＩＰ

[Abstract] Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＩＰ ａｎｄ ＡＴＭ ｉｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｄｅａｓ ａｎｄ ｔａｒｇｅｔｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｍａｒｋｅｔ ｃｏｍ-ｐｅｔｉｔｉｏｎ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ａｒｅ ｄｉｓ-ｃｕｓｓｅｄ ｆｉｒｓｔ．Ｔｈｅ ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｏｐｅｒ-ａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ＩＰ ａｎｄ ＡＴＭ，ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅｎ． Ｅｍｐｈａｓｅｓ ａｒｅ ｐｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｔｉｖａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＩＰ ａｎｄ ＡＴＭ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉ-ｎａｔｉｏｎ，ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｄｅ-ｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ａｐｐｌｉｃａ-ｔｉｏｎｓ ｏｆ ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ．Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ＩＰ ａｎｄ ＡＴＭ ｉｓ ｐｒｅ-ｓｅｎｔｅｄ．

[Keywords] ＩＰ ＡＴＭ ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ