ATM局域網技術

2019-11-05 03:11:17

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供稿：網友

　　——摘要：ATM局域網技術是當前網絡界的熱點技術。文章論述了ATM技術在局域網上應用的背景、與傳統網絡互連的技術要求、實現方案以及現有ATM局域網技術的原理及其優缺點。
　　
　　——ATM技術最初主要是為廣域網寬帶業務而設計的，但是目前它正向局域網應用方面大踏步前進。這種發展趨勢主要源于如下4個方面的應用要求：
　　
　　——①在傳統局域網上出現了諸如視頻點播、電視會議、多媒體業務等一系列寬帶業務的實際需求；
　　
　　——②傳統局域網（如以太網、令牌環等）技術提供基于TCP/ip協議的無連接業務已不能滿足實時業務的需要；同時隨著網絡用戶的膨脹，使基于共享方式的傳統局域網已無法承受；
　　
　　——③隨著芯片技術的發展，計算機的單機性能大大提高，計算機端口甚至可以處理高達100Mbit/s的數據流，使寬帶局域網成為可能；
　　
　　——④由于加工技術的進步，用戶能夠在局域網上敷設諸如光纖等寬帶傳輸媒介。
　　
　　——傳統局域網面臨的困難，促使人們考慮把ATM技術應用到局域網上來。由于ATM技術本身的優勢，即寬帶交換、面向連接以及可靠的業務質量保證，使得ATM理所當然地成為能夠理想解決現有網絡困難的唯一技術。
　　
　　——在現階段，ATM局域網完全取代傳統局域網是不可能的，必須發展互連技術來實現傳統網絡向ATM局域網的平滑過渡。所以在實現與傳統局域網互操作時，ATM局域網需要實現如下功能：
　　
　　——①透明支持傳統局域網現有的各種協議、應用程序和網絡業務；
　　
　　——②實現傳統網絡的無連接業務；
　　
　　——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局域網上實現無連接業務的方法，ATM支持傳統網絡協議的應用程序接口(API)以及現有ATM局域網技術原理及其優缺點。
　　
　　一、無連接業務
　　
　　——ATM是面向連接的交換與傳輸技術，并不能夠直接支持無連接業務。為此，ITU-T定義了兩個在ATM網絡上實現無連接業務的方法，即直接法和間接法。
　　
　　1.直接法
　　
　　——ATM局域網配置有無連接服務器(CLSF:ConnectionLess Service Function)。服務器可以外掛在ATM交換機上，也可集成在ATM交換機中。當支持無連接業務時，通信雙方把發送的數據包由ATM虛電路連接(VCC)傳送到所屬的無連接服務器上，由服務器負責把數據包分發給目的終端或其所屬服務器。服務器之間以及服務器和終端之間由ATM虛電路連接溝通，形成一個覆蓋在ATM網之上的疊加網。
　　
　　——在直接法中，無連接業務主機之間只需與服務器建立一條連接，業務所需的連接數較少而網絡統計增益較高。但是無連接服務器的出現，使得網絡的維護治理變得復雜，同時網絡的可靠性也會下降。當網絡無連接業務的業務量增大時，服務器不可避免地成了網絡的瓶頸。
　　
　　2.間接法
　　
　　——在間接法中，無連接業務不是借助于服務器的分組轉發功能，而是運用ATM網絡的虛電路連接在主機間建立直接連接來實現無連接業務。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務時間內都需要建立與所有其它接點的連接，可以采用動態連接的方法在需要時建立連接，以減少網絡帶寬占用率。
　　
　　——間接法的優點是網絡中沒有設置無連接服務器，消除了服務器的瓶頸效應。但是需要網絡具有路由解析和快速連接建立技術；而且網絡中過多的虛電路連接使網絡的維護負擔加重，帶寬資源利用率低。
　　
　　二、應用程序接口(API)
　　
　　——ATM局域網技術的應用程序接口必須既兼容傳統網絡協議，又面向未來ATM應用。目前的ATM局域網中有兩種應用程序接口技術，一種是高層應用程序接口，另一種是低層應用程序接口。低層應用程序接口的業務能力與IEEE的MAC子層是相同的，這是因為ATM局域網設計了一個ATM MAC子層來仿真IEEE的MAC子層。所以ATM MAC子層能夠實現與傳統局域網協議和應用的直接兼容，以達到與傳統局域網的互操作目的。
　　
　　——相比之下，在要求支持現有協議時，高層應用程序接口就更具優勢。高層應用程序接口的作用范圍可以從網絡層一直到應用層，也能夠支持未來面向ATM 的應用。高層應用程序接口不需要仿真MAC子層，所以它的效率也會更高。基于網絡層的高層應用程序接口已為大家所熟悉，如：SOCKET,APPC等，但是網絡層的協議很多，每個協議都需要定義一個直接的應用程序接口，工作量較大。為了支持傳統局域網，以及滿足未來ATM應用的需要，這兩種應用程序接口都是必需的，并且會共存于ATM局域網中。
　　
　　三、ATM局域網技術
　　
　　——為了把ATM技術引入到局域網上來，ATM論壇和Internet工程任務組(IETF)作了不懈的努力，推出了幾個具有重要實際意義的ATM局域網協議。其中以ATM論壇的局域網仿真和ATM多協議技術(MPOA)最具代表性。
　　
　　1.局域網仿真
　　
　　——局域網仿真是在ATM 網絡環境下仿真傳統局域網業務的網絡方案。由于在局域網仿真中，ATM網絡只是以網絡數據鏈路層的角色出現，并且是基于MAC子層的仿真技術，所以現有的網絡層協議（如IP,IPX等）不需要任何更改就可以運行于局域網仿真環境。
　　
　　——在局域網仿真中有兩種網絡信息：一種是仿真客戶與仿真服務器、配置服務器之間的控制信息；另一種是仿真客戶之間，以及仿真客戶與廣播未名服務器間的數據信息。如圖3所示，當仿真客戶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虛電路連接來實現通信（如e）；否則，仿真客戶1向局域網仿真服務器發送一個地址解析請示分組（如a），局域網仿真服務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，局域網仿真服務器把仿真客戶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器（如b），利用廣播未名服務器的廣播功能，向整個網絡廣播該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仿真服務器，局域網仿真服務器再送給仿真客戶1。
在局域網仿真服務器未反饋回仿真客戶2地址這段時間里，仿真客戶1把數據分組分發給廣播未名服務器，由服務器以廣播形式送給仿真客戶2（如c,d）。
　　
　　——從上述的通信規程可以看到，由于局域網仿真建立于數據鏈路層的MAC子層上，所以可以透明地支持傳統網絡層的各種協議，兼容性很好；網絡實現簡單，能夠實現不同廠家設備的無縫連接。但是局域網仿真也存在許多缺陷：
　　
　　——①網絡是基于客戶機/服務器結構的，由于受服務器的限制，網絡客數不可能很大，這樣就限制了網絡的規模；
　　
　　——②由于不能支持備份服務器，所以服務器的可靠性決定了網絡的可靠性，一旦服務器發生故障，那么整個網絡就不能工作了；
　　
　　——③局域網仿真在實現子網間通信時，仍然需要路由器的參與，這樣路由器有限的路由、分組轉發功能就成了網絡的瓶頸。
　　
　　2.ATM多協議規程技術
　　
　　——為了解決局域網仿真在子網間通信能力低的缺點，ATM論壇又推出了它的ATM多協議規程(MPOA:Multi-PRotocol Over ATM)技術。MPOA技術的基本目標是把局域網仿真技術與Internet工程任務組的下一節點解釋協議(NHRP)技術捆綁起來，這樣做的目的是保留局域網仿真在子網內通信高效率的優點，同時引入下一節點解釋協議在不同子網間有效通信的優勢，使整個寬帶網絡的通信完全拋開傳統路由器的干預，通信效率大幅度提高。
　　——由于MPOA支持數據鏈路層和網絡層的互連，所以能夠透明支持傳統網絡協議，實現大規模的互連網絡；不同子網間的通信可以跨過傳統路由器的干預，建立直接連接來提高網絡效率；減少了參與路由連接過程中的物理設備，所以降低了網絡路由的復雜性，提高了效率。但是MPOA技術在實現子網間的最優路由時，可能會帶來ATM層和網絡層路由和尋址的協調性問題；網絡在建立最優路由時的判別標準，以及最優路由連接的維護仍然需要研究；而且網絡仍然需要地址解析服務器的存在，子網間的路由信息數據庫就必須保證同步，這樣就在建立連接時引入了不必要的時延，使得網絡設計和操作的復雜性沒有得到徹底簡化。
　　
　　四、結論
　　
　　——經過多年的努力， ATM技術在局域網的應用已經取得了很大的進步，局域網仿真和MPOA等技術使ATM局域網成為現實。這些協議的推出保護了傳統網絡用戶的現有投資，推動了ATM網絡自身發展，并為最終實現向 ATM網絡平滑過渡創造了條件。已有的ATM網絡互連技術在很大程度上實現了與傳統網絡的有效互連，所存在的技術缺陷也正在研究，很多已經逐步得到解決。可以預見，ATM無疑將成為未來寬帶網（包括局域網和廣域網）的網絡技術占據整個網絡，用戶在不久的將來也會享受到ATM網絡高質量的網絡業務服務。

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