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ATM面临的挑战和未来的数据骨干网
摘要：从综合业务、服务质量、容量及无级带宽分配方面讨论ATM所面临的挑战，
并且对未来的骨干网进行了讨论。
关键词：ATM 综合传送平台 服务质量 容量 带宽分配 骨干网
1.ATM面临的挑战
ATM自出现以来，经过十几年的发展，已经逐步在现代通信网中被采用，ATM的
概念也深入人心。虽然在局域网中，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。国外许多大型的商用或实验
网，无一例外的以ATM以其底层承载手段。值得注意的是，近年来由于 IP协议族的
发展、ASIC技术的进步、基于IP应用的激增，数据骨干网出现一些新的模型，ATM
技术也因此面临着新的挑战。
必须明确的是：单纯就ATM而言，它是完美的技术，但ATM没有机会将现有设施
推倒重来，构建一个纯ATM网；相反ATM必须支持主流的IP协议才能够生存。在这一
背景下，ATM的优势就发生了变化。本文所指的数据骨干网卜要是电信级（Carrier
scale）骨干网，企业级骨干网（enterprisebackbone）不作为我们讨论的重点。
下面就ATM所公认的优势。逐条分析ATM面临的挑战。
1.1综合传送平白面临危机
ATM是伴随B－ISDN的概念提出的，因而任其设计的开始就面向多种业务，希望
成为综合传送下台。而时至今日，ATM上的综合业务又如何呢？
在语音方面，ATM的表现明显个尽如人意。这是同为PSTN已十分成熟（不仅有
规模的网络，还有健全的网管），VTOA标准将语言作为CBR业务，完全为了和PSTN
互通，之后ITL－T定义的AAL2－ CU，希望通过微信元的结构来减小承载以言的时延
提高效率，这逐渐被采用。与此同时VoIP（IP上的语音）的呼声渐起。VoIP之所以
有竞争力是因为它采取了语音压缩的思路。语言打包前经过压缩，这样降低了每路
语音的成本，具有价格优势；而且在已有的数据网中再提供IP语音不需要增加带宽，
其边际成本趋于零。所以说，承载语音只是ATM的“义务”而不是ATM强项。
任数据方面，ATM主要被用作一种链路居手段，承载上层的IP业务，从RFC1483、
RFC1577、LANE到MPOA，无论是PVC是SVC，ATM部被视为路由器问专线的直接替代品，
在引人了大量的封装和协议开销后，取得了部分的QOS支持。这些复杂的IP/ATM方
案和清晰的POS模型形成了鲜明对比。POS即通过SDH直接传送IP包，又称IP OverSDH，
POS是对传统路出器网络的自然扩展，内接借助SDH提供的点到点物理连接，速率提
高到G级。所以在数据应用的方面，由于模型的复杂性、管理外销、对装效率等问题，
使ATM承载IP比采用POS模型大为逊色。
在视频方面，ATM主要承载多媒体应用。包括：视频会议、VOD、远程医疗、远
程教学等。通常这些应用在WAN环境中多走专用方案，通过专线互连。ATM通常为之
提供电路仿自，这个能体现ATM的优势，只是为了兼容。目前这些业务在电信件务小
所占的比重很小、成本较高，多处于实验阶段。相反基于IP的多媒体应用却日趋普遍，
如Microsoft的Netmeeting－Netscape的Cool Talk,Real Audio/Video等，将图像、
语音和数据统一通过IP网络传送。 ITU－TH.323标准的出台，更加规范了网络边缘LAN
环境中的多媒体应用，厂商纷纷推出基于IP的多媒体应用平台，如PictureTel的Live
200系统。这些应用可以自然扩展到IP的WAN环境，它们的优势是：简单、成本低，可
大范围采用。但问题是较粗糙，还个能有效的保证质量，必须依靠IP QOS的发展才能
提供公众服务。所以从整体上看，由于成本、市场的诸多原因，目前ATM任专用多媒
体系统中占优势，但会受到廉价IP多媒体应用的冲击。
ATM之所以没有成为语音、数据、视频等综合业务的平台，并不足由于它不完善，
相反ATM过于完善了（over－specd），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，例如ATM论坛的PNNI协议是最复杂的路由协议，迄今为
止没有厂商能完全实现，为此ATM论坛也曾暂停了许多过于前瞻性标准的制定。除了
自身问题之外，更重要的是：IP协议的成功，使大量高层应用和底层链路技术向IP层
汇集，这种应用上的投资本身就有马太效应，使得网络技术继续向IP集中。此时IETF
恰当的提出了IntServ和IPng的概念。IntSerV是Internet上的集成业务，即在IP网络
小提供语音、视频、和传统数据业务传送能力，通过扩展传统Internet的业务模型，
来适应不同的应用。IntServ概念的本身就类似B-ISDN中综合业务的概念，只不过业
务的汇集点是IP业务的传送是通过IP网络。IPng即下一代IP，足一个包含了众多协
议的协议族，如IPV6、RSVP、RTP／RTCP等，IPng对IntServ技术上的有力支持。
所以从趋势卜来看，ATM技术作为综合业务的传送平台正受到挑战。虽然也有直
接利用ATM优异传性的“纯”ATM（NatiVATM）应用的进展（如ATM论坛纯ATMAP的定义），
但和IP上众多应用相比，显得势单力薄。这更多的是因为IP协议作为标准本身的惯性，
而不是ATM技术上的不足；相反由于ATM也“屈从”于IP，反使它显出许多“缺陷”。
1.2 服务质量——后起之秀取而代之
ATM最引人注目的特点就是：能针对连接提供QOS保障，这成为ATM用于电信级网
络一个最主要的原因。对连接提供QOS分为两个方面：连接建立时，沿途传递资源预
留信息的机制；数据传送时，沿途节点对质量承诺的保证机制。这两个时间上先后、
功能上配合的机制共同完成了对连接的QOS的支持。
传统的IP网络只有尽力承载（best effort）能力，没何任何有效的业务质量保
证机制。但随着Intsery概念的提出，IP网上实时业务的出现，产生了IP QOS的概念。
IETF也成立了许多工作组完成相关的协议，如Intsery、RSVP、issll、diffsery、rap。
目前IP QOS正处在完善的阶段，相应RFC正在陆续出台。
对于IP网络而言，保证业务质量也需要以上的两步。RSVP是IP协议中资源预约的
机制，它类似于ATM的信令，虽然RSVP并不是基于连接而是基于流的，也没有像ATM信
令一样的预约粒度，但RSVP提供了简洁的，信宿请求的资源预约能力。第二步将由路
由器完成，路由器完全可以采取类似ATM交换机缓冲、反馈、丢弃的方案，如基于每
个流的队列、WFQ（加权公正排队）等。事实上，目前许多骨干级路由器，如朗讯的
6400系列、Cisco的12000系列，都有相应的QoS算法，和静态QOS（static QOS）能力。
如LUcent6400系列具有6400个独立的队列，用户对特定QOS的需求可以事先向运营部
门提出，他们将用户特定源宿、端口、协议的对应关系配置于某个队列，以此保障用
户数据的业务质量，这类似于ATM的PVC。
由上看来，ATM具有对QOS内驻（build－in）的支持能力，目前路由器对QOS支持
的程度和粒度都不及ATM交换机。但路由器也具备了提供QOS的基本素质，不存在原则
上的障碍。随着IETF工作组相关协议的完善，高端路由器、LSR的出现，ATM在QOS上
的优势将受到挑战。
1.3容量和无级带宽分配不再显优势
ATM交换机是硬件实现的对带标记信息包的转发，由于基于索引方式，转发速度
高，容量大，适合于骨干网。但随着路由器结构的变化，许多大容量路由器也相继出
现，不但老牌厂家推出了G级产品。如Cisco、朗讯、Ascend而且很多刚起步（starups）
的公司也致力于此，如JuninerNetwork、AviciSystems、NetCoreSystems、Nexabit-
Networks等，他们大多是得到了电信公司的风险投资，这本身就说明了电信厂商的期
望。更重要的是这些G级路由器兼容MPLS协议，能向LSR过渡，使吞吐量向T级跨进。
ATM连接由VPI／VCI来标识，带宽原则卜可是从0到物理带宽的任何值，这就是ATM
连接带宽的无级分配。对于POS而言，路由器问的连接速率必须符合SONET／SDH的速率
等级，这样看来ATM更灵活。但分析会发现：对于IP网络而言，流（stream、flow）的
概念相当于ATM的虚连接，大量的流共存于同一物理通路中，对带宽的占用同样是无级
的；而且由于实现限制，ATM交换机在给定物理端口上的连接数目是有限的，对于高速
率的端口而言这同样意味着不可能有真正无级的带宽分配。
2 未来的数据骨干网
目前数据网中70％的流量是IP协议，而且越来越多的应用呈现分组化的趋势。在
此前提下，广域数据骨干网的结构在第三层上主要是路由器，而二层分为两大类：传
统的点到点专线和ATM虚连接。
从ARPAnet开始，分组节点设备经由专线直连就是分组网的基本结构。这一模型救
现今的IP网络所继承，只是随着业务量的增长，连接速率不断升级；网中路由器性能
也不断提高，并随IP协议族的增补，提供了高级功能如COS／QOS。目前看来，中低速
（＜E3）网络多采取传统的路由器模型；对于STM－1/OC－3速率以上的骨干连接，采
用POS的还不多，主要在于G级路由器还存在一个成熟期，标准有待完善。
由于业务的激增，国外许多数据骨干网都升级到了STM－1／SFM－4速率。如
USSprint、USMCI、UUnetvBNS（US）、Ca*netII（Canada）、JAMES（欧洲）都用ATM
作为传送网，即采用IP/ATM／SDH的结构。这是考虑到：ATM仍是目前唯一能够真正的
提供QOS的协议;ATM不但能承载IP，还能提供其他的业务如FR ATM接入等；许多高性能
设备都有ATM接口。从结构上看，这些网基本上是以ATM PVP／PVC互连路由器，同时有
多个并行的PVP／PC来区别不同的QOS，此外还引入了PNNI许多特性，如连接的快速重
建和自愈、负荷分担、QOS路由等，称为灵巧PVC（Smart PVC）。这些被ATM互连的路
由器形成G级接人点（Giga POP），网络边缘的IP业务在此被汇接。
这些基于IP/ATM／SDH的骨干网也存在问题，首当其冲是它的扩展性。因为同级网
中路由器必须是全网状网相连，存在O（n2）扩展性问题，大量PVC带来故障恢复的困
难；且这些路由器在逻辑（IP层）上相隔一跳，因而不能引入IP的路由层次（routing
hieractry），不能构成大规模的网络。由于以上问题，PVP／PVC连接仅限于骨干网
中路由器，边缘ATM网络和ATM骨干网实际上是分离的。加之ATM交换机呼叫性能的限制，
网络不能大量提供由网络边缘应用激活的、穿越骨干网的ATM SVC。而且由于边缘、骨
干ATM网的割裂，纯ATM应用的缺乏，IP协议族对QOS的支持和向下层映射机制的不完善，
底层ATM网的QOS能力还远不能被充分利用。
随着网络的演进，大容量光纤传输技术的出现（WDM、DWDM），数据骨干网将会向
SFM－1/4甚至更高速率发展。对于IP/ATM／SDH结构，由于ATM市场份额的增加QOS上的
优势，ATM在电信运营商的骨干网中的应用将增加。但同时IP网络将由尽力承载逐渐成
为受控环境，这使POS将得到逐步采用，尤其是对纯粹的数据业务运营商。实际上从各
方面来看，网络界现巴队TM／SDH结构为当前一代，而将POS视为取而代之者。特别值
得一提的是，新近由AT&T和BT成立的全球台资公司Global Venter在其技术白皮书中明
确表示其骨干网络将把IP直接建于SDH/DWDM之上，仅在必要时才用ATM兼容传统的应用，
两大电信巨人的选择向人们暗示了POS的前景。
随着MPLS标准的完善，会把和传统IP网络兼容的MPLS－LSR引入现实的骨干网中，
使以上的两种模型得到统一。MPLS即IETF提出的多协议标记交换，其核心设备为标记
交换路由器（LSR），它在标记（Labe）索引下进行高速的交换。MPLS的主要优点是：
转发速度高，扩展性好，不必地址解析，且可收入QOS、负荷分担等功能。目前MPLS
标准核心部分已完成，不久标准将出台。
LSR的引人对POS而言是一个自然接替。那时对IP/ATM/SDH网络而言，存在着两个
出路：一方面，IP/ATM/SDH中的IP/ATM会发展成为LSR；另一方面，ATM网还会独立存
在，MPLS协议提供方案来兼容它。MPLS对ATM网络的兼容目前有两种方案：一种是混
合交换机（hybrid switches，即ships in the night模型）方案；另一种是VCID方
案。所谓混合交换机是指：利用ATM网络中虚连接互连LSR，ATM网络充当链路层的角
色这被看作类似于IP/ATM模型，但有着本质的区别：ATM网络不是为所有的LSR提供全
网状网的连接，而是仅对逻辑上相邻的LSR提供点到点连接，这就彻底地解决了IP/ATM
扩展性问题。无论哪种方案都说明对于MPLS传统的ATM协议仅处于被兼容的地位，已
没有继续发展的必要。
兼容MPLS将是G级路由器和ATM交换机共同的发展方向，MPLS网络将会由核心而边
缘地融合两种宽带网络结构，此时ATM骨干网将会变成以LSR为核心的MPLS网。由于ATM
的信令、路由协议在MPLS网中可不必存在，这使ATM作为一种完整的协议体系将会逐渐
淡化。但ATM交换技术（交换矩阵、QOS机制、提供策略等）仍会得到继续的发展，并
融入LSR的设计中。这样的演进过程略显粗糙，也许MPLS仍然不是最后的统一者。
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