3种宽带IP主干网技术的比较----周海鹰 晏蒲柳
摘要 网络信息量爆炸式增长和 IP技术的深入人心促进了宽带 IP主干网的出现和发展。
本文比较了 IP over ATM、IP over SDH和 IP over WDM 3种主流的主干网技术，
分析了三者间的特点和发展前景。
关键词 IP over ATM IP over SDH IP over WDM
1 概述
新一代宽带IP网络要建立在现有的网络技术基础上，建立在当前最先进的网络传输
技术基础上。典型的相关技术有IP over ATM、IP over SDH、IP overWDM等。
IP over ATM，融合了 IP和 ATM技术特点，发挥 ATM支持多业务、提供QoS（服务
质量保证）的技术优势。IP over SDH，直接在SDH上传送IP业务，对IP业务提供了完善支
持，提高了效率。而IP overWDM，采用高速路由交换机设备和 DWDM（密集波分复用）技
术，极大地提高了网络带宽，对不同码率、数据帧格式的业务提供全面支持。
2 宽带IP支持技术
2.1 IP over ATM
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VC上以直通（Cut－Thtough）
方式传输而不再经过路由器，从而有效地解决了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。 IP over ATM分层模型与封装示意如图1所示。
实现IP over ATM，ITH－T SG－13组把相应的解决方案分为两种模型：重叠模型和集
成模型。
* 重叠模型。
重叠模型的实现方式主要有：IETF推荐的IPOA（CIPOA：Classic IP over ATM）、ATM
Forum推荐的 LAN仿真（LANE：LAN Emulation）和多协议MPOA等（MPOA： Muti-Protocol
over ATM）。重叠技术的主要思想是：IP的路由功能仍由IP路由器来实现，需要地址解析
协议ARP实现MAC地址与ATM地址或IP地址与ATM地址的映射。而其中MPOA不需要传统的路由
器，任何具有MPOA功能的主机或边缘设备都可以和另一设备通过ATM交换直接连接，并由边
缘设备完成包的交换即第三层交换．该技术标准完善成熟，采用ATM Forum／ITU－T的信令
标准，与标准的ATM网络及业务兼容。但该技术对组播业务的支持仅限于逻辑子网内部，子
网间的组播需通过传统路由器，因而对广播和多发业务效率较低。
* 集成模型
集成模型的实现技术主要有：Ipsilon公司提出IP交换（Ip Swtich）技术、Cisco公司
提出的标记交换（Tag Swtich）技术和 IETF推荐的 MPLS技术。集成模型的主要思想是：将
ATM层看成 IP层的对等层，将IP层的路由功能与 ATM层的交换功能结合起来，使IP网络获得
ATM的选路功能。ATM端点只需使用IP地址标识，从而不需要地址解析协议。该技术传输IP数
据包效率较高，且不需地址解析协议。但目前标准还未完成，与标准的 ATM技术结合不是很
好。从以上分析可以看出，IP over ATM具有以下特点：
* 优点：
（1）由于ATM技术本身能提供QoS保证，因此 可利用此特点提高IP业务的服务质量。
（2）具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力，网络可靠性高。
（3）适应于多业务，具有良好的网络可扩展能力。
（4）对其它几种网络协议如IPX等能提供支持。
* 缺点
（1）目前 IP over ATM还不能提供完全的 QoS保证。因为目前还没有一种标准方法实
现IP优先级（CoS）分类映射到ATM的QoS。
（2）对IP路由的支持一般，IP数据包分割加入大量头信息，造成很大的带宽浪费（20％
～30％）。
（3）在复制多路广播方面缺乏高效率。
（4）由于 ATM本身技术复杂，导致管理复杂。
2.2 IP over SDH
IP over SDH以 SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络。它使用键路及PPP协议对IP
数据包进行封装，把IP分组根据RFC1662规范简单地插入到PPP帧中的信息段。然后再由SDH
通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷中，然后向下，经过SDH传输
层和段层，加上相应的开销，把净荷装入一个SDH帧中，最后到达光层，在光纤中传输。IP
over SDH，也称Packet over SDH（PoS）它保留了IP面向无连接的特征，其分层模型与封装
示意如图2所示。
支持IP over SDH技术的协议、标准和草案主要有：
· PPP协议
PPP协议（即IETF FRC1661: The Point-to-Point Protocol和RFC2153：PPP vendor
Extension）是一个简单的OSI第二层网络协议。其标头只有两个字节，没有地址信息，只是
按点到点顺序，面向无连接。PPP协议可将IP数据包切成PPP帧（符合RFC1662：PPP in HDL-C
Link Framing）以满足映射到 SDH／Sonet帧结构（符合RFC1619；PPP overSDH）上的要求。
PPP协议信头的格式如图3所示。
·简化的数据键路协议（SDL）
在IP／PPP／HDLC／SDH中，使用的基于HDLC的帧定界协议存在一些问题，主要表现在：
用户使用HDLC帧时，网管需要对每一个输入、输出字节都进行监视。当用户数据字节的编码
与标志字节相同时，网管需要进行填充、去填充操作。
为此，Lucent提出了简化数据键路协议SDL。SDL用户对同步或异步传送的可变长的IP
数据包进行高速定界，可适用于 OC－48／STM－16以上速率的 IP over SDH。SDL的帧格式如
图 4所示。
SDL协议主要应用于点到点的IP传送，可以用于任何类型的数据包（如IPv4、IPv6等）。
与HDLC相比，SDL更容易应用于高速链路，并且可能提供键路层的QoS。
从以上分析可以看出，IP over SDH具有以下特点：
* 优点：
（1）对IP路由的支持能力强，具有很高的IP传输效率。
（2）符合Internet业务的特点，如有利于实施多路广播方式。
（3）能利用SDH技术本身的环路，故可利用自愈合（Self-healing Ring）能力达到链路
纠错；同时又利用OSPF协议防止设备和键路故障造成的网络停顿，提高网络的稳定性。
（4）省略了不必要的ATM层，简化了网络结构，降低了运行费用。
* 缺点：
（1）仅对IP业务提供好的支持，不适于多业务平台。
（2）不能像IP over ATM技术那样提供 较好的服务质量保障（QoS）。
（3）对IPX等其它主要网络技术支持有限。
2.3 IP over WDM
IP over WDM，也称光因特网。其基本原理和工 作方式是：在发送端，将不同波长的光
信号组合（复用） 送入一根光纤中传输，在接收端，又将组合光信号分开 （解复用）并
送入不同终端。 IP over WDM是一个真 正的链路层数据网。在其中，高性能路由器通过光
ADM或WDM耦合器直接连至WDM光纤，由它控制波长接入、交换、选路和保护。IP over WDM的
帧结构有两种形式名DH帧格式和干兆以太网帧格式。Ipover WDM的重叠模型和封装示意图如
图 5所示。
支持IP over WDM技术的协议、标准、技术和草案主要有：
* DWDM（密集波分复用）
一般峰值波长在1～10nm星级的WDM系统称为DWDM。在此系统中，每一种波长的光信号
称为一个传输通道（channel）。每个通道都可以是一路155Mb／s、622Mb／s、2.5Gb／s甚至
10Gb／s的ATM或SDH或是千兆以太网信号等。
DWDM提供了接口的协议和速率的无关性，在一条光纤上，可以同时支持ATM、SDH和千
兆以太网，保护了已有投资，并提供了极大灵活性。
* SDH与千兆以太网帧格式比较
目前，主要网络再生设备大多采用SDH帧格式，此种格式下报头载有信令和足够的网络
管理信息，便于网络管理。但相较而言，在路由器接口上针对SDH帧的拆装分割（SAR）处理
耗时，影响网络吞吐量和性能，且采用SDH帧格式的转发器和再生器造价昂贵。
目前，在局域网中主要采用千兆以太网帧结构，此种格式下报头包含的网络状态信息
不多，但由于没有使用一些造价昂贵的再生设备，因而成本相对较低。由于使用的是“异步
”协议，对抖动和时延不那么敏感。同时由于与主机的帧结构相同，因而在路由器接口上下
需对帧进行拆装分割（SAR）操作和为了使数据帧和传输帧同步的比特塞入操作。
从以上分析可以看出，IP over WDM具有以下特点：
* 优点：
（1）充分利用光纤的带宽资源，极大地提高了带宽和相对的传输速率。
（2）对传输码率、数据格式及调制方式透明。可以传送不同码率的ATM、SDH／Sonet和
千兆以太网式的业务。
（3）不仅可以与现有通信网络兼容，还可以支持未来的宽带业务网及网络升级，并具有
可推广性、高度生存性等特点。
* 缺点：
（1）目前，对于波长标准化还没有实现。一般取193。1THz为参考频率，间隔取100GHz。
（2）WDM系统的网络管理应与其传输的信号的网管分离。但在光域上加上开销和光信号
的处理础还不完善，从而导致WDM系统的网络管理还不成熟。
（3）目前，WDM系统的网络拓扑结构只是基于点对点的方式，还没有形成“光网”。
3 总结
通过以上的分析比较，我们可以发现，在高性能、宽带的 IP业务方面，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。因而就目前而言，发展高性能IP
业务，IP over SDH是较好选择。而IP over ATM技术则充分利用已经存在的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，因为它能够避免不必要的重复
投资，提供Voice、 Video、 Data多项业务，是传统电信服务商的较好选择。对于 IP overW-
DM技术，它能够极大地拓展现有的网络带宽，最大限度地提高线路利用率，并且在外围网络以
千兆以太网成为主流的情况下，这种技术能真正地实现无缝接入。应该说，IP overWDM将代表
着宽带IP主干网的明天。
