ATM局域网技术

2019-11-05 03:11:17

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供稿：网友

　　——摘要：ATM局域网技术是当前网络界的热点技术。文章论述了ATM技术在局域网上应用的背景、与传统网络互连的技术要求、实现方案以及现有ATM局域网技术的原理及其优缺点。
　　
　　——ATM技术最初主要是为广域网宽带业务而设计的，但是目前它正向局域网应用方面大踏步前进。这种发展趋势主要源于如下4个方面的应用要求：
　　
　　——①在传统局域网上出现了诸如视频点播、电视会议、多媒体业务等一系列宽带业务的实际需求；
　　
　　——②传统局域网（如以太网、令牌环等）技术提供基于TCP/ip协议的无连接业务已不能满足实时业务的需要；同时随着网络用户的膨胀，使基于共享方式的传统局域网已无法承受；
　　
　　——③随着芯片技术的发展，计算机的单机性能大大提高，计算机端口甚至可以处理高达100Mbit/s的数据流，使宽带局域网成为可能；
　　
　　——④由于加工技术的进步，用户能够在局域网上敷设诸如光纤等宽带传输媒介。
　　
　　——传统局域网面临的困难，促使人们考虑把ATM技术应用到局域网上来。由于ATM技术本身的优势，即宽带交换、面向连接以及可靠的业务质量保证，使得ATM理所当然地成为能够理想解决现有网络困难的唯一技术。
　　
　　——在现阶段，ATM局域网完全取代传统局域网是不可能的，必须发展互连技术来实现传统网络向ATM局域网的平滑过渡。所以在实现与传统局域网互操作时，ATM局域网需要实现如下功能：
　　
　　——①透明支持传统局域网现有的各种协议、应用程序和网络业务；
　　
　　——②实现传统网络的无连接业务；
　　
　　——③支持组播/广播功能；
　　
　　——④提供IP或MAC地址与ATM地址的解析。
　　
　　——本文将论述在ATM局域网上实现无连接业务的方法，ATM支持传统网络协议的应用程序接口(API)以及现有ATM局域网技术原理及其优缺点。
　　
　　一、无连接业务
　　
　　——ATM是面向连接的交换与传输技术，并不能够直接支持无连接业务。为此，ITU-T定义了两个在ATM网络上实现无连接业务的方法，即直接法和间接法。
　　
　　1.直接法
　　
　　——ATM局域网配置有无连接服务器(CLSF:ConnectionLess Service Function)。服务器可以外挂在ATM交换机上，也可集成在ATM交换机中。当支持无连接业务时，通信双方把发送的数据包由ATM虚电路连接(VCC)传送到所属的无连接服务器上，由服务器负责把数据包分发给目的终端或其所属服务器。服务器之间以及服务器和终端之间由ATM虚电路连接沟通，形成一个覆盖在ATM网之上的叠加网。
　　
　　——在直接法中，无连接业务主机之间只需与服务器建立一条连接，业务所需的连接数较少而网络统计增益较高。但是无连接服务器的出现，使得网络的维护治理变得复杂，同时网络的可靠性也会下降。当网络无连接业务的业务量增大时，服务器不可避免地成了网络的瓶颈。
　　
　　2.间接法
　　
　　——在间接法中，无连接业务不是借助于服务器的分组转发功能，而是运用ATM网络的虚电路连接在主机间建立直接连接来实现无连接业务。这样一来，就需要在每个任意端口间都建立一条虚电路连接，这种方案的结果是造成了很大的带宽浪费。实际上每个接点并非在所有业务时间内都需要建立与所有其它接点的连接，可以采用动态连接的方法在需要时建立连接，以减少网络带宽占用率。
　　
　　——间接法的优点是网络中没有设置无连接服务器，消除了服务器的瓶颈效应。但是需要网络具有路由解析和快速连接建立技术；而且网络中过多的虚电路连接使网络的维护负担加重，带宽资源利用率低。
　　
　　二、应用程序接口(API)
　　
　　——ATM局域网技术的应用程序接口必须既兼容传统网络协议，又面向未来ATM应用。目前的ATM局域网中有两种应用程序接口技术，一种是高层应用程序接口，另一种是低层应用程序接口。低层应用程序接口的业务能力与IEEE的MAC子层是相同的，这是因为ATM局域网设计了一个ATM MAC子层来仿真IEEE的MAC子层。所以ATM MAC子层能够实现与传统局域网协议和应用的直接兼容，以达到与传统局域网的互操作目的。
　　
　　——相比之下，在要求支持现有协议时，高层应用程序接口就更具优势。高层应用程序接口的作用范围可以从网络层一直到应用层，也能够支持未来面向ATM 的应用。高层应用程序接口不需要仿真MAC子层，所以它的效率也会更高。基于网络层的高层应用程序接口已为大家所熟悉，如：SOCKET,APPC等，但是网络层的协议很多，每个协议都需要定义一个直接的应用程序接口，工作量较大。为了支持传统局域网，以及满足未来ATM应用的需要，这两种应用程序接口都是必需的，并且会共存于ATM局域网中。
　　
　　三、ATM局域网技术
　　
　　——为了把ATM技术引入到局域网上来，ATM论坛和Internet工程任务组(IETF)作了不懈的努力，推出了几个具有重要实际意义的ATM局域网协议。其中以ATM论坛的局域网仿真和ATM多协议技术(MPOA)最具代表性。
　　
　　1.局域网仿真
　　
　　——局域网仿真是在ATM 网络环境下仿真传统局域网业务的网络方案。由于在局域网仿真中，ATM网络只是以网络数据链路层的角色出现，并且是基于MAC子层的仿真技术，所以现有的网络层协议（如IP,IPX等）不需要任何更改就可以运行于局域网仿真环境。
　　
　　——在局域网仿真中有两种网络信息：一种是仿真客户与仿真服务器、配置服务器之间的控制信息；另一种是仿真客户之间，以及仿真客户与广播未名服务器间的数据信息。如图3所示，当仿真客户1希望与仿真客户2通信时，仿真客户1必须首先知道仿真客户2的ATM地址。假如仿真客户1的缓器中存有仿真客户2的ATM地址，那么仿真客户1就利用该地址与仿真客户2建立直接的ATM虚电路连接来实现通信（如e）；否则，仿真客户1向局域网仿真服务器发送一个地址解析请示分组（如a），局域网仿真服务器利用该分组携带的仿真客户2的MAC地址在缓存器中检索，假如检索成功，局域网仿真服务器把仿真客户2的ATM地址反馈给仿真客户1，否则，把该MAC地址送到广播未名服务器（如b），利用广播未名服务器的广播功能，向整个网络广播该MAC地址，仿真客户2接收到该广播信息，把地址反馈给局域网仿真服务器，局域网仿真服务器再送给仿真客户1。
在局域网仿真服务器未反馈回仿真客户2地址这段时间里，仿真客户1把数据分组分发给广播未名服务器，由服务器以广播形式送给仿真客户2（如c,d）。
　　
　　——从上述的通信规程可以看到，由于局域网仿真建立于数据链路层的MAC子层上，所以可以透明地支持传统网络层的各种协议，兼容性很好；网络实现简单，能够实现不同厂家设备的无缝连接。但是局域网仿真也存在许多缺陷：
　　
　　——①网络是基于客户机/服务器结构的，由于受服务器的限制，网络客数不可能很大，这样就限制了网络的规模；
　　
　　——②由于不能支持备份服务器，所以服务器的可靠性决定了网络的可靠性，一旦服务器发生故障，那么整个网络就不能工作了；
　　
　　——③局域网仿真在实现子网间通信时，仍然需要路由器的参与，这样路由器有限的路由、分组转发功能就成了网络的瓶颈。
　　
　　2.ATM多协议规程技术
　　
　　——为了解决局域网仿真在子网间通信能力低的缺点，ATM论坛又推出了它的ATM多协议规程(MPOA:Multi-PRotocol Over ATM)技术。MPOA技术的基本目标是把局域网仿真技术与Internet工程任务组的下一节点解释协议(NHRP)技术捆绑起来，这样做的目的是保留局域网仿真在子网内通信高效率的优点，同时引入下一节点解释协议在不同子网间有效通信的优势，使整个宽带网络的通信完全抛开传统路由器的干预，通信效率大幅度提高。
　　——由于MPOA支持数据链路层和网络层的互连，所以能够透明支持传统网络协议，实现大规模的互连网络；不同子网间的通信可以跨过传统路由器的干预，建立直接连接来提高网络效率；减少了参与路由连接过程中的物理设备，所以降低了网络路由的复杂性，提高了效率。但是MPOA技术在实现子网间的最优路由时，可能会带来ATM层和网络层路由和寻址的协调性问题；网络在建立最优路由时的判别标准，以及最优路由连接的维护仍然需要研究；而且网络仍然需要地址解析服务器的存在，子网间的路由信息数据库就必须保证同步，这样就在建立连接时引入了不必要的时延，使得网络设计和操作的复杂性没有得到彻底简化。
　　
　　四、结论
　　
　　——经过多年的努力， ATM技术在局域网的应用已经取得了很大的进步，局域网仿真和MPOA等技术使ATM局域网成为现实。这些协议的推出保护了传统网络用户的现有投资，推动了ATM网络自身发展，并为最终实现向 ATM网络平滑过渡创造了条件。已有的ATM网络互连技术在很大程度上实现了与传统网络的有效互连，所存在的技术缺陷也正在研究，很多已经逐步得到解决。可以预见，ATM无疑将成为未来宽带网（包括局域网和广域网）的网络技术占据整个网络，用户在不久的将来也会享受到ATM网络高质量的网络业务服务。

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