ＡＴＭ网上的局域网互联

当前ＡＴＭ交换机的一个重要应用就是实现局域网之间的互联。

ＡＴＭ网上的局域网互联除了可以全部实现传统的ＬＡＮ功能外，

还支持许多新业务，如多媒体远程教学、视频点播、会议电视等。

１ 计算机网络对ＡＴＭ 技术的需求

    异步转移模式（ＡＴＭ）技术被引入计算机网络后，对其产生的影响非常深远，它使得计算机网络对业务的支持能力大为加强。为阐述计算机网络对ＡＴＭ技术的需求，下面首先介绍ＡＴＭ网和计算机局域网（ＬＡＮ）各自的技术特点。

ＡＴＭ网的突出特点是：

   （１）可伸缩性，它可以根据业务的传输需求，动态地分配带宽；

   （２）采用统计复用技术，从而使它的资源利用率大于同步转移模式（ＳＴＭ）网；

   （３）数据在设备间以信元（固定长度为５３字节）为单位传输，信元的信息段（４８字节）可以携带任何信息；

   （４）可以在１５５～６２２Ｍｂｉｔ／ｓ的高速率下通信；

   （５）以分组传送模式为基础，简化了分组通信协议，从而极大地提高了网络的通信处理能力；

   （６）提供ＡＴＭ适配层（ＡＡＬ）功能，不同类型的业务在该层被规范为信元。

   因此，ＡＴＭ网可以支持从低速到高速、从恒定到突发速率的各种类型的业务。

局域网的突出特点是：

   （１）传输能力强，速率一般为几个兆比特每秒至１００Ｍｂｉｔ／ｓ；

   （２）传输质量高，误码率低；

   （３）网络布局规范，拓扑结构灵活。

    ＡＴＭ技术和业务的快速发展，尤其是ＬＡＮ互联需求的增长，使得ＡＴＭ技术日益受到重视。传统的局域网和广域网（ＷＡＮ）中数据传输的特点是时延较大，但对误码率的要求较高，任何一个比特都不能出错。一般ＬＡＮ内部的数据传输速率为１０～１００Ｍｂｉｔ／ｓ，而ＬＡＮ互联成ＷＡＮ采用传统的６４ｋｂｉｔ／ｓ的Ｔ１线路会造成传输的“瓶颈”。另外，交换式局域网逐渐成为ＬＡＮ发展的主流，它克服了原来骨干网带宽分时独占的问题，便于实现宽带业务。为此，需要大容量、低时延的ＷＡＮ来互联ＬＡＮ，以实现高速数据通信，而ＡＴＭ技术完全可以满足上述要求。

２ ＡＴＭ技术引入计算机网络的可行性

    随着ＡＴＭ技术的发展，将其引入计算机网络，以实现ＬＡＮ的高速互联已成为可能。在ＡＴＭ技术快速发展的同时，国际标准也日趋完善。目前在专用网范围内，ＡＴＭ网互联的标准已相对完善。ＡＴＭ网可以提供宽带的网络管理和高速的透明传输，成为ＬＡＮ互联的最佳解决方案。目前已经存在两种ＬＡＮ通过ＡＴＭ互联的标准，一种是局域网仿真（ＬＡＮＥ），另一种是传统的ＩＰ数据包在ＡＴＭ网上传输（ＩＰＯＡ）的标准。另外，ＡＴＭ论坛又在制定一个功能更强的标准，据此在ＡＴＭ网上可以进行多协议传输，这种标准被称为ＭＰＯＡ，它可为Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上ＡＴＭ互联提供高质量服务。

    由于标准的完善，通信公司和计算机公司都在积极地研究开发ＡＴＭ网与ＬＡＮ互联的技术。厂家已经推出了相应的协议转换芯片、系统软件以及ＡＴＭ交换机，通过ＡＴＭ宽带网络实现ＬＡＮ的互联。在实际应用方面，校园网已引入了ＡＴＭ交换技术，ＡＴＭ交换机为路由器和服务器提供可伸缩的宽带连接。一些Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网已建立了以ＡＴＭ为核心的骨干网，并以标签转发ＩＰ包交换技术进行升级。如Ｃｉｓｃｏ开发了ＡＴＭ标记交换，提供端到端的解决方案。另外，网络工程承包商建设ＡＴＭ网上的局域网互联技术也日臻成熟。

３ 利用ＡＴＭ实现ＬＡＮ互联的关键技术

    ＡＴＭ的互通功能是通过ＡＴＭ网实现ＬＡＮ互联的关键技术。它定义了连接ＡＴＭ网和ＬＡＮ的多端口设备，以及如何将一种业务转换成另一种业务。其转换功能包括：地址转换、拥塞指示转换、连接状态转换、协议封装和去封装、控制转换、连接建立和信令转换。互通功能可以在独立的互通设备中实现，或并入交换机的软硬件、复用器和接口卡中。互通功能也可以嵌入网桥、路由器、数据同步器或网络服务器中。

    目前，国际上通用的ＡＴＭ网与ＬＡＮ互联的方法有局域网仿真（ＬＡＮＥ）、ＩＰ数据在ＡＴＭ上传输（ＩＰＯＡ）和多协议传输ＡＴＭ（ＭＰＯＡ）这３种，下面分别予以具体介绍。

（１）ＬＡＮＥ

    ＬＡＮＥ是在ＡＴＭ网上实现对ＬＡＮ的仿真，它采用地址解析机制实现多路存取控制（ＭＡＣ）地址和ＡＴＭ地址之间的映射，使传统的ＬＡＮ网络层数据分组得以在ＡＴＭ网络上传输。由于ＬＡＮＥ为高层协议定义了业务接口，因而不需要对高层协议作进一步的修改。ＬＡＮＥ采用专门的服务器仿真ＬＡＮ的行为，并在ＡＴＭ网上模拟广播功能。ＬＡＮＥ由３个主要部件组成：ＬＡＮ仿真服务器（ＬＥＳ），其主要功能是为仿真ＬＡＮ提供控制功能；ＬＡＮ仿真客户（ＬＥＣ），其功能是在单端系统中执行地址解析、数据转发和其它一些控制功能；广播未知服务（ＢＵＳ），负责向一组ＬＥＣ多路广播ＭＡＣ帧，或向整个仿真ＬＡＮ广播未知地址的业务流。

    在ＬＡＮＥ中为实现ＭＡＣ地址与ＡＴＭ虚电路的关联，需要依靠ＬＥＳ和ＢＵＳ。它们一般在边界设备（将以太网端口连到ＡＴＭ网的交换机）上实现。ＬＥＳ与ＢＵＳ一起负责收集和存储地址信息。当主机Ａ要送数据给主机Ｂ时（如图１所示），它首先要确定Ｂ的ＭＡＣ地址，然后发送一个地址转换报文给ＬＥＳ，以确定Ｂ的ＡＴＭ地址。如果ＬＥＳ知道该位置，则予以响应；如果不知道，ＬＥＳ告诉ＢＵＳ在所有的ＡＴＭ虚电路上向网上的每个节点广播该查询。例如，在未知通信地址的情况下，Ａ要发送数据给Ｃ，首先Ａ要发送地址请求报文给ＬＥＳ，此请求被送至路由器Ｒ，由于Ｒ不知道Ｃ的地址，故对此请求不予响应。于是Ａ向ＢＵＳ发出请求，ＢＵＳ使用广播将此请求向整个网络发送，Ｃ收到广播后，即通过路由器响应Ａ，向Ａ提供它的ＡＴＭ地址。当目标回答其地址时，ＢＵＳ将该地址和相关的虚电路传给ＬＥＳ，ＬＥＳ又将该信息传给ＬＥＣ并记录在自己的表中。下一次一个ＬＥＣ需要确定同一节点的位置时，ＬＥＳ无需调用ＢＵＳ在网络上做毫无必要的广播而可直接予以响应。为进一步提高速度，ＬＥＣ也存储地址信息，而无需时常向ＬＥＳ查询。

（２）ＩＰＯＡ

    该标准定义了ＩＰ地址解析协议（ＡＲＰ）机制，能直接实现ＩＰ网络层地址与ＡＴＭ地址的映射。如图２所示，在全网的虚拟通路上保留一个ＡＲＰ服务器（又称为“ＩＰ－ＡＴＭ－ＡＲＰ”服务器）。地址解析表存放在这个服务器上，该表确定了ＩＰ地址与ＡＴＭ地址之间的对应关系。主机和服务器之间以查询／响应的方式合作。路由器Ｒ１收到一个ＩＰ信包，其目的地址是１７５．９６．３．１１１。Ｒ１检查自己的下一跳转表，此包需由Ｒ３跳转发送。在这种情况下，Ｒ１向ＡＲＰ服务器查询Ｒ３路由器的ＡＴＭ地址。网络配置好后，网上任意两台路由器之间的永久虚连接的虚通道标识符（ＶＰＩ）／虚信道标识符（ＶＣＩ）参数已存放在地址解析表中，Ｒ１就能直接通过路径Ｌ与Ｒ３建立连接。

（３）ＭＰＯＡ

    为了解决ＬＡＮＥ和ＩＰＯＡ在扩展性方面的问题，充分发挥ＡＴＭ的潜能，建立可伸缩的互联网络，ＭＰＯＡ工作小组开展了ＡＴＭ网上多协议传送的研究，为ＡＴＭ网上网络层的无缝路由方法准备标准。ＭＰＯＡ技术注重于充分发挥ＡＴＭ的优越性，包括通过直接的交换虚连接进行容量可伸缩的数据传输，并通过与网络层协议（如ＩＰ）保持互操作性，使得多个应用在已有的ＬＡＮ和ＡＴＭ上进行互操作成为可能。ＭＰＯＡ引入了一个全新的“虚拟路由器”概念，采用所谓的叠加模式，实现ＩＰ地址向ＡＴＭ地址的映射。

ＭＰＯＡ模型一般包括以下几个部分：

    .边界设备：又称多层次交换机。它根据目标的网络层地址或ＭＡＣ地址在传统的ＬＡＮ与ＡＴＭ网之间传送数据包。

    .ＡＴＭ主机：ＡＴＭ主机即ＡＴＭ网络接入卡（ＮＩＣ），ＡＴＭ ＮＩＣ能支持ＭＰＯＡ协议，允许ＡＴＭ主机之间相互通信，或通过边界设备与传统的ＬＡＮ进行通信。

    .路由服务器：路由服务器是一组功能的集合，能将网络层子网向ＡＴＭ进行映射。路由服务器保持网络层、ＭＡＣ层和ＡＴＭ的地址信息，用以在任意两个需要通信的端点之间建立直接的虚电路。路由服务器运行路由信息协议（ＲＰ）、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的路由选择协议（ＯＳＰＦ）等路由协议，在传统路由器之间传递路由信息，因此ＭＰＯＡ与已有的路由式ＬＡＮ互联网络能够互操作。在ＭＰＯＡ网中，多发和未知地址帧也要用到路由服务器。实际上，路由服务器的功能类似于ＬＡＮＥ中的ＬＥＳ和ＢＵＳ。

.    互联网地址综合集（ＩＡＳＧ）或虚拟子网：ＭＰＯＡ利用网络层构造定义“虚拟子网”，这类构造称为互联网地址综合集，代表第３层协议与一个地址范围。例如，一个ＩＰ子网组成的ＩＡＳＧ就是相关的ＩＰ设备与ＩＰ协议。主机可以从属多个ＩＡＳＧ，如果一个主机或边界设备能支持多个网络层协议，如ＩＰ和Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ数据包交换（ＩＰＸ），则自动归入两个独立的ＩＡＳＧ。

    在ＡＴＭ结构上协同工作的一组ＭＰＯＡ设备提供多协议网桥／路由器的功能，因此可以将ＭＰＯＡ视为一个“虚拟路由器”。在ＭＰＯＡ模型中，不再需要传统的路由器来完成信息包的转发，而改由边界设备来完成包的交换。

    总之，ＭＰＯＡ使用边界设备完成交换的大部分功能，而使用路由服务器建立路由表，为边界设备提供路由。ＭＰＯＡ模型不仅能使不同子网间或一个子网内的ＭＰＯＡ设备直接建立连接，而且由于不再需要传统路由器进行信息包的转发，使ＭＰＯＡ能充分发挥ＡＴＭ技术的优越性。可见，ＭＰＯＡ技术是比ＬＡＮＥ和ＩＰＯＡ更为先进的ＡＴＭ网上ＬＡＮ互联技术。

上述３种在ＡＴＭ网上实现ＬＡＮ互联的方法各有特点，比较如下：

（１）ＬＡＮＥ

    .能在简单使用８０２．Ｘ的帧类型和仿真８０２．Ｘ ＬＡＮ行为的基础上支持传统的ＬＡＮ系统。

.    单个ＡＴＭ网络能由多个仿真ＬＡＮ组成，仿真ＬＡＮ能跨越多个ＬＡＮ介质及ＬＡＮ设备，构成“虚拟ＬＡＮ”。

    .ＬＡＮＥ只局限在一定的范围内，包括两种类型的仿真ＬＡＮ：一种面向以太网，一种针对令牌网，不能实现以太网仿真ＬＡＮ和令牌网仿真ＬＡＮ之间的直接连接。

.    连接虚拟的ＬＡＮ需要使用传统的路由器，这会给网络带来“瓶颈”，造成传输延迟。

（２）ＩＰＯＡ

.    与ＬＡＮＥ比较，ＩＰＯＡ直接将ＡＴＭ ＡＲＰ请求送往ＡＲＰ服务器，ＡＲＰ随后返回ＡＴＭ地址，这样源与目标之间请求建立ＡＴＭ连接只需一步即可完成，效率提高了，延迟也得到改善。

.    ＩＰＯＡ的另一个优点是能使用较长的最大传输单元，因为网络层设备知道如何对ＩＰ进行分割，所以ＩＰＯＡ具有较好的文件传输性能。

.    不同子网之间的互联仍需要使用传统的路由器，这使吞吐量和延迟问题依然存在。

.难以处理广播和多目广播。

（３）ＭＰＯＡ

.    具有灵活的可扩展性，不需要传统的路由器来完成数据包的转发，而由边界设备完成包交换，从而解决了传统路由器的“瓶颈”问题。

.支持虚拟子网。

.    能够使用目前的路由协议，以便同已有的路由器协同工作。

４ 结束语

    由于ＡＴＭ与ＬＡＮ互联的技术日益成熟，而且许多厂家已推出了相应的设备，使得这种技术投入实用成为可能。目前，３ＣＯＭ、Ｂａｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ、Ｃｉｓｃｏ、Ｆｏｒｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＩＢＭ、Ｎｅｗｂｒｉｄｇｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ等公司分别推出了他们的产品。在这些厂家的产品中，以Ｃｉｓｃｏ的Ｃａｔａｌｙｓｔ ５０００／５５００系列和３ＣＯＭ的ＣＥＬＬｐｌｅｘ７０００性能较佳。

    目前，中兴公司企管部管理信息系统（ＭＩＳ）组正在积极考虑将这种技术应用到公司西区的内部网建设中。由于西区的网络规模比现在要大得多，在网络规划中，开发中心每一个部门建一个虚拟子网，中试质量系统、生产系统、市场系统、行政系统、管理系统、财务系统各建一个子网，还要通过计算机网络实现视频业务。要解决各子网的路由器“瓶颈”问题，ＡＴＭ上的ＬＡＮ互联技术就是一个值得考虑的解决方案。□

参考文献

１ 程时端．综合业务数字网．北京：人民邮电出版社，１９９３

２ 赵辰，彭美云．数据通信．北京：人民邮电出版社，１９８５

３ Ｍ Ｄｅ ｐｒｙｃｈｅｒ．Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｄｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＩＳＤＮ．Ｅｌｌｉｓ Ｈｏｒｗｏｏｄ，１９９１

４ Ｊ Ｄｕｐｒａｚ，Ｍ Ｄｅ Ｐｒｙｃｈｅｒ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ Ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｄｅ． Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａ-ｔｉｏｎｓ，１９９０，６４（２，３）：１１６～１２３

（收稿日期：１９９８－０３－１８）

[摘要] 文章从扩展计算机网络功能的角度探讨了利用ＡＴＭ交换机实现ＬＡＮ互联的可行性及其关键的技术问题。

[关键词] 异步转移模式 局域网 局域网仿真 ＩＰ数据在ＡＴＭ上传输 多协议传输ＡＴＭ

[Abstract] Ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｋｅｙ ｔｅｃｈ-ｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ ＬＡＮｓ ｏｖｅｒ ＡＴＭ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｖｉｅｗ ｏｆ ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｎｃ-ｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ．

[Keywords] ＡＴＭ ＬＡＮ ＬＡＮＥ ＩＰＯＡ ＭＰＯＡ ■