3 IP网络的技术特点及相关技术的发展
IP网具有良好的网络互联功能，无论是X.25低速网络还是ATM高速网络，无论是以太网等广播介质网还是DDN点到点通信网络，亦或无线卫星信道，IP协议都能很好地在上面正常运行。正是IP协议良好的适应性，使得IP协议得到广泛应用，成为Internet的支撑。IP网络技术是一种非面向连接的分组/包交换网络技术，相对于传统的基于电路交换的通信网络技术，它对通信资源的利用率要高得多，通信费用则低得多。电路交换技术是一种为用户的每一个呼叫建立一个连接的技术，但建立一个连接，无论它是否通信，将一直被一对用户合用而不能被其他用户共享，实际上是一条专线，因而其具有特定的带宽和时延，适合一些诸如语言和视频等对时延敏感的业务应用。分组交换本来是在军事应用中，为提高电话通信的安全性提出来的。设想将双方对话分成一个一个很短的块（分组），每个交换节点将一个呼叫的分组和其他呼叫的分组混合起来逐个发出，通过不同路由达到目的站，在目的站将对话的全部分组进行集合和排序，恢复语音。IP协议的实质是一种不需要预先建立连接，而直接依赖于IP分组头信息，决定分组转发路径的数据协议，它的突出优点是：
①分布式结构，容易实现异种网络互联；
②采用无连接技术，特别适合非实时的通信；
③具有统一寻址体系，网络扩展性相当强；
④采用独立服务的模块化结构，可以支持多种不同应用，容易增加新业务。
Internet的应用基础是在低层网络技术与高层应用程序之间增加一个中间层软件，从而抽象和屏蔽硬件细节，向用户提供网络服务，这个中间层软件就是TCP/IP协议层次，其结构可分为4层。对应于ISO/OSI（国际标准化组织ISO提出和定义的计算机网络的分层、各层协议及层间接口的集合）各层次，TCP信号传输后，IP信号网络层Internet具有上下大，中间小的特点，如下列所示。
7 应用层
6 表示层
5 会话层
4 传输层
3 网络层
2 数据链路层
1 物理层
IP是网络层协议，SDH、WDM是物理层传输技术，物理层的作用是负责在通信通道中传送光或电信号；物理层之上需要一个链路层负责把物理层提供的信号转换成网络层所需要的信号，网络层从这些信号中提取分组，并进行路由转换，传向目的地。IP层协议很薄，IP上面是面向连接的TCP和无连接的VDP（用户数据报协议)，再上面是各式各样的应用协议，IP下面的物理信道可以是面向连接或非连接的。TCP/IP协议实际上是一组协议，TCP和IP分别是传输层和网络层两个最主要的协议。它与ISO/OSI7层协议比较，协议简洁、清晰、效率高，实用性强。ICP/IP与具体网络硬件和低层协议无关，它是在物理层与数据链路层低层协议上定义的，因而可以构成在不同类型的网络上。IP协议极大的灵活性使得IP有望成为压倒一切的主流通信协议，因而传送IP的网络技术解决方案应运而生，这时，需要决策的是何种网络技术更适合IP数据包的传送。当前利用现有的CATV网建设IP协议网，最流行的IP传送技术有三种，一种是IPOVERATM，采用ATM技术构造覆盖一个区域（整个市区）的ATM交换网络，IP应用于ATM交换层；另一种是IPOVERSDH，以750MHz为CATV传输平台，SDH为干线传输，Internet为互联网技术；第三种是IPOVERWDM，即是在光缆上直接架构宽带IP网。
(1)IPOVERATMIP与ATM的结合是无连接的IP与面向连接的ATM的统一，也是选路与交换的优化组合。TCP/IP只是将ATM网络作为像以太网一样的另一种物理网络来看待，从TCP/IP的协议结构来看，除了要建立虚连接外，IPOVERATM与网络接口层完成的功能类似，即完成IP地址到硬件地址（ATM地址的映射过程），封装并发送输出的数据分组；接收输入的数据分组并将其发送到对应模。IPOVERATM技术只对数据流的第一个数据包进行路由地址处理，按路由转发，随后按已计算的路由在ATM网上建立虚电路VC（VirtualChannel）,之后的数据包沿着VC以直通方式进行传输，而不再经过路由器，将数据包的转发速度提高到第2层交换速度。由于IPOVERATM将IP包封装入ATM的AAL（ATMadaptationlayeATM适配层）的业务数据单元（SDU）中，然后装进ATM信元净负荷内，这样由ATM提供数据链路层功能，从而依靠ATM网流量控制功能实现QOS的保证，有效保证了网络的服务质量，能够支持各种多媒体应用。不过这种网络体系结构很复杂，ATM与TCP/IP都具有寻址、选路和流星控制功能，ATM在支持IP数据时，除了信元头开销外，还有变长的IP包映射到定长信元之中，需要填充部分字节的开销，由此形成的传输开销是很大的，达20%～30%。另外，由于ATM的分段和组装（SAR，Segmentationand Peassembly）功能，将随着接口速率增加而变得复杂，这是IPOVERATM所要求的映射方式，因而使速率不易提高，影响了网络的可扩展性。IPOVERATM主要适用于网络边缘多业务的汇集和一般IP骨干级，而不太适合超大型IP骨干网的应用。
(2)IP OVER SDHIP与SDH的结合是将IP数据包采用点到点协议PPP（Point to Point Protocol），或角化的数据链路层协议SDL映射到SDH帧上，按某次群相应的线速率进行连续传输，从而省掉了中间的ATM层，保留了因特网的链接特征，简化了网络体系结构，提高了传输效率，开销损失小，降低了成本，是一种现实而高效的IP传送技术，不过该技术对IP业务来说，缺点是不适应多业务平台，固定带宽分配，只扶持点到点连接，有一定的局限性。IP OVER SDH的实现需要高速路由器和PPP协议，基本思路是将路由计算与包的转发分开，基于流的发送技术，采用Catch缓冲技术、ASIC硬件芯片快速处理技术、交换路由技术。以ATM信元交换矩阵作为路由器内部体系结构的交换技术，将路由器逐包转发速度控制到与第2层交换速度相当，而不需要广域网上的ATM交换机来建立虚电路。这种技术的核心是千兆比线速交换路由器，可实现第2层交换与第3层选路一体化，线速包过滤，基本保证服务质量，能提高可用带宽25％～30％。不过IP OVER SDH中，SDH还是以链路方式支持IP网，没有本质上提高IP网的性能，只有业务分级，而无优先级业务的质量保证，尚不支持VPN（虚拟专用网）和电路仿真，网络扩展性不理想，尚不适合于多业务平台。
(3)IP OVER WDMIP OVER
SDH让我们进一步意识到未来完全可以省掉ATM层，也同样可以省掉中间的SDH层。只保留SDH接口帧格式将IP直接放在光路上传输，即所谓IP OVER WDM，这也是光通信技术发展的趋势。WDM即光纤波分复用技术，它将不同的输入光信号经合波器分别调制在特定的波长上，然后将调制后的信号复用在1根光纤上，传送到接收端经分波器分离成不同波长，并由不同检测器将各自的光信号转换成电信号。网络链路层连接将WDM专用波长直接连到高性能路由器，上层是数据网络，底层使用WDM作为物理层，利用WDM来控制接入、交换、选路和安全，从而代替了传统ATM交换机和SDH复用器，成为十分诱人的IP传送技术。由于IP数据封装后跳过了ATM、SDH层，直接映射到光路层的WDM，减少了重叠的功能，减轻了网管复杂性，获得高速率和巨大带宽。由于大量减少网络之间的冗余部分，功能重叠得到缓解，设备、维护和管理大量下降，从而传输效率明显提高，不仅降低了提供商成本，也间接降低了用户费用。IP OVER WDM的最大优点在于巨大的带宽优势，目前商业化的WDM系统速率高达320Gb/ｓ。未来巨大的IP业务量，必须与高速率相匹配，另外，一个WDM有多达数十上百个可用波道，且可以彼此隔离，容易兼容不同性质和协议的业务；对于QoS，IP OVER WDM靠WDM高带宽和简单的优先级方案基本上可以保证，且据实际业务量的预测，未来业务量中90％属于非实时业务，按排队理论IP OVER WDM只有在网络利用率达70％以上才需要QoS，对于10％的实时业务根本不需要。
4 IP有望担纲CATV的未来
未来的信息高速公路网络建设将呈多元化格局，其网络结构趋势是宽带、高速、交互。随着Internet的爆炸性发展，IP网络将是未来信息革命的根本所在。同轴电缆网升级为双向费用太高，投入产出风险太大，短期内全面启动HFC双向接入因特网还有困难。双向网的改造是一项投资巨大、旷日持久的工程，据报载，美国TimeWagnet公司仅为把洛杉矶的一个小区改造成为双向网，投资就高达4亿美元；美国高科技集中的硅谷，双向网改造在1997年只完成了3%，1998年为25%，到1999年6月才完成50%，而且只对其中1/3能提供双向服务，硅谷的心脏圣地克拉拉市到今天为止也没提供双向服务。美国1998年投资80亿美元进行双向网的改造工程，只在十几个名不见经传的小城市有所见效。开展综合业务，需要优良的宽带网络支持，我国大部分城市都在加快有线电视HFC网升级改造，HFC网络富余大量光纤，完全可以构建独立于HFC的宽带IP网。
CATV网只有拼下数据传输这一关，才能真正实现第二次腾飞。最现实的Internet网接入，让IP技术横扫千军，运用IP技术组建网络成了不争的事实。运营者和设备供应商利益问题、地方网络基础不同以及中国庞大的地域，产生多种IP解决方案没什么奇怪的，问题在于一味的等待将错失良机。建设新的网络，不可能脱离现有的网络基础和技术，今天的方案将对明天产生重大影响，宽带IP网络结构基础无疑在新世纪的计算机数据和多媒体业务上为CATV提供最优的支持，能够支持21世纪最重要的网络经济，应该不会存在决策问题，那么，就让我们一起迎接基于IP技术的CATV网的灿烂明天吧！（全文完）
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