IP DSLAM与ATM DSLAM技术比较

2019-11-03 18:59:26

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供稿：网友

李强　天津市通信公司

　　摘要：介绍了ip DSLAM与ATM DSLAM技术的基本原理，从原理、组网、服务质量、安全性、接入能力等几方面进行了分析与比较。

　　关键词：xDSL复用设备；调制解调器；快速以太口；永久虚电路；宽带接入服务器

1 概述

　　随着Internet爆炸式的发展，网上的商业应用和多媒体服务得到了迅猛的发展。但现在仍普遍使用的上网方式是利用Modem或ISDN以及电话线拨号的方式，基速度低和费用高已成为互联网发展的两大障碍，为此，高速上网成为人们追求的目标。在这方面，光纤到户自然是发展的必然方向，但由于其成本过高，在目前一段时期内还不能被广泛应用，于是一种较为方便的宽带接入技术—不对称数字用户线（ADSL）应运而生。

　　为了更快地使ADSL占有市场，各大电信运营商都在八仙过海，各显神通，也都取得了一定的经济社会效益，但是留给运营商们的仍是一道难题：是发展IP数字用户线接入复用器（IP DSLAM），还是发展ATM数字用户线接入复用器（ATM DS-LAM）呢？

　　IP DSLAM与ATM DSLAM是ADSL的两种承载技术，各有自身的优势，因此这里专门对这两者的特点进行分析和比较，以便更好地建设数据网络，充分发挥ADSL接入的优势，为广大的用户提供优质的服务。

2 IP DSLAM与ATM DSLAM的比较

2.1 技术实现方面

　　由于在组网时DSLAM设备会接入不同的网络之中，比如ATM骨干网络或IP骨干网络，因此要求DSLAM设备能提供ATM接口和IP接口，也就是所谓的ATM DSLAM和IP DSLAM。

　　IP DSLAM与ATM DSLAM除了在ADSL中的调制解调部分相同外，在实现的原理上还是存在一定差异的。

　　（1）ATM DSLAM原理

　　上传的数据信号在ADSL Modem中，通过AAL5分段和组装子层（AAL5 SAR）功能实现MAC帧到ATM信元之间的转换，经DSL调制后，信号被传输到局端的DSLAM侧，局端的DSLAM对ADSL信号进行解调，并恢复成ATM信元格式。ATM DSLAM对许多这样的上传信号进行处理，对ATM信号按照某种条件进行复接或者交换。同时对各种ATM业务进行分类管理，实现恒定比率（CBR）、实时可变化率（xt-VBR）、准实时可变比率（nrt-VBR）、不定比率（UBR）等多种ATM业务类型的设置，对不同类型的ATM业务设置不同的流控参数、优先级别等，以保证对高性能服务质量QoS有不同要求的用户的支持，同时提供永久虚电路（PVC）的上连和与上层ATM交换机建立连接。上行时的PPPOE协议栈如图1所示。

　　在信号下行时，下发的信号是以ATM信元格式传送给ATM DSLAM的，这些被接收的ATM信号，带着相关的ATM信息，比如ATM业务类型、PVC数据以有其它一些参数等。由ATM对不同的业务参数进行识别，并采取不同的处理措施，包括包丢弃原则、缓存机制、流控机制等，以实现不同业务的QoS保证，然后分接到各个对应的ADSL信号的调制，之后输出到对端的ADSL Modem中。

　　 ATM DSLAM设备基于ATM先进的技术设计，完全支持多种ATM业务，如CBR、rt-VBR、nrt-UBR、UBR等，对这些业务提供不同的处理措施、不同的缓存空间和调度优先级以及不同级别的业务整形功能等，使得不同的ATM业务类型在整个业务传输过程中，得到与之相适应的带宽及高性能QoS支持的保证。

　　 ATM是面向连接的传输，具有天然的安全隔离机制，即PVC（或者交换式虚电路＜SVC＞＝的逻辑通道是互相隔离的。因此不会发生泄密的情况。

（2）IP DSLAM的原理

　　IP DSLAM在AD-SL中信号的处理也基本上是一样的，上传的信号经过DSLAM解调后，转换成ADSL信号。但在DSLAM中ATM信号并不像在ATM DSLAM中那样复接和进行业务类型的处理，而是进一步将AAL5 SAR功能转换成相应的MAC帧，即所谓的ATM信号终结。在ATM信号终结的过程中，相应的MAC地址与ATM PVC会建立起相应的对应关系，而在ATM信号终结之后，则需根据不同设备所提供的不同功能，在MAC帧的基础上做进一步的处理和设立相关的标记。比如当提供电子邮件报头标准格式（RFC）1483B功能时，就会进一步处理RFC、1483B协议；当提供VLAN功能时，就会根据实际设置贴上VLAN标记。当然，也有的设备有三层功能，可以处理更高层的协议，等等。这样，在所有设备提供的功能完成后，就会通过快速以太口（FE）的上行口传输到二层设备或三层设备之中。上行时的PPPOE协议栈如图2所示。

下传的信号则刚好相反，从上一级的设备发送到IP DSLAM的MAC帧信号，均根据不同IP DS-LAM的功能，完成相应三层功能的信号处理或者三层功能的信号处理，比如路由分析或虚拟局域网（VLAN）标志的分析等，在完成相应的三层或二层功能后，最终在IP DSLAM中通过AAL5 SAR功能。把MAC帧转换为ATM信元，并实现从MAC地址到ATM PVC的转换。在IP DSLAM中，ATM信号通过ADSL芯片的处理，交换成ADSL信号的格式，然后通过调制，传输到远端ADSL Modem。

　　总之，ATM DSLAM 是全程ATM的连接，而IP DSLAM则是将ATM连接到DSLAM设备的相关功能板（以太网板）、实现ATM的终结，然后将ATM信元转换为以太网帧进行传输。

2.2 组网方式

　　 ATM DSLAM和IP DSLAM都作为接入设备来使用，但ATM DSLAM是上连ATM汇聚交换机，而IP DSLAM是上连三层交换机。

2.3 业务流向

　　从对现有ADSL的应用来看，90%的流量都是IP网的流量，所以作为ATM DSLAM就必须穿越ATM骨干路上到IP网上，从这一点可以看出，IP DSLAM在传输时延方向有更多的优势。如果考虑到某些地方ATM的资源不足，且也不打算新建ATM网络，那么IP DSLAM就是较好的选择。

2.4 业务应用

　　 ATM DSLAM应用PVC实现隧道机制、安全机制和带宽承诺机制，QoS的性能也较好，因此适合政府与企业间互联的需要，适合开放通常所说的VPN业务。而IP DSLAM的PVC由于在端局设备终结，IP在数据安全性及带宽控制方面又有先天的不足，且QoS性能较差，所以更适合Internet访问型的业务。

2.5 用户认证

　　 ATM DSLAM的认证是通过将PVC终结在ATM宽带接入服务器（BAS）上实现的。而IP DSLAM的PVC的映射将VLAN标识符（ID）送给IPBAS来对用户进行认证（也就是说如果没有VLAN ID送给上层的BAS，就无法对用户进行认证）。因此必须要求IP DSLAM支持VLAN的数较多，以在PVC和VLAN ID上进行一对一的映射和唯一利用VLAN ID来表示用户。

2.6 服务质量保证

　　相对于ATM技术，IP技术在服务质量保证、安全性、统计复用、流量管理和拥塞控制等方面，都有先天的不足。当DSLAM用户数量比较少时，这些问题还不那么突出，而一旦用户数量增加得较快，网上的数据流量增大，问题就出来了。因此在服务质量保证方面，IP技术不如ATM技术。

2.7 安全性

目前业界的ADSL，主要采用的是ATM技术，以cell(ATM信元)为基础。

ATM的上行，采用的是全程PVC，终结至BAS。其信号通过各种协议处理和IP包的转换或封装至12TP Tunnel中后，进入骨干路由器。因此用户的隔离性和安全性都比较好。

　　面对于IP，其上行仅是在接口板处进相应的ATM与IP协议的转换（如RFC1483，在此终结PVC）实质还是Ethernet over ATM over ADSL机制。由于其协议终结在DSLAM的上行接口板处，需将BAS功能分担到每个DSLAM节点设备上，因此为应用PPPOE（能够更好地实现针对单个用户的管理策略，比如接入带宽、访问权限、时长计费等），必须采用二层网络，而二层网络在安全性、广播等方面都存在着隐患。

　　另外，考虑到当前芯片的水平和板卡处理的效率，DSLAM板卡不可能支持过多的以太网协议，即使有支持纯以太网方式的DSLAM板卡，也多是小容量小规模的。而BAS作为专门的协议处理设备，在性能、支持的协议种类等方面都要高于DSLAM板卡。

2.8 端口能力

　　由于采用VC/VP的技术，ATM的统计复用能力和端口有效效率方面都高于IP。例如，在同等的条件下，ATM DSLAM的接入能力大于其出口带宽155Mbit/s，而IP DSLAM的接入能力则小于出口带宽100 Mbit/s，详见第三部分用户模型分析。特别是在上级网络中，ATM的统计复用能力更加突出。在网络规划中，复用比一般安排为1：3。

2.9 网络整体规划

　　由于业界ADSL多是采用ATM技术，因而采用ATM上行接口方式，组建数据网络，整个网络在协议处理、业务实现等方面都很成熟，也相对比较协调。当然，采用IP上行，也有其优点，例如目前一些地区，ATM资源非常紧缺，而IP城域网的资源则相对丰富，在用户量不是很大的情况下，采用IP上行，对于快速建设宽带接入网，有效利用已有的网络资源，还是有一定意义的。而且IP设备较ATM设备的成本低，采用IP上行，对上级网络成本的要求也会降低。

3 结合用户模型分析

　　为了更好地分析比较IP DSLAM和ATM DS-LAM技术，可以对其各自的用户模型进行比较（考虑100Mbit/s的端口效率，可以平均75Mbit/s的有效速率计算），比较的分项有：

　　（1）并发数据比为1：3（包括“同时上网用户数的并发比“和”在线用户数据流量的并发比”两部分）。

　　（2）每个用户接入的带宽为512kbit/s，带宽提升空间为1：2.5（目前个人用户的速率为512kbit/s），单位用户为1Mbit/s,但预计2003年用户带宽的需求将会全面提升，因而可用一个1:2.5的增因子来模拟用户接入的带宽。

　　（3）每个100Mbit/s接口可带的用户数为N，那么由上比较可以看出：N=75Mbit/s/1：3/（512kbit/s/1：2.5）=180

　　实际上，以75Mbit/s作为100Mbit/s以太网端口实际包的平均转发速率，真正有效的数据并不是100%，而且在二层以太网的数据中还存有一定的数量的广播包，因此用户的实际带宽还会有所降低。可见，每个100Mbit/s以太网端口所带的用户数是有限的，与155Mbit/sATM端口所辖的用户数之间不是简单的100：155的关系。但从整个网络来看，由于IP城域网的成本低廉，以及考虑到常用的端口传输距离等因素，100Mbit/s以太网端口较之155M ATM端口网络层次更低、覆盖范围更小。对于540线左右的节点来说，就需要有3个100Mbit/s的端口。

　　通过对比可以看出，每个155Mbit/sATM端口的有效速率都可以达到150Mbit/s左右，同样考虑1：3ATM端口的用户数量就为N=150Mbit/s/1：3/（512kbit/s/1:2.5）360。

　　从以上分析不难看出，ATM DSLAM技术有着非常明显的优势，但随着网络规模的扩大，用户的增多，在接入中也会逐渐暴露出一些问题，例如：

　　（1）在满足大规模个人宽带上网需求的情况下，ATM DSLAM的数量以及覆盖范围随之迅猛增长，就需要提供大量的ATM骨干网络端口和容量，然而由于宽带网络的IP化，业界在ATM领域的投入日益萎缩，导致了ATM交换设备价格的居高不下，建设ATM骨干网的成本高昂。然而ATM网络的很多端口却被DSLAM设备占用，很多PVC资源被收费较低的ADSL大量占用，使得ATM网络的投资难以回收。

　　（2）ATM DSLAM需要用集中式大BAS提供PVC的终结和用户的管理及认证，因此所有业务都要经过集中式大BAS，使得BAS往往成为网络的瓶颈，降低了网络的安全性。这样在大量建设ATM DSLAM的情况下，就需要对集中式大BAS不断的扩容。然而BAS也基本是属于ATM体系结构的，成本也肯定是比较高的。

　　（3）采用ATM DSLAM建网，用户接入ATM平面，而用户业务在IP平面，因此用户上网就需要穿透两个城域骨干汇聚网络，即需要大规模地建设ATM骨干汇聚网络和IP骨干汇聚网络，这在业务流量模型和建网成本上都是不够合理的。

　　因此通信宽带城域网目前比较合理的建网思路是：

　　（1）大量个人宽带上网业务采用全IP的建网模式，即配合分布式BAS实现用户的接入认证管理，采用LAN、ADSL和VDSL的宽带接入方式。

　　（2）对于需要有来严格QoS专线业务需求的少量的商业大客户，通过ATM DSLA网络宽带专线接入。

这样，一方面通过ADSL业务可将原有的ATM骨干汇聚网络以及集中式BAS资源充分利用起来，一方面可满足商业大客户高质量专线业务的需求。

4 综述

　　以上对IP DSLAM和ATM DSLAM技术进行了分析和比较，可以说每一种技术都不可能是完美无缺的，因此需要根据用户的实际需求来决定有用哪种技术，同时要不断地探索与创新，为用户寻求更适合的技术和提供更满意的服务。

摘自　天津通信技术

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