基于ＡＴＭ技術(shù)的局域網(wǎng)仿真應(yīng)用淺析

摘要：分析了傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)存在的缺陷，介紹了ATM網(wǎng)絡(luò)的基本原理和特點(diǎn)，提出了基于ATM技術(shù)的企業(yè)級(jí)局域網(wǎng)的方案，并對(duì)其仿真方法進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵字：ATM；TCP/IP；局域網(wǎng)；仿真

1引言

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不斷多樣化，如收發(fā)信件、家庭辦公、Video on demand、網(wǎng)絡(luò)電話，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求越來越高，把這些對(duì)帶寬、實(shí)時(shí)性、傳輸質(zhì)量要求各不相同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)由一個(gè)統(tǒng)一的多媒體網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，ATM網(wǎng)絡(luò)真正的實(shí)現(xiàn)了一線通。

2 ATM技術(shù)概述

ATM（Asynchronous transfer mode），異步傳輸模式，是基于信元交換的技術(shù)體系。

同步傳輸模式中，存在以125微秒為周期的幀，三層的數(shù)據(jù)包將自己分片之后均勻地插入這些幀中。同時(shí)利用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)，來自不同信息源的數(shù)據(jù)包被置于同一幀內(nèi)的不同信道中傳輸?！爸芷谛浴笔峭絺鬏?shù)臉?biāo)志。而同步傳輸?shù)闹芷谛詡鲙速M(fèi)了鏈路中相鄰幀之間的間隔時(shí)間。

異步傳輸模式將數(shù)據(jù)、語音、視頻等信息源中的數(shù)據(jù)包分解成定長(zhǎng)為48字節(jié)的數(shù)據(jù)塊，然后再在數(shù)據(jù)塊上添加5字節(jié)的信頭，合成在一起，稱為信元，大小為53字節(jié)。ATM中的所有控制信息全部存放在信頭中，包括一些擁塞控制、流量控制、鏈路標(biāo)識(shí)的域。通過將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成信元，可以使來自不同信息源的信息匯聚在一起進(jìn)行集中傳輸，且不存在像同步傳輸那樣的周期性傳幀機(jī)制。信元出現(xiàn)無周期性，是為異步傳輸。

3傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的缺陷

主要有兩個(gè)方面：

1)傳統(tǒng)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)面向連接，數(shù)據(jù)包每經(jīng)過一臺(tái)路由器，路由器都要解開其包頭取得目的地址域，并根據(jù)自己的路由算法查詢路由表，數(shù)據(jù)傳輸過程中存在較大的延時(shí)抖動(dòng)

2)路由器的逐包路由浪費(fèi)了大量的時(shí)間

這兩方面的不足導(dǎo)致傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)對(duì)語音、視頻這樣對(duì)傳輸連續(xù)性要求很高的應(yīng)用支持不夠，于是針對(duì)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系的不足應(yīng)運(yùn)而生了ATM。

ATM是面向連接的，在數(shù)據(jù)傳送前，會(huì)在源和目的端之間建立一條虛連接。網(wǎng)絡(luò)根據(jù)應(yīng)用的實(shí)際需要，分配給虛連接VPI/VCI號(hào)和相應(yīng)的帶寬。這樣的機(jī)制避免了像IP網(wǎng)絡(luò)那樣對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包都要進(jìn)行路選的弊端。所有信元都僅僅簡(jiǎn)單地沿著虛連接傳輸?shù)侥康亩?，?jié)省了大量時(shí)間。

4 ATM應(yīng)用企業(yè)局域網(wǎng)

ATM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要是應(yīng)用于它的高帶寬和適用于多媒體通信，把它用作廣域網(wǎng)(WAN)通信的干線，WAN包括專用網(wǎng)和公共網(wǎng)?，F(xiàn)在一些大型公司、企業(yè)己經(jīng)在使用ATM專用的WAN。由于計(jì)算機(jī)性能和信息吞吐量不斷提高，業(yè)務(wù)和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大和深化，其局域網(wǎng)通信對(duì)帶寬的要求也迅速提高。此外，企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜化，構(gòu)成需要有高速局域干線的互連網(wǎng)絡(luò)(Internetwork)結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)的以太網(wǎng)(10BaseT)，快速以太網(wǎng)(100BaseT)以及FDDI(光纖分布式數(shù)據(jù)接口)，互相交織成分層次的LAN結(jié)構(gòu)。其中FDDI用作局域網(wǎng)絡(luò)干線，用以連接中心交換機(jī)和(公司級(jí)的)主服務(wù)器，提供上行鏈路。FDDI具有100Mb/s的數(shù)據(jù)速率和數(shù)公里以上的通信距離，但是它的設(shè)計(jì)和性能是對(duì)數(shù)據(jù)通信優(yōu)化的，不適用于多媒體通信，并把ATM網(wǎng)絡(luò)用成局域網(wǎng)絡(luò)干線，它非但具有不低于FDDI的通信速率，而且可以提供按需擴(kuò)展的帶寬，更重要的是它適用于多媒體通信。因此，ATM LAN可以取代FDDI，用作企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部的局域網(wǎng)絡(luò)干線，可以適應(yīng)企業(yè)網(wǎng)上舉辦視頻會(huì)議、視頻培訓(xùn)等業(yè)務(wù)應(yīng)用的需要。

4.1 LANE(局域網(wǎng)仿真模擬)簡(jiǎn)介

LANE(LAN Emulation Over ATM)， 即在ATM網(wǎng)上進(jìn)行LAN局域網(wǎng)的模擬。大多數(shù)數(shù)據(jù)目前都是LAN上傳送，如Ethernet網(wǎng)。在ATM網(wǎng)上應(yīng)用LANE技術(shù)， 我們就可以把分布在不同區(qū)域網(wǎng)互聯(lián)起來，在廣域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的功能，對(duì)于用戶來講， 他們所接觸到仍然是傳統(tǒng)的局域網(wǎng)的范疇， 根本感覺不到LANE的存在。

局域網(wǎng)仿真是在ATM 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下仿真?zhèn)鹘y(tǒng)局域網(wǎng)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)方案。由于在局域網(wǎng)仿真中，ATM網(wǎng)絡(luò)是以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層的角色出現(xiàn)，并且是基于MAC子層的仿真技術(shù)，所以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（如IP，IPX等）不需要更大更改就可以運(yùn)行于局域網(wǎng)仿真環(huán)境。

LANE技術(shù)主要用到了LANE Server， 它可以存在于一個(gè)或多個(gè)交換機(jī)內(nèi)，也可以放在一臺(tái)單獨(dú)的工作站中， LANE Server可簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)ES， 主要功能就是進(jìn)行MAC-to-ATM的地址轉(zhuǎn)換，因?yàn)镋thernet用的是MAC地址，ATM用的自己的地址方案，通過LES地址轉(zhuǎn)換可以把分布在ATM邊緣的LANE Client之間連接起來。

4.2局域網(wǎng)仿真通信規(guī)程

在局域網(wǎng)仿真中有兩種網(wǎng)絡(luò)信息：一種是仿真客戶與仿真服務(wù)器、配置服務(wù)器之間的控制信息；另一種是仿真客戶之間，以及仿真客戶與廣播未名服務(wù)器間的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)仿真客戶1希望與仿真客戶2通信時(shí)，仿真客戶1必須首先知道仿真客戶2的ATM地址。如果仿真客戶1的緩器中存有仿真客戶2的ATM地址，那么仿真客戶1就利用該地址與仿真客戶2建立直接的ATM虛電路連接來實(shí)現(xiàn)通信；否則，仿真客戶1向局域網(wǎng)仿真服務(wù)器發(fā)送一個(gè)地址解析請(qǐng)示分組，局域網(wǎng)仿真服務(wù)器利用該分組攜帶的仿真客戶2的MAC地址在緩存器中檢索，如果檢索成功，局域網(wǎng)仿真服務(wù)器把仿真客戶2的ATM地址反饋給仿真客戶1，否則，把該MAC地址送到廣播未名服務(wù)器，利用廣播未名服務(wù)器的廣播功能，向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播該MAC地址，仿真客戶2接收到該廣播信息，把地址反饋給局域網(wǎng)仿真服務(wù)器，局域網(wǎng)仿真服務(wù)器再送給仿真客戶1。在局域網(wǎng)仿真服務(wù)器未反饋回仿真客戶2地址這段時(shí)間里，仿真客戶1把數(shù)據(jù)分組分發(fā)給廣播未名服務(wù)器，由服務(wù)器以廣播形式送給仿真客戶2。

4.3 LANE服務(wù)模式

LANE服務(wù)的主要目的是使現(xiàn)有的在LAN上的應(yīng)用程序可以通過多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，如IP、IPX、APPN和NetBIOS等，可以訪問ATM網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)LAN上的終端設(shè)備，也可以利用LANE連接在ATM上的設(shè)備，如連接在ATM網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器、交換機(jī)和路由器等。

1)LAN Switch從Ethernet終端接收到一個(gè)幀， 這個(gè)幀的目的地址是ATM網(wǎng)絡(luò)另一端的一臺(tái)Ethernet終端。LEC即LANEClient(它駐留在LAN Switch中)于是就發(fā)送一個(gè)MAC-to- ATM地址轉(zhuǎn)換請(qǐng)求到LES(LES駐留在ATM Switch中)。

2)LES發(fā)送多點(diǎn)組播至網(wǎng)絡(luò)上的其它LEC。 LANE的工作方式

3)在地址表中含有被叫MAC地址的LEC向LEC作出響應(yīng)。

4)LEC接著便向其它LEC廣播這個(gè)響應(yīng)。

5)發(fā)送地址轉(zhuǎn)換請(qǐng)求的LEC認(rèn)知這個(gè)響應(yīng)， 并得到目的地的ATM 地址， 接著便通過ATM網(wǎng)建立一條SVC至目的LEC， 用ATM信 元傳送數(shù)據(jù)。

4.4 局域網(wǎng)仿真優(yōu)缺點(diǎn)分析

1）優(yōu)點(diǎn)：透明地支持傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層的各種協(xié)議，兼容性很好；網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠家設(shè)備的無縫連接。

2）缺陷：

①網(wǎng)絡(luò)是基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的，由于受服務(wù)器的限制，網(wǎng)絡(luò)客數(shù)不可能很大，這樣就限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模；

②由于不能支持備份服務(wù)器，所以服務(wù)器的可靠性決定了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，一旦服務(wù)器發(fā)生故障，那么整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就不能工作了；

③局域網(wǎng)仿真在實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)間通信時(shí)，仍然需要路由器的參與，這樣路由器有限的路由、分組轉(zhuǎn)發(fā)功能就成了網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。

ATM多協(xié)議規(guī)程技術(shù)

5結(jié)束語

ATM通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，無論是在WAN和LAN干線上的應(yīng)用，其前景都是誘人的，有著廣闊的應(yīng)用發(fā)展前途。在這兩方面應(yīng)用發(fā)展的一種趨勢(shì)，是LAN梂AN連接的一體化，消除兩者之間在傳統(tǒng)上存在的屏障。今后，對(duì)于一些最為渴求帶寬的PC通信的應(yīng)用。通過遠(yuǎn)程信息傳送，使ATM直接到達(dá)桌面機(jī)的技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。達(dá)到這種應(yīng)用水平，可以說真正實(shí)現(xiàn)了超級(jí)信息高速公路的境界。

參考文獻(xiàn)

［1］《高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》［M］，吳建平等編著，機(jī)械工業(yè)出版社，2003.09

［2］《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》［M］，Andrew S.Tanenbaum著，潘愛民譯，清華大學(xué)出版社，2004.08

［3］《網(wǎng)絡(luò)通信與通信安全技術(shù)》［M］，劉東華等編著，人民郵電出版社，2002.11

［4］《網(wǎng)絡(luò)安全原理與應(yīng)用》［M］，張世永主編，科學(xué)出版社，2003.05

作者簡(jiǎn)介:程鵬（1979.06－），男，籍貫：安徽蕪湖，職務(wù)：連職，職稱：上尉，學(xué)歷：碩士，工作單位：上海陸軍預(yù)備役高射炮兵師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)