思想碰撞的火花——从另一个角度谈IP与ATM[1]

摘 要 ip与atm之“争”表面上是一种技术之争，而从深层次看，有些方面实际上是由于电信界与计算机网络界在思想观念的差异造成的。本文在简要阐述ip与atm的合作竞争关系后，着重分析比较了电信界与计算机网络界在思想观念的差异，最后指出在电信与计算机融合成信息产业的过程中，这种观念碰撞产生的火花将会推动新技术的创新与发展，有利于人类更快地向信息化社会迈进。

关键词 ip atm 电信网 因特网

1 ip与atm之“争”

80年代末，随着因特网容量与规模以指数级增长并席卷全球，人们的生活与工作方式随之发生了变化，人类开始看见了网络经济与信息时代的曙光。因特网的指数级增长不仅出乎当时设计专家的想象，也让全球的传统电信运营商感到震惊。因特网这种超常规的发展反过来也刺激新技术层出不穷，使传统电信设备制造商与电信运营商面临一场全新的挑战。同时，全球电信管理体制的转轨（开放市场、引入竞争）也引发了全球电信业（包括设备制造商与运营商）和计算机业（包括isp与软件行业）的疯狂收购潮。因特网已成为世纪之交信息革命（包括电信网的巨大变革）的催化剂之一。

因特网发展归功于两个技术：tcp/ip和web技术。目前业界流行两个短语“everything on ip，ip over everything”，其中“ip over everything”是已被实践证明的，也正是ip的精髓。即通过统一的ip层对上层协议屏蔽各种物理网络技术（如x.25、ddn、以太网、令牌环、帧中继、atm、sdh、wdm）的差异性实现异种网互联，如图1所示。而“everything on ip”的“everything”是指所有业务，包括数据、图像和话音，实时和非实时的。这样的要求，对于目前的ip技术来说仍是心有余而力不足，需要新技术来帮助解决。

atm是1988年由ccitt（itu-t前身）提出作为核心技术实现宽带综合业务数字网（b-isdn）的。atm具有各种综合能力，包括：业务综合（话音、数据和图像）、网络综合（从桌面到局域网再到广域网）、技术综合（传输、复用、交叉连接和交换的综合，有线与无线的综合，窄带与宽带的综合等）。而随着时间的推移，市场和技术的发展变化，因特网异军突起，b-isdn并没有顺利发展起来。由于atm网卡价格和无良好标准化的atm应用程序接口（api）等原因，随着千兆以太网的出现，ip与以太网无缝结合使得atm到桌面应用上的市场前景十分暗淡。由于因特网既成事实的上亿美元投资、网上庞大而丰富的信息资源、全球蜘蛛网状的互连性以及潜在的巨大商机，使得其还会持续蓬勃发展。因此，ip的统一数据应用平台的地位已无可代替，atm已不可能望其项背。

目前有一种观点认为：随着ip和因特网的发展，atm已无用武之地。其实这种观点是片面的，起码没有认识到现有电信网是不可能一夜消失的。atm的优势在于两点：支持qos ip网；支持现有电信网的演变。纯ip骨干网（基于ip over sdh或ip over wdm，仍是路由器加专线的因特网传统组网模式，存在逐跳寻址与转发等问题，难以支持qos ip）还会继续发展，并支持尽力传送（besi of effori）的ip业务；而随着mpls的标准制定，atm将有效支持需要qos保证的ip业务，尽管atm有协议封装开销高的缺点。当然，由于已有网络资源的不同，开展什么样的业务和市场定位的侧重点不同，随着电信市场开放而进入的新网络运营商、isp与传统电信运营商所选择的技术路线可能是不同的。

atm所具有的端到端qos保证、完善的流量控制和拥塞控制、灵活的动态带宽分配与管理、支持多业务等，以及技术综合能力等方面的优势，目前仍是ip所不及的。而现有电信网将逐步从传统的电路交换技术向分组（包）交换技术演变，atm在其中将扮演十分重要角色，如：支持现有数据网（fr/ddn）的演变；支持现有电话网（如pstn/isdn）的演变，并作为其中继汇接网；作为第二代和第三代移动通信网（要支持移动ip）的核心交换与传送网；支持ip网的持续发展（采用mpls（多协议标记交换）技术支持qos ip）。ip与atm都是分组（包）交换技术，有各自的优势，在传统电信网与因特网融合与演变的过程中都将发挥各自的重要作用，同时7号信令网与智能网（in）也仍会发挥其网络中枢的作用。而下一代的公用网络的大基础平台会基于光交叉连接与光交换网，如图2所示。

有一点是肯定的，世上没有一种万能的技术，ip与atm都一样。目前ip的优势在于提供统一的数据应用平台（尽管企图用ip路由器来构筑统一的网络平台），而atm的优势在于提供统一的网络平台（尽管atm曾企图实现端到端的桌面应用）。表1对ip与atm作了简要比较。ip与atm还没到互相扼杀的时候，目前两者是一种合作竞争关系，对于atm而言，则是如何更有效地支持ip来发展自己。

表1 ip与atm的简要比较

实质上，ip与atm之“争”从某种程度上体现了电信界与计算机网络界在设计思想与哲理上的差异，下面就此作一探讨。

2 电信界与计算机网络界的思想差异

相对而言，电信业是一个较传统的行业，而计算机网络是较年轻的行业，两者难免在思想观念方面会有许多差异。问题是两者都是目前产业界最具活力与生机的行业，且是新兴的信息产业中的两大支柱，并且两者已开始融合。那么，在两者融合过程中必定会产生许多观念上的摩擦与碰撞。

电信专家与计算机网专家在根本思想与哲理上有许多差异，如标准产生过程（itu-t与ietf）、网络智能与用户终端智能、全网的控制与管理方式（严密互联与松散互联、严格管理与松散管理、分级集中控制与无线分散控制）、计费机制（精细计费与粗略计费、跟距离有关与无关）、面向连接与面向无连接、虚电路与数据报、信令技术与路由技术等。

2.1 根本思想的差异

2.1.1标准化过程的差异

国际上有关电信与信息领域的标准化组织很多，有国家和区域组织，如美国的ansi的t1，欧洲的etsi；也有厂家和运营公司组成的各种论坛，如atm论坛。目前最具影响力的是三个著名世界性组织，即itu-t（人称其标准是“法律上的标准”、iso（人称其标准是“真正的国际标准”）和ietf（人称其标准是“既成事实的标准”）。

电信界与计算机网络界间的差异明显体现在itu-t和ietf上，两者标准产生过程和方式大不相同。itu-t由各国的电信管理机构或政府部门组成，原来的标准是四年一个过程，后在1988年通过加快标准进程，但还是要投票表决以求一致性，过程相对缓慢。而因特网标准的民间组织ietf基本上下执行投票制，而求粗略一致性。对标准采用实践检验、市场淘汰的原则。即任何ietf规范只有在产品中实现并被销售出去，才能从草案变成标准，否则归为历史材料。ietf的标准为rfc（并非所有rfc都是标准），字面意为征求意见文件，可见其开放性。任何人都可以向rfc编辑投稿并申请文号（这在itu-t是不可能的），当然能否成为标准由市场决定。

总的来说，itu-t的官方色彩浓，标准化过程慢；而ietf民间色彩浓，开放性强，标准化过程简单，相对较快一些。当然，由于各方利益冲突，两者的标准过程或多或少都会受阻。

atm的最初标准是由itu-t提出的，ietf和后来成立的atm论坛等也对其作了一些标准化。而有关ip的标准基本上由ietf标准化。由于电信业受到因特网的严重挑战，目前itu已决定转向与ip相关的标准建议工作，重新确立其领导地位。

2.1.2 简单实用有效与复杂求全

ietf对tcp/ip协议族标准化的根本思想是先简单、实用、有效，后在实践中完善的原则。ip的精髓在基于其层次结构的包容性与开放性，能在后续的实践中逐步完善补充新协议、扩展新功能。综观历史，因特网发展是一个不断完善自我的过程，比如：将网络分割成子网（从早期的网络与主机的2级结构变成网络、子网与主机的3级结构），将因特网的网络结构变成自治系统间的联盟，对内部路由和外部路由的区分等，目前由于因特网自身急剧膨胀所带来的一系列问题，需要新的技术来解决并支持其持续发展。

但有一点，若后来的要增加的功能与一开始的系统设计相抵触，则就很难实现。尽力传送是ip的思想精髓，而ip的qos与之是矛盾的，尽力就无所谓保证qos。ietf提出ip综合业务框架，主要通过数据包处理机制（即排队）、数据包分类机制、认证控制机制和资源保留机制来实现。提出了rsvp、rtp、rtcp等协议，但造成ip协议簇越来越复杂，其结果可能与atm协议簇一样复杂甚至是atm的一个翻版。

由于历史的原因，itu-t对某一技术的标准，考虑的因素很多，包括与老技术的兼容性、技术发展、与电信网其它技术的配合等。一开始就求全很容易造成复杂，atm就是一个例子。一开始，对atm提出了一揽子标准协议，且后续与atm相关的标准与协议越来越多，越来越复杂，互操作困难。而问题是：许多标准是人们出于对atm的期望与一厢情愿而制定的，并非是实践中迫需的。如itu-t的b-isup标准沿用了no.7信令体系，但实践中并不急需，而对实践中急需的atm支持ip却
迟迟没有进展。

2.1.3 技术驱动与实践（市场）驱动

从电信业与计算机业的发展来看，技术驱动与实践（市场）驱动是相互的。市场需求带动技术的发展和应用；而技术的创新又不断刺激并引导新的市场需求。对于人类发展来说，两者驱动都是必不可少。从某种程度上讲，itu-t的技术驱动色彩更浓，而ietf的实践驱动，或者说市场驱动的色彩更浓。itu-t的技术驱动与传统的电信管制有关，电信网是政府垄断行业，没有竞争，可以按步就班地发展。而计算机业一直是竞争最为激烈的行业，竞争中求生存的原则是市场驱动，当然竞争也造成了技术的快速发展，如著名cpu的摩尔定律。

计算机与电信更紧密的结合，以及全球电信管理体制的转轨，竞争的引入，电信业已处于激烈的动荡之中。世纪之交，电信设备制造商与电信运营各自间的购并的频率与额度都超出了历史的记录。电信业也开始向市场驱动和实践驱动转变，传统的电信设备制造商与电信运营商必须这么做，否则就会被市场淘汰。这也会使itu-t的标准更务实，并逐步走向实践驱动。

itu-t的技术驱动尤其体现在n-isdn与b-isdn（atm）上的标准化上（如上节提到的b-isup标准完全是技术驱动）。isdn企图在其上实现话音、数据和图像的综合。n-isdn在80年代标准完成时技术已很实熟，但商用化一直不顺利。想综合数据，但数据业务却在lan（当时已成事实的工业标准，如以大同和令牌环）和因特网上发展。直到90年代中期，由于因特网的发展，人们不满足于通过pstn的低速模拟调制接入，出现了n-isdn 2b＋d接入需求，n-isdn才得以起死回生。由于n-isdn只能支持窄带业务（2mbit/s以下），不能支持多媒体检索、高速局域网互连等高带宽、高突发性的宽带数据业务，为此，1988年ccitt提出了以atm为核心技术的b-isdn。atm能综合所有电信业务（包括话音、数据和图像），井可实现到桌面（理想目标）。而那时因特网却以指数级在飞速发展，到90年代中借助于web技术，ip与以太网在桌面应用几成定局。由于因特网的冲击，b-isdn并没有发展起来。随着市场的变化，作为b-isdn核心技术的atm也从原来的业务综合变成网络综合（多业务传送与交换技术），以实现对现有电信网（尤其fr与ddn）、因特网与第三代移动通信网的网络综合，统一传送平台。

ietf的标准更多是实践驱动，有了实践需求、有了问题需要解决再去做标准化。而入们提交的rfc也是网上要解决的热门问题，否则就没入关心。ietf对ip与atm结合的标准就是如此。90年代初期随着atm技术的成熟，出现atm承载ip的需求。首先标准化的atm支持ip（ipoa）的经典方法主要是沿用了传统ip对低层网络技术的包容性，将atm等同于以太网和fr等一样处理，是一种最简单而又实用的解决atm支持ip的方法。由于ipoa存在子网间通信需经路由器，存在瓶颈问题，人们又提出了nhrp（下一跳解析协议），但由于仍存在可扩展性问题，继而又提出了多协议标记交换（mpls）以期通过atm解决路由器加专线的传统组网模式的问题，目前正在标准化中。

2.2 技术思路的差异

2.2.1 有连接与无连接（虚电路与数据报）

自从1961年保罗.布朗提出分组交换概念后，面向连接与面向无连接之“争”已近半个世纪，两者各有优缺点，实际上不可能有排它性的结论。总的看来，似乎电信专家更钟爱有连接技术，
而计算机网络专家更钟爱无连接技术。

有连接就是在用户进行数据通信前，要先为用户建立连接，称虚电路。一般地，虚电路的建立需要信令支持或由网管实现。全网唯一地址只有在建连接时有用，而在数据通信过程中不需要附地址。在通信过程中用户数据都经过同一路径（已建好的虚电路）。而无连接不需要先建连接，用户数据打成一个个数据报，但每一个报头中必须包含全网唯一地址，每个数据报按地址单
独转发，在通信过程中用户数据可能经过不同的路径。

虚电路容易实现全网的流量工程规划、qos保证，因为它能方便地在同一路径上保留带宽、实现流量控制和拥塞控制。对于网络运营商而言，虚电路构成的网络更可控一些。而数据报通信过程中同一用户数据流可能走不同的路径；双向通信时，每个方向的数据流也可能走不同的方向，在流量规划和qos方面困难大。但网络可靠性和灵活性具有优势，一旦网络发生故障，只要网络拓扑可达，数据通信一般不会中断。而虚电路中断通信，重新呼叫成功后才能通信。

对于大多数非实时数据通信来说，无连接技术更适合。如数据量极小的通信（如因特网上的域名解析包），虚电路要先建连接，连接建立时间越长相应损失的带宽就越大，反而不如无连接技术。但是对于实时业务（如话音通信与会议电视等），有连接技术更适合，能保证qos。

全球第一个分组交换网arpanet（即因特网的前身）是由计算机网络专家在1969年建成的一个无连接网络。而itu-t标准化的分组交换技术（x.25）采用的是有连接技术，继而提出的atm也是一种面向连接的技术，实质上是快速分组交换，对x.25的协议进行简化（去掉了链路级的检错、纠错和流量控制等），达到高速交换。

随着技术的发展与需求的变化，有连接与无连接需相互结合，以互补实现需求。例如，因特网向话音、视频业务渗透，对ip也提出qos问题。而mpls就是用有连接的atm支持无连接的ip，以期通过atmqos实现ip qos，满足应用需要。但与传统的虚电路技术不一样的是，mpls不用信令也不用网管来建连接，而是用标记分配协议（ldp）取代复杂的atm信令协议来实现面向连接的功能，且不是为每一次的用户数据通信建一次连接，简化了操作。这样既适合于数据量极小的通信，又能支持实时业务。

2.2.2 信令与路由

这与上节的有连接与无连接是紧密相关的。一般而言，有连接需信令技术来支持建虚电路，而无连接则需路由技术支持数据报的寻址（决定转发方向）。电信专家更专长于信令技术，而计算机网络专家更专长于路由技术。到目前为至，现有的电信网（如pstn、isdn和移动通信网等）是离不开信令的，而因特网是离不开路由的（网上的核心设备就叫路由器）。

信令是电信网中用户终端与交换机间、交换机与交换机间传送的控制信息，以保证协调动作完成虚电路（呼叫）的处理、建立、控制与维护等功能。信令按功能分为地址（选择）信令、监视信令、维护管理信令。按区域分为用户线信令和局间信令。随着电话交换技术由步进制、纵横制、程控制发展到isdn，电信网的信令技术也从随路信令系统发展到公共信道信令系统（即7号信令系统）。随路信令系统中的局间信令还分为线路信令与记发器信令。信令系统是电信网的神经中枢。

路由技术就是相关的主机、路由器间交换有关的网络结构信息或节点间的可达信息，并利用得到的信息根据某种算法产生本地路由表（信宿地址与出端口关系）。路由技术分两类：①静态路由。路由表手工设置，节省了交换路由信息的带宽；但不适应网络动态变化，节点多时配置麻烦；②动态路由。网络节点通过交换路由信息，选择最佳路由，适应性和灵活性强。另一种分法为集中式与分布式。一般而言，路由技术都是指分布式的动态路由技术。目前因特网的路由协议分两类：①内部路由协议（igp），同一自治系统内使用的路由协议，包括rip、igrp和ospf；②外部路由协议（egp），自治系统之间使用的路由协议，向核心系统报告其内部路由信息，包括egp和bgp。基本路由算法包括两种：①向量—距离算法（v-d），如rip；②链路一状态算法（l-s），如ospf。

事实上，信令网也离不开路由技术，只不过大多采用静态路由，集中式处理而已。随着计算机与电信技术的更紧密结合，信令与路由会相互更好配合以支持电信网与因特网的融合，路由技术会继续发展，7号信令网与智能网也仍会发展网络中枢的作用。

在这里也谈一下第几层交换的看法。现在一些设备厂商在炒作数据报的第四层、第三层交换。事实上，对于用户数据而言，不论在哪一层，从一个设备的端口转发到另一端口，这种转发就是一种交换。在哪一层交换，就要查看哪一层的包头信息，如所谓的第四层交换就要看端口号。在哪一层交换都可以，关键在于实现的复杂度与效率。一般而言，越往高层，看得也越精细，如第四层交换可以对业务更细分类等，但实现的复杂度也就更高，效率也就更低。除ipsilon公司（已被nokia收购）的ip交换、ascend公司（已被lucent收购）的ip导航器和cisco公司的标记交换（后两者都向mpls靠拢）外，目前一些公司宣称的所谓ip交换与传统的ip路由是一回事。随着技术的进步，路由器的结构得到了改进，处理能力和吞吐量已大大提高。有人称ip包的硬件转发为ip交换（习惯上称包的软件转发为路由），但实际上还只是设备本身技术的改进，从本质上仍是传统路由器，都需要交换路由信息，根据路由表对ip包进行转发（不论是硬件还是软件实现）。

这种炒作第四层、第三层交换，就如当年曾经称atm是1.5层技术（只到数据链路层的一半）一样，没有大多的意义。事实上，看站在哪一角度，如站在x.25与fr角度，atm是对传统数据链路层的功能作了大大简化，可以认为是1.5层技术；而站在ip角度，atm仍是一个地道的第二层技术；如果想将atm应用到桌面，站在应用上看，atm具有全网唯一的atm地址（e.164）和相关的路由表，atm实际上是一种第三层技术，只不过没有顺利发展起来。

2.2.3 服务质量（qos）与尽力传送（best of effort）

尽管qos的概念是伴随着atm诞生的，但事实上，电信界一直坚持qos。因特网向话音、视频业务渗透对ip也提出qos问题。到现今为至，ip技术一直在提供“best of effort”（尽力传送），这与其设计思想简单有效实用的原则有关。

电信界与计算机网络在这方面的差异与其提供业务的原始初衷是紧密相关的。过去电信网主要提供话音业务，对话音质量一直有严格的要求与测试方法。而当提出atm，为了综合业务而支持话音，从一开始的系统设计，atm就能支持qos，如短而固定长度的信元结构（为了实现快速硬件交换）、相关的连接接纳控制（cac）、业务整形、流量控制与拥塞控制等。而计算机网的初衷是提供无实时要求的数据通信，强调资源共享和尽力传送，lan技术（如以太网）和ip技术都是如此。

计算机界的思想是不要相信网络，要相信自己。在此前提下，网络所做复杂的差错与纠错控制是多余，因为用户还会重做一遍。而电信界的思想是将一切交给网络，网络来保证。这一点非常深刻地体现在x.25与ip。当时同样是处于误码率较高的模拟传输环境，x.25做了基于链路层复杂的逐段检错、纠错和流量控制（窗式流控），而随着技术的进步，不再适合于性能较高的数字环境而正被逐步淘汰；而ip只做尽力传送，在每一段通信过程中，并不作检错、纠错和流量控制，而将这些控制交给用户终端（主机）实现，即在tcp层实现。ip的这种做法简化了网络，更具有开放性而得以生存，而电信界强调的是全网全程的qos，网络控制就较复杂。

下面再分析目前厂家在炒作的ip qos与atm qos。首先分析网络是否需要qos控制？有两种观点：①只要带宽足够，“best of effort（尽力传送）”就可以；②网络需要qos控制，但应用需求的发展是无止境的，网络有多大的带宽将都会被消耗掉。这归结于人的欲望无限性与资源的稀缺性之间的矛盾。从性能价格比分析网络不可能不出现阻塞，若阻塞时无qos控制，就不能保证质量。况且这是一个竞争日益激烈的信息服务市场，对于网络运营者和业务提供者，qos标志着一种服务信誉。

atm的qos是天生具有的，而ip qos是后天加入的。atm提供是严格的qos，而ip提供的是折衷的qos。严格上讲，qos与ip的尽力传送的思想精髓是矛盾的，尽力就无所谓保证qos。ip有tos（业务类型）和cos（业务等级），业务流可以分多个优先级（即tos与cos的含义），但每个优先级业务流还都是尽力传送。

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