网络技术方案的对比分析与选择

随着网络技术的不断提高和应用领域的日益扩展，一些重要管理系统网络、城域网、企业网、校园网等主干网络的建设得到了政府和相关企业与机构的重视，同时，厂商也在不断推出网络新技术和新产品，使得网络在技术方案的选择上有了更大的余地。但对于网络建设者而言，在构筑网络时要考虑的技术内容很多，诸如网络建设目标方针的确立、总体方案的设计、技术方案的设计、网络安全及其管理、信息资源的建设、网络应用的开发等等。在这些技术内容中，网络建设目标方针的确立、总体方案的设计和技术方案的设计在整个网络建设中显得格外重要。如果说目标和方针是建网的方向和依据，总体方案设计是建网的核心任务，那么技术方案的设计则是建网目标的最核心的环节。在这一核心环节中，要解决的极其重要的问题是网络选型。基于这一目的，本文着重讨论了当今流行的网络技术方案，即千兆位以太网和ATM，并从用户角度对两种方案进行比较分析，提出了选择不同技术方案的对策。

    千兆位以太网和ATM体系结构及其发展概略

    1．千兆以太网体系结构及其发展

   千兆以太网是在传统的10Mbps或100Mpbs以太网基础上发展起来的，和以太网采用同样的通信规程，即CSMA/CD（载波检测多路访问）控制方式，这样就决定了它是一种共享介质的网络，IEEE802.3以太网的体系结构低层具有物理层和MAC（介质访问控制）层，这些严格地对应于OSI（开放系统互连模式）的低两层，高层类似于OSI的其它层。为使物理层的功能便于实现在802.3标准中，将物理层分为物理信令PLS子层和物理媒体连接件PMA子层。PLS子层向MAC层提供服务，并负责比特流的曼彻斯特编码与译码和载波监听的功能；PMA子层向PLS子层提供服务，它完成冲突检测、超长控制以及发送和接收串行比特流的功能。802.3以太网MAC中的帧格式由五个字组成，即目的地址（6字节）、源地址（6字节）、数据长度（2字节）、数据（最短长度46字节）、帧校验序列（4字节）。这样MAC帧的最短长度是64字节，数据段的最大长度目前规定为1500字节，所以MAC帧的最大长度为1518字节。另外，MAC帧传到物理层时，在帧的前面必须加上一个同步码（7个字节的1、0交替序列），紧跟同步码的是MAC帧的起始界符（1字节），以便接收方进行比特同步和交送处理。千兆以太网也有两种标准，即铜线标准和光缆标准。铜线标准为1000Base-CX，有效传输距离很短，也有另一种方案，采用无屏蔽双绞线，可支持100～200m的传输距离。基于光缆的标准为1000Base-SX和1000Base-LX，支持的传输距离分别为300m和550m，若采用单模光缆，可支持更长的距离。 
    千兆位以太网的问世，反映了当前网络技术的发展趋势，它不仅满足了应用对网络速率和频宽的要求，而且较好地解决了与传统的10Mbps、100Mbps以太网的兼容和升级。另外，从计算机网络未来的发展趋势看，广域网只有两种数据帧格式SHD（同步数字级）帧格式和千兆位以太网，而高性能的路由和路由交换机仍是网络商家的主攻方向，由于技术简单，需求巨大，生产厂家众多，千兆位以太网将是LAN（局域网）和MAN（主干网）的主流技术。
    ATM（异步传输模式）是为满足宽带综合业务数据网（BISDN）通信需要而发展起来的一门新技术，数据传输率可达155Mbps～622Mbps，若采用SONET（同步光纤网络）则可达51.8Mbps ～9.95Gbps，实现包括声音、数据、图像及多媒体等在内的多种信息类型的快速交换，支持SDH帧对数据传送、交换、信令和光纤网所规定的标准。

　　2．ATM体系结构及其发展

    ATM的低层有物理层、ATM层和ATM适配层。类似于OSI模型的逻辑层次结构，但ATM与OSI模型之间的整个关系尚待解决。ATM物理层由物理介质子层和传输汇聚子层组成，主要任务是传输信息。ATM层的基本功能是负责生成信元，它不管载体的内容，且与服务无关。它的四个主要功能是：多路复用、多路复用分解、信元VPI（虚拟通路标识）和VCI（虚拟通道标识）的转换、信元头的产生和清除及流控。ATM适配层由分段、重组子层和汇聚子层组成，主要负责较高层次的信息匹配。ATM信元是ATM传输的基本信息系统单元，每个信元固定长度为53字节，其中前5个字节称为信元头，其余48个字节为有用信息，称净荷。ATM采用了固定长的信息元，可根据信息的紧缓要求采用异步的、交叉性的组织发送，保证了速度和时间。

　 ATM的联接不同于大多数LAN协议的定向联接技术，在ATM网上的两个端点系统之间进行数据传输前必须按照信令协议在两上端系统之间建立一条虚电路（VC），ATM信元按其信头所包含的路由选择信息沿虚电路传输，路由选择包含信头内的VPI和VCI两个参数域。为了实现网上端系统的互操作性，需要考虑诸如ATM网上的端系统与传统局域网上的端系统之间的互操作；在相同类型的两个传统局域网上的端系统的互操作；在不同类型的两个传统局域网上的端系统与端系统之间的互操作等问题。解决上述问题一是使用路由器，但每个路由器都会引入室数量的处理开销和延迟；二是把所有的端系统都转换成直接运行ATM，但这种方法引入的成本增加。为更好地解决上述矛盾，ATM论坛为传统的LAN和ATM
LAN的共存状态提供了一个称为ATM的仿真规范，其仿真目标是使在共享介质LAN上的站点通过ATM网互操作，并能与直接连到ATM交换机的设备互操作。

　 ATM实际上是一种信元中继技术，以往绝大多数传统网络主要是面向电路或分组交换，ATM则将电路交换的可靠性和分组交换的高效性结合起来，可为不同数据类型提供更便捷的传输方式。作为新一代网络技术，ATM将会极大推动网络在各领域的应用，然而ATM的标准化尚存一些问题，在对待ATM的态度上众网络商家各执一辞，莫衷一是。

　　千兆位以太网和ATM技术及应用对比分析

      1．千兆位以太网的技术优势及存在的问题

　　千兆位以太网的主要优点是其简易性和对IP环境的支持及价格上优势。 千兆位网的简易性是ATM不可比的。如果传统网络是以太网协议为主，同时通过IEEE802.1的生成树或者是OSPF（Open Shortest path First）路由协议，千兆位以太网产品的引入就不会像ATM产品的引入那样对网管人员需要进行深层的技术培训，另外，千兆位以太网可以通过对传统以太网进行方便的升级，而ATM则要通过对传统的以太网的彻底改变来实现。

　　千兆位以太网的POS（Packet Over Sonet）或称IP Over SDH技术很好地实现了IP协议网络概念的延伸，并完全兼容传统IP协议，它具有带宽利用率高、扩展性好、简单等优点。千兆位网对运行的数据有优先级别CoS（Class
of Service）和标准的虚拟局域网VLAN技术，并且可以通过其IP ToS（Type of Service）映射成类似ATM的服务质量体系QoS（Quality
of Service）。千兆位以太网和ATM的布线、网络产品进行比较，由于前者使用了低价的光纤，且采用与以太网同样的帧格式，不需要任何转换。故布线、交换机、网卡等的价格通常比ATM要低40～50%。

    千兆位网存在的重要问题也显而易见，虽然它有CoS和VLAN技术，但缺少真正意义上的QoS，这就势必给多媒体业务的传输质量带来一些影响，特别是在网上信息流量很大情况下，这一问题更为突出，但这并不是说使用千兆位以太网就不能进行多媒体业务的传输。另外，虽然千兆位以太网价格上占绝对优势，但其传输距离，对于单模光纤限制在3km，对于多模光纤限制在550m。再则，千兆位以太网存在共享模式下的“时间同步”问题，因此，在最恶劣情况下（传输最小帧时）其有效信息通过量会明显下降，从而会影响网络的利用率。
     2．ATM的技术优势及存在的问题

　　ATM是语音、数据、图像等多媒体业务的综合传输平台，是面对连接的技术。其主要优势是QoS、对网络资源的更好地利用、传送距离远。 ATM的QoS品质体现在两个方面：一是在建立连接时，沿连接传递资源预留的策略；二是在数据传输时，沿途节点自身对资源的保证机制。和千兆位以太网相比，这就在时间先后上、功能上更好地完成对连接的QoS的支持，确保了多媒体业务的传输质量品质。ATM具有在交换机之间互换拓扑信息和信令的协议技术。首先协议通过了解链路的利用率和在任一时刻给定链路上的特定QoS流量的使用信息，从而决定下一个链路的建立。其次，它能实现“最短路径”和“最宽路径”算法，以便对网络资源的更好地利用，并为其提供更多的空间。和千兆位网相比，虽然ATM的网络成本显得更高，但由于其带宽可根据需要选用25Mbps、155Mbps、622Mbps的速率，其延时比千兆位以太网要小，但能满足长传输距离的要求。

    ATM的一个主要问题就是由于每48字节的信元中需要5字节的协议开销，这实际上可以认为是对网络带宽的浪费。另一个问题如前所述就是价格。由于ATM实现技术比千兆位以太网复杂，接口和相应的网络产品的价格都比较昂贵，导致建网成本高。再则，由于ATM技术和协议的复杂性，造成了ATM系统研制、配置、管理等的难度，使维护、运行的费用也相应提高。
     网络选型方略

    1．由应用选择网络

    对于一个网络技术方案究竟使用千兆位以太网还是ATM，用户不应从产品的角度出发，而是应从应用的角度来决定。为了使网络满足实际需要，并且在一个时期内技术上不致落后，首先需要在网络总体方案设计时进行综合的、细致的网络需求分析。需求分析包括网络的应用范围、主要业务内容、用户数量、网络负荷预测、现有网络现状及未来网络的升级、管理与维护等。

   2．考虑已有网络设施的利用

　　由于计算机发展和应用历史的原因，有些单位或部门原来已拥有一些计算机设备，有的已构建了局域网，且现存有一些网络设备。因此，在建设网络主干的同时，就不得不考虑原有设备的保护性投资效益问题。这一问题直接涉及到网络选型，其中要考虑的主要方面是原大多数局域网的拓扑类型、网卡、集线器、交换设备等的直接使用和兼容利用，以最大限度地节约建网费用，保证原硬件资源在网络低端的继续正常使用。

   3．选用主流产品，综合考虑性价比

    一般情况下，性能强的网络产品价格高些，但并非绝对。我们在建网时，虽然强调以经济实用为本，但并不是一味赞成选用价格特别低的网络产品，而是要综合考虑产品的性能价格比。如有些网络高端产品，尽管性能很强，但如果你的应用不需要其中的一些功能，岂不是一种浪费！另外，有些网络产品价格特别低廉，但根本不能满足应用需求，也同样是一种浪费。所以以选择性价比高的、略高于应用需求的网络产品为宜。再则，由于目前市场上不同厂商、不同品牌的网络产品日益增多，在选用时除考虑以上方面外，还应考虑是否属当前主流产品，如有些网络产品的公司已经倒闭或濒临倒闭，选用这类产品，势必给网络升级与维护带来很大困难。 
    4．网络选型与技术人员水平层次

　　网络技术在不断发展，网络技术人员在管理、维护上的水平也在不断提高。但对于不同的单位或部门而言，发展水平是不平衡的。因此，要求我们在网络选型时，充分考虑技术人员的水平层次。言下之意就是如果本单位或部门网络技术人员的水平较高，可以选用管理与维护难度较大的网络方案，反之则应选用管理与维护难度相对容易的网络方案。目前，大多数单位或部门的大中型网络工程按惯例都是由中标的集成商负责完成的，完成后最重要的任务便是网络的管理、维护、资源的开发利用等。如果在网络选型时，忽视对网管人员技术水平的考虑，不顾网络的可管理性和可维护性，将会带来一些不可预料的风险。

     5．充分考虑网络第三层交换能力

     对于主干和分支整个网络环境，第三层交换能力如何，直接影响网络资源的利用效率。传统的第三层交换是将路由模块加入到交换机中，但这并非第三层交换。因为这种交换概念中，虽流量控制，路由寻址等功能均可实现，但路由的高延迟依然存在。所以要实现真正的第三层交换，关键在于改变路由器处理包转发技术，即实现线速路由。故在网络选型时要充分考虑不同网络类型实现第三层交换的机制，以最大限度地提高网络利用效率。

     6．网络安全

     网络安全表面上与网络选型无关，但实际上是相关的。因为网络类型一旦选定，则必然进一步选择与之网络类型匹配合理的网络产品、网络操作系统与网管软件。而网络安全的实施是由软、硬件确保的。当然，对于不同单位或部门，网络安全的级别各异，如国防军事网络、银行、金融网络等的安全级别就远大于一般园区性网络。因此，网络选型时，也有必要考虑网络安全问题，以便根据不同的安全级别选用不同的防范机制，防止非法用户访问系统主机的敏感数据资源。如通过交换机限定连在某一端口的固定网卡的机器上网；采用包过滤能力，设置合法类型，只允许合法数据通过；通过操作系统来限定合法用户访问系统资源等等。