1、第七章 IP与ATM的融合,ATM是一种信息复用和交换技术，由于它只涉及OSI/RM的下两层，对每个数据包的处理过程大大简化，处理时间大大缩短，并采用定长单元（信元）进行发送，具有带宽宽（622Mbit/s甚至到10Gbit/s）、吞吐容量大和伸缩性强等特点，可为不同等级的业务提供相应的服务质量（QoS）。,7.1 IP与ATM融合的技术模型 7.2 重叠模型技术 7.3 集成模型技术,7.1 IP与ATM融合的技术模型,7.1.1 重叠模型重叠模型就是将IP当成一个网络与ATM网络互连，不更改ATM网络的协议模块，而将IP的功能层叠加在ATM上。,符合重叠模型的主要技术包括ATM上的传统IP
2、（Classical IP over ATM，CIPOA）、局域网仿真（LANE）和ATM上的多协议（MPOA）等。重叠模型的优点是使用ATM Forum/ITU-T的信令标准，其复杂度较低，成熟程度较高，与ATM网络及业务兼容，对将来通信网向B-ISDN方向发展比较有利。但从目前的应用看来，存在传送IP包的效率较低，地址和路由功能重复等缺点。,7.1.2 集成模型集成模型是将IP路由器的智能和管理性能集成到ATM交换中形成的一体化平台。与重叠技术不同，在集成模型实现中，它将ATM单元实体与ATM网络地址分配策略和路由选择协议分离；ATM层被看作是IP层的对等层，ATM网络实体采用与IP协议完
3、全相同的协议体系和地址分配策略；ATM系统仅需要分配IP地址，网络中则采用IP选路技术，不再需要ATM的地址解析规程。,7.2 重叠模型技术,7.2.1 ATM上的传统IPATM上的传统IP（Classical IP over ATM，CIPOA）是一个早期方案，称为传统IP over ATM。 一、AAL5上的多协议封装（RFC1483）分组在IP和ATM上传送时，IP和ATM都必须以当前数据链路的格式封装。,1LLC/SNAP封装LLC/SNAP封装是通过在每个包含一个IP分组或任何其他网络层协议分组的AAL5帧之前添加一个8字节的LLC/SNAP帧头来实现的。 2VC复用在图7.5中描述
4、了VC复用的概念，VC复用（或空封装）不需要LLC/SNAP帧头。,图7.5 RFC1483 VC复用封装,二、逻辑IP子网的概念在RFCl577中描述ATM上的传统IP（CIPOA）的功能和过程，引入了逻辑IP子网（Logical IP Subnetwork，LIS）的概念，描述了为位于同一LIS的IP设备间建立点到点的ATM虚连接的机制，而且提供一个在LIS成员间跟踪和分发IPATM地址绑定的业务。,三、CIPOA基本工作过程在ATM上的传统IP（CIPOA）中，成功地解决了IP地址与ATM地址直接映射的问题，即IP地址与ATM地址之间的转换。 1LIS的初始化LIS的初始化是指在LIS中
5、新增加一个主机的过程。,2LIS主机内的数据传送IP主机向LIS中的其他主机发送数据时，首先通过ARP服务器进行地址解析，获得对方的ATM地址，启动ATM信令交换，建立一条ATM连接。 3LIS之间的数据传送主机A需要向处于不同LIS的主机B发送IP分组时，LIS之间的数据传送如图7.8所示。,图7.8 LIS之间的地址解析过程,4经过两台路由器的数据传送举例图7.9给出了不同路由器进行寻址过程的例子。,图7.9 CIOPA地址解析举例,四、CIPOA的优点与不足ATM上的传统IP（CIPOA）的主要优点是成功地解决了IP地址与ATM地址直接映射的问题，能替代局域网和互联路由器的IP链路。,7
6、.2.2 IP组播 一、概述组播通信是一种从源端站向多个目的端站同时发送分组的通信过程。IP组播（IP Multicasting）技术允许路由器一次将数据包复制到几个通道上，也即将分组同时送给一组接收者而不是一个接收者，并且依靠网络将分组只传送给需要接收它们的网络。,二、组播的能力RFC1112描述了IP组播对标准IP的扩展。IP组播存在三级标准：在第0级，主机不支持组播，组播活动对它们没有影响。在第1级，主机可以只发送组播分组。在第2级，主机对IP组播具有完全的支持。,三、ATM网络中的组播对组播的支持，在广播网络中容易实现，但在ATM网络中，实现组播业务就必须经过一个特殊的服务器，用于确定
7、组播组的成员，并建立组播虚信道（VC）。,实现ATM层组播的方法有二种：一种是虚信道（VC）组播网状网，虚信道（VC）组播网状网中的每条点到多点连接由每一个源端站建立，各目的端站均是组播组中的成员，如图7.12所示；另一种是ATM层组播服务器（Multicast Server，MCS），在ATM层组播服务器方法中，每一个源端站都建立一条通向MCS的点到点的连接，MCS建立和管理通往实际目的端站的一组点到多点虚信道（VC），如图7.13所示。,图7.13 组播服务器模型,1组播地址解析服务器组播地址解析服务器（MARS）把第三层组播组地址映射为一系列ATM地址，例如组播IP地址被映射为ATM地址
8、1、ATM地址2、ATM地址n等等，这一过程被称为主机映射。 2组播地址解析服务器的操作MARS客户机要加入MARS和向MARS询问消息，使用的通道不是同一条。,3群成员的加入和注销终端要成为群成员，必须经过MARS进行成员资格登记，才能将终端加入到群控制VC上，作为群控制VC的一个叶节点。 4组播服务器的加入和注销组播服务器（MCS）的加入和注销与群成员的加入和注销相类似，所不同的是使用的信令消息不同。,5组播地址解析服务器（MARS）与组播服务器（MCS）的关系当组播服务器（MCS）在MARS中的登记完成后，MARS要做的事情有两项：一是，为使组播组成员能使用MCS，MARS将要修改各种M
9、ARS消息的用法，其中包括的消息有MARS-REQUEST（请求指令），MARS-JOIN（加入指令）和MARS-LEAVE（离开指令）。二是，MARS中除了主机映射外，还有服务器的映射，即服务器将第三层组播组地址映射成一序列MCS的ATM地址。,7.3 集成模型技术,7.3.1 IP交换IP交换（IP Switch）是Ipsilon公司提出的专门用于在ATM网上传送IP分组的技术，它克服了ATM上的传统IP（CIPOA）的一些缺陷，如在子网之间必须使用传统路由器等，提高了在ATM上传送IP分组的效率，是目前一种典型的属于集成模型的技术。,一、IP交换机的构成IP交换机由ATM交换机和IP交换
10、机控制器等组成，如图7.14所示。,图7.14 IP交换机的组成,二、IP交换的工作原理IP交换的基本概念是流的概念，一个流是从ATM交换机输入端口输入的一系列有先后关系的IP包，它将由IP交换机控制器的路由软件来处理。,（1）IP交换机ATM输入端口接收上游节点输出的用户业务流，IP交换机控制器路由软件根据用户业务流的传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）或用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）分组头的端口号对业务流进行分类，IP交换机分类传输用户业务流。,三、IP交换网关IP交换网主要包括IP交换机和IP交换网关等
11、设备。 四、IP交换的优缺点IP交换的最大特点是对用户输入的业务数据流进行了分类，有针对性地提供不同的交换机制。,IP交换的缺点是只支持IP，同时它的效率依赖于具体用户业务环境，对于持续时间短、业务量小、呈突发分布的用户业务数据流，其效率并没有得到明显提高，一台IP交换机只相当于一台中等速度的路由器。,7.3.2 标记交换标记交换（Tag Switching是Label Switching的别名）是Cisco推出的一种基于传统路由器的ATM承载IP技术。 一、标记交换的基本原理标记交换的基本原理是：在位于交换网系统边缘的路由器中，先将每个输入数据单元（IP帧）的第三层地址（IP地址）映射为简单
12、的标记（Tag），然后将带有标记的数据单元（IP帧）转化为打了标记的ATM信元。,二、标记交换网中的部件标记交换网中的部件主要包括边缘标记路由器、标记交换机（ATM交换机或路由器）和标记分布协议（Tag Distribution Protocol，TDP）三个部分。边缘标记路由器：边缘标记路由器位于标记交换网络核心的边缘，提供网络层服务，负责将标记加到数据包（IP包）上。,标记交换机：标记交换机根据携带的标记信息和交换机中保存的标记传递信息（信元标记或信元）进行交换。除了标记交换以外，还可支持第三层路由或第二层交换功能。标记分布协议（TDP）：TDP是标记交换机和边缘路由器进行标记信息交换的标
13、准（协议）。,三、标记交换过程举例（1）输入端标记边缘路由器（RTA）从源主机接收未打上标记的IP数据包，RTA查询它的TFIB，找到目的地址前缀为128.89.0.0/16（16为在ATM上使用时标记长度是16位）的条目，取得下一跳RTB的出口标记4和输出接口号1，并从输出接口1发送到核心标记交换网中。,（2）标记交换机（RTB）收到标记为4，目的地址前缀为128.89.0.0/16的标记分组，用此作为索引查询它的TFIB，找到它的下一跳RTC的出口标记9和输出接口号0，并从输出接口0发送输出边缘标记路由器（RTC）。 （3）RTC在收到了RTB转发的分组后，去掉标记，恢复成无标记的IP数据
14、包传递给目的地址为128.89.26.4的主机用户。,四、标记交换中对标记分类的含义（1）目的地址前缀：在这种类型标记中，按目的地址前缀来标记IP数据包，标记以路由表中的路由为基础，允许来自不同源地址的业务数据流向同一个目的地址发送时共享相同的标记和虚信道（VC）连接，可节省标记和提高传输的效率。,（2）边界路由：在这种类型标记中，是指在标记交换网的标记边缘路由器对之间分配标记。其意义是在某些情况下，这种技术使用的标记比目的地址前缀技术会少一些。 （3）业务量调节：在这种类型标记中，是按业务量调整来标记IP数据包，使得加上标记的IP数据包能按指定的、与路由算法选择不同的路由流动，从而允许网络管
15、理员平衡中继线路上的业务负荷。,（4）应用业务流：按应用业务流来标记IP数据包的类型是同时考虑源地址和目的地址，以提供更精确的控制，得到质量保证。例如根据源地址和目的地址之间所需的QoS登记来分配标记。,五、组播支持标记交换利用组播路由协议生成组播树，在形成组播树时会采用生成树算法避免回路的形成。 六、标记交换的优缺点 1标记交换的优点（1）路由信息层次化，使网络具有较强的扩展能力。,（2）标记交换能支持多媒体应用所需的QoS和具有组播能力。 （3）标记交换技术能实现对路由器和ATM主干构成的网络更为简单的管理，因为它将ATM交换机变成了路由器，形成了更加统一的网络模型，因而简化了网络设备的配
16、置和管理。,2标记交换的缺点由于标记交换是Cisco公司的专有技术，并非统一的标准，构建标记交换网络时端到端都要使用Cisco的设备，才能完成通信。,7.3.3 多协议标记交换多协议标记交换（Multi-protocol Label Switching，MPLS）也是一种将ATM与IP相结合的技术，它基于标记交换的机制，在ATM层上直接承载IP业务。,一、多协议标记交换（MPLS）的网络结构MPLS网络与传统IP网络的不同主要在于MPLS域中使用了标记交换路由器（Label Switch Router，LSR），域内部LSR之间使用MPLS协议进行通信，而在MPLS域的边缘由MPLS标记边缘路
17、由器（Label Edge Router，LER）进行与传统IP技术的适配。,二、标记交换路由器（LSR）的基本组成标记交换路由器（LSR）由转发单元和控制单元组成。转发单元包含交换结构和标记转发信息库（Label Forwarding Information Base，LFIB）。,三、标记交换路径（LSP）的建立MPLS可采用下游标记分发或下游按需标记分发的方法来建立标记交换路径（LSP）。 1下游标记分发 2下游按需标记分发下游按需标记分发是指在收到上游节点明显的请求时，才由下游节点分配标记。,四、组播支持IP组播协议有DVMRP，PIM-DM，PIM-SM及MOSPF等，并具有不同的特性。MPLS要能形成点到多点的标记交换路径（LSP），因此，MPLS为IP组播设计了两种组播发布树：有源树和共享树。,1组播数据发布的路径组播发布树有源树是指在一个组播组中，每个源都有一棵发布树，不同的源使用不同的组播发布树。 2建立组播发布树的驱动力建立组播发布树的驱动源有三类：请求驱动、拓扑驱动和数据驱动。,
