第六章__MPLS與幀中繼和ATM的結(jié)合

1、 ATM是一種目前應(yīng)用比較廣泛的基于信元的交換技術(shù)。在ATM交換網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)信元頭部的虛擬通道標(biāo)識(shí)（VPI）和虛擬通路標(biāo)識(shí)（VCI）對信元進(jìn)行交換。 MPLS作為一種具有普適性的技術(shù)，提供了對下層網(wǎng)絡(luò)為ATM的支持。 雖然都屬于分組交換，但ATM交換與傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)不同。 傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)中，路由器讀取IP包頭部中的目的地址信息，將目的地址與路由表中的地址前綴進(jìn)行最長匹配運(yùn)算，以最佳匹配結(jié)果來做出轉(zhuǎn)發(fā)決定。這種匹配運(yùn)算不是定長的部分匹配算法，算法復(fù)雜程度因地址前綴的不同而不同。通常，IP轉(zhuǎn)發(fā)運(yùn)算由軟件或?qū)Ｓ眯酒瓿伞?在ATM交換中，ATM交換網(wǎng)絡(luò)對信元轉(zhuǎn)發(fā)方向的選擇完全根據(jù)信元攜帶的VPI/V

2、CI值決定，進(jìn)行的是針對定長的完全匹配運(yùn)算。定長匹配算法相對比較簡單，通常由硬件完成，因此ATM交換的效率比較高。 MPLS采用的也是以定長匹配算法來提高傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)的效率，某種程度上來說與ATM交換非常相似。 如果直接在ATM網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)用MPLS，VPI/VCI就成了相對意義上的標(biāo)簽，現(xiàn)有的ATM交換機(jī)只需要做較少的改動(dòng)就可以支持MPLS（主要是對MPLS信令的擴(kuò)展）。 以ATM交換機(jī)作為標(biāo)簽交換路由器的應(yīng)用。這些ATM交換機(jī)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)層的路由選擇協(xié)議，而其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)就根據(jù)這些路由選擇協(xié)議的路由選擇結(jié)果，不需要ATM專用的路由選擇或?qū)ぶ贩绞?。這類ATM交換機(jī)稱為ATM_LSR。 通常ATM_LSR

3、使用下游按需標(biāo)簽分配方式，特別是對于不支持VC合并的ATM交換機(jī)。 由標(biāo)簽交換控制部件（Label Switching Control Component）控制的ATM接口稱為LC-ATM即標(biāo)簽交換控制的ATM接口。這類接口上傳輸?shù)陌鼮榧由蠘?biāo)簽的包，其標(biāo)簽棧頂部的標(biāo)簽在VPI/VCI域中。 ATM_LSR之間通過標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議LDP來協(xié)商決定標(biāo)簽使用部分還是全部VPI/VCI域。 一個(gè)ATM_LSR通常具有若干個(gè)LC-ATM接口，這些接口之間以標(biāo)簽方式傳輸數(shù)據(jù)包，而標(biāo)簽分配過程則通過ATM_LSR之間的非標(biāo)簽接口進(jìn)行。當(dāng)然ATM_LSR為了和其他標(biāo)簽交換路由器或非標(biāo)簽交換路由器連接，也可以具有一

4、般的非標(biāo)簽或標(biāo)簽傳輸接口（如一般的ATM接口或基于幀的標(biāo)簽接口）。 通常LC-ATM接口同時(shí)支持直接的和基于幀的標(biāo)簽接口相連。 MPLS架構(gòu)的規(guī)定相當(dāng)靈活，但由于硬件和ATM標(biāo)準(zhǔn)的約束， ATM_LSR具有一定的特殊性，在于：由于標(biāo)簽交換過程基于信元頭中特定的域（VCI或VPI/VCI），所以標(biāo)簽的位置和長度就受到了限制。一般的ATM_LSR不支持多點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)（樹形）的VC連接，即大多數(shù)ATM_LSR不支持VC合并。由于受到ATM信元格式的限制， ATM_LSR通常不支持IP路由器對IP包頭所進(jìn)行的TTL遞減操作功能。 ATM交換機(jī)通過ATM接口互連在一起，構(gòu)成一個(gè)ATM交換網(wǎng)絡(luò)，具有A

5、TM_SAR（分割及拼接子層）接口的路由器通過ATM交換機(jī)的ATM接口接入ATM交換網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)ATM交換網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)子網(wǎng)，如下圖所示： 路由器之間通過由人工配置或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（PNNI）協(xié)議建立的永久虛電路（PVC）或交換虛電路（SVC）連接。 在這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，路由器只是邊緣設(shè)備，用于將各個(gè)子網(wǎng)接入由ATM交換機(jī)構(gòu)成的ATM交換網(wǎng)絡(luò)。ATM交換網(wǎng)絡(luò)ATM交換機(jī)PVCR2R1ATM SAR接口ATM SAR接口用ATM交換網(wǎng)連接具有ATM SAR接口的路由器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)IP報(bào)文LICHCS_PDUTATMHATMHATMHIP報(bào)文LLC幀AAL5 CS_PDU信元IPLLCAAL5ATM

6、物理層IPLLCAAL5ATM物理層ATM物理層ATM物理層ATM物理層ATM物理層路由器路由器ATM交換機(jī)ATM交換機(jī)報(bào)文格式轉(zhuǎn)換 由于ATM接口具有廣域網(wǎng)范圍的傳輸距離和高速傳輸速率，很適合作為IP骨干路由器的接口。 用帶有ATM接口的IP骨干路由器構(gòu)成的IP主干網(wǎng)如下圖所示：RAR1R3R4R2RBATM接口網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物理層協(xié)議結(jié)構(gòu)IPMPLSLLCAAL5ATM物理層MPLSLLCAAL5ATM物理層IPIPMP

7、LSLLCAAL5ATM物理層MPLSLLCAAL5ATM物理層MPLSLLCAAL5ATM物理層MPLSLLCAAL5ATM物理層RAR1R3RBMPLS協(xié)議結(jié)構(gòu)IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物理層ATM物理層ATM物理層ATM物理層ATM物理層ATM_LSR協(xié)議結(jié)構(gòu) 一個(gè)ATM_LSR由四部分構(gòu)成：路由控制部分：通過和相鄰ATM_LSR交換路由信息，生成路由表。標(biāo)簽交換控制部分：完成標(biāo)簽的分配、分發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)表的建立。標(biāo)簽交換控制ATM接口：對攜帶標(biāo)簽的報(bào)文（ATM信元）直接進(jìn)行交換。ATM交換硬件：負(fù)責(zé)信元交換和標(biāo)簽替換。路由控制部分標(biāo)簽交換控制部分ATM交換硬件LC

8、-ATMLC-ATMLC-ATMLC-ATMOSPF、RIPLDP、RSVPATM_LSR結(jié)構(gòu)M 保留保留最小VPI最大VPI最小VCI最大VCIATM_LSR標(biāo)簽空間定義2Byte2Byte00保留ATM標(biāo)簽（0201H）V長度VPIVCIATM_LSR使用的標(biāo)簽格式111416輸入接口n輸入標(biāo)簽VCI/VPI/VPI+VCI輸出接口m輸出標(biāo)簽VCI/VPI/VPI+VCI轉(zhuǎn)發(fā)表格式 通過特定的VPI或VCI字段值，LC-ATM可以區(qū)分出是攜帶標(biāo)簽的報(bào)文（直接交換的ATM信元），還是需要高層處理的沒有攜帶標(biāo)簽的報(bào)文（不能直接轉(zhuǎn)發(fā)的ATM信元）。 這里不能直接轉(zhuǎn)發(fā)的ATM信元是指用來組成LDP

9、消息、路由協(xié)議消息的ATM信元，這些ATM信元必須在LC-ATM重新裝配成AAL5幀格式，再送交高層進(jìn)行處理。 如果一個(gè)ATM_LSR的所有接口都是LC-ATM，那么它就屬于非邊緣ATM_LSR（核心ATM_LSR）。 如果ATM_LSR的若干接口屬于LC-ATM，但存在其他類型的網(wǎng)絡(luò)接口，那么它就屬于邊緣ATM_LSR。 其他網(wǎng)絡(luò)通過邊緣ATM_LSR接入由ATM_LSR構(gòu)成的MPLS域（ATM_LSR域），邊緣ATM_LSR就作為ATM_LSR域的入口或出口節(jié)點(diǎn)。 ATM交換機(jī)通過標(biāo)簽控制部件支持標(biāo)簽交換，標(biāo)簽控制包括標(biāo)簽分配、發(fā)布以及維護(hù)過程。 標(biāo)簽綁定信息可以通過多種方式傳遞，主要是使

10、用LDP。 標(biāo)簽控制部件只使用從網(wǎng)絡(luò)層路由選擇協(xié)議（如OSPF,RIP等）直接得到的信息。 在某些情況下，標(biāo)簽綁定信息可能通過其他協(xié)議發(fā)布，如RSVP、BGP等（此時(shí)，ATM交換機(jī)應(yīng)該支持這些協(xié)議）。 標(biāo)簽交換是通過將標(biāo)簽值與轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類FEC相關(guān)聯(lián)，從而使用標(biāo)簽及其互換實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。 在ATM_LSR應(yīng)用中，標(biāo)簽值攜帶在VPI/VCI域或VCI域中。 ATM_LSR之間還需要一個(gè)連接來傳送非標(biāo)簽的IP包，用于傳送LDP或路由選擇協(xié)議包。 目前討論的LSP建立過程只涉及兩種ATM_LSR連接方式：直接連接方式：相鄰兩個(gè)ATM_LSR直接通過LC-ATM相連，中間不經(jīng)過任何ATM交換機(jī)。VPI

11、、VCI及其組合均可作為標(biāo)簽分配。通過ATM虛通道相連：相鄰兩個(gè)ATM_LSR可以通過一個(gè)ATM交換網(wǎng)互連，ATM_LSR接入ATM交換網(wǎng)的接口都是LC-ATM。VPI用來識(shí)別ATM交換網(wǎng)在兩個(gè)ATM_LSR之間建立的虛通道，所以只能用ATM信元的VCI作為信元的標(biāo)簽。 在根據(jù)目的IP地址確定FEC的應(yīng)用中，多個(gè)不通發(fā)送者到同一接收者的多條LSP可以在一些中間節(jié)點(diǎn)合并，這種合并可以節(jié)省有限的標(biāo)簽資源，也減少了轉(zhuǎn)發(fā)表中的記錄項(xiàng)，從而提高LSR的轉(zhuǎn)發(fā)速率。 在ATM_LSR中VC的合并并不容易實(shí)現(xiàn)。因?yàn)楹喜⒑蟪隹贚SR無法根據(jù)相同的VPI/VCI來區(qū)分屬于不同IP報(bào)文的ATM信元，從而導(dǎo)致裝配過程

12、無法進(jìn)行。所以在ATM_LSR中通常不支持VC合并。 VC合并的方法：將VPI作為標(biāo)簽，而將VCI用作區(qū)分不同發(fā)送者的標(biāo)識(shí)符。這樣將大大降低標(biāo)簽的分配空間。ATM_LSR將屬于同一IP報(bào)文的信元全部收齊后，再連續(xù)從輸出接口轉(zhuǎn)發(fā)出去，這樣可以保證出口LSR連續(xù)接收到的一組ATM信元肯定屬于同一IP報(bào)文，但這樣增加了ATM信元的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延、可能導(dǎo)致QoS無法實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也增加了對緩沖器的要求。 一般的LSR每次轉(zhuǎn)發(fā)MPLS報(bào)文，都對MPLS首部中TTL字段值減一，如果發(fā)現(xiàn)TTL字段值為0，表示該MPLS報(bào)文可能進(jìn)入了環(huán)路，予以丟棄。 但ATM_LSR只根據(jù)ATM信元首部的VPI/VCI字段進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，A

13、TM信元首部不涉及任何有關(guān)IP報(bào)文的TTL信息，因此對進(jìn)入ATM_LSR域的MPLS報(bào)文的TTL操作只能在邊緣LSR上進(jìn)行。 幀中繼網(wǎng)互連IP路由器的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示： 兩個(gè)路由器可以通過幀中繼信令協(xié)議在幀中繼網(wǎng)絡(luò)中建立一條交換虛電路（SVC），或通過配置幀中繼網(wǎng)絡(luò)建立永久虛電路（PVC）。 建立的虛電路（VC）用數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識(shí)符（DLCI）予以標(biāo)識(shí)，幀中繼網(wǎng)絡(luò)中的幀中繼交換機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)幀所攜帶的DLCI來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，這個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制和MPLS的標(biāo)簽交換轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制非常類似。FRRBFRFRFRRA幀中繼交換機(jī)幀中繼交換網(wǎng)UNIUNI用幀中繼網(wǎng)絡(luò)互連IP路由器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)路由器B幀中繼交換機(jī) 幀中

14、繼交換機(jī) 幀中繼交換機(jī) IPLLCLAPF(核心)物理層IPLLCLAPF(核心)物理層LAPF(核心)物理層LAPF(核心)物理層LAPF(核心)物理層LAPF(核心)物理層路由器A 協(xié)議結(jié)構(gòu) IP報(bào)文LICHLAPEHIP報(bào)文LLC幀幀中繼數(shù)據(jù)幀報(bào)文格式轉(zhuǎn)換 這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將幀中繼交換網(wǎng)絡(luò)作為核心設(shè)網(wǎng)絡(luò)，路由器作為邊緣設(shè)備，如果在路由器兩兩之間建立PVC，需要建立O（ ）條PVC。 另外，由于網(wǎng)絡(luò)不是以路由器為核心的網(wǎng)絡(luò)，其控制能力和靈活性很受限制，這些都對幀中繼網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建大型IP主干網(wǎng)絡(luò)造成一定的困難。 和ATM交換網(wǎng)絡(luò)一樣，構(gòu)建大型IP主干網(wǎng)絡(luò)的路由器可以是具有幀中繼接口的高速IP

15、路由器。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 雖然這種由帶幀中繼接口的路由器構(gòu)成的IP主干網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和用幀中繼網(wǎng)絡(luò)互連IP路由器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常類似，但從邊緣路由器A傳送報(bào)文到邊緣路由器B的協(xié)議結(jié)構(gòu)和報(bào)文格式轉(zhuǎn)換都發(fā)生了重大變化。2nFR1RBFR2FR3FR4RA帶幀中繼接口的路由器構(gòu)成的IP主干網(wǎng)絡(luò)帶幀中繼接口的路由器 在上圖中，所有接口都是幀中繼接口的路由器稱為核心路由器，而帶有非幀中繼接口的路由器稱為邊緣路由器，即便是核心路由器，也必須將從幀中繼接口接收到的數(shù)據(jù)幀還原成IP報(bào)文，把IP報(bào)文提交網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議處理。 由于IP報(bào)文在每個(gè)帶幀中繼接口的路由器都要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)操作（如報(bào)文過濾等），同時(shí)需要根

16、據(jù)IP報(bào)文的目的IP地址對路由表目的IP地址進(jìn)行最長匹配，從而確定下一跳路由器和轉(zhuǎn)發(fā)路徑，其處理IP報(bào)文的過程比較復(fù)雜，因此降低了帶幀中繼接口的路由器的IP報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)速率。IPLLCLAPF(核心)物理層IPLLCLAPF(核心)物理層IPLLCLAPF(核心)物理層IPLLCLAPF(核心)物理層IPLLCLAPF(核心)物理層IPLLCLAPF(核心)物理層路由器A路由器B帶幀中繼接口路由器帶幀中繼接口路由器由帶幀中繼接口的路由器構(gòu)成的IP網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議結(jié)構(gòu) 引進(jìn)MPLS技術(shù)后，通過LSP的信令協(xié)議（如LDP、擴(kuò)展RSVP）在邊緣路由器A和B之間建立LSP，并利用標(biāo)簽交換轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制從邊緣路由器A

17、把數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到邊緣路由器B，通過LSP傳輸數(shù)據(jù)所涉及到的協(xié)議結(jié)構(gòu)如下圖所示：MPLSLLCLAPF(核心)物理層MPLSLLCLAPF(核心)物理層MPLSLLCLAPF(核心)物理層MPLSLLCLAPF(核心)物理層MPLSLLCLAPF(核心)物理層IPMPLSLLCLAPF(核心)物理層IP路由器A路由器B帶幀中繼接口LSR帶幀中繼接口LSR網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu) 在上面的結(jié)構(gòu)中，雖然采用了標(biāo)簽交換技術(shù)，但MPLS報(bào)文的標(biāo)簽和幀中繼的數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識(shí)符（DLCI）是兩個(gè)相互獨(dú)立的符號(hào)空間。 在每一個(gè)帶幀中繼接口的標(biāo)簽交換路由器中，從幀中繼接口接收到的LSPF幀必須先還原成MPLS報(bào)文，然后再對

18、MPLS報(bào)文進(jìn)行交換，在輸出端口又必須把MPLS報(bào)文重新封裝成LAPF幀，從幀中繼接口中輸出，這個(gè)過程仍然十分復(fù)雜。 IP交換網(wǎng)絡(luò)的實(shí)質(zhì)是把交換功能和路由功能有機(jī)地集成在一起，這種把交換功能和路由功能有機(jī)地集成在一起的帶幀中繼接口的LSR稱之為幀中繼LSR（FR_LSR）。 對于幀中繼LSR，首先把標(biāo)簽空間統(tǒng)一到DLCI空間，直接將它作為標(biāo)簽放置在LAPF幀首部。 其次，幀中繼LSR直接對LSPF幀進(jìn)行交換，這種交換過程與幀中繼交換機(jī)完全一樣。 作為幀中繼LSR和原始的幀中繼交換機(jī)最大不通的是前者通過傳統(tǒng)的路由協(xié)議和標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議建立LSP，而不是用專用的信令協(xié)議來建立VC，它真正將幀中繼交換功

19、能和路由功能有機(jī)地集成到了一起。幀中繼LSR幀中繼LSR IPLLCLAPF(核心)物理層IPLLCLAPF(核心)物理層LAPF(核心)物理層LAPF(核心)物理層LAPF(核心)物理層LAPF(核心)物理層路由器A 幀中繼LSR構(gòu)成的IP交換網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu) 用FR_LSR構(gòu)成的IP交換網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)如下圖所示： 在下圖中，核心FR_LSR本身是一個(gè)LSR，運(yùn)行傳統(tǒng)的IP路由協(xié)議和標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議；但在進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文交換時(shí)，其功能和效率完全等同于一個(gè)幀中繼交換機(jī)。這就是IP交換網(wǎng)絡(luò)的精髓，既具有路由控制功能，又有交換機(jī)的交換速率。 一個(gè)FR_LSR由四部分構(gòu)成：路由控制部分：運(yùn)行傳統(tǒng)的IP路由協(xié)議生成

20、路由表。標(biāo)簽交換控制部分：通過標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議生成、綁定、分發(fā)標(biāo)簽。標(biāo)簽交換控制幀中繼接口（LC-FR）：對攜帶標(biāo)簽的LAPF（核心）幀直接進(jìn)行交換。幀中繼交換硬件：負(fù)責(zé)LAPF（核心）幀交換和標(biāo)簽替換。路由控制部分標(biāo)簽交換控制部分幀中繼交換硬件LC-FRLC-FRLC-FRLC-FROSPF、RIPLDP、RSVPFR_LSR結(jié)構(gòu)保留保留長度最小DLCI最大DLCIFR_LSR標(biāo)簽空間定義223700保留FR標(biāo)簽（0202H）長度最大DLCIFR_LSR使用的標(biāo)簽格式111416 LC-FR通過檢測LAPF（核心）幀的DLCI字段，確定接收到的LAPF（核心）幀是否是攜帶標(biāo)簽的數(shù)據(jù)幀。如果是，則直接通過幀中繼交換硬件交換轉(zhuǎn)發(fā)，否則送交上層協(xié)議處理。 這種檢測通過判別LAPF（核心）幀的DLCI字段值是否是某個(gè)特定值完成，對于不能直接轉(zhuǎn)發(fā)的LAPF（核心）幀，如封裝LDP消息、路由協(xié)議報(bào)文的L