現(xiàn)代交換原理論文

1、摘要： IP交換（IP Switch）是Ipsilon公司開發(fā)的一種高效的IP over ATM技術(shù)。它只對數(shù)據(jù)流的第一個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由地址處理，按路由轉(zhuǎn)發(fā)，隨后按已計(jì)算的路由在ATM網(wǎng)上建立虛電路VC。以后的數(shù)據(jù)包沿著VC以直通（Cut-Through）方式進(jìn)行傳輸，不再經(jīng)過路由器，從而將數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速度提高到第2層交換機(jī)的速度。IP交換的核心思想就是對用戶業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類。對持續(xù)時(shí)間長、業(yè)務(wù)量大、實(shí)時(shí)性要求較高的用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流直接進(jìn)行交換傳輸，用ATM虛電路來傳輸；對持續(xù)時(shí)間短、業(yè)務(wù)量小、突發(fā)性強(qiáng)的用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流，使用傳統(tǒng)的分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行傳輸。由此產(chǎn)生了一系列新的交換技術(shù)，如IP交換、

2、標(biāo)簽交換、ARIS、IPOA、LANE、MPOA、MPLS等。關(guān)鍵字： ATM IP交換 融合正文：隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，人們已經(jīng)快速地進(jìn)入了信息時(shí)代，Internet遍布全球各個(gè)角落，已成為全球最大的公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。以IP協(xié)議為基礎(chǔ)的Internet的迅猛發(fā)展，使得IP成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境的當(dāng)然標(biāo)準(zhǔn)和開放式系統(tǒng)平臺。帶寬網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向是把先進(jìn)的ATM交換技術(shù)和最普及的IP技術(shù)融合起來，因此產(chǎn)生了一系列新的交換技術(shù)，如IP交換、標(biāo)簽交換、ARIS、IPOA、LANE、MPOA、MPLS等。IP交換的本質(zhì)都是通過IP進(jìn)行選路，建立基于AMT面向連接的傳輸通道，將IP封裝在ATM信元中，IP

3、分組以ATM信元形式在信道中傳輸和交換，從而使IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)速度提高到了交換的速度。根據(jù)IP與ATM融合方式的不同，其實(shí)現(xiàn)模式可分為兩大類：重疊模型和集成模型。在重疊模型中，IP運(yùn)行在ATM之上，IP選路和ATM選路相互獨(dú)立，系統(tǒng)需要兩種選路協(xié)議：IP選路協(xié)議和ATM選路協(xié)議。系統(tǒng)中的ATM端點(diǎn)具有兩個(gè)地址：ATM地址和IP地址，并且具有地址解析功能，支持地址解析協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)MAC地址與ATM地址或IP地址與ATM地址的映射。集成模型只使用IP地址和IP選路協(xié)議，不使用ATM地址和選路協(xié)議，即具有一套地址和一種選路協(xié)議，因此也不需要地址解析功能。集成模型需要另外的控制協(xié)議將三層的選路映射到二層

4、的直通交換上。集成模型通常也采用ATM交換結(jié)構(gòu)，但它不使用ATM信令，而是采用比ATM信令簡單的信令協(xié)議來完成連接的建立。重疊模型與集成模型的比較特性重疊模型集成模型地址二套（IP和ATM地址）一套（IP地址）選路協(xié)議IP和ATM選路協(xié)議IP選路協(xié)議地址解析功能需要不需要ATM信令需要不需要IP映射至直通連接專用協(xié)議不需要需要 IP交換技術(shù)產(chǎn)生的原因 IP實(shí)際上已經(jīng)成為了網(wǎng)際互連事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，而幾乎所有新的應(yīng)用程序、以及現(xiàn)有的許多應(yīng)用程序，都是在IP網(wǎng)絡(luò)上編寫并運(yùn)行。IP在任何平臺上都得到支持，已被證明是非常穩(wěn)定、具有很強(qiáng)可擴(kuò)展性的協(xié)議。目前，很多應(yīng)用正在將對IP協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，IntSer

5、v (Integrated Service Architecture綜合服務(wù)體系結(jié)構(gòu))就是這種改進(jìn)之一，它能夠使基于IP的網(wǎng)絡(luò)支持實(shí)時(shí)服務(wù)，IntServ具有RSVP和流量控制。其中，RSVP是IP主機(jī)、路由器用來向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送QoS請求的信令協(xié)議；而IntServ流量控制運(yùn)行于路由器中，為交付請求QoS提供路由器資源。有關(guān)RSVP/Intserv的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)考慮兩個(gè)重要的方面:1)在數(shù)據(jù)路徑中引入流分類和分組調(diào)度，要求路由器具有相當(dāng)分組處理能力；2)如果路由器到路由器，或者是主機(jī)到路由器的數(shù)據(jù)鏈路不支持QoS(如以太網(wǎng))，則RSVP/IntServ性能將大打折扣。 現(xiàn)今，通過IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送音頻和視頻

6、流(如Real Audio、Internet Phone等)已經(jīng)非常熱門。實(shí)時(shí)傳播協(xié)議(RTP)是一種新的應(yīng)用層成幀協(xié)議（不是一種真正的傳輸協(xié)議），它能夠使實(shí)時(shí)應(yīng)用程序在IP網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)。多媒體流經(jīng)過編碼、封裝處理后，形成RTP分組，通過UDP/IP在單點(diǎn)、多點(diǎn)廣播會話中傳輸。因?yàn)?，RTP分組具有定時(shí)、定序和負(fù)載標(biāo)識信息，因此一旦開始幾個(gè)幀到達(dá)，接收方就能開始“播放”多媒體流。RTP將是支持所有視頻和音頻編碼(RFC1890)的標(biāo)準(zhǔn)，并將用于H.323視頻會議以及多媒體服務(wù)器。其中，多媒體服務(wù)器和視頻會議的將采用新的RTSP(實(shí)時(shí)發(fā)送協(xié)議)，通過RTCP(實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議)為RTP提供反饋、

7、統(tǒng)計(jì)的附屬控制協(xié)議。 Internet上出現(xiàn)的另外一項(xiàng)技術(shù)是IP多點(diǎn)廣播，它能夠使一個(gè)或多個(gè)發(fā)送者將分組發(fā)送給組地址，而不是單個(gè)主機(jī)。其中，那些希望參加某一特定組的接收者，需要將含有組地址的IGMP"加入消息”發(fā)送給最鄰近的路由器，然后路由器使用多點(diǎn)廣播路由協(xié)議(例如DVMRP、PIM等)建立從源到所有接收者的分發(fā)樹。接收者在任何時(shí)候可以動態(tài)地參加或離開某個(gè)多點(diǎn)廣播組。支持IP多點(diǎn)廣播的應(yīng)用包括：音頻/視頻會議、“push"技術(shù)(如股票行情、運(yùn)動記分、廣告)和虛擬現(xiàn)實(shí)游戲。 傳統(tǒng)的基于TCP/IP的應(yīng)用所引起的IP數(shù)據(jù)流量的大量增長，實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的產(chǎn)生以及商業(yè)上IP多點(diǎn)廣播

8、應(yīng)用的增加，就要求網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施具備可伸縮的帶寬、支持實(shí)時(shí)應(yīng)用（QoS)服務(wù)、具備有效IP多點(diǎn)廣播并能夠與現(xiàn)有IP路由器的互操作的能力。 目前，市場上新問世的一些產(chǎn)品能夠解決上述問題，即千兆位路由器。某些廠商也稱之為第三層甚至第四層交換。實(shí)際上這些設(shè)備都是基于路由器的技術(shù)，只是采用Cache(高速緩存)和分布式路由轉(zhuǎn)發(fā)表的技術(shù)，來提高路由器的處理能力。其實(shí)質(zhì)還是按IP包轉(zhuǎn)發(fā)，所以稱之為千兆位路由器更為恰當(dāng)。雖然有關(guān)千兆位路由器技術(shù)的研究還在繼續(xù)，但是其設(shè)備的成本除了最富有的服務(wù)供應(yīng)商外，一般用戶難以承受。IP路由以及有關(guān)分組處理是否能夠與基于ATM信息交換同樣有效，這些都是未知數(shù)。 事實(shí)上，交換

9、能夠滿足上述所有要求，因此交換現(xiàn)在已是必不可少的部分。ATM交換技術(shù)還特別地支持以下特性:可伸縮的帶寬，從T1至OC48和更高；多交通類別和QoS；基于硬件的多點(diǎn)廣播；與基于幀交換的互操作性；高硬件價(jià)格和端口密度。本文所集中討論的是基于ATM或其它第二層交換技術(shù)，并與IP應(yīng)用充分融合的，真正意義上的IP交換技術(shù)。也就是說，以ATM的速度和多種服務(wù)功能來運(yùn)載靈活的IP數(shù)據(jù)流的新技術(shù)。 因?yàn)镮P現(xiàn)在及將來都是主要的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且ATM具有IP發(fā)展所需要的基本服務(wù)，所以研制使IP路由/轉(zhuǎn)發(fā)能夠發(fā)揮ATM交換優(yōu)勢的解決方案是絕對有意義的。IP交換技術(shù)原理 分組交換和數(shù)據(jù)報(bào)交換一樣。也采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，

10、但不像數(shù)據(jù)報(bào)交換是以整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)為單位進(jìn)行傳輸，而是將用戶要發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)分割為定長的一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)分組（包），并附上目的地址（或標(biāo)記），按順序送分組交換網(wǎng)發(fā)送，分組交換可以采用兩種不同方式來處理這些分組。（1）報(bào)文傳輸分組交換報(bào)文傳輸分組交換與報(bào)文交換相似，只是將每一分組都當(dāng)成一個(gè)小報(bào)文來獨(dú)立處理，故報(bào)文傳輸分組交換中每個(gè)分組均帶有目的地址。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備對每個(gè)分組都要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜玩溌坟?fù)荷情況進(jìn)行路由選擇，因鏈路負(fù)荷是動態(tài)的，故一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)所包含的各分組，可能通過不同途徑到達(dá)目的地，分組到達(dá)終端的順序也有可能被打亂，這時(shí)要求目的節(jié)點(diǎn)或終端負(fù)責(zé)將分組重新排序、組裝為報(bào)文。（2）虛（邏輯）電路傳輸分組交換

11、虛電路傳輸分組交換要求在發(fā)送某一群分組前，建立一條雙方終端間的虛電路。一旦虛電路建立后，屬同一數(shù)據(jù)報(bào)的所有分組均沿這條虛電路傳輸，通信結(jié)束后拆除該虛電路。通過撥號建立的虛電路稱為交換型虛電路（SVC）；固定連接的虛電路則稱為永久型虛電路（PVC）。虛電路傳輸分組交換類似電路交換，虛電路傳輸分組交換通過節(jié)點(diǎn)交換機(jī)將一段段虛鏈路連接起來形成一條收發(fā)終端間的虛電路。虛電路的“虛”字意味著只有傳送分組時(shí)才占有物理電路，不傳時(shí)則讓給別的用戶使用。這樣在一條物理電路上用統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式可同時(shí)建立若干條虛電路，提高了線路的利用率。電路交換與虛電路交換十分相似，都需要在通信前建立一條端到端的物理電路或虛電路，結(jié)束

12、通信后拆除這條電路，這種交換方式稱為面向連接的交換方式。面向連接的交換方式往往需要在相關(guān)連的一群分組頭上附加一個(gè)標(biāo)記，節(jié)點(diǎn)設(shè)備根據(jù)該標(biāo)記進(jìn)行交換接續(xù)。在報(bào)文交換與報(bào)文傳輸分組交換中，交換途經(jīng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)或分組的目的地址重新尋找最佳路由，通信雙方在端對端之間并不存在物理或邏輯上的連接。因此也常將報(bào)文交換和報(bào)文傳輸分組交換稱為面向非連接的交換方式。為了與面向連接的節(jié)點(diǎn)交換設(shè)備相區(qū)別，一般將面向無連接的節(jié)點(diǎn)設(shè)備稱為路由器。IP技術(shù)和ATM技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，如果將兩者結(jié)合起來，即將IP路由的靈活性和ATM交換的高速性結(jié)合起來，技術(shù)互補(bǔ)，將有效解決網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中困擾人們的諸多問題。為此，業(yè)界內(nèi)

13、的一些大公司、研究機(jī)構(gòu)紛紛提出了許多IP與ATM融合的新技術(shù)，如Ipsilon公司提出的IP交換（IP switch），LANE(局域網(wǎng)仿真技術(shù))、MPOA(ATM上的多種協(xié)議技術(shù))、MPOA(ATM上的多種協(xié)議技術(shù))、MPLS(多協(xié)議標(biāo)記交換)等?，F(xiàn)對這幾種流行技術(shù)進(jìn)行簡單的介紹：1.LANE(局域網(wǎng)仿真技術(shù))ATM論壇定義的局域網(wǎng)仿真(LANE)技術(shù)為在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳送現(xiàn)有的LAN協(xié)議創(chuàng)造了條件。采用ATM局域網(wǎng)仿真技術(shù)時(shí)，對原局域網(wǎng)用戶來說，ATM交換網(wǎng)絡(luò)的各種功能(如呼叫建立、信元拆裝等)都是透明的，原局域網(wǎng)終端的硬件和軟件系統(tǒng)不需做任何改動，即可利用ATM網(wǎng)絡(luò)提供的高速直達(dá)數(shù)據(jù)鏈路傳

14、送LAN協(xié)議包。由ATM層替代傳統(tǒng)LAN的MAC子層，成為物理層和邏輯鏈路之間的一層，因此局域網(wǎng)邏輯鏈路層以上的軟件可以不做任何改動。LANE可以支持任何局域網(wǎng)的高層協(xié)議(如IP,IPX等)。LANE的服務(wù)體系是基于CLIENT/SERVER的查詢和響應(yīng)模型。在一個(gè)仿真的局域網(wǎng)絡(luò)(ELAN)中，需要配置局域網(wǎng)仿真客戶機(jī)(LEC)、局域網(wǎng)仿真配置服務(wù)器(LECS)、局域網(wǎng)仿真服務(wù)器(LES)和廣播/未知服務(wù)器(BUS)。LEC是所仿真的局域網(wǎng)的端系統(tǒng)，它向現(xiàn)有局域網(wǎng)提供MAC層的服務(wù)接口，代理原局域網(wǎng)中的所有終端向ATM網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，完成地址解析，實(shí)現(xiàn)整個(gè)ELAN中的所有終端間的通信。LECS負(fù)

15、責(zé)保存仿真局域網(wǎng)中的局域網(wǎng)仿真客戶機(jī)(LEC)配置信息，并向新安裝的LEC發(fā)送LES的ATM地址，每個(gè)管理域只有一個(gè)LECS，它可為一個(gè)或多個(gè)仿真局域網(wǎng)(ELAN)提供服務(wù)。LES負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)MAC地址與ATM地址的映射功能，每個(gè)ELAN只有一個(gè)LES，每個(gè)LES有一個(gè)專有的ATM地址來標(biāo)識。BUS負(fù)責(zé)處理廣播及未知的MAC地址，在仿真局域網(wǎng)內(nèi)提供廣播和組播傳送功能。LEC是如何與LES進(jìn)行通信完成地址解析并把用戶數(shù)據(jù)通過ATM數(shù)據(jù)直達(dá)鏈路傳送給另一個(gè)真地址解析協(xié)議(LE-ARP)請求，詢問收端的ATM地址。如果收端已在LES上注冊，則LES就在LE-ARP應(yīng)答中將收端ATM地址返回給發(fā)ARP請求

16、轉(zhuǎn)發(fā)給ELAN上的所有LEC，收端LEC收到該請求后，就在LE-ARP應(yīng)答中將自己的ATM地址返回給LES，再由LES返回就通過ATMSVC呼叫建立到收端的虛連接，并在其上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。LANE對局域網(wǎng)從MAC層進(jìn)行仿真，屏蔽了網(wǎng)絡(luò)層以及其上的高層協(xié)議，從而使ATM網(wǎng)絡(luò)可以支持多種協(xié)議的傳送。這既是它的優(yōu)點(diǎn)，也是它的缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是為LAN用戶的互連創(chuàng)造了便利條件，缺點(diǎn)是無法利用ATM的多業(yè)務(wù)及相應(yīng)的特性，網(wǎng)絡(luò)層的QOS(如IP協(xié)議中的RSVP)也無法對應(yīng)到ATM交換結(jié)構(gòu)中，同時(shí)由于最大幀大長度的限制，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)展也受到限制;而且兩個(gè)ELAN內(nèi)的用戶進(jìn)行通信時(shí)要經(jīng)過路由器，仍不能完全解決路由器瓶

17、頸問題;最后，一個(gè)ELAN目前只能同時(shí)仿真一種局域網(wǎng)，不能完成異種局域網(wǎng)的轉(zhuǎn)換問題。2.MPOA(ATM上的多種協(xié)議技術(shù))為了克服LANE和CIPOA的局限性，ATM論壇推出了ATM上的多協(xié)議規(guī)范(MPOA)。MPOA集成了LANE、CIPOA、NHRP和Mars規(guī)范的功能，同時(shí)還引入了虛擬路由器的概念。MPOA是一個(gè)功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)層路由解決方案，使任何具有MPOA功能的設(shè)備都可以和另一臺設(shè)備通過ATM交換建立直接連接，不必再經(jīng)過中間的路由器。這種直接跨越ATM網(wǎng)絡(luò)建立直接連接的技術(shù)有時(shí)也稱為“直通”或“零跳”路由。MPOA實(shí)際上采用了三種互補(bǔ)的技術(shù)來構(gòu)成其基本功能：ATM論壇的局域網(wǎng)仿真(L

18、ANE)協(xié)議、IETF的下一跳解析協(xié)議(NHRP)以及虛擬路由器的概念。LANE是在ATM上仿真第二層的局域網(wǎng)技術(shù)，使得ATM透明于上層應(yīng)用，是MPOA的一個(gè)內(nèi)部組成部分，適用于子網(wǎng)內(nèi)部的通信。NHRP提供了一種擴(kuò)展的地址解析協(xié)議，是基于網(wǎng)絡(luò)層的尋址技術(shù)，允許下一跳的客戶在不同的邏輯子網(wǎng)間發(fā)送查詢，從而允許子網(wǎng)間直接建立ATM連接，讓確定的數(shù)據(jù)流不需使用中間的路由器。虛擬路由器是指將傳統(tǒng)路由器的功能分離到網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)不同的組成部分中去，也就是說，將網(wǎng)絡(luò)中一系列設(shè)備集合共同完成傳統(tǒng)路由器在網(wǎng)絡(luò)中的功能，從而降低了成本，提高了效率。MPOA標(biāo)準(zhǔn)模型包括三個(gè)部分：邊界設(shè)備、ATM直連主機(jī)和路由服務(wù)器。

19、邊界設(shè)備使用網(wǎng)絡(luò)層和MAC層目的地址在傳統(tǒng)的局域網(wǎng)與ATM接口間傳送數(shù)據(jù)包，以使傳統(tǒng)的局域網(wǎng)能夠通過ATM進(jìn)行高效傳輸。ATM直連主機(jī)具有能夠?qū)崿F(xiàn)多協(xié)議信息傳輸標(biāo)準(zhǔn)功能的ATM網(wǎng)絡(luò)接口卡，它允許ATM直連主機(jī)的相互通信，并允許ATM直連主機(jī)通過邊界設(shè)備與傳統(tǒng)局域網(wǎng)進(jìn)行通信。路由服務(wù)器是一組功能的集合體，它既可由作為單個(gè)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，也可在現(xiàn)有路由器和交換機(jī)中構(gòu)建，它使用某些路由協(xié)議算法和構(gòu)造響應(yīng)MPOA系統(tǒng)的請求。它完成網(wǎng)絡(luò)層對ATM層地址的映射，對未知的服務(wù)器的多路廣播以及對網(wǎng)絡(luò)層、MAC層和ATM地址的維護(hù)功能。MPOA系統(tǒng)規(guī)定了具體實(shí)現(xiàn)某種功能的邏輯組成部件：MPOA客戶(MPC)和MPOA

20、服務(wù)器(MPS)，它們可以在不同的硬件配置上實(shí)現(xiàn)。MPC檢測通信流，一旦發(fā)現(xiàn)就請求MPS為其提供收端的ATM地址，得到該地址后通過SVC呼叫建立到收端的ATM連接，并在其上傳送數(shù)據(jù);MPS負(fù)責(zé)維護(hù)本地的網(wǎng)絡(luò)層、MAC層和ATM地址信息以及路由表，MPS處理來自MPC的址解析請求并作出應(yīng)答，MPS之間通過NHRP進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，以解決跨子網(wǎng)的地址解析問題。MPOA的實(shí)質(zhì)是虛擬路由技術(shù)，即使用邊界設(shè)備完成大部分交換功能，使用路由服務(wù)器建立路由表，為邊界設(shè)備提供路由。它的優(yōu)點(diǎn)是不僅能在一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)建立ATM虛通道連接，而且能夠在不同的子網(wǎng)間建立直接的ATM虛通道連接，跨子網(wǎng)的通信不再經(jīng)過路由器，解決了路由器

21、瓶頸問題。缺點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，具體實(shí)現(xiàn)比較困難。缺點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，具體實(shí)現(xiàn)比較困難，而且仍存在一些問題需要解決，如基于NHRP協(xié)議的地址解析響應(yīng)時(shí)間延遲較大等。3.IP交換(IP Switch)IP交換是Ipsilon公司提出的專門用于在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳送IP分組的技術(shù)，它克服了CIPOA的一些缺陷，如在子網(wǎng)之間必須使用傳統(tǒng)的路由器，提高了在ATM上傳送IP分組的效率。IP交換機(jī)由ATM交換機(jī)、IP交換控制器組成，IP交換控制器主要由路由軟件和控制軟件組成，ATM交換機(jī)的一個(gè)ATM接口與IP交換控制器的ATM接口相連，用于控制信號和用戶數(shù)據(jù)的傳送。在ATM交換機(jī)與IP交換控制器之間使用

22、控制協(xié)議為RFC1987通用交換機(jī)管理協(xié)議(GSMP)，在IP交換機(jī)之間使用的協(xié)議是RFC1953Ipsilon流管理協(xié)議(IFMP)。GSMP是一個(gè)多用途的協(xié)議，使得IP交換控制器能對ATM交換機(jī)進(jìn)行控制，完成直接ATM交換。它將IP交換控制器設(shè)置為主控制器，而把ATM交換機(jī)設(shè)置為從屬被控設(shè)備，IP交換控制器利用該協(xié)議向ATM交換機(jī)發(fā)出各種要求，如：建立和釋放經(jīng)過ATM交換機(jī)的虛連接，在點(diǎn)到多點(diǎn)連接中增加或刪除端點(diǎn)，進(jìn)行配置信息查詢等。IFMP用于在相鄰的IP交換機(jī)控制器、IP交換網(wǎng)關(guān)或支持IFMP的網(wǎng)絡(luò)接口卡之間的控制數(shù)據(jù)傳送，以便把現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)接入IP交換網(wǎng)中或?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的控制功能。IP

23、交換網(wǎng)絡(luò)將用戶數(shù)據(jù)流分為兩類：持續(xù)時(shí)間長、業(yè)務(wù)量大的用戶數(shù)據(jù)流(如FTP數(shù)據(jù)、HTTP數(shù)據(jù)、多媒體音頻、視頻數(shù)據(jù)等)和持續(xù)時(shí)間短、業(yè)務(wù)量小、呈突發(fā)分布的用戶數(shù)據(jù)流(如DNS查詢、SMTP數(shù)據(jù)、SNMP查詢等)，對不同類型的流進(jìn)行不同的處理。IP交換機(jī)的工作過程如下：(1)IP交換機(jī)的ATM輸入端口從上游節(jié)點(diǎn)接收輸入業(yè)務(wù)流，并把這些業(yè)務(wù)流送往IP交換機(jī)控制器中的路由軟件進(jìn)行處理。IP交換機(jī)控制器根據(jù)輸入業(yè)務(wù)流的TCP或UDP信頭中的端口號碼進(jìn)行流分類。持續(xù)時(shí)間長、業(yè)務(wù)量大的用戶數(shù)據(jù)流在ATM交換機(jī)硬件中直接進(jìn)行交換;持續(xù)時(shí)間短、業(yè)務(wù)量小、呈突發(fā)分布的用戶數(shù)據(jù)流通過IP交換控制器中的IP路由軟件進(jìn)

24、行傳輸，即與傳統(tǒng)路由器一樣，也是一跳接一跳(hopbyhop)進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)傳送。(2)一旦一個(gè)業(yè)務(wù)流被標(biāo)識為直接ATM交換，IP交換控制器將要求上游節(jié)點(diǎn)把該業(yè)務(wù)流放在一條新的虛通道上。(3)如果上游節(jié)點(diǎn)同意建立虛通道，則該業(yè)務(wù)流就在這條虛通道上進(jìn)行傳送。(4)同時(shí)，下游節(jié)點(diǎn)也要求IP交換控制器為該業(yè)務(wù)流建立一條呼出的虛通道。(5)通過步驟(3)和(4)，該業(yè)務(wù)流被分離到特定的呼入虛通道和呼出虛通道上。(6)通過旁路路由，IP交換控制器指示ATM交換機(jī)完成直接交換。IP交換的實(shí)質(zhì)是基于信息流的傳輸方案，它的特點(diǎn)是對于持續(xù)時(shí)間長，業(yè)務(wù)量大的用戶數(shù)據(jù)流，利用ATM虛通道進(jìn)行傳輸，因此傳輸時(shí)延小、容量

25、大;而對于持續(xù)時(shí)間短、業(yè)務(wù)量小，呈突發(fā)分布的用戶數(shù)據(jù)流，使用IP路由軟件進(jìn)行傳輸，從而節(jié)省了建立ATM虛電路的開銷，提高了傳輸效率。IP交換的缺點(diǎn)是只支持IP協(xié)議，同時(shí)它的效率有賴于具體的用戶業(yè)務(wù)環(huán)境，對于大多數(shù)是持續(xù)時(shí)間長、業(yè)務(wù)量大的用戶數(shù)據(jù)情況下，能獲得較高的效率;但對于大多數(shù)是持續(xù)時(shí)間短、業(yè)務(wù)量小、呈突發(fā)分布的用戶數(shù)據(jù)的情況下，IP交換的效率將大幅降低。4.標(biāo)記交換(Tag Switching)標(biāo)記交換是Cisco公司提出的一種多層交換技術(shù)，它把ATM第二層交換技術(shù)和第三層路由技術(shù)結(jié)合起來，能充分利用ATM的QOS特性、支持多種上層協(xié)議，是一種性能比較優(yōu)越的IP和ATM結(jié)合技術(shù)。在標(biāo)記交

26、換網(wǎng)絡(luò)中，處于邊緣的路由器將每個(gè)輸入幀的第三層地址映射為簡單的標(biāo)記，然后把幀轉(zhuǎn)化為打了標(biāo)記的ATM信元;打了標(biāo)記的信元被映射到虛通道上，在網(wǎng)絡(luò)核心由ATM交換機(jī)進(jìn)行標(biāo)記交換，并使用路由器與交換機(jī)直連，用于保存標(biāo)記信息，實(shí)現(xiàn)尋找第三層路由的功能;最后，目的地的邊緣路由器去掉信元中的標(biāo)記，把信元轉(zhuǎn)換為幀并將其送往接收用戶。在標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)中的邊緣路由器主要根據(jù)下列信息對IP包加上標(biāo)記：(1)目的地址前綴：以路由表中的路由為基礎(chǔ)，允許來自多個(gè)源地址的IP包向同一個(gè)目的地址發(fā)送時(shí)共享同一個(gè)標(biāo)記，從而節(jié)省了標(biāo)記資源。(2)邊界路由：對標(biāo)記交換系統(tǒng)的邊緣路由器進(jìn)行標(biāo)記分配。在某些情況下，這種技術(shù)使用的標(biāo)記比

27、使用目的地址前綴技術(shù)少。(3)業(yè)務(wù)量調(diào)節(jié)：使IP包沿著指定的且與路由算法選擇的不同的路徑流動，從而允許網(wǎng)絡(luò)管理人員平衡中繼線路上的負(fù)荷。(4)應(yīng)用業(yè)務(wù)流：同時(shí)考慮IP包的源地址和目的地址，以提供對諸如QOS等特性更精確的控制。標(biāo)記交換的關(guān)鍵在于采取基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選路方式。它使用標(biāo)記分配協(xié)議(TDP)與第三層路由協(xié)議，在標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)的各設(shè)備間分發(fā)標(biāo)紀(jì)信息，共同建立合適的直通路由。采用此種技術(shù)，使得只有在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，才需要使用TDP重新計(jì)算節(jié)點(diǎn)的標(biāo)記，從而大幅度地了降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的開銷。標(biāo)記交換的主要優(yōu)點(diǎn)是：標(biāo)記交換不依賴于路由過程中使用的特定網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，因此標(biāo)記交換技術(shù)支持不同的路由

28、協(xié)議(如OSPE、BGP、OSIISIS等)以及各種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(如IP、IPX等);標(biāo)記交換還借助標(biāo)準(zhǔn)的多點(diǎn)廣播協(xié)議，利用ATM交換機(jī)現(xiàn)有的廣播硬件支持多點(diǎn)廣播功能;另外，通過為不同的服務(wù)質(zhì)量等級分配不同的標(biāo)記，并在標(biāo)記交換機(jī)中使用排隊(duì)和緩沖機(jī)制加以控制，使得標(biāo)記交換可以保證具有一定服務(wù)質(zhì)量要求的用戶數(shù)據(jù)的傳送;在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，標(biāo)記交換機(jī)按照信元上的標(biāo)記進(jìn)行尋路，不再依賴于特定的第三層地址(如IP地址)，使得網(wǎng)絡(luò)的分級組織容易實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展能力較強(qiáng)。標(biāo)記交換技術(shù)實(shí)際上已將ATM交換機(jī)用作多協(xié)議路由器，從而形成了更加統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)模型并增加了網(wǎng)絡(luò)間配置的共同性。標(biāo)記交換雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于標(biāo)記交換是

29、Cisco的專有技術(shù)，要求網(wǎng)絡(luò)中端到端都有Cisco的設(shè)備才能完成通信，推廣使用受到了限制。5.MPLS(多協(xié)議標(biāo)記交換)近來MPLS越來越引起人們的關(guān)注，人們普遍看好MPLS在廣域網(wǎng)中的應(yīng)用。作為一種ATM與IP相結(jié)合的技術(shù)，MPLS是在標(biāo)記交換的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，并正成為集成技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)模型。目前，IETF已制定了MPLS標(biāo)準(zhǔn)草案。MPLS網(wǎng)絡(luò)由核心部分的標(biāo)簽交換路由器(LSR)和邊緣部分的標(biāo)簽邊緣路由(LER組成)。LER位于ATM骨干網(wǎng)絡(luò)的邊緣并作為MPLS的入口/出口路由器。LER執(zhí)行全部的第三層功能;運(yùn)行標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議(LDP)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的分配、綁定功能。LSR執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)交換可以看作AT

30、M交換機(jī)和傳統(tǒng)路由器的結(jié)合，具有第三層轉(zhuǎn)發(fā)分組和第二層交換分組的功能。MPLS的基本思想是采用標(biāo)記交換的機(jī)理，是一種基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選路機(jī)制，MPLS網(wǎng)絡(luò)的工作過程一般包括以下4個(gè)步驟：(1)使用現(xiàn)有的路由協(xié)議，例如OSPF、IGRP等建立到終點(diǎn)網(wǎng)路的連接，同時(shí)使用LDP完成標(biāo)簽到終點(diǎn)網(wǎng)路的映射。(2)輸入端LER接收到分組，完成第三層功能，并對分組進(jìn)行標(biāo)簽粘貼。(3)LSR對帶有標(biāo)簽的分組不再進(jìn)行任何第三層處理，只依據(jù)分組上的標(biāo)簽進(jìn)行交換。(4)由輸出端的LER去掉標(biāo)簽，并傳送分組給終端用戶。要在MPLS中執(zhí)行標(biāo)記交換，第一步就先要進(jìn)行標(biāo)記分配和分發(fā)。MPLS規(guī)定采用下游標(biāo)記分配，也就是標(biāo)記是

31、沿著數(shù)據(jù)流傳輸?shù)哪娣较蜻M(jìn)行分配和分發(fā)。每個(gè)LSR本地分配輸入標(biāo)記，將標(biāo)記分配給特定的FEC，然后將此綁定信息告知上游，作為上游節(jié)點(diǎn)的輸出標(biāo)記，即標(biāo)記按下游至上游的方向分配和分發(fā)。標(biāo)記分配是每個(gè)LSR隨機(jī)自動生成的，每個(gè)LSR可以使用的標(biāo)記一共有220個(gè)，其中015由系統(tǒng)保留，可分配的標(biāo)記從16到1048575。上游(upstream)和下游(downstream)是根據(jù)數(shù)據(jù)流的流向而定的。一個(gè)分組由一個(gè)路由器發(fā)往另一個(gè)路由器時(shí)，發(fā)送方的路由器為上游路由器，接收方為下游路由器。RU和RD分別表示上游LSR和下游LSR。下游是路由的始發(fā)者。兩個(gè)LSR之間利用標(biāo)記分發(fā)協(xié)議LDP進(jìn)行標(biāo)記分發(fā)。標(biāo)記分配

32、和標(biāo)記分發(fā)主要有兩種方式：1. 下游自主方式DU下游自主方式DU(Downstream Unsolicited)參見圖6.7，每個(gè)LSR不需要上游請求即可主動為所選的FEC分配標(biāo)記并周期地向上游分發(fā)，優(yōu)點(diǎn)是分配速度快。2.下游按需方式DoD下游按需方式DoD(Downstream-on-Demand)參見圖6.8，每個(gè)LSR只有在收到上游LSR發(fā)來的請求時(shí)才為該FEC分配標(biāo)記并反饋給上游，優(yōu)點(diǎn)是利于路由信息和標(biāo)記綁定的同步。MPLS的主要特點(diǎn)是：MPLS在網(wǎng)絡(luò)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)是基于定長標(biāo)簽，由此簡化了轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，使得轉(zhuǎn)發(fā)路由器容量很容易擴(kuò)展;充分采用原有的IP路由，在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，保證了MPLS網(wǎng)絡(luò)路由的靈活性;采用ATM的高效傳輸變換方式，拋棄