程控交换第7章

第七章IP与ATM的融合IP与ATM的融合1.1IP与ATM融合的背景1.3重叠模型技术1.2IP与ATM的融合1.4集成模型技术1.5MPLS的出现IP发展的历史•IP起源于60年代，最初只用于计算机局域网的组建。到了90年代，以Internet为代表的IP网络处于一个什么状况？结论：Internet独立发展受限上网人数每半年翻一番，网络流量急速增加，网络拓扑越来越大QOS无法保证路由技术的进步远远跟不上Internet的发展速度。ATM发展的历史•从80年代提出，经过10多年ATM网络是一种什么状况？ATM的优势信令非常完善，提供很好的QOS服务。由于采用短、固定的信元，使用硬件完成信元交换，速度可达Gbit/s量级。ATM核心技术是ATM交换结构和控制协议(信令)ATM综合了电路交换和分组交换的优点•市场应用进展缓慢。原因：1.ATM信令复杂，实现困难；2.EverythingOverIP的观念已经成为业内的共识。的应用已经被广泛使用。进一步的应用如VOIP、IPTV等。结论：使用ATM来构建B-ISDN前景暗淡。ATM的缺陷：IP与ATM的融合1.1IP和ATM的发展历史1.3重叠模型技术1.2IP和ATM的融合1.4集成模型技术1.5MPLS的出现IP和ATM融合引出IP优点是灵活，协议简单易实现；缺点是不能提供很好的QOS，路由器转发速度慢。ATM优点是能提供很好的QOS，ATM交换机转发速度快；缺点是信令实现复杂，在LAN中很难应用。IP和ATM融合的可能性IP协议处于OSI模型的第3层，可以采用任何一种链路层技术由ATM参考模型和OSI模型的对应关系可以知道，ATM也可以作为链路层使用，为IP提供服务。IPOA-IPOverATMATM参考模型OSI七层协议比特定时网络介质信元率解耦HEC产生/验证信元定界传输帧适配传输帧传输/恢复流量控制信头产生和提取VPI/VCI转换信元复用和分路执行高层所需服务高层协议数据包和信元净荷间的相互转化高层PMDTCPHYATMAALCSSAR层管理7应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层IPOA首要解决的问题•如何把IP结构映射到ATM网络中去？要求：应用(业务)仍然可以通过IP来访问TCP/IP。对已经习惯IP业务的用户而言，感觉不出有任何变化。方法：IP网和ATM网是两个完全不同体系的网络协议，因此要在TCP/IP和ATM之间定义一个“过渡层次”，将IP和ATM“缝合”起来。IP与ATM的融合1.1IP和ATM的发展历史1.3重叠模型技术1.2IP和ATM的融合1.4集成模型技术1.5MPLS的出现重叠模型(overlaymode)基本思想：重叠模型是将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。可知：ATM的端点就需要用ATM地址和IP地址共同标识。重叠模型的发展历史-1•IETF(InternetEngineeringTaskForce)的IPATM工作组最早进行了重叠模型的研究。•ATM封装IP包的方法，RFC1483•IP地址和ATM地址的映射的地址解析协议ATMARP，RFC1577基于上述研究，提出了“ATM上的传统IP”即CIPOA(ClassicalIPOverATM)技术。重叠模型的发展历史-2•ATM论坛(ATMForum)也对重叠模型技术进行了研究:局域网仿真LANE(LANEmulation)ATM上的多协议技术MPOA(Multi-ProtocolOverATM)，可支持多种网络协议。IP包要转换成ATM信元，由ATM建立的VC转发到下一跳。路由器路由器ATM网络以太网LIS1LIS2中间路由器路由器A路由器B主机ARP服务器路由器主机LIS高性能ATM交换机构成宽带传送骨干网低速路由器构成的IP网络，提供IP包的路由，确定下一跳。ATM上的传统IP结构图LIS（LogicalIPSubnetwok）逻辑IP子网（LIS）组成：直接连接到ATM网络中的任意主机、路由器和服务器进行组合形成一个逻辑IP子网。说明：服务器一般指的是就是ARP（AddressResolutionProtocol）服务器，也就是该LIS的地址解析协议服务器。数据传送-1•LIS内主机的数据传送只需要建立点到点的ATM连接。例：主机A向主机B发送信息（IP分组）主机AARP服务器路由器主机BLIS初始条件：主机A知道主机B的IP地址，但是不知道ATM地址ARP服务器主机A（主叫）主机B（被叫）ATM网络1IP2ATM地址3SVC呼叫请求第一步：主机A向ARP服务器发送ARP请求（将主机B的IP地址送到ARP服务器）第二步：ARP服务器将主机B的IP地址转换成ATM地址，送回给主机A第三步：主机A可以利用主机B的ATM地址建立ATM连接地址解析过程数据传送-2•LIS间主机的数据传送需要使用中间路由器来传送数据。例：LIS1中的主机A向处于不同的LIS2中的主机B发送IP分组LIS1LIS2中间路由器中间路由器ARP服务器主机B路由器LIS2ARP服务器主机A路由器LIS1①②③④ATM网络（1）中间路由器知道主机B的ATM地址（2）中间路由器不知道主机B的ATM地址直接将IP分组发送到主机B所在的网络中通过ARP服务器得到主机B的ATM地址，可以将IP分组发送给主机BI.主机A将IP分组送到中间路由器上。II.中间路由器将IP分组送到主机B上重叠模型的特点•保持IP和ATM网络结构、协议和技术不变。•解决两个完全不同的异构网络之间的数据映射、地址映射和控制协议映射。重叠模型的缺点•重叠模型思路简单，但实现复杂要求网络支持两套完全不同的地址和控制协议，实现起来复杂。为了实现地址、协议、路由的相互映射，需要定义一组特定的服务器这些服务器往往会成为限制网络性能的瓶颈IP与ATM的融合1.1IP和ATM的发展历史1.3重叠模型技术1.2IP和ATM的融合1.4集成模型技术1.5MPLS的出现如何克服重叠模型的缺点思路：能否让ATM交换机不使用ITU-T制定的信令协议，而改用和Internet结构更为相容甚至相同的控制协议。90年代末，提出了IP和ATM融合的集成模型集成模型（integratedmode）基本思想：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。集成模型的特点•在采用集成模型的网络中：ATM交换机发挥其快速的转发能力，利用其硬件结构对信元进行VC/VP的交换交换机的路由表/转发表不再由ATM信令协议控制建立，而改由IP路由协议驱动。从控制平面来看，该ATM交换机实际上也是一个路由器，因此把这样的设备称为“交换路由器或路由交换机”。集成模型的进一步分析•ATM交换机如何实现信元交换的？通信之前，发起呼叫，虚连接建立完成后，才可以通信。ATM交换机接收到信元，从信元头中查找VPI/VCI，然后依据信元转发表，检索到与其对应的出端口，进行转发VPI/VCI可以称为“路由标记”。•集成模型技术又可统称为标记交换(LabelSwitching)技术•这样的设备不但具有路由功能，还有标记交换功能，称为标记交换路由器LSR(LabelSwitchingRouter)集成模型相对重叠模型的优点避免两类不同网络之间的复杂映射。(核心网络由LSR替代了单纯的ATM交换机)排除了映射服务器成为网络瓶颈的可能提高网络的可扩展性。集成模型技术：IP交换、标记交换、多协议标记交换IP交换•96年，新兴的Ipsilon公司宣布开发成功集成模型产品，称为“IP交换机”。•研制了通用交换机管理协议GSMP(GeneralSwitchManagementProtocol)。普通的ATM交换机装配GSMP后，再增加一个“控制器”就可成为“IP交换机”。GSMP用作控制器和ATM交换机之间的通信协议。•Ipsilon公司研制的控制器由通用PC构成，OS为改进的UNIX，运行IP路由协议等。IP交换机结构IFMPIFMPIFMP-IpsilonFlowManagementProtocol，Ipsilon流量管理协议IP交换原理“IP交换”属于数据驱动型技术默认信道上游节点下游节点数据流向IP交换原理-11.一般情况下，IP分组被封装成ATM信元由缺省VC传送。3.如果为持续时间长、业务量大的数据流(如FTP、视频、数据下载)，通过IFMP协议通知上游IP交换机将该流的信元改由另外指定的VC发送，该指定VC的VCI就是该IP交换机分配的入标记。2.IP交换机从缺省VC上收到ATM信元后，一律送往控制器，控制器对接收到的数据流进行检测，如果为持续时间短的小业务量数据流，重新拆封成IP分组，按hop-by-hop方式进行转发IP交换原理-2结论：小业务量数据流路由转发，大业务量数据流标记交换转发5.控制器通过GSMP通知ATM交换机将入标记信元流直接交换到出标记信元流，此时该大业务量数据流不再经过控制器选路转发，而改由ATM交换机直接转发。4.如果该IP交换机的下游IP交换机也检测到该数据流为大业务量数据流，按同样的方式通知该IP交换机改向传送，并分配出标记IP交换的发展•Ipsilon将其技术提交给IETF，形成很多信息性RFC，未能称为标准，但占有很重要的地位，是数据驱动型典型的集成模型技术。•多种因素导致了IP交换产品在市场上不够成功。98年，Ipsilon被Nokia收购，很难再看到IP交换的产品了。标签交换(TagSwitching)•Ipsilon公司推出“IP交换”后不久，Cisco提出另一种标记交换技术，即“标签交换”。•与IP交有两个显著的不同•1.是一种拓扑驱动型技术。标签交换的标记转发表的建立完全由拓扑信息(如目的地址)决定。•2.不仅适用于ATM，而且还适用于其它链路层技术。标签交换的发展•Cisco也编写了该技术的很多信息性RFC，目标是把该技术成为IETF的标准。•此后相继提出了很多Internet草案文件。•是业内影响最大的一类标记交换技术。IP与ATM的融合1.1IP和ATM的发展历史1.3重叠模型技术1.2IP和ATM的融合1.4集成模型技术1.5MPLS的出现MPLS闪亮登场•97年，IETF成立MPLS工作组，开始制定MPLS标准。•名字的由来MPLS又称为2.5层技术。“IP交换”或者“标签交换”，都是某个公司产品的名字，IETF需要一个中性的名字，故称为标记交换。可以运行多种链路层协议，如ATM、PPP、FR、POS、Ethernet等；可以支持多种网络层协议(IPv4/IPv6)，因此称为多协议。IP和ATM融合技术演进图ATM上的IPLANE(ATMF)CLPOA(IETF)重叠模型MPOA(ATMF)NHRP(IETF)集成模型IP交换(Ipsilon)Tag交换(cisco)MPLS(IETF)数据驱动拓扑驱动MPLS演进的过程电路交换APPANETInternetMPLSX.25FRB-ISDN(ATM)模拟DSPCN-ISDN分组交换无连接面向连接MPLS面临的挑战•线速路由技术和DWDM技术有了长足的进展。MPLS还有用吗？•MPLS虽然是作为一种IP和ATM融合的集成模型提出的，但其实际应用远远超出了这个范围。•MPLS可以有效的支持骨干网的QOS，流量工程TE，虚拟专用网VPN等•MPLS的思想扩展到光网络，提出了多协议波长交换MPLmS(MultiprotocolLambdaSwitching)•事实上，MPLS并非完美无缺。LLC/SNAP封装AppDataTCPHeaderTCPheaderAppDataIPHeaderIPHeaderTCPHeaderAppDataLLCSAR-SDU#1SAR-SDU#2SAR-SDU#3SAR-PDU#4SAR-PDU#5TCPIPSNAP/LLCAAL5CSS