IP交换技术

5.3IP交换5.3.1IP交换基本概念IP交换技术最初由Ipsilon公司于1996年提出，也称为第三层交换技术、多层交换技术、高速路由技术等。其实，这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。因为IP不是唯一需要考虑的协议，把它称为多层交换技术更贴切些。IP交换机可看作是IP路由器和ATM交换机的组合，其中ATM交换机去除了ATM信令和协议，并受IP路由器控制。IP交换可提供两种信息传送方式：一种是ATM交换，另一种是基于逐跳(hop-by-hop)方式的传统IP交换。采用何种方式取决于数据流的类型，对于连续的、业务量大的数据流采用ATM交换；对于持续时间短、业务量小的数据流采用传统IP传输技术。IP交换技术主要有：IpsilonIP交换：改进ATM交换机，去除ATM控制器中的信令和协议，加上IP交换控制器，与ATM交换机通信。该技术适用于机构内部的LAN和校园网。Cisco标签交换：给数据包贴上标签，此标签在交换节点读出，判断包传送路径。该技术适用于大型网络和Internet。3Com快速IP交换(FastIP)：侧重数据策略管理、优先原则和服务质量。FastIP协议保证实时音频或视频数据流能得到所需的带宽。FastIP支持其它协议(如IPX)，可以运行在除ATM外的其它交换环境中。客户机需要有设置优先等级的软件。IBM聚类基于路由的IP交换ARIS(AggregateRoute－basedIPSwitching)：与Cisco的标签交换技术相似，包上附上标记，借以穿越交换网。ARIS一般用于ATM网，也可扩展到其它交换技术。边界设备是进入ATM交换环境的入口，含有第三层路由映射到第二层虚电路的路由表。允许ATM网同一端两台以上的计算机通过一条虚电路发送数据，从而减少网络流量。基于ATM的多协议MPOA(MultiProtocolOverATM)：ATM论坛提出的一种规范。经源客户机请求，路由服务器执行路由计算后给出最佳传输路径。然后建立一条交换虚电路，即可越过子网边界，不用再做路由选择。5.3.2IP交换协议IP交换机使用了两种协议：通用交换机管理协议GSMP(GeneralSwitchManagementProtocol)和Iplison流管理协议IFMP(IpsilonFlowManagementProtocol)。GSMP(RFC1987/2297)用在IP交换控制器中，完成控制ATM交换的功能。IFMP(RFC1953)用于IP交换机、IP网关或IP主机中，它把现有网络或主机接入到由IP交换机组成的IP交换网中，用来控制数据传送。5.3.2.1GSMP协议GSMP是交换结构的一部分，用于IP交换控制器。GSMP是一种异步协议，它把IP交换控制器设置为主控制器，而把ATM交换机设置为从属被控设备，使IP交换控制器用来控制ATM交换机的工作。IP交换控制器利用该协议向ATM交换机发出下列要求：建立和释放穿过ATM交换机的虚连接；在点到多点连接中，增加或删除端点；控制ATM交换机端口；进行配置信息查询；进行统计信息查询；为某个用户流建立新的VPI/VCI。GSMP按照主从方式、请求——响应式方式工作。IP交换控制器向ATM交换硬件发送请求，ATM交换硬件在动作完成后给出一个响应。GSMP有5种基本消息类型：配置消息、连接管理消息、端口管理消息、统计消息和事件消息。5.3.2.2IFMP协议IFMP用于相邻的IP交换机对某个数据流的信元进行重新标记。IFMP协议消息从IP交换机传递到其上游交换机。IFMP功能包括关联协议和重定向协议，前者发现链路上的对等IP交换机，后者管理指派给某个数据流的标记(VPI/VCI)。IFMP消息的发送端用IPv4的分组头封装IFMP信息，目的端IP地址是外部链路另一端的对等IP交换机。对等IP交换机的IP地址通过关联协议获得。IFMP重定向协议支持5种类型的消息：(1)重定向消息：通知相邻的上游IP交换机在某时间段内把某个标记赋予某个数据流。(2)重声明消息：通知相邻的上游IP交换机解除一个或多个流与标记的关联关系，并释放这些标记以便数据流标识符字段能够分配给其他数据流。当网络拓扑变化或者下游IP交换机的标记不够用时，有必要进行这种操作。解除关联关系的数据流重新采用缺省的转发工作方式释放标记以便将来使用。(3)重声明确认消息：在每个上述的重声明消息成功地释放了一个或多个标记后，相邻的IP交换机利用重声明确认消息给出确认。(4)标记范围消息：上游IP交换机向下游IP交换机发出标记范围消息，响应包含标记的重定向消息，指明上游IP交换机(发送端)不能分配该标记。标记范围消息包含了最小和最大的标记值，上游IP交换机只能支持此范围内的标记值。(5)出错消息：对IFMP重定向消息的响应，用来通知下游的IP交换机，发送端由于处于异常状态而无法成功处理重定向消息。5.3.3IP交换机组成IP交换机由ATM交换机硬件和一个IP交换控制器组成，如图5.7所示。ATM交换机硬件主要利用ATM具有固定长度信元、硬件实现高速交换的特性来完成数据包的快速交换；IP交换控制器由流分类器、IP路由软件和控制软件组成，用于控制ATM交换机工作。5.3.4IP交换机工作原理5.3.4.1IP交换数据流类型流是IP交换中的基本概念，IP交换是基于数据流驱动的。在IP交换中将流分为两类：类型1是端口到端口的流，参见图5.8（a），它是具有相同源IP地址、源端口号、目的IP地址和目的端口号的一个数据分组序列，识别出这一类的流，实际上就识别出了相同一对主机之间不同的应用；类型2是主机到主机的流，参见图5.8（b），具有相同源IP地址、目的IP地址的一个IP数据分组序列。5.3.4.2IP交换机工作过程IP交换机通过直接交换和跳到跳的存储转发方式实现IP数据包的高速转移，其工作过程如图5.10所示。1.对默认信道上传来的数据分组进行存储转发在系统开始运行时，IP数据包被封装在信元中，通过默认VC在两个相邻的IP交换机逐跳转发。当封装了IP数据的信元到达IP交换控制器后，被重新组合成IP数据包，在第三层按照传统的IP选路方式进行存储转发，根据IP路由表决定下一跳，然后再被拆成信元在默认VC上进行传送。如图5.10(a)所示。2.向上游节点发送重定向消息在对从默认VC传来的分组进行存储转发时，IP交换控制器中的流判别软件要对数据流进行判别，以确定是否建立ATM直通连接。对于连续的、业务量大的数据流，要建立ATM直通连接；对于持续时间短的、业务量小的数据流，则仍采用传统的IP存储转发方式。当需要建立ATM直通连接时，在该数据流输入的端口上分配一个空闲的VCI，并向上游节点发送IFMP的重定向消息，通知上游节点将属于该流的IP数据包在指定端口的VC上传送到IP交换机。上游IP交换机收到IFMP的重定向消息后，开始把指定流的信元在相应VC上进行传送。如图5.10(b)所示。3.收到下游节点的重定向消息在同一个IP交换网中，各个交换节点对流的判识方法是一致的，因此IP交换机也会收到下游节点要求建立ATM直通连接的IFMP重定向消息，重定向消息含有数据流标识和下游节点分配的VCI。随后，IP交换机将属于该数据流的信元在此VC上传送到下游节点。如图5.13(c)所示。4.在ATM直通连接上传送分组IP交换机检测到流在输入端口指定的VCI上传送过来，并收到下游节点分配的VCI后，IP交换控制器通过GSMP消息指示ATM控制器，建立相应输入和输出端口的VCI连接，以此建立起ATM直通连接，属于该数据流的信元就会在ATM连接上以ATM交换机的速度在IP交换机中转发。如图5.13(d)所示。