ATM承载IP业务解决方案.

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1、IP over ATM,ATM承载IP业务解决方案,2,1. IP Switching,Ipsilon公司,1.1 IP Switching的组成,ATM交换单元,IP交换控制器,ATM交换单元的一个端口与IP交换控制器的ATM接口相连，该端口即用于传送数据，也用于在两个部分之间传递控制信息。,IP交换机是一个高端处理机，其上运行标准的路由器协议模块；而ATM交换单元的所有硬件结构与标准ATM交换机完全相同，但其位于AAL层上的软件模块，如ATM信令、路由选择协议等等都被清除。,IP交换机被划分成两个部分，其优点：保证了硬件与软件在实现上的分离。 用户可以根据需要，选择合适交换容量、端口数、传

2、送速率的ATM交换机，而不需要更改IP交换控制器。 同时，IP交换控制器也可以由标准ATM控制协议栈替换，从而实现一个标准的ATM交换机，而不用更改ATM交换矩阵。这使得IP交换机在实现时非常方便。,GSMPRFC1987是交换机与控制器之间交互的控制协议，其设计目标是为IP交换控制器提供对ATM交换矩阵的完全控制。,IP流 管理协议 (IFMP：IP Flow ManagementProtocol ),通用交换 管理协议 ( GSMP： General Switch Management Protocol ),IFMPRFC 1953是一个流转发标签的传播协议。它在IP交换控制器及邻接IP交

3、换机的对等实体之间通信，以协商和通知一个流的标签分配信息。,标准的路由器协议,1.2 IP Switching的工作过程,当系统启动时，IP交换控制器将通知ATM交换矩阵建立一个缺省的ATM虚连接，虚连接标识（VPI / VCI）采用所有IP交换机公认值。 该虚连接用以逐站转发分组，从而在全网范围内由ATM虚连接构成一个逻辑IP网络。 采用这种方式， IP交换机利用ATM虚连接实现了分组的无连接转发。,当一个分组在缺省信道里传递时，在IP交换控制器出口，它被拆成ATM信元，当到达下一个IP交换机的交换控制器后，它又被组装成一个完整的分组，交换控制器根据分组头信息选择下一站应该转发的端口。IP交

4、换控制器要完成对分组流的划分工作。流的划分决定了同一个流的未来分组是需要直接经过ATM交换矩阵转发，还是仍然通过交换控制器逐站转发。,上游 节点 缺省 VCI,IP交换控制器,ATP交换单元,下游 节点 缺省 VCI,1,上游 节点 缺省 VCI=x,IP交换控制器,ATP交换单元,下游 节点 缺省 VCI,VCI=x,一旦 IP 交换控制器判定某个流需要通过ATM交换矩阵转发，它将从输入端口（端口 i）的空闲标签空间中选择一个标签（VCI = x） ，IP交换控制器同时在其控制端口（端口c）上选择一个空闲标签（VCI = x ） 。交换矩阵控制器随后将端口i 上VCI= x 映射到 端口c上

5、的VCI=x 上，从而用这两个VCI确定了一条通路。,2,端口c,端口 i,IP交换控制器在通过GFMP完成交换矩阵的设置后，随机发这一个IFMP重定向消息给上游节点。 重定向消息包含标签值（VCI=x）、流标识符和一个定时器值。流标识符的内容用于上游确定一个分组是否属于该流。定时器值用于确定该流与标签的映射关系应该保留多长时间。 当上游节点收到这一重定向消息后，它将把该流的所有后续分组沿VCI= x 的虚链路传递。因此，这些分组将从端口c，VCI=x 处到达IP交换控制器，而不再沿缺省VCI到达，如图 2 所示。这些分组仍然需要IP交换控制组装，并经过IP转发软件转发，但是其处理过程被简化了

6、，例如，路由表项的查找被省略了。这是由于当交换控制器决定要为该流建立一个 “ 捷径 ” 时，关于该流的路由选择信息被暂存起来，并被映射到了VCI= x 的虚连接上。,3,上游 节点 缺省 VCI=x,IP交换控制器,ATP交换单元,下游 节点 缺省 VCI=y,VCI=x,尽管流划分算法只依赖于本地判诀，但是在具体实现中，一个由IP交换机所构成的同一个管理域其捷径判别算法应该是一致的。在不考虑异常事件的情况下，由于使用同一算法，如果一个流是长流，那么当该数据流在流经各节点时，各节点应该能够相继将该流划分为长流。因此当本地节点的IP交换控制器确定一个流应该沿捷径传递，并向其上游发送了流重定向消息

7、后时，通常下游节点也为该流分配了一个特定的VC，并向本地发送了一个分组重定向消息。假设：下游发来的重定向消息为该流分配的新VCI是端口j上的VCI=y ，,4,上游 节点 缺省 VCI=x,IP交换控制器,ATM交换单元,下游 节点 缺省 VCI=y,端口j,端口i,当本地交换控制器收到该信息后，通过GFMP设置交换矩阵，将端口i 上的标签 x 映射到端口j 上的标签y。这时，该数据流传输时就不再经过交换控制器，而直接被ATM交换矩阵交换到输出端口，如图4 所示 。分组处理效率得到大大提高。如果该流所经过的IP交换机都完成了这一上下游标签映射工作，则消息流就由初始的逐站转发变成了沿途ATM直接

8、交换。,2. MPLS 和TAG Switch,IETF,提出的多协议标签交换MPLS模型,CISCO,提出的 Tag Switch 模型,在无连接网络层协议中，各路由器独立完成分组从一个路由器向另一个路由器传送的判决。每个路由器分析分组头部信息，并执行网络层路由选择协议，路由器对分组头分析及路由选择算法同时作用的结果是确定分组要传输的下一站。可以认为这是两个功能模块的复合作用：(1) 将分组划分为不同的“ 等效转发类 ” ( FEC )；(2) 将这些等效转发类分别映射到各自的下一站。这些FEC流经同一个节点，遵从相同的通道，并以相同的方式转发（例如，放在同一个队列中）到目的地。这些遵从相同

9、传输通道，属于同一个FEC （以相同方式转发）的一组分组，在MPLS里被称为“流束”（stream） 。实际上等同于所定义的流，不过其粒度是可变的。,路由器处理过程,在传统的路由器中，必定分析每个分组头，以确定下一站转发地点。在MPLS中，只需要在MPLS网络的入口端处理一个流束的所有分组，对于属于同一个流束的分组将被用一个固定长度的字段加以编号。这一字段在MPLS里被称为标签（label） ，在TAG Switch模型里被称为标志（tag） 。一个流束的等效转发类FEC就映射到该标签上。传送路径上的后续路由器，就不必再确定该流束的FEC了，而只需要根据该流束的FEC选择合适的传输路由，从而免

10、除了各节点对流束的重复识别划分工作，提高了路由器的处理效率。,在IP Switch方案中，捷径的建立与流的传播有关，它是动态的。在MPLS中，虽然在网络中建立起的一个流束的传输通道也可以被看成是“ 捷径 ”，但是其判别流束的依据 FEC是一个相对静态的参数。它与网络的拓朴结构有关，与路由选择算法有关。因此，MPLS属于控制驱动的网络互连方案类型。,202.119,5,202.120,4,4,202.120,7,5,202.119,8,7,202.120,出口标签,入口标签,IP网络号,202.120.224.8,4,202.120,7,202.120,202.120.224.8,路由交换机,具

11、有MPLS协议功能的路由器、交换机被称为标签交换路由器 （LSR） ，而在TAG Switch模型里，具有TAG Switch功能的路由器、交换机被称为TAG交换机（TAG Switch） 。MPLS主要由转发和控制两大部分组成： (1) 转发模块：主要根据分组中携带的标签信息和标签交换路由器 (LSR)上存放该标签对应的转发信息发送分组。 (2) 控制模块 ：用于在互连的LSR之间传递正确的标签转发信息。,2.1 MPLS的组成,(1) 标签栈：一个携带标签的分组可以携带多个标签，这些标签的组织方式是后进先出的堆栈方式，在MPLS模型里将其称为“ 标签栈 ”。对于每一个标签交换路由器 LSR

12、来说，如何转发一个带标签的分组完全取决于堆栈顶的标签值，与其它标签值无关。MPLS的标签栈形式是与传统网络协议的分级模式相对应的。,MPLS的几个概念,(2) 下一站标签转发表项（NHLFE） ：下一站标签转发表项用来转发一个带标签的分组，它包含如下信息： 分组的下一站 传输分组使用的数据链路封装格式 传输分组时对标签栈的编码格式 对分组标签栈的操作，包括对栈顶标签的替换。弹出一个标签、或压入一个标签等等。,(3) 标签交换通道（LSP） ：某个分组的级标签交换通道由一组LSR构成，设该组LSR为由R1，R2，Rn组成的一个序列，则具有如下特征： R1称为 “ LSP入口LSR”，它将一个标签

13、压入分组P的标签栈，从而使标签栈深度为。 对于所有的 i，1 i n ，当R收到分组P时，分组P的标签栈深度为。 在 R1 到 Rn-1 的传输过程中，任何时候P的标签栈深度不小于。 对于所有的i，1 i n ， Ri向Ri+1传输分组P是依据栈顶标签判决的结果。, 对于所有的i，1 m） R n被称为 “ LSP出口LSR”一个分组的级标签交换通道决定了该分组在 MPLS 网络内的传输路径和各节点的处理方式。,(4) 标签分配协议 LDP （在TAG Switch模型里被称为TDP） ：LDP是一组过程，用于一个LSR通知其它LSR，它所设置的某个标签流束的对应关系，以建立标签交换通道LSP

14、。这些LSP的出口既可以是与目的地直接相连的某个邻居，也可以是MPLS网络的某个出口节点。LSP上的所有中间节点都可以硬件交换的方式处理分组。LDP将每个LSP映射到一个特定的等效转发类FEC上。这些FEC决定了哪些分组应在该LSP上传递。两个使用LDP协议交换标签分配信息的LSR被称为“LDP对等实体”。它们互相之间可以认为是LDP邻居，即便两者之间还有其它节点存在。TAG 交换机方案强调更灵活的标志传递方法，它既可以使用LDP在对等实体之间传播标志与流束的对应关系，也可以将标准路由传播协议加以扩展，将标志分配信息放在路由传播协议里搭载传送。,2.2 MPLS的工作原理,一个LSR加入MPL

15、S网络后，其工作过程可以归纳为如下儿个步骤： 执行标准路由传播协议，以获得网络拓扑； 为每个等效转发类FEC分配一个标签； 执行LDP协议，并根据从其它节点获取的标签信息建立标签信息库 ( LIB )； 后续分组获得LIB库中相应的标签，并按照指定动作处理，沿相应的LSP传输。,LDP的传播是MPLS工作过程中的主要环节。它又包括如下几个过程： 发现过程：LDP的发现过程用来通知网络其它节点，本节点是LSR，并了解网络中其它LSR的分布情况。发现过程使得网络管理者不需要手工配置LSR之间的关系。,发现过程包括两个模块：,(1) 基本模块：用以发现在链路级直接相连的LSR邻居。 LSR在加入一个

16、网络后，会以广播的形式发送LDP链路hello消息。 当一个LSR收到另一个LSR发来的hello消息时，它就可以发现该LSR邻居。,(2) 扩展发现模块： 它用于发现不与本节点直接相连的LSR。与基本模块不同的是，扩展模块并不广播其hello消息，而是向某一特定IP地址发送hello消息，以确认该IP地址对应的节点是否是一个LSR。同时，扩展模块的上 hello消息是非对称的。例如，LSRA 向LSRB 发送hello消息，并不意味着LSRB 也需要向LSRA 发送 hello消息。 而基本模块是向其所有邻居发送hello消息，消息发送是对称的。, 会话过程：在LSR发送了LDP hello消息并被另一个LSR收到后，即开始一个LDP会话的建立过程。在hello消息中携带有消息发起者的地址及其能够分配的标签空间。随后，IP地址值比较大的一方根据这些信息建立一条端到端的TCP连接。随后两个LSR通过建立起来的TCP连接交换一些初始化信息，协商的参数包括LDP协议版本、标签传播方法、定时器值、标签范围等等。,