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1、第八章、第八章、IP交换技术交换技术1Internet的发展和问题的发展和问题q Internet发展迅猛发展迅猛 越来越多的流量穿越子网越来越多的流量穿越子网q 骨干网的传送容量小，带宽资源不足骨干网的传送容量小，带宽资源不足q 用户业务质量得不到保障用户业务质量得不到保障 现有路由器吞吐量不够，路由表查询时间过长现有路由器吞吐量不够，路由表查询时间过长 ISP网内和网间经常发生拥塞网内和网间经常发生拥塞q 路由器采用无连接的路由器采用无连接的IP协议，不能让服务质量与协议，不能让服务质量与商业上的优先级对应起来商业上的优先级对应起来q 当前当前Internet所使用的所使用的IPv4协议对
2、实时业务、灵协议对实时业务、灵活的路由机制、流量控制和安全性能的支持不够，活的路由机制、流量控制和安全性能的支持不够，地址资源短缺地址资源短缺2改善改善Internet性能的途径性能的途径q 逐步向逐步向IPv6协议过渡，扩展地址空间、保证业务质协议过渡，扩展地址空间、保证业务质量和安全性等量和安全性等q 研究和开发研究和开发IP QoS体系结构，包括体系结构，包括RSVP和差分业和差分业务模型等务模型等q 采用采用Gbit/s级或更高速的路由器级或更高速的路由器q 开发开发IP over SDH或或IP over DWDM技术技术q 利用利用ATM构造构造Internet骨干传送网骨干传送网
3、q ATM 与基于与基于TCP/IP网络的互通问题实际上是如何网络的互通问题实际上是如何在在ATM 上支持上支持IP协议的问题协议的问题3分组的两种转发技术分组的两种转发技术q 传统传统IPIP的路由技术的路由技术 采用采用最长匹配算法最长匹配算法对分组头信息和路由表项进行匹对分组头信息和路由表项进行匹配，路由判决过程复杂配，路由判决过程复杂q ATMATM、FRFR的交换技术的交换技术 采用采用精确匹配算法精确匹配算法对分组头中已知位置、固定长度对分组头中已知位置、固定长度的域和转发表项进行匹配，转发判决过程相对简单的域和转发表项进行匹配，转发判决过程相对简单1、IP技术与技术与ATM技术的
4、融合趋势技术的融合趋势4基于基于 IP地址的分组转发举例地址的分组转发举例5帧中继帧中继FR的虚电路的虚电路6ATM连接连接7q ATM ATM代表了电信技术的优势代表了电信技术的优势 面向连接、简单高速交换面向连接、简单高速交换 QoSQoS保证、流量工程保证、流量工程q IPIP代表了计算机网络技术的优势代表了计算机网络技术的优势 动态、分布式的路由动态、分布式的路由 灵活性、有效性和可扩展性灵活性、有效性和可扩展性利用利用 ATM 构造宽带构造宽带 Internet 骨干网的优势骨干网的优势8IP 与与ATM融合的思想融合的思想q 利用第二层交换来加速利用第二层交换来加速IPIP分组转发
5、的机制分组转发的机制q 保持保持IPIP无连接的特性，结合无连接的特性，结合ATM ATM 硬件交换所提硬件交换所提供的高性能供的高性能q 利用交换的高带宽和低时延优势，提高网络性利用交换的高带宽和低时延优势，提高网络性能和服务质量，有利于运营者增加容量和开放能和服务质量，有利于运营者增加容量和开放实时业务实时业务EverythingATMSDH/WDMEverythingTCP/IPAnythingATM ViewInternet View92、IP 与与ATM融合的模型融合的模型q 重叠模型重叠模型 IP层运行在层运行在ATM层之上层之上 2个地址空间（个地址空间（IP地址地址与与ATM地
6、址）地址） 2种选路协议（种选路协议（IP选路协议与选路协议与ATM选路协议）选路协议） 需要地址解析功能需要地址解析功能 CIPOA、LANE、MPOA是重叠模式是重叠模式q 集成模型集成模型 单一的单一的IP地址空间地址空间 单一的单一的IP选路协议选路协议 需要控制协议需要控制协议（将（将3层的选路信息映射到层的选路信息映射到2层直通交换机制）层直通交换机制）Ipsilon的的IP交换、交换、Tag交换、交换、MPLS是集成模式是集成模式103、重叠模型、重叠模型 CIPOA (Classical IP Over ATM)q CIPOA是是IP和和ARP在在ATM网络环境下的最网络环境下
7、的最早应用，主要用途是在早应用，主要用途是在ATM网络上支持现存的网络上支持现存的网络应用网络应用IP协议协议q 继承了继承了TCP/IP协议的基本思想，仅把协议的基本思想，仅把ATM网络看成另一种异型子网网络看成另一种异型子网q 在在IP层协议看来，层协议看来， ATM网络与现存的以太网络与现存的以太网、令牌环网等子网处于同样的地位网、令牌环网等子网处于同样的地位11CIPClassical IP over ATMLIS：logical IP subnet 逻辑逻辑IP子网子网ARS：address resolution server 地址解析服务器地址解析服务器NHS：next hop a
8、ddress resolution server下一跳地址解析服务器下一跳地址解析服务器12q 后期的后期的integrated modelq 特点特点q 实例实例IP与与ATM的融合的融合集成模式集成模式 单一的单一的IP地址空间地址空间 单一的单一的IP选路协议选路协议 需要控制协议需要控制协议（将（将3层的选路信息映射到层的选路信息映射到2层直通交换机制）层直通交换机制） Ipsilon的的IP交换交换 Cisco的的Tag交换交换 IETF推荐的推荐的MPLS134、Tag交换技术交换技术q 标标签签交交换换（tag switching）是是一一种种利利用用附附加加在在IP数据分组上的
9、标签数据分组上的标签（tag）进行快速转发的进行快速转发的IP交换技术；交换技术；q 去往特定目的地的分组被添加相应标记并在标记交去往特定目的地的分组被添加相应标记并在标记交换网络中转发，用换网络中转发，用简单的标记表查询和替换简单的标记表查询和替换操作代替操作代替路由表查询；路由表查询；q 集成了选路和交换，将第二层的速度、性能管理和集成了选路和交换，将第二层的速度、性能管理和质量管理功能与第三层路由的扩展性和灵活性结合起质量管理功能与第三层路由的扩展性和灵活性结合起来。来。q 介绍内容介绍内容 Tag Tag交换的组件交换的组件 Tag Tag交换的基本原理交换的基本原理14标签交换的基本
10、概念（标签交换的基本概念（1）1、标签、标签 标签是数据分组上附加的一个字段，在标签交换中，标签是数据分组上附加的一个字段，在标签交换中，路由器只根据路由器只根据简单的标签简单的标签来决定数据分组的下一跳，提高来决定数据分组的下一跳，提高了数据分组的转发速度。了数据分组的转发速度。2、转发等价类、转发等价类 转发等价类（转发等价类（FEC：forwarding equivalence class）是一组具有相同特性的数据分组，是一组具有相同特性的数据分组， FEC分组可以分组可以是是具有相同选路决策具有相同选路决策。给属于同一个。给属于同一个FEC的数据分组的数据分组加上加上相同的标签相同的标
11、签。15标签交换的基本概念（标签交换的基本概念（2）3、标签边缘路由器、标签边缘路由器 标签边缘路由器（标签边缘路由器（TER：tag edge routers）位位于标签交换网络的于标签交换网络的边缘边缘。它负责给进入到标签交换网。它负责给进入到标签交换网络的数据分组络的数据分组加上标签加上标签，并负责将离开标签交换网络，并负责将离开标签交换网络的数据分组的的数据分组的标签去除标签去除，对数据分组进行第三层转发，对数据分组进行第三层转发， TER使用标准的路由协议使用标准的路由协议（OSPF，BGP等）来等）来创建转发信息库（创建转发信息库（FIB：forwarding informatio
12、n base）。）。TER根据根据FIB的内容，使用标签分发协议的内容，使用标签分发协议（TDP：tag distribution protocol）向其他向其他TER或或标签交换路由器分发标签。标签交换路由器分发标签。16标签交换的基本概念（标签交换的基本概念（3）4、标签交换路由器、标签交换路由器 标签交换路由器（标签交换路由器（TSR：tag switch routers）位于位于标签交换网络的内部标签交换网络的内部，负责根据标签来转发数据，负责根据标签来转发数据分组。分组。TSR接收来自接收来自TER的的TDP消息，并根据这些消消息，并根据这些消息所携带的信息建立自己的标签信息库（息所
13、携带的信息建立自己的标签信息库（TIB：tag information base）。）。在标签交换网络中，只在标签交换网络中，只依据标依据标签进行数据分组的转发。签进行数据分组的转发。17标签交换的基本概念（标签交换的基本概念（4）5、TIB （Tag Information Base） TIB存储着有关数据分组按照标签转发的相关信息，存储着有关数据分组按照标签转发的相关信息，包括包括输入端口号、输出端口号、输入标签、输出标签、输入端口号、输出端口号、输入标签、输出标签、目的网段地址目的网段地址等。等。TIB中的这些信息中的这些信息由由TDP协议负责控协议负责控制更新制更新。6、TDP（Tag
14、 Distribution Protocol ） 标签交换设备（包括标签交换设备（包括TSR和和TER）使用使用TDP向其相向其相邻节点通知标签关联信息和邻节点通知标签关联信息和更新标签信息库。更新标签信息库。 TDP结合结合标准路由协议（标准路由协议（OSPF，BGP等）支持标签关联信息的等）支持标签关联信息的分发、标签转发路径的请求和释放。分发、标签转发路径的请求和释放。18Tag交换组件交换组件q Tag交换节点由交换节点由转发组件转发组件和和控制组件控制组件构成。构成。q 转发组件转发组件是可以进行标签交换的是可以进行标签交换的Tag交换器。交换器。 Tag交换器中具有交换器中具有标签
15、转发信息库标签转发信息库。其信息是在控制。其信息是在控制驱动时将路由映射到标签而形成的。驱动时将路由映射到标签而形成的。转发组件的转发机制是基于对转发组件的转发机制是基于对固定长度的短标签固定长度的短标签的精的精确匹配算法，而不是在网络层采用传统的最长匹配算确匹配算法，而不是在网络层采用传统的最长匹配算法，并且转发机制独立于网络层协议。法，并且转发机制独立于网络层协议。q 控制组件控制组件选路功能、生成标签和网络层路由的捆选路功能、生成标签和网络层路由的捆合信息、在合信息、在Tag交换器之间传送标签捆合信息。交换器之间传送标签捆合信息。19Tag交换的基本原理交换的基本原理标签交换的工作过程：
16、标签交换的工作过程： 1）当要转发的数据分组进入标签交换网络时，）当要转发的数据分组进入标签交换网络时，TER和和TSR使用标准的路由协议（使用标准的路由协议（OSPF，BGP等）来等）来确定确定转发路由转发路由，产生标签产生标签，通过通过TDP协议分发协议分发。相邻。相邻TSR接收到接收到TDP信息后会建立标签信息库信息后会建立标签信息库TIB。 2）当一个）当一个TER接收到一个要转发的数据分组时，先接收到一个要转发的数据分组时，先分析网络层数据分组头，从分析网络层数据分组头，从FIB中选择路由，给数据分中选择路由，给数据分组加上一个标签后，将其转发到下一个组加上一个标签后，将其转发到下一
17、个TSR。 20Tag交换的基本原理交换的基本原理 3）在标签交换网中，）在标签交换网中，TSR接收到加有标签的数接收到加有标签的数据分组，不用再次分析数据分组头，而是只据分组，不用再次分析数据分组头，而是只使用标使用标签签基于基于TIB对数据分组进行对数据分组进行快速的交换快速的交换。 4）加有标签的数据分组到达网络边缘的）加有标签的数据分组到达网络边缘的TER时，时，TER会去掉标签会去掉标签，然后把数据分组交给上层应用，然后把数据分组交给上层应用，从而完成数据分组在标签交换网络中的传送。从而完成数据分组在标签交换网络中的传送。 Tag交换具有面向连接的特性。交换具有面向连接的特性。21标
18、签分配方式标签分配方式标签分配方法：标签分配方法： 1）下游分配）下游分配 2）上游分配）上游分配 3）下游按需分配）下游按需分配22下游标签分配下游标签分配23上游标签分配上游标签分配24下游按需分配下游按需分配25MPLSMPLS的概念的概念MPLSMPLS网络体系结构网络体系结构MPLSMPLS基本交换原理基本交换原理5、多协议标记交换、多协议标记交换MPLS26 MPLS Multi-Protocol Label Switchingq MPLS可以在多种第二层媒质上进行标记交换的网络技可以在多种第二层媒质上进行标记交换的网络技术，将第二层的交换和第三层的路由有机地结合起来。术，将第二层
19、的交换和第三层的路由有机地结合起来。q MPLS是利用是利用标记进行数据转发标记进行数据转发的。当分组进入网络时，的。当分组进入网络时，分配固定长度的短的标记并将标记与分组封装在一起，在分配固定长度的短的标记并将标记与分组封装在一起，在整个转发过程中，交换节点仅根据标记进行转发。整个转发过程中，交换节点仅根据标记进行转发。q MPLS具有具有“多协议多协议”特性，对上兼容特性，对上兼容IPv4、IPv6等多等多种主流网络层协议；对下支持种主流网络层协议；对下支持ATM、FR、PPP等链路层多等链路层多种协议，从而使得多种网络的互连互通成为可能。种协议，从而使得多种网络的互连互通成为可能。q M
20、PLS技术以其诸多优势和强大的网络功能，被业界认技术以其诸多优势和强大的网络功能，被业界认为是最具竞争力的通信网络技术之一，并将担负起下一代为是最具竞争力的通信网络技术之一，并将担负起下一代网络（网络（NGN）骨干传输的重任。骨干传输的重任。MPLS的概念的概念27MPLS的特点的特点1. MPLS是是利用标记利用标记（label）进行数据转发的。传统进行数据转发的。传统IP交换交换采用的是采用的是hop-by-hop的逐跳式转发，而且是路由选择和数据转的逐跳式转发，而且是路由选择和数据转发同时进行。发同时进行。2. MPLS技术技术将路由选择和数据转发将路由选择和数据转发分开进行。在数据转发
21、之分开进行。在数据转发之前先进行路由选择，通过标记来标识所选路由前先进行路由选择，通过标记来标识所选路由3. 因此，因此，MPLS技术与传统技术与传统IP交换技术的最本质的区别在于，交换技术的最本质的区别在于，传统传统IP交换采用无连接的工作方式，而交换采用无连接的工作方式，而MPLS采用面向连接采用面向连接的工的工作方式。作方式。4. MPLS技术的另一特点在于它的技术的另一特点在于它的“多协议多协议”特性特性，对上兼容，对上兼容IPv4、IPv6等多种主流网络层协议，将各种传输技术统一在一等多种主流网络层协议，将各种传输技术统一在一个平台之上；对下支持个平台之上；对下支持ATM、PPP、S
22、DH、DWDM等多种链路等多种链路层协议，从而使得多种网络的互连互通成为可能。层协议，从而使得多种网络的互连互通成为可能。28传统传统IP交换技术交换技术29MPLS技术技术30MPLS体系结构体系结构31MPLS相关基本概念相关基本概念（1）q 标记交换路由器标记交换路由器LSR(Label Switching Router)o边缘路由器边缘路由器LER（Label Edge Router）o核心路由器核心路由器LSRq 标记交换路径标记交换路径LSP(Label Switching Path) MPLS网网络络为为具具有有一一些些共共同同特特性性的的分分组组通通过过网网络络而而选选定定的的
23、一一条条通通路路，由由入入口口的的边边缘缘交交换换路路由由器器，一一系系列列核核心心路路由由器器和和出出口口的的边边缘交换路由器以及它们之间由标记所标识的逻辑信道组成。缘交换路由器以及它们之间由标记所标识的逻辑信道组成。 q 标记分发协议标记分发协议LDP(Label Distribution Protocol) MPLS的的控控制制协协议议，用用于于LSR之之间间交交换换信信息息，完完成成LSP的的建建立立、维护和拆除等功能。维护和拆除等功能。 32q 转发等价类转发等价类FEC(Forwarding Equivalence Class) 在在MPLS网网络络中中经经过过相相同同的的LSP，
24、完完成成相相同同的的转转发发处处理理的的一一些些数数据据分分组组，这这些些数数据据分分组组具具有有某某些些相相同同的的特特性性。FEC的的划划分分通常依据网络层的目的地址前缀或是主机地址。通常依据网络层的目的地址前缀或是主机地址。 q 标记标记(Label) 它它是是一一个个短短的的、具具有有固固定定长长度度、仅仅在在相相邻邻LSR之之间间有有意意义义、用来标识和区分转发等价类用来标识和区分转发等价类FEC的标志。的标志。q 标记映射标记映射 将标记分配给将标记分配给FEC。MPLS相关基本概念相关基本概念（2）33MPLS基本交换原理基本交换原理 MPLS交交换换采采用用面面向向连连接接的的
25、工工作作方方式式，信信息息传传送送要要经过以下三个阶段：经过以下三个阶段：q 建立连接建立连接 对于对于MPLS来说，建立连接是形成标记交换路径来说，建立连接是形成标记交换路径LSP的过程的过程q 数据传输数据传输 数据传输就是数据分组沿数据传输就是数据分组沿LSP进行转发的过程进行转发的过程q 拆除连接拆除连接 拆除连接就是通信结束或发生故障异常时释放拆除连接就是通信结束或发生故障异常时释放LSP的过程的过程34LSP的建立过程的建立过程35MPLS的数据传输的数据传输q 入口路由器的处理过程入口路由器的处理过程 数数据据分分组组到到LSP的的映映射射、将将数数据据分分组组封封装装成成标标记记分组、将标记分组从相应端口转发出去分组、将标记分组从相应端口转发出去 q 核心路由器的处理过程核心路由器的处理过程 依据标记进行转发依据标记进行转发q 出口路由器的处理过程出口路由器的处理过程 弹出标记、用网络层地址查找路由表确定下一跳弹出标记、用网络层地址查找路由表确定下一跳 36LSP上的数据转发上的数据转发37MPLS的连接拆除的连接拆除 连接的拆除也就是标记的取消。标记连接的拆除也就是标记的取消。标记取消的方式主要有两种。取消的方式主要有两种。q 采用计时器方式采用计时器方式q 通过通过LDP消息取消标记消息取消标记38
