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1、ipip与与atmatm的融合的融合韶关学院计算机系程细柱第七章第七章 IPIP与与ATMATM的融合的融合（一）教学内容：（一）教学内容：介绍介绍IP与与ATM融合的技融合的技术模型、重叠模型技术和集成模型技术。术模型、重叠模型技术和集成模型技术。 （二）教学目标与要求：（二）教学目标与要求：通过对本课的学通过对本课的学习，使学生了解习，使学生了解IP与与ATM融合的技术模型、融合的技术模型、重叠模型技术和集成模型技术。重叠模型技术和集成模型技术。 （三）教学重点与难点：（三）教学重点与难点：重叠模型技术和重叠模型技术和集成模型技术。集成模型技术。 （四）教学方法：（四）教学方法：讲授法。讲
2、授法。韶关学院计算机系程细柱7.1 IP与与ATM融合的技术模型融合的技术模型7.2 重叠模型技术重叠模型技术7.3 集成模型技术集成模型技术韶关学院计算机系程细柱7.1 IP与与ATM融合的技术模型融合的技术模型7.1.17.1.1重叠模型重叠模型重重叠叠模模型型就就是是将将IP当当成成一一个个网网络络与与ATM网网络络互互连连，不不更更改改ATM网网络络的的协协议议模模块，而将块，而将IP的功能层叠加在的功能层叠加在ATM上。上。韶关学院计算机系程细柱符符合合重重叠叠模模型型的的主主要要技技术术包包括括ATM上上的的 传传 统统 IP（ Classical IP over ATM，CIPO
3、A）、局局域域网网仿仿真真（LANE）和和ATM上上的的多多协协议议（MPOA）等等。重重叠叠模模型型的的优优点点是是使使用用ATM Forum/ITU-T的的信信令令标标准准，其其复复杂杂度度较较低低，成成熟熟程程度度较较高高，与与ATM网网络络及及业业务务兼兼容容，对对将将来来通通信信网网向向B-ISDN方方向向发发展展比比较较有有利利。但但从从目目前前的的应应用用看看来来，存存在在传传送送IP包包的的效效率率较较低低，地地址址和和路路由由功功能能重重复复等缺点。等缺点。韶关学院计算机系程细柱7.1.27.1.2集成模型集成模型集集成成模模型型是是将将IP路路由由器器的的智智能能和和管管理
4、理性性能能集集成成到到ATM交交换换中中形形成成的的一一体体化化平平台台。与与重重叠叠技技术术不不同同，在在集集成成模模型型实实现现中中，它它将将ATM单单元元实实体体与与ATM网网络络地地址址分分配配策策略略和和路路由由选选择择协协议议分分离离；ATM层层被被看看作作是是IP层层的的对对等等层层，ATM网网络络实实体体采采用用与与IP协协议议完完全全相相同同的的协协议议体体系系和和地地址址分分配配策策略略；ATM系系统统仅仅需需要要分分配配IP地地址址，网网络络中中则则采采用用IP选选路路技技术术，不不再再需需要要ATM的的地地址解析规程。址解析规程。韶关学院计算机系程细柱7.2 重叠模型技
5、术重叠模型技术7.2.17.2.1ATM上的传统上的传统IPATM上上的的传传统统IP（Classical IP over ATM，CIPOA）是是一一个个早早期期方方案案，称称为为传传统统IP over ATM。一一 、AAL5上上 的的 多多 协协 议议 封封 装装（RFC1483）分分组组在在IP和和ATM上上传传送送时时，IP和和ATM都必须以当前数据链路的格式封装。都必须以当前数据链路的格式封装。韶关学院计算机系程细柱1LLC/SNAP封装封装LLC/SNAP封封装装是是通通过过在在每每个个包包含含一一个个IP分分组组或或任任何何其其他他网网络络层层协协议议分分组组的的AAL5帧帧之
6、之前前添添加加一一个个8字字节节的的LLC/SNAP帧头来实现的。帧头来实现的。2VC复用复用在在图图7.5中中描描述述了了VC复复用用的的概概念念，VC复用（或空封装）不需要复用（或空封装）不需要LLC/SNAP帧头。帧头。韶关学院计算机系程细柱图图7.5 RFC1483 VC复用封装复用封装AALATM物理层物理层VCVCIPIP韶关学院计算机系程细柱二、逻辑二、逻辑IP子网的概念子网的概念在在 RFCl577中中 描描 述述 ATM上上 的的 传传 统统IP（CIPOA）的的功功能能和和过过程程，引引入入了了逻逻辑辑IP子子网网（Logical IP Subnetwork，LIS）的的概
7、概念念，描描述述了了为为位位于于同同一一LIS的的IP设设备备间间建建立立点点到到点点的的ATM虚虚连连接接的的机机制制，而而且且提提供供一一个个在在LIS成成员员间间跟跟踪踪和和分分发发IPATM地地址绑定的业务。址绑定的业务。韶关学院计算机系程细柱三、三、CIPOA基本工作过程基本工作过程在在ATM上上的的传传统统IP（CIPOA）中中，成成功功地地解解决决了了IP地地址址与与ATM地地址址直直接接映映射射的问题，即的问题，即IP地址与地址与ATM地址之间的转换。地址之间的转换。1LIS的初始化的初始化LIS的的初初始始化化是是指指在在LIS中中新新增增加加一一个个主机的过程。主机的过程。
8、韶关学院计算机系程细柱2LIS主机内的数据传送主机内的数据传送IP主主机机向向LIS中中的的其其他他主主机机发发送送数数据据时时，首首先先通通过过ARP服服务务器器进进行行地地址址解解析析，获获得得对对方方的的ATM地地址址，启启动动ATM信信令令交交换换，建立一条建立一条ATM连接。连接。3LIS之间的数据传送之间的数据传送主主机机A需需要要向向处处于于不不同同LIS的的主主机机B发发送送IP分分组组时时，LIS之之间间的的数数据据传传送送如如图图7.8所示。所示。韶关学院计算机系程细柱图图7.8 LIS之间的地址解析过程之间的地址解析过程中间路由器中间路由器ARP服务器服务器主机主机 B路
9、由器路由器LIS2ARP服务器服务器主机主机 A路由器路由器LIS1ATM网络网络韶关学院计算机系程细柱4经过两台路由器的数据传送举例经过两台路由器的数据传送举例图图7.9给给出出了了不不同同路路由由器器进进行行寻寻址址过过程程的例子。的例子。韶关学院计算机系程细柱图图7.9 CIOPA地址解析举例地址解析举例ATM 地址解析表地址解析表ATM网络网络202.94.11.3202.94.44.10IP分组分组ab主机主机ARP服务器服务器路由器路由器A路由器路由器 C路由器路由器B202.94.11.5202.94.33.x202.94.44.x202.94.5x202.94.11.4c202
10、.94.11.x202.94.33.x202.94.44.x202.94.5.x直接直接经经202.94.11.5经经202.94.11.5经经202.94.11.4202.94.44 .x202.94.33.xIP 地址地址bbATM地址地址韶关学院计算机系程细柱四、四、CIPOA的优点与不足的优点与不足ATM上上的的传传统统IP（CIPOA）的的主主要要优优点点是是成成功功地地解解决决了了IP地地址址与与ATM地地址址直直接接映映射射的的问问题题，能能替替代代局局域域网网和和互互联联路路由由器的器的IP链路。链路。韶关学院计算机系程细柱7.2.27.2.2IP组播组播一、概述一、概述组组播
11、播通通信信是是一一种种从从源源端端站站向向多多个个目目的的端端站站同同时时发发送送分分组组的的通通信信过过程程。IP组组播播（IP Multicasting）技技术术允允许许路路由由器器一一次次将将数数据据包包复复制制到到几几个个通通道道上上，也也即即将将分分组组同同时时送送给给一一组组接接收收者者而而不不是是一一个个接接收收者者，并并且且依依靠靠网网络络将将分分组只传送给需要接收它们的网络。组只传送给需要接收它们的网络。韶关学院计算机系程细柱二、组播的能力二、组播的能力RFC1112描描述述了了IP组组播播对对标标准准IP的的扩扩展展。IP组播存在三级标准：组播存在三级标准：在在第第0级级，
12、主主机机不不支支持持组组播播，组组播播活活动动对对它们没有影响。它们没有影响。在第在第1级，主机可以只发送组播分组。级，主机可以只发送组播分组。在第在第2级，主机对级，主机对IP组播具有完全的支持。组播具有完全的支持。韶关学院计算机系程细柱三、三、ATM网络中的组播网络中的组播对对组组播播的的支支持持，在在广广播播网网络络中中容容易易实实现现，但但在在ATM网网络络中中，实实现现组组播播业业务务就就必必须须经经过过一一个个特特殊殊的的服服务务器器，用用于于确确定定组组播播组的成员，并建立组播虚信道（组的成员，并建立组播虚信道（VC）。）。韶关学院计算机系程细柱实实现现ATM层层组组播播的的方方
13、法法有有二二种种：一一种种是是虚虚信信道道（VC）组组播播网网状状网网，虚虚信信道道（VC）组组播播网网状状网网中中的的每每条条点点到到多多点点连连接接由由每每一一个个源源端端站站建建立立，各各目目的的端端站站均均是是组组播播组组中中的的成成员员，如如图图7.12所所示示；另另一一种种是是ATM层层组组播播服服务务器器（Multicast Server，MCS），在在ATM层层组组播播服服务务器器方方法法中中，每每一一个个源源端端站站都都建建立立一一条条通通向向MCS的的点点到到点点的的连连接接，MCS建建立立和和管管理理通通往往实实际际目目的的端端站站的的一一组组点点到到多多点点虚虚信信道（
14、道（VC），），如图如图7.13所示。所示。韶关学院计算机系程细柱LISMARSIP.1IP.3组播服务器MCSIP.2VC图图7.13 组播服务器模型组播服务器模型韶关学院计算机系程细柱1组播地址解析服务器组播地址解析服务器组组播播地地址址解解析析服服务务器器（MARS）把把第第三三层层组组播播组组地地址址映映射射为为一一系系列列ATM地地址址，例例如如组组播播IP地地址址被被映映射射为为ATM地地址址1、ATM地地址址2、ATM地址地址n等等，这一过程被称为主机映射。等等，这一过程被称为主机映射。2组播地址解析服务器的操作组播地址解析服务器的操作MARS客客户户机机要要加加入入MARS和和
15、向向MARS询问消息，使用的通道不是同一条。询问消息，使用的通道不是同一条。韶关学院计算机系程细柱3群成员的加入和注销群成员的加入和注销终终端端要要成成为为群群成成员员，必必须须经经过过MARS进进行行成成员员资资格格登登记记，才才能能将将终终端端加加入入到到群群控制控制VC上，作为群控制上，作为群控制VC的一个叶节点。的一个叶节点。4组播服务器的加入和注销组播服务器的加入和注销组组播播服服务务器器（MCS）的的加加入入和和注注销销与与群群成成员员的的加加入入和和注注销销相相类类似似，所所不不同同的的是是使用的信令消息不同。使用的信令消息不同。韶关学院计算机系程细柱5组组播播地地址址解解析析服
16、服务务器器（MARS）与与组组播服务器（播服务器（MCS）的关系的关系当当组组播播服服务务器器（MCS）在在MARS中中的的登登记记完完成成后后，MARS要要做做的的事事情情有有两两项项：一一是是，为为使使组组播播组组成成员员能能使使用用MCS，MARS将将要要修修改改各各种种MARS消消息息的的用用法法，其其中中包包括括的的消消息息有有MARS-REQUEST（请请求求指指令令），MARS-JOIN（加加入入指指令令）和和MARS-LEAVE（离离开开指指令令）。二二是是，MARS中中除除了了主主机机映映射射外外，还还有有服服务务器器的的映映射射，即即服服务务器器将将第第三三层层组组播播组组
17、地地址址映映射射成成一一序序列列MCS的的ATM地址。地址。韶关学院计算机系程细柱7.3 集成模型技术集成模型技术7.3.17.3.1IP交换交换IP交交换换（IP Switch）是是Ipsilon公公司司提提出出的的专专门门用用于于在在ATM网网上上传传送送IP分分组组的的技技术术，它它克克服服了了ATM上上的的传传统统IP（CIPOA）的的一一些些缺缺陷陷，如如在在子子网网之之间间必必须须使使用用传传统统路路由由器器等等，提提高高了了在在ATM上上传传送送IP分分组组的的效效率率，是是目目前前一一种种典典型型的的属属于于集集成成模模型型的的技术。技术。韶关学院计算机系程细柱一、一、IP交换
18、机的构成交换机的构成IP交交换换机机由由ATM交交换换机机和和IP交交换换机机控控制器等组成，如图制器等组成，如图7.14所示。所示。韶关学院计算机系程细柱IP交换机控制器交换机控制器ATM交换机交换机控制端口控制端口IP交换机交换机GSMPIFMPIFMP图图7.14 IP交换机的组成交换机的组成韶关学院计算机系程细柱二、二、IP交换的工作原理交换的工作原理IP交交换换的的基基本本概概念念是是流流的的概概念念，一一个个流流是是从从ATM交交换换机机输输入入端端口口输输入入的的一一系系列列有有先先后后关关系系的的IP包包，它它将将由由IP交交换换机机控控制制器的路由软件来处理。器的路由软件来处
19、理。韶关学院计算机系程细柱（1）IP交换机交换机ATM输入端口接收上输入端口接收上游节点输出的用户业务流，游节点输出的用户业务流，IP交换机控制交换机控制器路由软件根据用户业务流的传输控制协器路由软件根据用户业务流的传输控制协议（议（Transmission Control Protocol，TCP）或用户数据报协议（）或用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）分组头的端口号对业务流）分组头的端口号对业务流进行分类，进行分类，IP交换机分类传输用户业务流。交换机分类传输用户业务流。韶关学院计算机系程细柱三、三、IP交换网关交换网关IP交交换换网网主主要要包包括括I
20、P交交换换机机和和IP交交换换网关等设备。网关等设备。四、四、IP交换的优缺点交换的优缺点IP交交换换的的最最大大特特点点是是对对用用户户输输入入的的业业务务数数据据流流进进行行了了分分类类，有有针针对对性性地地提提供供不不同的交换机制。同的交换机制。韶关学院计算机系程细柱IP交交换换的的缺缺点点是是只只支支持持IP，同同时时它它的的效效率率依依赖赖于于具具体体用用户户业业务务环环境境，对对于于持持续续时时间间短短、业业务务量量小小、呈呈突突发发分分布布的的用用户户业业务务数数据据流流，其其效效率率并并没没有有得得到到明明显显提提高高，一一台台IP交交换换机机只只相相当当于于一一台台中中等等速
21、速度度的的路路由器。由器。韶关学院计算机系程细柱7.3.27.3.2标记交换标记交换标标记记交交换换（Tag Switching是是Label Switching的的别别名名）是是Cisco推推出出的的一一种种基基于于传传统统路路由由器器的的ATM承载承载IP技术。技术。一、标记交换的基本原理一、标记交换的基本原理标标记记交交换换的的基基本本原原理理是是：在在位位于于交交换换网网系系统统边边缘缘的的路路由由器器中中，先先将将每每个个输输入入数数据据单单元元（IP帧帧）的的第第三三层层地地址址（IP地地址址）映映射射为为简简单单的的标标记记（Tag），然然后后将将带带有有标标记记的的数数据据单单
22、元元（IP帧帧）转转化为打了标记的化为打了标记的ATM信元。信元。韶关学院计算机系程细柱二、标记交换网中的部件二、标记交换网中的部件标标记记交交换换网网中中的的部部件件主主要要包包括括边边缘缘标标记记路路由由器器、标标记记交交换换机机（ATM交交换换机机或或路路由由器器）和和标标记记分分布布协协议议（Tag Distribution Protocol，TDP）三个部分。三个部分。边边缘缘标标记记路路由由器器：边边缘缘标标记记路路由由器器位位于于标标记记交交换换网网络络核核心心的的边边缘缘，提提供供网网络络层层服务，负责将标记加到数据包（服务，负责将标记加到数据包（IP包）上。包）上。韶关学院计
23、算机系程细柱标标记记交交换换机机：标标记记交交换换机机根根据据携携带带的的标标记记信信息息和和交交换换机机中中保保存存的的标标记记传传递递信信息息（信信元元标标记记或或信信元元）进进行行交交换换。除除了了标标记记交交换换以以外外，还还可可支支持持第第三三层层路路由由或或第第二二层层交换功能。交换功能。标标记记分分布布协协议议（TDP）：TDP是是标标记记交交换换机机和和边边缘缘路路由由器器进进行行标标记记信信息息交交换换的的标准（协议）。标准（协议）。韶关学院计算机系程细柱三、标记交换过程举例三、标记交换过程举例（ 1） 输输 入入 端端 标标 记记 边边 缘缘 路路 由由 器器（RTA）从从
24、源源主主机机接接收收未未打打上上标标记记的的IP数数据据包包，RTA查查询询它它的的TFIB，找找到到目目的的地地址址前前缀缀为为128.89.0.0/16（16为为在在ATM上上使使用用时时标标记记长长度度是是16位位）的的条条目目，取取得得下下一一跳跳RTB的的出出口口标标记记4和和输输出出接接口口号号1，并并从从输输出接口出接口1发送到核心标记交换网中。发送到核心标记交换网中。韶关学院计算机系程细柱（2）标记交换机（）标记交换机（RTB）收到标记为）收到标记为4，目的地址前缀为，目的地址前缀为128.89.0.0/16的标记分组，的标记分组，用此作为索引查询它的用此作为索引查询它的TFI
25、B，找到它的下，找到它的下一跳一跳RTC的出口标记的出口标记9和输出接口号和输出接口号0，并，并从输出接口从输出接口0发送输出边缘标记路由器发送输出边缘标记路由器（RTC）。）。（3）RTC在收到了在收到了RTB转发的分组后，转发的分组后，去掉标记，恢复成无标记的去掉标记，恢复成无标记的IP数据包传递给数据包传递给目的地址为目的地址为128.89.26.4的主机用户。的主机用户。韶关学院计算机系程细柱四、标记交换中对标记分类的含义四、标记交换中对标记分类的含义（1）目目的的地地址址前前缀缀：在在这这种种类类型型标标记记中中，按按目目的的地地址址前前缀缀来来标标记记IP数数据据包包，标标记记以以
26、路路由由表表中中的的路路由由为为基基础础，允允许许来来自自不不同同源源地地址址的的业业务务数数据据流流向向同同一一个个目目的的地地址址发发送送时时共共享享相相同同的的标标记记和和虚虚信信道道（VC）连接，可节省标记和提高传输的效率。连接，可节省标记和提高传输的效率。韶关学院计算机系程细柱（2）边界路由：）边界路由：在这种类型标记中，在这种类型标记中，是指在标记交换网的标记边缘路由器对之间是指在标记交换网的标记边缘路由器对之间分配标记。其意义是在某些情况下，这种技分配标记。其意义是在某些情况下，这种技术使用的标记比目的地址前缀技术会少一些。术使用的标记比目的地址前缀技术会少一些。（3）业务量调节
27、：）业务量调节：在这种类型标记中，在这种类型标记中，是按业务量调整来标记是按业务量调整来标记IP数据包，使得加上数据包，使得加上标记的标记的IP数据包能按指定的、与路由算法选数据包能按指定的、与路由算法选择不同的路由流动，从而允许网络管理员平择不同的路由流动，从而允许网络管理员平衡中继线路上的业务负荷。衡中继线路上的业务负荷。韶关学院计算机系程细柱（4）应用业务流：）应用业务流：按应用业务流来按应用业务流来标记标记IP数据包的类型是同时考虑源地址和数据包的类型是同时考虑源地址和目的地址，以提供更精确的控制，得到质目的地址，以提供更精确的控制，得到质量保证。例如根据源地址和目的地址之间量保证。例
28、如根据源地址和目的地址之间所需的所需的QoS登记来分配标记。登记来分配标记。韶关学院计算机系程细柱五、组播支持五、组播支持标标记记交交换换利利用用组组播播路路由由协协议议生生成成组组播播树树，在在形形成成组组播播树树时时会会采采用用生生成成树树算算法法避避免回路的形成。免回路的形成。六、标记交换的优缺点六、标记交换的优缺点1标记交换的优点标记交换的优点（1）路路由由信信息息层层次次化化，使使网网络络具具有有较强的扩展能力。较强的扩展能力。韶关学院计算机系程细柱（2）标记交换能支持多媒体应用所需）标记交换能支持多媒体应用所需的的QoS和具有组播能力。和具有组播能力。（3）标记交换技术能实现对路由
29、器和）标记交换技术能实现对路由器和ATM主干构成的网络更为简单的管理，因主干构成的网络更为简单的管理，因为它将为它将ATM交换机变成了路由器，形成了交换机变成了路由器，形成了更加统一的网络模型，因而简化了网络设更加统一的网络模型，因而简化了网络设备的配置和管理。备的配置和管理。韶关学院计算机系程细柱2标记交换的缺点标记交换的缺点由由于于标标记记交交换换是是Cisco公公司司的的专专有有技技术术，并并非非统统一一的的标标准准，构构建建标标记记交交换换网网络络时时端端到端都要使用到端都要使用Cisco的设备，才能完成通信。的设备，才能完成通信。韶关学院计算机系程细柱7.3.37.3.3多协议标记交
30、换多协议标记交换多多 协协 议议 标标 记记 交交 换换 （ Multi-protocol Label Switching， MPLS） 也也 是是 一一 种种 将将ATM与与IP相相结结合合的的技技术术，它它基基于于标标记记交交换换的机制，在的机制，在ATM层上直接承载层上直接承载IP业务。业务。韶关学院计算机系程细柱一一、多多协协议议标标记记交交换换（MPLS）的的网络结构网络结构MPLS网网络络与与传传统统IP网网络络的的不不同同主主要要在在于于MPLS域域中中使使用用了了标标记记交交换换路路由由器器（Label Switch Router，LSR），域域内内部部LSR之之间间使使用用M
31、PLS协协议议进进行行通通信信，而而在在MPLS域域的的边边缘缘由由MPLS标标记记边边缘缘路路由由器器（Label Edge Router，LER）进进行行与与传传统统IP技术的适配。技术的适配。韶关学院计算机系程细柱二二、标标记记交交换换路路由由器器（LSR）的的基本组成基本组成标标记记交交换换路路由由器器（LSR）由由转转发发单单元元和控制单元组成。和控制单元组成。转转发发单单元元包包含含交交换换结结构构和和标标记记转转发发信信息息库库（Label Forwarding Information Base，LFIB）。）。韶关学院计算机系程细柱三、标记交换路径（三、标记交换路径（LSP）的
32、建立的建立MPLS可可采采用用下下游游标标记记分分发发或或下下游游按按需需标标 记记 分分 发发 的的 方方 法法 来来 建建 立立 标标 记记 交交 换换 路路 径径（LSP）。）。1下游标记分发下游标记分发2下游按需标记分发下游按需标记分发下下游游按按需需标标记记分分发发是是指指在在收收到到上上游游节节点点明显的请求时，才由下游节点分配标记。明显的请求时，才由下游节点分配标记。韶关学院计算机系程细柱四、组播支持四、组播支持IP组组播播协协议议有有DVMRP，PIM-DM，PIM-SM及及MOSPF等等，并并具具有有不不同同的的特特性性。MPLS要要能能形形成成点点到到多多点点的的标标记记交交换换路路径径（LSP），因因此此，MPLS为为IP组组播播设设计计了了两两种组播发布树：有源树和共享树。种组播发布树：有源树和共享树。韶关学院计算机系程细柱1组播数据发布的路径组播数据发布的路径组播发组播发布树布树有源树是指在一个组播组中，每个源有源树是指在一个组播组中，每个源都有一棵发布树，不同的源使用不同的组都有一棵发布树，不同的源使用不同的组播发布树。播发布树。2建立组播发布树的驱动力建立组播发布树的驱动力建立组播发布树的驱动源有三类：请建立组播发布树的驱动源有三类：请求驱动、拓扑驱动和数据驱动。求驱动、拓扑驱动和数据驱动。结束结束
