IP與ATM的集成技術(shù)

計算機應用990714計算機應用田資源系統Computer Applications數字化期刊WANFANG DATA ( CHINAINFO)DIGITIZED PERIODICAL1999年第19卷第7期V ol.19 No.7 1999IP與ATM的集成技術(shù)黎..靜摘要本文討論了三種IP與ATM集成的思路,以及與之有關(guān)的各種實(shí)現方法,從而揭示了ATM網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的趨勢。關(guān)鍵詞IP,ATM,MPOA,路由THE INTEGRATION OF IP AND ATMLi JingComputer College, Southwest Jiaotong University, Sichuan*Chengdu 610031A bstract Because Internet protocol(IP)has used widely with the growth of Internet, variousproposals are suggested to support IP over ATM. This article discusses three kinds of idea to integrate IPand ATM and some proposals.Keywords ATM, IP, MPOA, Routing由于A(yíng)TM是面向連接的技術(shù),它與現有的網(wǎng)絡(luò )技術(shù),尤其是非面向連接的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)相結合是ATM應用的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。隨著(zhù)Internet的發(fā)展, TC P/IP協(xié)議已成為業(yè)界事實(shí)上的網(wǎng)絡(luò )標準。為了集成IP和ATM , ATM論壇、IETF等組織已進(jìn)行了大量的研究,并制定了一系列的標準,如Classical IPOver ATM、MPOA、MPLS等。 許多著(zhù)名的網(wǎng)絡(luò )公司,如3Com、CisCo、 Ipsilon等 也提出了自己的解決方案。目前,已有多種IP和ATM結合的解決方法,最初的思想沿襲了以往在Ethernet,、 X.25.上傳輸IP報文的方法,將ATM作為IP的數據鏈路層,將IP數據報封裝在A(yíng)TM信元中傳輸。根據這種思想, IETF制定了Classical IP Over ATM。以后陸續又有人提出了一些新的思想。如借助AT M的信元交換技術(shù)，將IP路由技術(shù)與ATM交換技術(shù)結合在-起,解決IP路由”瓶頸”問(wèn)題,或提出-種新的網(wǎng)絡(luò )體系結構以適應未來(lái)通信的需要。1 Classical IP Over ATMIETF制定了兩種RFC標準,說(shuō)明了如何將IP報文和ARP請求直接裝入協(xié)議數據單元,并轉換為ATM信元。其中, RFC 1483 ( Encapsulation Rules forATM )定義了IP數據報的封裝格式, RFC 1577( Classical IP andARP over ATM )則說(shuō)明了IP在A(yíng)TM網(wǎng)絡(luò )上的操作,以及IP地址和AT M地址的解析。1.1 Classical IP Over AT M地址解析RFC 1577采用了IP在以太網(wǎng)上傳輸的思想,只簡(jiǎn)單地將ATM看作數據鏈路層,為IP提供第二層的傳送服務(wù)。需要傳送的IP報文都采用RFC 1483中定義的IEEE 802.2 LLC/SNAP格式,即在IP報文前加一個(gè)LLC/SNAP頭域,被封裝在A(yíng)AL5的協(xié)議數據單元(PDU )中,通過(guò)ATM網(wǎng)絡(luò )傳輸。在A(yíng)TM網(wǎng)絡(luò )中使用邏輯IP子網(wǎng)(LIS) ( 如圖1)的概念,在邏輯上中國煤化工一LIS內的成員必須采用相同的IP網(wǎng)絡(luò )號、子網(wǎng)號以及子網(wǎng)掩碼,可通過(guò)ATM網(wǎng)MHCNMH aIS上的成員,即使在同- -ATM網(wǎng)上,也要通過(guò)路由器進(jìn)行通信。fle/// Vaqki/iy97990714.htm(第1/ 5頁(yè)) 2010-3-23 1:19.41計算機應用990714Router2 ]ISN2LIS43ATM受H閭圖1 Logical IP subnets ( LISs )每一個(gè)連接到ATM網(wǎng)絡(luò )的主機都至少具有一個(gè)AT M地址和一個(gè)IP地址,類(lèi)似于IP在以太網(wǎng)上運.行時(shí)需進(jìn)行IP地址與MAC地址的解析, Classical IP Over ATM也提供IP地址與ATM地址的解析。由于A(yíng)TM不支持廣播機制,在每一個(gè)LIS中都必須設置一臺地址 解析服務(wù)器( ARP SEVER) , 應用ATM地址解析協(xié)議( ATMARP )對子網(wǎng)中的成員進(jìn)行地址解析,該地址解析服務(wù)器的ATM地址為L(cháng)IS中所有成員所共知,并且可以被多個(gè)LIS子網(wǎng)共用。在同一LIS子網(wǎng)中,所有LIS成員通過(guò)ATMARP進(jìn)行IP地址到ATM地址的解析。而對于分屬于不同LIS子網(wǎng)的站點(diǎn),則由路由器和兩個(gè)子網(wǎng)的地址解析服務(wù)器共同完成解析過(guò)程。1.2 Classical IP Over ATM的不足Classical IP Over ATM采用了傳統的IP覆蓋模型,保留了IP可應用于所有數據鏈路層的重要特性,簡(jiǎn)單地將IP層映射到ATM層上。這種解決方法的不足之處在于IP層和ATM層的功能重復,不能充分發(fā)揮出ATM的特性。例如,在A(yíng)TM層已經(jīng)定義了QoS , IP層又重新定義; IP路由不考慮ATM虛通路等。而lassical IP Over ATM最大的缺陷是不能在不同LIS的成員間建立直接的ATM連接,不同LIS的成員間只能通過(guò)路由器進(jìn)行通信。2兩種 新的解決方案在多種硬件技術(shù)共存的IP網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行端一端的通信 , IP路由器起著(zhù)重要的作用。IP與ATM的結合,著(zhù)重要解決IP路由的性能,在整個(gè)ATM環(huán)境中,盡量避免不必要的第三層操作,提供端一-端QoS支持。為達到這一-目的,有兩種解決方法:第一種解決方法借助ATM端一 端通信的優(yōu)勢,突破傳統的IP H op-by-hop路由,在不同IP子網(wǎng)的主機之間建立直接的端一端的V C或捷徑路由( shortcut routing) , 而避免通過(guò)IP路由器。這種思想體現在A(yíng)TM:論壇所制定的Multiprotocol overATM ( MPOA )中。捷徑路由不同于傳統的H op-by-hop路由, 它可以不考慮網(wǎng)絡(luò )路由邊界, 通過(guò)數據鏈路層直接轉發(fā)網(wǎng)絡(luò )層的報文,如圖2所示。Hop _by. hop路由路徑囝圍園ShortcutLIS#1LIS#2i LIS#3囝I(lǐng)Prouter鳳ATM swich中國煤化工MHCNM HG/i9790714.hth (第2/ 5頁(yè)) 2010-3-23 1:19.41計算機應用990714圖2 Hop-by-hop 路由與捷徑路由第二種解決方法努力將IP路 由計算的靈活性和強大功能以及ATM在數據轉發(fā)方面的高效性結合起來(lái),設計新型的交換一路由設備。Ipsilon公 司的IP Switching. C isco公司的T ag sitching以及IEFT起草的MPLS ,都采取了這種思想。3 Multiprotocol over ATM ( MPOA )MPOA模型是ATM論壇以L(fǎng)ANE和IET F制定的Next H op Resolution Protocol ( NHRP )為主要元素提出的。MPOA的目標是在A(yíng)TM主干網(wǎng)上結合路由和橋接技術(shù),支持現有的第三層協(xié)議,如IP、IPX等。.3.1 Next H op Resolution Protocol ( NHRP )NH RP是為使IP節點(diǎn)使用捷徑路由技術(shù)而設計的地址解析協(xié)議。NH RP對ATM地址解析協(xié)議( ATMARP )進(jìn)行了擴充,可以提供不同LIS的IP主機的地址解析。NH RP仍采用了傳統的IP模型,但以NBMA ( non broadcast multipleaccess,非廣播多接入)網(wǎng)絡(luò )代替了LIS ,以NHS ( NextHopServer )代替了ARP服務(wù)器。NBMA是指不 支持廣播操作的非廣播子網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò ),有的本身是非廣播網(wǎng)絡(luò ),如X .25網(wǎng)絡(luò )、ATM網(wǎng)絡(luò )等,有的是廣播網(wǎng)絡(luò ),但網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍太大,不便進(jìn)行廣播操作。如果目的主機直接連接在源主機所在的NBMA上, NH RP就向源主機提供目的主機的NBMA地址,如MAC地址、ATM地址等;如果目的主機并非直接連接在該NBMA.上, NH RP提供連接目的主機的出口路由器的NBMA地址。NH RP建立在客戶(hù)/服務(wù)器技術(shù)的基礎上, IP主機是NHRP客戶(hù),而路由器是下-級服務(wù)器( NHS)。通過(guò)捷徑路由可以在任意兩個(gè)NBMA節點(diǎn)之間建立直接連接,如圖3所示。Without NHRPWith NHRPNBMA NetworkLIS#1LIS#2Arouterl ] Frouter2] router3routerl| router2] router3sourcedestination sourcedestination圖3 Next H op Resolution Protocol(NHRP)3.2 MPOA結構與其它與ATM有關(guān)的協(xié)議一樣, MPOA也采用客戶(hù)/服務(wù)器結構。MPOA客戶(hù)( MPOA ClientMPC )和MPOA服務(wù)器( MPOA Server , MPS )通過(guò)ELAN相互連接。MPC 的主要功能是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )層的數據傳送,但并不進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )層的路由計算。MPS負 責響應MPC的MPOA請求,在MPC之間建立直接虛電路。通常,MPC包含在邊緣設備和MPOA主機中,MPS包含在路由服務(wù)器中。MPOA系統的設備包括:邊緣設備( edge device)它使用目標地址或MAC地址在傳統的LAN網(wǎng)段與ATM接口之間傳送信息包;MPOA主機指能夠實(shí)現MPOA功能的ATM主機。MPOA主機相互間可以進(jìn)行通信,并可通過(guò)邊界設備與傳統LAN進(jìn)行通信;路由服務(wù)器使用某些協(xié)議路由算法和構造表響應MPOA系統的請求,完成網(wǎng)絡(luò )層地址對ATM地址的映射,并支持多路廣播功能。路由服務(wù)器對網(wǎng)絡(luò )層、MAC、ATM地肖' 中國煤化工息用于相互通信的兩個(gè)端點(diǎn)(邊緣設備或MPOA主機)間的直接虛電路的建HCN MH cjRIP、OSPF與IPNNI協(xié)議。MPOA支持虛擬路由( virtual routing)的概念,即把路由計算與報文轉發(fā)分開(kāi)。在MPOA系統中,邊緣設備和MPOA主機負責數據轉發(fā),卻不進(jìn)行路由計算;路由計算和路由信息維護的功能集/g9799719.hth (第3/ 5頁(yè)) 2010-3-23 1:19:41計算機應用990714中在路由服務(wù)器中?？蓪POA 系統視為一個(gè)虛擬路由器,即運行于A(yíng)TM上并能提供類(lèi)似于多協(xié)議路由器的一組MPOA設備。MPOA邊緣設備類(lèi)似于路由器的接口卡; ATM交換機構類(lèi)似于路由器背板,連接各種MPOA設備;路由服務(wù)器類(lèi)似于路由器的控制處理器,維護路由信息。4 IP SwitchingIP Switching是Ipsilon公司提出的IP與ATM的集成方案。它提供-種新的路由一交換結構,將路由技術(shù)的智能與ATM的高速轉發(fā)性能結合在一起,利用快速處理器, 在A(yíng)TM硬件的基礎.上運行IP路由軟件, 用軟、硬件結合的方法處理IP報文轉發(fā),以減少I(mǎi)P報文通過(guò)路由器的延遲。4.1 IP svitch的工作方式一個(gè)IP swvitch由AT M switch、IP switch控制器以及專(zhuān)用管理協(xié)議三個(gè)部分組成,如圖4所示。IPswitch控制器的功能與普通IP路由器相似。它通過(guò)General Switch Management Protocol ( GSMP )協(xié)議控制ATM硬件,負責從相鄰的IP switch獲取路由信息,構造IP路由表,運行標準路由協(xié)議。IP Switch”IP SwitehCortroler" GSMP}ATM--- IFMP... JFMP1 t Routing Protocols -4 Routing Protocols tFCelTraffe二Cell TraficSwitch圖4 IP svitch結構當IPsvitch初始化時(shí),為每---個(gè)物理鏈路建立--個(gè)缺省的ATM轉發(fā)通路。這個(gè)缺省通路允許相鄰的IP switch交換路由信息,進(jìn)行無(wú)連接的H op- by-hop路由。封裝在A(yíng)TM信 元中的IP數據包到達IPswitch后,被重新組裝成IP數據包送往IP switch控制器, IP switch控制器檢查IP報頭,如果IP switch控制器認為有必要對IP數據包進(jìn)行硬件交換,就建立從源端到目的端的連接,并用Ipsilon FlowManagement Protocol ( IFMP )協(xié)議通知相鄰的IP svitch。以后的信元就不必再組裝成數據包,而直接以信元的方式,通過(guò)ATM switch進(jìn)行轉發(fā)。對于數據量小的數據流,由于建立交換鏈路只會(huì )增加延遲,不能有效提高轉發(fā)效率,仍采用傳統的存儲一轉發(fā)的路由。4.2 IP svitching與MPOA比較MPOA旨在A(yíng)TM主干網(wǎng)上運行多種協(xié)議,不僅支持各種采用路由技術(shù)的協(xié)議,如IP、IPX等，而且橋接Netbios. SNA等不可路由的協(xié)議。MPOA本身需要多種技術(shù)的支持,實(shí)現方法復雜。MPOA支持VLAN操作,設備可在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )范圍內增加、移動(dòng)和修改。IP svitching是用ATM交換機充當IP路由器, IP地址直接映射到下層ATM硬件,實(shí)現方法簡(jiǎn)單，現有的路由協(xié)議,如OSPF、BGP等 都不需要修改。IP svitching只支持IP協(xié)議,但其它協(xié)議的數據包可封裝在IP數據包中傳送。在建立連接方面, IP sitching根據第-個(gè)數據包的報頭建立連接,而MPOA采用-種特殊的數據包”信令連接請求”, 當連接建立后,開(kāi)始傳送IP數據包。5 T ag Switching與MPLSTag Switching是Cisco公司提出的將第二層交換與第三層交換技術(shù)結中國煤化工解決方案。它類(lèi)似于IP Switching也采用了路由一交換技術(shù) ,不同在于T ag SwitcI|lYHCNMHG中協(xié)議,在IP環(huán)境下Tag Swithing也即IP svitching在以上所討論的路由一交換結構基礎之上,fle// Vqk//iyl97/990714.htm (第4/ 5頁(yè)) 2010-3-23 1:19:41計算機應用990714IETF提出了MPLS(Multi- Protocol Label Switching)。MPLS的設計 目標是解決所有性能和擴展問(wèn)題,為未來(lái)的Internet提供各種有效的網(wǎng)絡(luò )服務(wù),如單播、多播、 QoS等。6趨勢分析IP與ATM技術(shù)是為Internet網(wǎng)絡(luò )提供多媒體服務(wù)的技術(shù)熱點(diǎn),雖然網(wǎng)絡(luò )界已提出了多種解決方案，但還有許多問(wèn)題需要解決,如QoS、多路廣播等。未來(lái)的解決方案必將在與現有網(wǎng)絡(luò )技術(shù)兼容的基礎上,充分發(fā)揮ATM的高速傳輸、QoS支 持等特性。黎靜碩士研究生。研究方向:計算機網(wǎng)絡(luò )。作者單位:黎靜( 西南交通大學(xué)計算機與通信工程學(xué)院四川 .成都610031 )參考文獻[1] Eugenio Guaarene. 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