如何在ATM網(wǎng)絡(luò)支持IP

四、MPOA

1、MPOA的原則

MPOA的目的是在LANE環(huán)境中有效地傳輸子網(wǎng)間的unicast數(shù)據(jù)。MPOA集成了LANE和NHRP以保留LANE，同時(shí)通過(guò)旁路路由器提高子網(wǎng)間通信的效率。MPOA允許網(wǎng)絡(luò)層路由記算和數(shù)據(jù)傳送物理地分離，這稱為虛擬路由。路由計(jì)算由位于路由器中的服務(wù)器--即MPS--執(zhí)行，數(shù)據(jù)傳送由邊緣設(shè)備中的客戶--即MPC--執(zhí)行。

在入口點(diǎn)，MPC檢測(cè)通過(guò)ELAN傳送給含有MPS的路由器的數(shù)據(jù)流，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)能夠旁路當(dāng)前路由路徑的捷徑時(shí)，它使用基于NHRP的協(xié)議請(qǐng)求與目的節(jié)點(diǎn)建立捷徑，如果可行，該MPC在其入口表中記錄下該信息，建立捷徑VCC，通過(guò)該捷徑VCC發(fā)送幀。對(duì)于使用捷徑的分組，MPC從分組中去掉數(shù)據(jù)鏈路層(DLL)封裝。

在出口點(diǎn)，MPC從其它MPC接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，對(duì)于通過(guò)捷徑接收到的幀，該MPC加上適當(dāng)?shù)腄LL封裝把它們傳送給上層協(xié)議。該DLL封裝信息由MPS提供并存貯在出口緩存中。

MPS是路由器的邏輯成分，給MPC提供網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)發(fā)信息，它包含NHRP中定義的完整的NHS。MPS與本地NHS和路由功能交互以回答入口MPC的MPOA請(qǐng)求，并給出口MPC提供DLL封裝信息。

下面是ELAN內(nèi)和ELAN間通信過(guò)程的簡(jiǎn)單描述。

ELAN內(nèi)通信從一個(gè)MPOA主機(jī)或LAN主機(jī)到同一ELAN的另一MPOA主機(jī)或LAN主機(jī)，這些數(shù)據(jù)流使用ELAN做地址解析和數(shù)據(jù)傳輸。ELAN間通信從一個(gè)MPOA主機(jī)或LAN主機(jī)到不同ELAN的MPOA主機(jī)或LAN主機(jī)，短數(shù)據(jù)流使用缺省的路徑，長(zhǎng)數(shù)據(jù)流使用捷徑，缺省的路徑利用ELAN和路由器，捷徑使用LANE和NHRP做地址解析和捷徑。捷徑是這樣工作的：如果源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)不在同一個(gè)MPS的管理域，入口MPS將MPOA解析請(qǐng)求翻譯成NHRP解析請(qǐng)求，通過(guò)NHRP將該請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給出口MPS，當(dāng)出口MPS收到出口MPC的回應(yīng)后，它生成NHRP解析回應(yīng)并把它發(fā)回給入口MPS，當(dāng)入口MPC得到入口MPS的MPOA解析回應(yīng)后，它與出口MPC之間就可以建立捷徑了。

2、MPOA的優(yōu)點(diǎn)和限制

MPOA從根本上將數(shù)據(jù)傳送和路由計(jì)算分開(kāi)，將功能分布到不同的設(shè)備，從而減少了參與路由計(jì)算的設(shè)備數(shù)目和端設(shè)備的復(fù)雜性。它可以以統(tǒng)一的方式支持二層和三層網(wǎng)絡(luò)互連，因此保證了ATM環(huán)境中大規(guī)模的互連。它可以同時(shí)有效地處理突發(fā)數(shù)據(jù)和長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)流，但是，MPOA的復(fù)雜性有很大的爭(zhēng)議。

五、IP交換

IP交換的目的是在快速交換硬件上獲得最有效的IP實(shí)現(xiàn)，將非連接的IP和面向連接的ATM的優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)。IP交換是標(biāo)準(zhǔn)的ATM交換加上連接于ATM交換機(jī)端口上的智能的軟件控制器，即IP交換控制器。IP交換機(jī)將數(shù)據(jù)流的初始分組交給標(biāo)準(zhǔn)的路由模塊(IP交換機(jī)的一部分)處理，當(dāng)IP交換機(jī)看到一個(gè)流中足夠的分組，認(rèn)為它是長(zhǎng)期的，就同相鄰的IP交換機(jī)或邊緣設(shè)備建立流標(biāo)記，后續(xù)的分組就可以高速地標(biāo)記交換，將緩慢的路由模塊旁路。特別的IP交換網(wǎng)關(guān)或邊緣設(shè)備負(fù)責(zé)從非標(biāo)記分組向標(biāo)記分組和分組到ATM數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

每個(gè)將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連到IP交換機(jī)的IP交換網(wǎng)關(guān)或邊緣設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)建立一個(gè)到IP交換控制器的虛信道作為缺省的轉(zhuǎn)發(fā)信道，從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接收到分組時(shí)，邊緣設(shè)備通過(guò)缺省轉(zhuǎn)發(fā)信道將分組傳送給IP交換控制器。

IP交換控制器執(zhí)行傳統(tǒng)的路由協(xié)議，如RIP、OSPF和BGP，將分組以正常的方式通過(guò)缺省轉(zhuǎn)發(fā)信道轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這可能是另一個(gè)IP交換機(jī)或邊緣設(shè)備。IP交換控制器還執(zhí)行數(shù)據(jù)流分類，它識(shí)別長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)流，因?yàn)檫@樣的數(shù)據(jù)可以用ATM硬件的cut-through交換來(lái)優(yōu)化，其余的通信仍然使用缺省的方式，即點(diǎn)到點(diǎn)的存貯轉(zhuǎn)發(fā)路由。

當(dāng)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)流被識(shí)別，IP交換控制器要求上一節(jié)給之打標(biāo)記，使用新的虛信道，如果源邊緣設(shè)備同意，該數(shù)據(jù)流就通過(guò)新的虛信道流向IP交換控制器。下一節(jié)點(diǎn)也執(zhí)行同一動(dòng)作。當(dāng)該流獨(dú)立使用特殊的輸入信道和輸出信道，IP交換控制器指示交換機(jī)建立適當(dāng)?shù)挠布丝谟成?，旁路路由軟件和相關(guān)的處理開(kāi)支。這個(gè)過(guò)程繼續(xù)下去，該流的前面幾個(gè)分組使從源邊緣設(shè)備到目的邊緣設(shè)備建立直接的連接。此設(shè)計(jì)使IP交換機(jī)以僅受交換引擎限制的速率轉(zhuǎn)發(fā)分組。第一代IP交換機(jī)支持高達(dá)每秒5.3M分組的吞吐量。此外，因?yàn)椴恍枰獙TM信元封裝到中介IP交換機(jī)的IP分組中，IP網(wǎng)中的吞吐量也得到了優(yōu)化。

Ipsilon給IETF提出了兩種協(xié)議。通用交換管理協(xié)議(GSMP, RFC1987)允許IP交換機(jī)控制器訪問(wèn)交換機(jī)硬件并動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變交換模式：存貯轉(zhuǎn)發(fā)或cut-through。Ipsilon流量管理協(xié)議(IFMP, RFC1953)用于在邊緣設(shè)備和IP交換控制器間交換控制信息并將IP流與ATM虛信道聯(lián)系起來(lái)。

IP交換的一個(gè)重要特性是流的分類和交換在本地執(zhí)行，而不是基于端到端的基礎(chǔ)上，這保留了IP的非連接本質(zhì)，并允許IP交換機(jī)繞過(guò)失效節(jié)點(diǎn)路由而不需要從源主機(jī)重新建立通道。

此外，流分類使IP交換同樣有效地支持長(zhǎng)期和突發(fā)數(shù)據(jù)。

然而，IP交換是基于流的，在大型網(wǎng)絡(luò)中其伸縮性是值得質(zhì)疑的，在很大的網(wǎng)絡(luò)中流的數(shù)目可能最終超過(guò)可用的虛通道數(shù)。

有五家公司正式宣稱支持Ipsilon的IP交換，它們是：Ericsson、General Datacomm、Hitachi America Ltd. 、NEC America Inc. 和DEC Ipsilon。它們?cè)噲D使此技術(shù)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)--MPLS。　

六、標(biāo)記交換

另一個(gè)選擇是Cisco公司的標(biāo)記交換。標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)包含三個(gè)成分：標(biāo)記邊緣路由器、標(biāo)記交換機(jī)和標(biāo)記分發(fā)協(xié)議。

標(biāo)記邊緣路由器位于標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)邊緣的含完整3層功能的路由設(shè)備，它們檢查到來(lái)的分組，在轉(zhuǎn)發(fā)給標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)前打上適當(dāng)?shù)臉?biāo)記，當(dāng)分組退出標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)時(shí)刪去該標(biāo)記。作為具有完整功能的路由器，標(biāo)記邊緣路由器也可應(yīng)用增值的3層服務(wù)，如安全、記費(fèi)和QoS分類。標(biāo)記邊緣路由器的能力不需要特別的硬件，它作為Cisco軟件的一個(gè)附加特性來(lái)實(shí)現(xiàn)，原有的路由器可以通過(guò)軟件升級(jí)具有標(biāo)記邊緣路由器的功能。

標(biāo)記交換機(jī)是標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)的核心。所謂標(biāo)記是短的、固定長(zhǎng)度的標(biāo)簽，使標(biāo)記交換機(jī)能用快速的硬件技術(shù)來(lái)做簡(jiǎn)單快速的表查詢和分組轉(zhuǎn)發(fā)。標(biāo)記可以位于ATM信元的VCI域、IPv6的flow label域或在2層和3層頭信息之間，這使得標(biāo)記交換可用于廣泛的介質(zhì)之上，包括ATM連接、以太網(wǎng)等。

標(biāo)記分發(fā)協(xié)議提供了標(biāo)記交換機(jī)和其它標(biāo)記交換機(jī)或標(biāo)記邊緣路由器交換標(biāo)記信息的方法。標(biāo)記邊緣路由器和標(biāo)記交換機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議(如BGP、OSPF)建立它們的路由數(shù)據(jù)庫(kù)。相鄰的標(biāo)記交換機(jī)和邊緣路由器通過(guò)標(biāo)記分發(fā)協(xié)議彼此分發(fā)存貯在標(biāo)記信息庫(kù)(TIB)中的標(biāo)記值。

下面是標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)的基本處理過(guò)程。

(1)標(biāo)記邊緣路由器和標(biāo)記交換機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議識(shí)別路由，它們完全可以與非標(biāo)記交換的路由器互操作。
(2)標(biāo)記邊緣路由器和交換機(jī)通過(guò)標(biāo)記分發(fā)協(xié)議給用標(biāo)準(zhǔn)路由協(xié)議生成的路由表賦以標(biāo)記信息并分發(fā)，標(biāo)記邊緣路由器接收標(biāo)記分發(fā)協(xié)議信息并建立轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)。
(3)當(dāng)標(biāo)記邊緣路由器收到需要通過(guò)標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)的分組，它分析其網(wǎng)絡(luò)層頭信息，執(zhí)行可用的網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)，從其路由表中給該分組選擇路由，打上標(biāo)記然后轉(zhuǎn)發(fā)到下一節(jié)點(diǎn)的標(biāo)記交換機(jī)。
(4)標(biāo)記交換機(jī)收到帶標(biāo)記的分組，僅基于標(biāo)記來(lái)進(jìn)行交換，而不分析網(wǎng)絡(luò)層頭信息。
(5)分組到達(dá)出口點(diǎn)的標(biāo)記邊緣路由器，標(biāo)記被剝除，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。

在標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)中，標(biāo)記分發(fā)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)路由協(xié)議可以用目標(biāo)前綴標(biāo)記算法集合起來(lái)，此算法可以在數(shù)據(jù)流穿過(guò)網(wǎng)絡(luò)前在TIB中建立標(biāo)記信息。這有兩個(gè)意義。一個(gè)是流中的所有分組都可以被標(biāo)記交換，即使是突發(fā)短數(shù)據(jù)也是如此；此外它是基于拓?fù)涞?，在每個(gè)源/目的分配一個(gè)標(biāo)簽。而在IP交換中只有長(zhǎng)期數(shù)據(jù)流在一定數(shù)目的分組經(jīng)過(guò)后才建立捷徑。因此，標(biāo)記交換比基于流的機(jī)制更有效地使用標(biāo)簽，避免了一個(gè)一個(gè)流的建立過(guò)程，這使之具有了公共因特網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)所需要的很好的伸縮性，在公共因特網(wǎng)中，流的數(shù)目是巨大的，其改變速率也是很高的。

其他廠商也有類似的機(jī)制，如Cabletron的SFVN(Secure Fast Virtual Networking)、Cascade的IP Navigator、DEC的IP packet switching、Frame Relay Technologies的Framenet Virtual WAN switching和IBM的ARIS(Aggregate Route-based IP Switching)等。

七、結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單介紹了在ATM網(wǎng)絡(luò)上支持IP的一些方案，這些方案基于這樣的一個(gè)假定，即：傳統(tǒng)的LAN和路由器通過(guò)ATM網(wǎng)相連，或者說(shuō)，硬件平臺(tái)是ATM網(wǎng)，而應(yīng)用是基于IP的。其它內(nèi)容這里不作介紹。