现代交换论文

1、题目：IP交换技术概论学院：自动化与信息工程学院 专业： 通信与信息系统 班级： 研1409班 学号： 2140320120 姓名： 马颖萍 目 录1 概述12 IP与ATM技术的结合22.1 IP与ATM技术比较22.2 IP与ATM技术融合模式32.3 具体技术介绍52.3.1 ATM局域网仿真52.3.2 MOPA62.3.3 IP交换7图 2.1 IP交换和MPOA的比较72.3.4 Tag交换72.3.5 其他技术93 总结9参考文献10IP交换技术概论马颖萍西安理工大学自动化学院，陕西 西安，710048摘要：本文主要介绍了基于IP和ATM技术融合的IP交换。并具体分析了其两种基本

2、模型，对两种模型的各种技术进行了详细的介绍与总结，这对我们充分认识并理解IP交换技术具有重要作用。关键词：IP交换；ATM交换；三层网络Introduction to IP Switching TechnologyMa Ying-pingSchool of Automation,Xian University of Techonology,Xian 710048,China Abstract This paper describes the IP switching technology based on the integration of IP and ATM technology. It

3、 gives a detailed analysis of its two basic models, and gives a detailed description and summary to a variety of techniques of two models , which plays an important role on our fully cognition and comprehension for IP exchange technology .Key words IP switching;ATM switching;Three layer network1 概述I

4、nternet和ATM都是发展前景良好的技术，分别被计算机网络运营商和电信网络运营商看成是未来网络的支撑技术。Internet技术的最大生命力在于采用了全球最广泛应用和支持的TCP/IP协议，协议简单灵活，网络强健性好，网络资源得到充分利用，从而代表了网络无连接化和全球寻址的大趋势。而ATM是B-ISDN的关键技术，取电路交换和分组交换二者之长，其速度快，带宽容量大，吞吐量高，保证服务等特征为各种业务提供了良好的网络基础。但是二者在发展的过程中各自遇到一些问题。随着用户数量的增长，路由器的瓶颈问题日益明显，Internet的带宽资源变得十分紧张，网络经常发生拥塞。同时，用户业务也越来越多样化，

5、对多媒体应用的需求日益上涨；而许许多多媒体业务都对业务质量有严格要求。显然，Internet必须在提高网络速度的基础上提供QoS(业务质量)保证，否则将无法适应这些需求。ATM的技术尽管于90年代中期进入了实用阶段，但ATM一直面临市场驱动力不足的问题。ATM的网络管理过于复杂，从而导致其价格居高不下，这些都使ATM是否最终能送到用户的桌面成为一个不确定的问题。尽管Internet和ATM各有长短，但同时存在很好的互补优势。Internet最大的价值是connectivity(连接性)，ATM最大的价值是performance(性能)。如果二者结合起来，利用ATM网络为IP用户提供高速直达链路

6、，一方面可以解决Internet网络发展过程中的瓶颈问题，利用ATM的网络管理和Qos功能来保证Internet的服务质量，推动Internet的进一步发展。另一方面可以使ATM网络运营部门充分利用ATM网络资源，发展ATM上的IP用户，为ATM自身的商用化铺平道路。IP技术与ATM技术相结合的难点在于：第一，ATM是面向连接的技术，而IP是无连接技术，第二，IP协议有自已的寻址方式和相应的选路功能，而ATM技术也有其相应的信令、选路规程和地址结构。目前IP与ATM相结合的技术有：AM论坛定义的局域网仿真(LANE和多协议规范(MPOA)、Inteet工作小组(IEF)定义的IpO。IEF也正

7、在考虑IP交换和Tag交换的标准化，并正在制定多协议标记交换(MPLS)。2 IP与ATM技术的结合2.1 IP与ATM技术比较IP技术的优点是易于实现异种网络的互联；对延迟、带宽和QoS等要求不高，适于非实时业务的通信；具有统一的寻址体系，便于管理。ATM是用于B-ISDN传输、复用和交换的技术，它是以分组传送模式为基础并融合了电路传送模式高速化的优点发展成的。ATM技术的优点是采用异步时分复用方式，实现了动态带宽分配，可适应任意速率的业务；有可信的QoS来保证语音、数据、图像和多媒体信息的传输；其面向连接、信元固定长度和简化的信头，能快速交换；具有安全和自愈能力强等特点。IP与ATM比较如

8、表2.1。表2.1 IP与ATM比较 特性IP ATM连接方式无连接 面向连接信息传送最小单位可变长度分组 固定长度信元(53个字节)交换方式数据报方式 ATM方式路由方向单向 双向 组播多点到多点 点到多点 服务质量保证尽力而为 根据不同业务提供不同服务质量 成本低 高 发展推动力市场驱动 技术驱动从上述对ATM与IP技术特点的介绍，我们不难看到IP技术应用广泛，技术简单，可扩展性好，路由灵活，但是传输效率低，无法保证服务质量；ATM技术先进，可满足多业务的需求，交换快速，传输效率高，但是可扩展性不好，技术复杂。IP技术与ATM技术各有优缺点，如果将两者结合起来，即将IP路由的灵活性和ATM

9、交换的高速性结合起来，技术互补，将有效解决网络发展过程中困扰人们的诸多问题。2.2 IP与ATM技术融合模式TIU一T第13研究组(sG13)认为，从Pl协议与ATM协议的关系划分，PI与ATM相结合的技术存在重叠和集成两种模型。重叠模型是指PI协议在ATM上运行时，需要定义两套地址结构及选路协议，ATM网上的端系统除了需要分配PI地址外，还需要分配ATM地址。同时，也需要两套维护和管理模块。重叠模型见图2.1所示。集成模型是指ATM端系统仅需要标识PI地址，不需要ATM的地址解析规程，而采用PI的选路协议。集成模型体系结构如图2.2所示。图2.1 重叠模型中用于IP包的控制和数据平面图2.2

10、 集成模型中用于IP包的控制和数据平面ITU一T将给出这两种模型的网络总体要求、参考模型和功能协议，并进一步研究ATM的传送能力与PI业务关系。两种模型的比较见表2.2：表2.2 两种互通模型的比较项目重叠模型集成模型具体技术MPOA，ATM LANE，CIPOAIP交换，Tag交换，MPLS互通ATM和第3层重叠第3&第2层/ATM组合IP选路协议在IP路由器中在IP路由器或ATM交换机中ATM选路协议使用不使用ATM控制软件的修改不要求要求地址解析要求不要求QoS保证支持支持计费支持比较难比较容易多传送比较低效比较有效规范标准化的规范进展中在重叠模型方面，校园网和企业网将向LANE

11、、PIOA和MPOA发展；在广域网方面，siemens、Newbridge和3eom公司于1997年12月推出了CSI模型，其基本思想是以MPOA为基础对MPOA进行改进，使其能适用于广域网环境，主要的改进包括：取消了MPOA中的流检测机制；增加了PICoS(业务级别)与ATMQoS的映射。集成模型的发展趋势是所谓的MPLS，EITF正着手对MPLS进行标准化。参加标准化的成员包括国际上主要的计算机厂商和电信设备生产厂商，如Cicso、BIM、Acsend、Noretl、Lueent、Fujitsu、Toshiba等。MPLs的思想与Ciseo公司提出的标记交换基本相同。本文着重分析重叠模型中

12、的LANE、MPOA和集成模型中的PI交换、Tga交换。2.3 具体技术介绍2.3.1 ATM局域网仿真局域网仿真L(ANE,LANemulatnin)提供了在ATM网络上运行现有LAN协议(IEEE802.3以太网和802.5令牌环)的手段，它定义如何以ATM作为骨干网互联LAN，以及以太网和令牌环网主机怎样在对等的环境下与ATM主机、符合ATMUNI标准的服务器、路由器、桥接器等ATM设备，组成仿真LAN。在LANE中，ATM交换网络的各种功能，对原局域网都透明，因此，原局域网终端硬件和软件系统不需作任何改动，而且原有网络的数据链路层及高层的协议也不需要改动。在ATM上进行LAN仿真的主要

13、目标是：将ATM的众多优点(如低时延抖动、高带宽等)引入LAN中；允许LAN终端用户接入ATM骨干网；在ATM上进行LAN桥接；ATM互通产品间的互操作。(1) LANE的工作过程下面以发送PI数据包为例，说明LANE地址解析的步骤。当所仿真的局域网中的主机要发送PI数据包时，它首先使用在LEC安装阶段所获得的BUS的ATM地址，建立与BUS的ATM连接，然后利用该连接向BUS发送PIARP，其中包含被叫主机的PI地址。BUS向所仿真的局域网内的所有端系统广播发送该PIARP。被叫主机接收到PIARP后使用自己的MAC地址进行响应。但主叫主机真正需要的是ATM地址，而不是MAC地址。为了获得A

14、TM地址，当主叫主机接收到被叫主机的MAC地址后，将向LES发送LEARP请求，其中包含被叫主机的MAC地址。LES将进行被叫主机MAC地址与ATM地址的映射，并将该ATM地址告知主叫主机。主叫主机将使用该ATM地址建立与被叫主机ATM的SVC连接，并在其上发送PI数据包。这叫两步地址解析方法。(2) LANE存在的问题LANE技术是现有的传统网络与ATM互联的主要技术之一。同传统的桥接网络一样，LANE内核支持所有的高层协议，如TCPI/P与PIXS/PX等，简化了ATM适配器与桥的开发，无须实现网络层的智能。但是，它也存在以下缺陷：1) 连接虚拟LAN需要使用传统的路由器，这会给网络带来一

15、个新问题。因为即使最快的路由器，所提供的性能也只是当前最低档的ATM交换机的几分之一。2) LNAE不能解决以太网、令牌环网、FI之间的转换问题。3) LNEA不能使用ATM的多媒体与服务质量属性。4) LNEA是利用BR技术，而UBR的缺点是对信元的传送没有可靠性保证。2.3.2 MOPA 为克服LANE和IpOA的缺点，ATM论坛定义了MPOA(rr、ultiprotoeoloverATM)。MPOA集成了LANE、PIOA、下一跳解析协议(NHRP)和Mars规范的功能。MPOA引入了虚拟路由器的概念，从而使主机间能建立直接的ATM虚电路，解决了LANE和PIOA的路由器瓶颈间题。MPO

16、A通过引入“交换路由器”的概念，使得MPOA具有很好的伸缩性和灵活性。“交换路由器”仿真了传统路由器网络，同时消除了经过多次路由“跳”所带来的性能限制。在MPOA中，不论是否属于相同的子网，任何具有MPOA功能的主机和边缘设备，都可以和另一台设备在ATM交换中建立直接(shortout)连接。MPOA能辨识数据流，并将这些数据流直接映射到ATM交换虚电路上。这种跨越ATM建立直接连接的技术有时被称为“直通”或“零”跳路由。MPOA的目标包括：定义了一种高效、低延迟的寻径方法，在ATM网络中对PI或其它协议进行寻径；能让网络管理员建立网络层的虚拟子网，扩展路由边界；允许应用充分利用ATM网络的Q

17、oS。MPOA模型将路由功能分散到了含有MPC的边缘设备、ATM主机和MPS之中。MPC负责转发数据包，而MPS则提供路由信息。如果本地的MPS不知道正确的ATM地址，那么它会通过NHRP功能，将查询传送到其它的MPS或路由器。MPS的目的ATM地址可以是主机的地址(如果主机是直接连接ATM的)，也可以是相应边缘设备的ATM地址。MPOA工作在网络层，它可以识别数据传输的起始请求，并以一个网络路由目的ATM地址作回应，建立一条直接连接的SVC，使用标准的第二层交换技术传输数据。MPOA模型同时具备了第二层和第三层的功能，包含了路由和交换两种技术。2.3.3 IP交换PI交换(PIswcith)

18、是IPsilon公司提出的在ATM网络上传送PI分组数据的技术，它克服了PIOA的一些缺陷，提高了在ATM上传送PI分组的效率，是目前可行的、较好的一种IPOA技术。PI交换的核心是Pl交换机，它由ATM交换机和PI交换机控制器组成，如图4所示。PI交换机控制器主要由路由软件和控制软件组成。ATM交换机的一个ATM接口与PI交换机控制器的ATM接口相连接，用于控制信号和用户数据的传送。在ATM交换机与PI交换机控制器之间所使用的控制协议为RFC1987通用交换机管理协议(GSMP)，该协议允许Pl交换机控制器完全控制ATM交换机。PI交换机之间运行的协议是RFC1953Ipsilon流管理协议

19、(IFMP)，该协议用于在两个PI交换机之间传送数据。 IP交换的工作原理是IP交换机通过直接交换/一跳接一跳、存储转发等方式实现高速IP包传输。IP交换和MPOA的比较如表2.3。表 2.3 IP交换和MPOA的比较指标MPOAIP交换可扩展性在一对路由器之间建立虚通路在一对主机间建立虚连接位流建立机制一旦检测到一个比特流，则建立可能跨越几个ATM交换机的虚电路在沿途的每一个交换机中检测比特流，以建立直接连接，从而导致了高时延多协议支持支持所有路由协议，并能以线路速率桥接所有其他协议只支持IP协议，不能桥接或路由其他协议配置的方便性通过LIMI协议进行自动配置。不支持自动配置。冗余和负载分担

20、具有利用PNNI协议的基于QoS的路由功能，提供冗余和负载分担能力无此功能直接交换流功能能交换持续期长的流，也能交换持续期短的流。只能在建立好的通路上交换持续期长的流，但时延较大。2.3.4 Tag交换标记交换(tga swithch)是Cisco公司提出的一种多层交换技术，是性能比较优越的PIOA技术。(1) 标记交换的原理标记交换将ATM的第二层的速度、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，满足未来国际互联网对性能和可扩展性的要求。标记交换的体系结构既能在信元交换的系统(如ATM交换机)上运行，又能在包交换的系统(如路由器)上运行。当M交换机用于大型网络的核心时，标记交换

21、技术将显示出诱人的扩展性优点。对于目前的路由器，无需网络第二层内核，标记交换就能将其流量调节功能带到纯路由器网络中，同时还支持内部路由和外部路由的分离。(2) 工作过程标记交换工作过程如图5所示，共分4步：TDP和路由协议建立路由和标记映射表；标记边缘路由器接收PI分组，实现第三层增值业务，并把标记加入到每个PI分组中；标记交换机根据标记对PI分组进行交换；在输出端的标记边缘路由器中去掉Pl分组中的标记，并发送IP分组。(3) 标记交换的优缺点标记交换将ATM交换机变成了路由器，形成了更加统一的网络模型，并增加了网络部件间配置的共同性。对于ATM交换网络来说，标记交换使ATM交换机能提供比只使

22、用ATM协议更具扩展性和可管理性的解决方案。通过在ATM骨干网络和边缘路由器上支持共用的路由协议，标记交换还简化了网络管理和故障排除处理。对于路由器网络来说，标记交换提供了流量工程设计功能，而以前只有帧中继和ATM交换机才具备这些功能。标记交换支持网络内的分级结构，并通过分离内部路由与外部路由，提高可扩展性和可管理性。由于标记交换是Cisoc公司的专用技术，因此网络中端到端都需用Cicso的设备才能完成通信。(4) 标记交换与PI交换的比较标记交换与Pl交换都是多层交换技术，都是把ATM第二层交换技术与第三层路由技术结合起来，提供Pl包的传送。它们之间的主要不同之处：l) 标记交换技术采取控制

23、驱动和基于拓扑结构的方法，比流量驱动和基于单个信息流的PI交换能更有效地使用标记，避免了一个流接一个流的建立步骤，具备了公用Internet网所需的扩展性。2) 标记交换在建立路由表的同时，预先建立标记映射，这样既能支持短信息流的交换，又能支持长信息流的交换，避免了高容量应用中的瓶颈问题。PI交换只支持长持续期信息流的交换。3) 标记交换能支持多种协议，而PI交换只支持Pl协议。标记交换能与ATM信令和QoS特性一起使用，而PI交换却不能利用ATM的这些特性。4) 标记交换技术的设计基础是支持信息包和信元接口。因此，标记交换可以通过现有路由器或ATM交换机的升级来实现，并提供流量调节功能，实现

24、从现有网络向未来网络的平稳过渡。PI交换主要是将ATM交换机变成路由器，而没有定义在非ATM接口或ATM交换机之外的设备上如何工作。2.3.5 其他技术CIPOA(lassiealIPoverATM)是IP和地址解析协议(ARP)在ATM网络环境下的初步应用，是一个临时性解决方案。Internet工作小组(IETF)在RFC1483(AALS上的多协议封装规范)和RFC1577(PIOA)两个文件中定义并规范了PIOA。提出PIOA的主要目的是在ATM网络上支持现存的PI协议网络应用。它继承了TCP/PI协议的基本思想，仅把ATM网络看作是一种异型子网。对于PI层协议，ATM网络与现存的以太网、令牌环网等物理子网具有相同的地位。由于PIOA规范只支持PI协议，因此它适用于仅使用PI协议的互联网和局域网。另外，MPLS也是将ATM与PI两种技术相结合的一种较好的广域网解决方案。在PI与ATM结合的重叠模型和集成模型中，MPLS