1分組交換

---IP交換技術2主要內容IP技術與ATM技術的融合Ipsilon公司的IP交換技術標簽（Tag）交換技術多協議標記交換（MPLS）技術3IP網絡技術：

特點：易于不同網絡互聯、統一尋址、路由靈活存在問題：傳輸效率低，無法保證服務質量ATM網絡技術：

特點：異步時分動態帶寬，可信的QoS、面向連接、定長短信元結構，快速交換，傳輸效率高，保證服務質量，有流量控制存在問題：技術復雜，可擴展性不好1、IP技術與ATM技術的融合41、IP技術與ATM技術的融合IP與ATM融合的新技術

IpsilonIP交換（IPswitch）Cisco標簽交換（tagswitch）IBM基于IP交換的路由聚合技術ARISIETF推薦ATM上的傳統IP技術IPOA多協議標記交換MPLSATMForum推薦局域網仿真LANEATM上的多協議MPOAARIS：aggregateroutedbasedIPswitchIPOA：classicIP

overATMMPLS：multi-protocollabelswitchLANE：lanemulationMPOA：multi-protocoloverATM本質：IP選路，ATM傳輸和交換，IP封裝在ATM信元中562、Ipsilon公司的IP交換技術1996年美國Ipsilon公司提出一種專門用于在ATM網上傳送IP分組的技術，是IP路由器和ATM交換機組合而成“ATM交換機”去除了所有的ATM信令和路由協議，并受“IP路由器”的控制。IP交換可提供兩種信息傳送方式，一種是ATM交換式傳輸連續的、業務量大的數據流另一種是基于hop-by-hop方式的傳統IP傳輸持續時間短的、業務量小的數據流7IP交換的兩種路由8IP交換機的體系結構（1）IP交換控制器：駐存了控制軟件的高性能處理機運行IP選路軟件+控制軟件流的判別軟件：用來判別數據流，決定交換方式。Ipsilon流管理協議（IFMP）：IP交換節點間VCI的分配和標記與特定的IP流相關聯。通用交換機管理協議（GSMP）：IP交換控制器對ATM交換器控制的協議ATM交換器：交換：去掉AAL以上、尋址、選路GSMP9

IP交換機由IP交換控制器和ATM交換器構成。IP交換控制器：駐存了控制軟件的高性能處理機控制軟件：選路軟件+擴充軟件（流的判別、Ipsilon流管理協議、通用交換機管理協議）流的判別：用來判別通過ATM連接傳送的數據流。Ipsilon流管理協議（IFMP）：IP交換節點之間的協議，用于2層標記（VCI）的分配，一個節點通過該協議通知相鄰節點將某一標記與特定的IP流相關聯。通用交換機管理協議（GSMP）：是IP交換機內部IP交換控制器與ATM交換器之間的通信協議，用于IP交換控制器控制ATM交換器的工作。ATM交換器：ATM交換結構+輸入/輸出端口IP交換機的體系結構（2）10IP交換的基本原理（1）（1）流IP交換是基于數據流驅動的流分兩類：端口到端口流、主機到主機流（2）輸入輸出端口：數據流進入和離開IP交換網絡的點，邊緣IP交換機（3）直通連接二層上建立的傳輸通道，數據流驅動請求建立，故障時可在三層存儲轉發概念11IP交換的基本原理（1）

1）從默認信道上傳來數據包2）要求上游節點在所分配的VC上傳送分組

3）從下游節點收到改向消息

4）在ATM直通連接上傳送分組IP交換的工作過程可分為這樣四個階段：12在系統開始運行時，IP數據分組被封裝在信元中，通過默認通道傳送到IP交換機。信元到達IP交換控制器后，被重新組合成IP數據分組，在第三層按照傳統的IP選路方式，進行存儲轉發，然后再被拆成信元在默認通道上進行傳送。如圖8.3（a）所示。（1）對默認信道上傳來的數據分組進行存儲轉發13IP交換控制器中的流判識軟件要對數據流進行判別，以確定是否建立ATM直通連接。當需要建立ATM直通連接時，則從該數據流輸入的端口上分配一個空閑的VCI，并向上游節點發送IFMP的改向消息，通知上游節點將屬于該流的IP數據分組在指定端口的VC上傳送到IP交換機。上游IP交換機收到IFMP的改向消息后，開始把指定流的信元在相應VC上進行傳送。（2）向上游節點發送改向消息14IP交換機收到下游節點要求建立ATM直通連接的IFMP改向消息，改向消息含有數據流標識和下游節點分配的VCI。隨后，IP交換機將屬于該數據流的信元在此VC上傳送到下游節點。如圖8.3（c）所示。3）收到下游節點的改向消息15IP交換機檢測到流在輸入端口指定的VCI上傳送過來，并收到下游節點分配的VCI后，IP交換控制器通過GSMP（通用交換機管理協議）消息指示ATM控制器，建立相應輸入和輸出端口的入出VCI的連接，這樣就建立起ATM直通連接，屬于該數據流的信元就會在ATM連接上以ATM交換機的速度在IP交換機中轉發。如圖8.3（d）所示。（4）在ATM直通連接上傳送分組161、IP技術與ATM技術的對比2、IP技術與ATM技術的融合方式及對比（1）重疊模式：CIP（IPOA）LANE、MPOA

（2）集成模式：IP交換、tag交換、ARIS、MPLS3、IP交換：IP控制器+ATM交換硬件提供兩種連接：傳統路由、直通連接IP功能+擴展（流分類、IFMP、GSMP）4、IP交換的工作原理（數據流驅動）開始IP存儲轉發（默認VC）------傳統路由流判別？入端口分配VCI，向上游發送IFMP重定向報文（VCI、流ID、有效時間）收到下游節點的改向（重定向）消息，將數據流在VC上傳送（IP頭不封裝）ATM直通連接上發送分組：上下游都對該流重定向時，ATM直通連接復習對比角度173、Tag交換技術Tag交換的組件Tag交換的基本原理標簽交換及其基本概念標簽交換（tagswitching）:是一種利用附加在IP數據分組上的標簽（tag）進行快速轉發的IP交換技術。標簽短小，轉發表也就小，提高了傳輸速度和轉發效率。拓撲驅動。1、標簽分組上附加的一個字段，在標簽交換中，對三層分組頭進行分析后，將其映射到一個固定長度的、無結構的值中，這個值就叫做標簽2、轉發等價類FEC（forwardingequivalenceclass）是一組具有相同特性的數據分組，以相似的方式在網絡中轉發FEC可被看作是具有相同選路決策的一類數據分組給屬于同一個FEC的數據分組加上相同的標簽。3、標簽邊緣路由器TER（tagedgerouters）位于標簽交換網絡的邊緣。負責加標簽/去標簽TER使用標準的路由協議（OSPF，BGP等）來創建轉發信息庫（FIB：forwardinginformationbase）。TER根據FIB的內容，使用標簽分發協議（TDP：tagdistributionprotocol，使用TCP傳送）向其他TER或標簽交換路由器分發標簽。4、標簽交換路由器TSR（tagswitchrouters）位于標簽交換網絡的內部，負責根據標簽來轉發數據分組。TSR接收來自TER的TDP消息，并根據這些消息所攜帶的信息建立自己的標簽信息庫（TIB：taginformationbase）。在標簽交換網絡中，只依據標簽進行數據分組的轉發。1920TSR標簽交換路由器由轉發組件和控制組件構成。

（對應于IP交換中的ATM交換器和IP交換控制器）轉發組件：進行標簽交換的Tag交換器。根據標簽，查詢TIB，獲得輸出端口及輸出標簽；并轉發到端口控制組件：選路功能、生成標簽和網絡層路由的捆合信息、在Tag交換器之間傳送標簽捆合信息。標簽交換網絡主要由TSR和TER設備組成，在標簽交換網絡上運行的協議有傳統的路由協議和TDP。標簽交換的過程可分為以下4個步驟。（1）當一個要轉發的數據分組進入標簽交換網絡前TER和TSR使用標準的路由協議（OSPF，BGP等）來確定數據分組的轉發路由，并將這些轉發路由信息存入FIB。TER根據FIB的內容，產生標簽，并將標簽關聯信息（地址前綴、標簽）通過TDP協議分發。相鄰TSR接收到TDP信息后會建立標簽信息庫TIB。標簽交換的工作原理（2）當一個TER接收到一個要轉發的數據分組時TER會分析網絡層數據分組頭，從FIB中為這個數據分組選擇一個可用路由，給數據分組加上一個標簽后，將其轉發到下一個TSR。（3）在標簽交換網中TSR接收到加有標簽的數據分組，不用再次分析數據分組頭，而是只使用標簽基于TIB對數據分組進行快速的交換。（4）加有標簽的數據分組到達網絡邊緣的TER時TER會去掉標簽然后把數據分組交給上層應用，從而完成數據分組在標簽交換網絡中的傳送。23Tag交換的基本原理1）傳統路由協議hop-by-hop方式基于目的地址的選路

2）標簽分配和標簽的捆合，形成標簽信息庫TIB3）基于標簽的數據轉發

4）通信結束，標簽清除

Tag交換具有面向連接的特性。24標簽分配標簽分配可用TDP或捎帶方式實現標簽分配方法（順序）：

1）下游分配

2）下游按需分配3）上游分配圖8.4下游分配圖8.5上游分配（3）下游按需分配圖8.6下游按需分配28什么是MPLSMPLS網絡體系結構及相關基本概念MPLS基本交換原理交換節點LSR體系結構及工作原理4、多協議標記交換——MPLS多協議標記交換技術（MPLS）采用集成模型，將IP技術與下層技術結合在一起兼具了高速交換、QOS性能、流量控制（TE：trafficengineering）性能以及IP技術的靈活性、可擴展性被業界認為是最具競爭力的通信網絡技術之一，并將擔負起下一代網絡（NGN）骨干傳輸的重任多協議標記交換定義：MPLS是利用標記（label）進行數據轉發的。當分組進入網絡時，要為其分配固定長度的短的標記，并將標記與分組封裝在一起，在整個轉發過程中，交換節點僅根據標記進行轉發。MPLS具有“多協議”特性對上兼容IPv4、IPv6、IPX、Appletalk、DECnet、CLNP等多種主流網絡層協議，將各種傳輸技術統一在一個平臺之上對下支持ATM、FR、PPP等鏈路層多種協議，從而使得多種網絡的互連互通成為可能什么是多協議標記交換MPLSIPvsMPLS傳統IP交換采用的是hop-by-hop的逐跳式轉發，而且是路由選擇和數據轉發同時進行，是無連接的工作方式31圖8.7傳統IP交換技術IPvsMPLSMPLS技術將路由選擇和數據轉發分開進行。在數據轉發之前先進行路由選擇，通過標記（label）來標識所選路由，每個交換節點要記錄路由所分配的標記信息，從而建立通信的源到目的之間的邏輯信道的連接。在信息傳送階段，數據分組依賴標記在交換節點中轉發，沿選好的路由通過網絡。MPLS是面向連接的技術，在信息傳送之前，需要建立虛連接。3233圖8.8MPLS技術IPvsMPLS小結最本質的區別在于，傳統IP交換采用無連接的工作方式，而MPLS采用面向連接的工作方式。MPLS技術的另一特點在于它的“多協議”特性對上兼容IPv4、IPv6等多種主流網絡層協議對下支持ATM、PPP、SDH、DWDM等多種鏈路層協議，多種網絡互連互通34MPLS網絡體系結構及基本概念MPLS網絡是指由運行MPLS協議的交換節點構成的區域。交換節點就是MPLS標記交換路由器，按照所處位置MPLS標記邊緣路由器（LER：labeledgerouter）：LER位于MPLS網絡邊緣與其它網絡或用戶相連MPLS標記核心路由器（LSR：labelswitchingrouter）：LSR位于MPLS網絡內部兩類路由器的功能因其在網絡中位置的不同而略有差異。3536圖8.9MPLS網絡體系結構標記交換路徑（LSP：labelswitchingpath）是MPLS網絡為具有一些共同特性的分組通過網絡而選定的一條通路，由入口的LER、一系列LSR和出口的LER以及它們之間由標記所標識的邏輯信道組成。標記分發協議（LDP：labeldistributionprotocol）是MPLS的控制協議，用于LSR之間交換信息，完成LSP的建立、維護和拆除等功能數據分組附加的部分就是標記。它是一個短的、具有固定長度、具有本地意義的標志，用來標識和區分轉發等價類（FEC）。具有本地意義是指標記僅在相鄰LSR之間有意義MPLS中的FEC與標簽交換的FEC相似，是指在MPLS網絡中經過相同的LSP，完成相同的轉發處理的一些數據分組，這些數據分組具有某些相同的特性。FEC的劃分通常依據網絡層的目的地址前綴或是主機地址。一個FEC可以對應多個標記MPLS基本交換原理MPLS交換采用面向連接的工作方式，三個階段：建立連接：形成標記交換路徑LSP的過程數據傳輸：數據分組沿LSP進行轉發的過程拆除連接：通信結束或發生故障異常時釋放LSP的過程。371、建立連接（1）驅動連接建立的方式MPLS技術支持三種驅動虛連接建立的方式拓撲驅動：路由表信息更新消息（例如發現了新的網絡層目的地址）觸發建立虛連接請求驅動：由RSVP（資源預留協議）消息觸發建立虛連接。RSVP與路由協議結合運用，要在節點間傳送QoS，以建立一條滿足傳輸質量要求的路徑。數據驅動：由數據流的到來觸發建立虛連接。38（2）標記分配MPLS存在著兩種LSP建立控制方式：獨立控制方式：每個LSR可以獨立地為FEC分配標記并將映射關系向相鄰LSR分發有序控制方式：一個LSR為某FEC分配標記當且僅當該LSR是MPLS網絡的出口LER，或者該LSR收到某FEC目的地址前綴的下一跳LSR發來的對應此FEC的標記映射。標記分發有上游分配和下游分配兩種方式，下游分配又有下游自主分配方式和下游按需分配方式。39（3）連接建立過程MPLS網絡中的各LSR要在路由協議的控制下，分別建立路由表。MPLS技術中常用的路由協議為OSPF和BGP。在LDP的控制下，在路由表的作用下，LSR進行標記分配，LSR之間進行標記分發，分發的內容是FEC與標記的映射關系，從而通過標記的交換建立起針對某一FEC的LSP。分發的內容被保存在標記信息庫（LIB：libinformationbase）中，記錄與某一FEC相關的信息，例如輸入端口、輸入標記、FEC標識（例如目的網絡地址前綴、主機地址等）、輸出端口、輸出標記等內容。LSP的建立實質上就是在LSP的各個LSR的LIB中，記錄某一FEC在交換節點的入出端口和入出標記的對應關系。40LSP的建立過程。有序的下游按需標記分發方式來進一步說明LSP建立的過程41所建立的LSP對應的轉發等價類為FECx(1)入口LER0查找路由表，獲得FECx的目的地址前綴的下一跳是LSR1，因此向LSR1發出標記請求。42(2)LSR1接到LER0的請求，在本地記錄請求信息，然后查找路由表，獲得FECx目的地址前綴的下一跳是LSR2，因此向LSR2發送標記請求。(3)同理LSR2接到LSR1的請求，記錄請求信息，然后查找路由表，獲得FECx目的地址前綴的下一跳是LER1，因此向LER1發送標記請求。43(4)LER1為FECx選定一個標記2作為輸入標記填入LIB中，相應表項的輸出標記設為空值，并將相應的入出端口、路由信息（如目的地址前綴）填入該表項。最后將分配的標記2與FECx的映射發送給上游的LSR2。44(5)LSR2收到LER1發送的映射關系，為FECx選定一個標記8，將8作為輸入標記，2作為輸出標記，連同入出端口、路由信息（如目的地址前綴）等信息一同填入LIB中。并將標記8與FECx的映射發送給上游的LSR1。(6)LSR1與LSR2雷同45（7）LER0在收到下游LSR1發送的映射關系后，將5作為輸出標記，與路由信息（如目的地址前綴）、出端口一起填入LIB中。LER0是入口路由器，不需要分配輸入標記，輸入標記為空46這樣，FECx通過MPLS網絡的LSP：LER0LSR1LSR2LER1建立完成。47（4）MPLS路由方式MPLS協議支持兩種路由方式逐跳式路由這種方法的特點是，每個節點均可獨立地為某FEC選擇下一跳。顯式路由方式每個節點路由器不能獨立地決定某FEC的下一跳由網絡的入口路由器或出口路由器依照某些策略和規定來確定路由。顯示路由能夠很好地支持QoS和流量工程，MPLS的一大優勢就在于它對顯示路由的支持。482、數據傳輸MPLS網絡的數據傳輸采用基于標記的轉發機制，其工作過程49（1）入口LER的處理過程當數據流到達入口LER時，入口LER需完成三項工作：將數據分組映射到LSP上將數據分組封裝成標記分組將標記分組從相應端口轉發出去。50將數據分組映射到LSP上入口LER檢查數據分組中的網絡層目的地址，將分組映射為某個LSP，也就是映射為某個FEC。FEC目前只有兩個屬性：地址前綴和主機地址（即為完整的主機地址）FEC的屬性以及分組與LSP的映射原則。主機地址匹配優先，最長地址前綴匹配優先51入口LER的封裝入口LER的封裝操作就是在網絡層分組和數據鏈路層頭之間加入“SHIM”墊片。“SHIM”實際上是一個標記棧，其中可以包含多個標記。這樣的封裝使得MPLS協議獨立于網絡層協議和數據鏈路層協議，這也就解釋了我們前面提到的MPLS支持“多協議”的特性。52每個標記是一個4字節的標識符（2）LSR的處理過程LSR從“SHIM”中獲得標記值，用此標記值索引LIB表，找到對應表項的輸出端口和輸出標記，用輸出標記替換輸入標記，從輸出端口轉發出去。對于采用標記棧的情況，只對棧頂標記進行操作。53在核心LSR，僅需通過標記轉發。簡化轉發的操作提高轉發的速度（3）出口LER的處理過程出口路由器要進行相應的彈出標記等操作。當數據分組到達出口路由器LER時，出口路由器同樣從“SHIM”獲得入口標記值，索引LIB表，找到相應表項，發現該表項出口標記為空，于是將整個墊片“SHIM”從標記分組中取出，這就是彈出標記操作。54出口路由器LER檢查網絡層分組的目的地址，用這個網絡層地址查找路由表，找到下一跳。然后，從相應端口將這個分組轉發出去3、拆除連接連接的拆除也就是標記的取消。標記取消的方式主要有兩種采用計時器的方式：分配標記的時候為標記確定一個生存時間，并將生存時間與標記一同分發給相鄰的LSR，相鄰的LSR設定定時器對標記計時。如果在生存時間內收到此標記的更新消息，則標記依然有效并更新定時器；否則，標記將被取消。在數據驅動方式中，常采用這種方式，因為很難確定數據流何時結束不設置定時器LSP要被明確地拆除，網絡中拓撲結構發生變化或者網絡某些鏈路出現故障等原因，可能促使LSR通過LDP消息取消標記，拆除LSP。55MPLS交換節點的體系結構及工作原理MPLS交換節點，即LSR的體系結構56控制單元57IP路由協議（OSPF和BGP），建立IP路由表LDP協議基于IP路由表與其它LSR交換標記與FEC的映射關系，建立和維護標記信息庫LIB在相鄰LSR之間傳遞和交換消息都要在TCP連接上來完成控制單元可以運行多種網絡層路由協議，形成相應的路由表，在此路由表的基礎上，LDP協議生成LIB在數據傳送階段，分組是根據標記來完成傳發的，這樣就屏蔽了不同網絡層路由協議的差異，這就是MPLS技術可支持多種網絡層協議的原因轉發單元58LFIB根據標記信息庫LIB生成，內容是LIB的子集，包含當前用于轉發的內容。標記分組只需依據標記查找LFIB表，用出口標記替換入口標記，從相應端口轉發出去標記轉發信息庫（LFIB：labelforwardinginformationbase），此外LSR也需要進行IP分組轉發，這時分組要依據網絡層目的地址查找路由表，轉發到下一跳MPLS路由器要實現四種分組的轉發：入IP分組到出標記分組（入口LER）；入標記分組到出標記分組的轉發（核心LSR）入標記分組到出IP分組（出口LER）；入IP分組到出IP分組的轉發（傳統路由器的功能）。2、LER與LSR從構成標記交換路由器的控制單元和轉發單元所完成的功能不同，來比較兩者之間的差異59LDP協議LDP標記分發協議是MPLS網絡中交換節點之間交互的協議主要功能：規定MPLS的信令與控制方式，發布<標記，FEC>映射關系，傳遞路由信息，建立與維護標記交換路徑等。60LDP的消息類型LDP采用四種消息類型發現消息：LSR周期性在子網發送組播HELLO消息，告知網絡中他的存在，并建立他與鄰接LSRLDP對等實體的關系，采用UDP。會話消息：控制LDP會話，通過發現消息發現LSR，通過TCP連接和會話消息建立會話，并維護和終止。宣告消息：實現標記分發。通過宣告消息，LSR維護標記與FEC映射，TCP傳送通知消息：提供錯誤&故障和咨詢信息。，TCP傳送。61LDP操作LDP的操作主要階段1、LDP發現階段：兩種機制基本發現機制（直聯）：LSR從某端口周期性的發送基于UDP的HELLO消息（LDP標識和相關信息），接送方周期性的回應HELLO.擴展發現機制（非直聯）：LSR從某端口周期性的向某IP發送基于UDP的HELLO消息（LDP標識和相關信息），接送方周期性的回應HELLO或者不響應.622、LDP會話路徑建立與維護若LSR1地址>LSR2地址，LSR1為主動，LSR2被動，主動方發起TCP連接連接建立后，進行會話初始化進行參數協商LDP版本、標記分發方式、會話保持時間等會話建立后對會話進行維護。設置定時器進行故障判斷利用終止消息，結束會話633、標記分發建立會話實現標記分發通道的建立標記分發有獨立和有序兩種控制方式標記保持有保守和自由兩種模式標記保持：LSR處理接收到的標記與FEC映射的方式保守標記保持模式：只保存下一跳的映射自由標記保持模式：保存所有映射4、會話撤銷階段LDP會話保持與維護階段對會話的終止操作。64MPLS相關技術簡介1、MPLS服務質量QoS是一個綜合指標，用于衡量使用一個服務的滿意程度。在傳輸時延、時延抖動、安全性、數據分組丟失率等方面達到一定的標準，這些服務才可為用戶所接受，才可能使用戶滿意在數據傳輸之前，要由發送數據的一方向網絡提出數據傳輸要求的QoS。網絡中各設備之間，設備中各層之間要就QoS要求進行協商，并傳遞至網絡的資源管理實體需要端到端的所有設備和網絡的各層協作65有QoS要求的數據傳輸一定是面向連接的在建立連接的過程中協商參數，分配資源。傳統的IP網絡無法克服，MPLS具有優勢。IETF在通過MPLS網絡實現基于IP協議的QoS方面，提出了兩種模型：綜合服務模型（IntServ）差分服務模型（DiffServ）。66（1）綜合服務模型綜合服務模型通過信令協議——資源預留協議（RSVP）在路徑上各節點間協商QoS要求，并進行資源分配，從而建立傳輸通道。RSVP不是路由協議，它位于OSI參考模型的傳輸層路由器利用RSVP在路徑上的各節點間傳送QoS請求，并在每個節點分配資源，從而建立一條滿足QoS要求的傳輸通道RSVP要和路由協議結合應用，數據在網絡中要經過的路徑由路由協議決定，而傳輸質量則由RSVP來控制，因而，RSVP實質上是一種網絡控制協議。在MPLS網絡中，QoS參數協商和資源分配是在LSP的建立過程中進行的。這時，FEC的劃分可依據QoS請求，也就是前面提到