計算機應用990714計算機應用田資源系統(tǒng)Computer Applications數(shù)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)的各種實現(xiàn)方法,從而揭示了ATM網(wǎng)絡技術(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ATM是面向連接的技術(shù),它與現(xiàn)有的網(wǎng)絡技術(shù),尤其是非面向連接的網(wǎng)絡技術(shù)相結(jié)合是ATM應用的一個關(guān)鍵問題。隨著Internet的發(fā)展, TC P/IP協(xié)議已成為業(yè)界事實上的網(wǎng)絡標準。為了集成IP和ATM , ATM論壇、IETF等組織已進行了大量的研究,并制定了一系列的標準,如Classical IPOver ATM、MPOA、MPLS等。 許多著名的網(wǎng)絡公司,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(jié)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(shù)據(jù)鏈路層,將IP數(shù)據(jù)報封裝在ATM信元中傳輸。根據(jù)這種思想, IETF制定了Classical IP Over ATM。以后陸續(xù)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(jié)合在-起,解決IP路由”瓶頸”問題,或提出-種新的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)以適應未來通信的需要。1 Classical IP Over ATMIETF制定了兩種RFC標準,說明了如何將IP報文和ARP請求直接裝入?yún)f(xié)議數(shù)據(jù)單元,并轉(zhuǎn)換為ATM信元。其中, RFC 1483 ( Encapsulation Rules forATM )定義了IP數(shù)據(jù)報的封裝格式, RFC 1577( Classical IP andARP over ATM )則說明了IP在ATM網(wǎng)絡上的操作,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?shù)乃枷?只簡單地將ATM看作數(shù)據(jù)鏈路層,為IP提供第二層的傳送服務。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LLC/SNAP頭域,被封裝在AAL5的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU )中,通過ATM網(wǎng)絡傳輸。在ATM網(wǎng)絡中使用邏輯IP子網(wǎng)(LIS) ( 如圖1)的概念,在邏輯上中國煤化工一LIS內(nèi)的成員必須采用相同的IP網(wǎng)絡號、子網(wǎng)號以及子網(wǎng)掩碼,可通過ATM網(wǎng)MHCNMH aIS上的成員,即使在同- -ATM網(wǎng)上,也要通過路由器進行通信。fle/// Vaqki/iy97990714.htm(第1/ 5頁) 2010-3-23 1:19.41計算機應用990714Router2 ]ISN2LIS43ATM受H閭圖1 Logical IP subnets ( LISs )每一個連接到ATM網(wǎng)絡的主機都至少具有一個AT M地址和一個IP地址,類似于IP在以太網(wǎng)上運.行時需進行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ATM不支持廣播機制,在每一個LIS中都必須設置一臺地址 解析服務器( ARP SEVER) , 應用ATM地址解析協(xié)議( ATMARP )對子網(wǎng)中的成員進行地址解析,該地址解析服務器的ATM地址為LIS中所有成員所共知,并且可以被多個LIS子網(wǎng)共用。在同一LIS子網(wǎng)中,所有LIS成員通過ATMARP進行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,則由路由器和兩個子網(wǎng)的地址解析服務器共同完成解析過程。1.2 Classical IP Over ATM的不足Classical IP Over ATM采用了傳統(tǒng)的IP覆蓋模型,保留了IP可應用于所有數(shù)據(jù)鏈路層的重要特性,簡單地將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ATM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的成員間只能通過路由器進行通信。2兩種 新的解決方案在多種硬件技術(shù)共存的IP網(wǎng)絡中進行端一端的通信 , IP路由器起著重要的作用。IP與ATM的結(jié)合,著重要解決IP路由的性能,在整個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(tǒng)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IP路由器。這種思想體現(xiàn)在ATM:論壇所制定的Multiprotocol overATM ( MPOA )中。捷徑路由不同于傳統(tǒng)的H op-by-hop路由, 它可以不考慮網(wǎng)絡路由邊界, 通過數(shù)據(jù)鏈路層直接轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡層的報文,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) 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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方面的高效性結(jié)合起來,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LANE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ATM主干網(wǎng)上結(jié)合路由和橋接技術(shù),支持現(xiàn)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(jié)點使用捷徑路由技術(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(tǒng)的IP模型,但以NBMA ( non broadcast multipleaccess,非廣播多接入)網(wǎng)絡代替了LIS ,以NHS ( NextHopServer )代替了ARP服務器。NBMA是指不 支持廣播操作的非廣播子網(wǎng)。這種網(wǎng)絡,有的本身是非廣播網(wǎng)絡,如X .25網(wǎng)絡、ATM網(wǎng)絡等,有的是廣播網(wǎng)絡,但網(wǎng)絡覆蓋范圍太大,不便進行廣播操作。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/服務器技術(shù)的基礎(chǔ)上, IP主機是NHRP客戶,而路由器是下-級服務器( NHS)。通過捷徑路由可以在任意兩個NBMA節(jié)點之間建立直接連接,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(jié)構(gòu)與其它與ATM有關(guān)的協(xié)議一樣, MPOA也采用客戶/服務器結(jié)構(gòu)。MPOA客戶( MPOA ClientMPC )和MPOA服務器( MPOA Server , MPS )通過ELAN相互連接。MPC 的主要功能是進行網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)傳送,但并不進行網(wǎng)絡層的路由計算。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包含在路由服務器中。MPOA系統(tǒng)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(tǒng)的LAN網(wǎng)段與ATM接口之間傳送信息包;MPOA主機指能夠?qū)崿F(xiàn)MPOA功能的ATM主機。MPOA主機相互間可以進行通信,并可通過邊界設備與傳統(tǒng)LAN進行通信;路由服務器使用某些協(xié)議路由算法和構(gòu)造表響應MPOA系統(tǒng)的請求,完成網(wǎng)絡層地址對ATM地址的映射,并支持多路廣播功能。路由服務器對網(wǎng)絡層、MAC、ATM地肖' 中國煤化工息用于相互通信的兩個端點(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(zhuǎn)發(fā)分開。在MPOA系統(tǒng)中,邊緣設備和MPOA主機負責數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),卻不進行路由計算;路由計算和路由信息維護的功能集/g9799719.hth (第3/ 5頁) 2010-3-23 1:19:41計算機應用990714中在路由服務器中。可將MPOA 系統(tǒng)視為一個虛擬路由器,即運行于ATM上并能提供類似于多協(xié)議路由器的一組MPOA設備。MPOA邊緣設備類似于路由器的接口卡; ATM交換機構(gòu)類似于路由器背板,連接各種MPOA設備;路由服務器類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(jié)構(gòu),將路由技術(shù)的智能與ATM的高速轉(zhuǎn)發(fā)性能結(jié)合在一起,利用快速處理器, 在ATM硬件的基礎(chǔ).上運行IP路由軟件, 用軟、硬件結(jié)合的方法處理IP報文轉(zhuǎn)發(fā),以減少IP報文通過路由器的延遲。4.1 IP svitch的工作方式一個IP swvitch由AT M switch、IP switch控制器以及專用管理協(xié)議三個部分組成,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(gòu)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(jié)構(gòu)當IPsvitch初始化時,為每---個物理鏈路建立--個缺省的ATM轉(zhuǎn)發(fā)通路。這個缺省通路允許相鄰的IP switch交換路由信息,進行無連接的H op- by-hop路由。封裝在ATM信 元中的IP數(shù)據(jù)包到達IPswitch后,被重新組裝成IP數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包進行硬件交換,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(shù)據(jù)包,而直接以信元的方式,通過ATM switch進行轉(zhuǎn)發(fā)。對于數(shù)據(jù)量小的數(shù)據(jù)流,由于建立交換鏈路只會增加延遲,不能有效提高轉(zhuǎn)發(fā)效率,仍采用傳統(tǒng)的存儲一轉(zhuǎn)發(fā)的路由。4.2 IP svitching與MPOA比較MPOA旨在ATM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,實現(xiàn)方法復雜。MPOA支持VLAN操作,設備可在整個網(wǎng)絡范圍內(nèi)增加、移動和修改。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,實現(xiàn)方法簡單，現(xiàn)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(shù)據(jù)包可封裝在IP數(shù)據(jù)包中傳送。在建立連接方面, IP sitching根據(jù)第-個數(shù)據(jù)包的報頭建立連接,而MPOA采用-種特殊的數(shù)據(jù)包”信令連接請求”, 當連接建立后,開始傳送IP數(shù)據(jù)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(jié)中國煤化工解決方案。它類似于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(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上,fle// Vqk//iyl97/990714.htm (第4/ 5頁) 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題,為未來的Internet提供各種有效的網(wǎng)絡服務,如單播、多播、 QoS等。6趨勢分析IP與ATM技術(shù)是為Internet網(wǎng)絡提供多媒體服務的技術(shù)熱點,雖然網(wǎng)絡界已提出了多種解決方案，但還有許多問題需要解決,如QoS、多路廣播等。未來的解決方案必將在與現(xiàn)有網(wǎng)絡技術(shù)兼容的基礎(chǔ)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。作者單位:黎靜( 西南交通大學計算機與通信工程學院四川 .成都610031 )參考文獻[1] Eugenio Guaarene. 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