（电力电子与电力传动专业论文）atm网络路由器接口卡设计.pdf

摘要 t h ed e s i g no fr o u t e ri n t e r f a c ec a r do f a t mn e t w o r k a b s t r a c t f r o mt h ef u t u r eb a c k b o n en e t w o r kr e q u i r e m e n t so fh i g h s p e e d ，m u l t i s e r v i c e ，h i g h q o sa n de c o n o m ya r ec o n c e r n e d ，t h i sp a p e rd i s c u s s e sb a s i cc o n f i g u r a t i o no f 筒mn e t w o r k ， a n da n a l y z e se v e r yl a y e r sc o n f i g u r a t i o na n df u n c t i o no fa t mn e t w o r k a n dd i s c u s s e si n d e t a i la p p e a r a n c eb a c k g r o u n do fm p l s w o r kt h e o r y , k e yt e c h n o l o g y , c h a r a c t e r i s t i ca n d a d v a n t a g e a n ds u m m a r j z e st c c h n o l o g yo fm p l s b a s e do nt h ew o r ko ft h ep r e v i o u s c h a p t e r , t h i sp a d e rd i s c u s s e st h er e q u i r e m e n ta n dt l l ed e v e l o p m e n to f i po v e ra t m t e c h n o l o g y , g e n e r a l i z e s t h e i ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，s om p l st e c h n o l o g yi s p o i n t e do u ta st h ed e v e l o p m e n tt r e n do fi po v e ra t mt e c h n o l o g y m p l sc a np r o v i d et h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yo fh i g h q u a l i t ya n dm u l t i s e r v i c e ， i ts e t t l e st h el o c a l i z a t i o no ft r a d i t i o n a li pp a c k e ts w i t c h i n g , a t t e n t i o ni nt h ei n d u s t r yh a s b e e nw i d e l y ，c n ch a sb e e nb u i l d i n gan a t i o n a lb a c k b o n en e t w o r k m p l st e c h n o l o g yc a n p r o v i d eaf l e x i b l et r a f f i ce n g i n e e r , v i r t u a ln e t w o r k ，a n ds oo n a tt h es a m et i m e ，m p l si s a b l et oc o m p l e t em a s t e rc o n t r o la n dm a n a g e m e n to fm u l t i - l a y e rn e t w o r kt e c h n o l o g y s o t h i sp a p e rm a k e st h em p l st e c h n o l o g ya st h ed e v e l o p m e n tt r e n do f i po v e ra t m t e c h n o l o g y b a s e do nt h ew o r ko ft h ep r e v i o u sc h a p t e lt h i sp a p e rg i v e st h ea c h i e v e m e n to fp r o j e c t o na t m l s p i nt h eu s eo fv p w c i ，t h i sp a p e rm a r k sv p i ，v c ia sl a b e l st h o u g hs w i t c h i n g ；i n t h el a b e ld i s t r i b u t i o n t h em o d e lo fd o w n s t r e a mn o d ed i s t r i b u t i o na c c o r d i n gt on e e da n d m a i n t a i nc o n s e r v a t i v em o d e lb eu s e dt o g e t h e r ；i nd e t e c t i o na n dp r e v e n t i o n ，t h i sp a p e r 舀v e s p r o c e d u r e s 。i n v cm e r g i n g ，t h i sp a p e ra n a l y s i s e sr e a s s e m b l yb u f f e rm o d e la n d d r a w su s e f u l c o n c l u s i o n s a tl a s t b a s e do nt h et r a d i t i o n a ld e s i g no fn e t w o r kr o u t e ri n t e f f a c ec a r d ，t h i sp a p e r p r o v i d e s ad e s i g no fn e t w o r kr o u t e ri n t e f f a c ec a r dw i t hf p g at e c h n o l o g ya n de d a t e c h n o l o g y , a n dt h ed e s i g na n ds i m u l a t i o no fp r o c e d u r e s ，a c h i e v e st h ee x p e c t e dr e s u l t s k e yw o r d s ：i p , a t m ，m p l s ，v cm e r g i n g , f p g a 1 i 人庆撕沛学院硕 ：埘宄生学位论文 第一章绪论 1 1a t m 网络接口卡研究的背景及意义 今天网络的发展已经从各个方面逐渐改变人们的工作和生活方式，它提供了一种 全新的全球性的信息基础设旋。随着网络上开放的业务种类的不断增加，在传统的非 实时型的数据通信方式的基础上，网络业务正逐步向实时性要求很强的电话通信和多 媒体通信等方面发展。目前在i n t e m e t 上已开通的实时型通信业务有l p 电话、网络电 视、可视电话和会议电视等，随着实时型通信业务的不断增加，对i n t e m e t 的传输质 量要求也越来越高，但由于i p 技术的特点，不能保证服务质量( q o s ) ，而a t m 网络具 有良好的q o s 性能，能够针对不同类型的业务灵活分配带宽，a t m 网络还能同时 高速传输数据、语音、图像以及提供虚拟网络的管理能力，如果能够把a t m 和i p 的 各自优点结合起来，将大大的提高i n t e r n e t 性能，所以i p 与a t m 结合的技术研究已 经成为网络研究的一个热点“。 由于a t m 网络路由器接口卡在a t m 网络设备中占有重要的地位，是a t m 网络 中的关键性设备之一，所以本文以a t m 网络路由器接口卡为研究对象，充分利用i p 与a t m 结合的技术，研究一种a t m 网络路由器接口卡。1 ，用以实现i p 网络与a t m 网络之间的高速互联“1 ，从而提高网络的性能，满足人们的各种网络需求。 1 2 研究现状 1 2 1i p 与a t m 结合技术 由于i p 网络与a t m 网络各具特点，有很强的互补性，所以利用a t m 来承载i p 业务具有相当广阔的前景，因而提出了许多i p 与a t m 结合技术解决方案。 i t u t s g 1 3 组( 国际电联) 将众多的解决方案分成两类：重叠技术和集成技术“。 重叠技术的主要思想是指将i p 网的寻址迭加在a t m 寻址基础之上，a t m 端点 使用a t m 地址和口地址( 或m a c 地址) 两者来标识，并使用a t m 地址选择协议将 l p 分组包选择路由。重叠技术的优点是采用标准的a t m 论坛i t u t 的信令标准。3 ， 与标准的a t m 网络及业务兼容；此模型的缺点是a t和i p 的许多功能重复了，i p 只是简单地映射在a t m 上，没有增加a t m 的功能，传送i p 包的效率较低，因此极 少应用。 集成技术是将a t m 层被看作i p 层的对等层，a t m 端点只需使用l p 地址进行标 识，在a t m 网络内使用现有的网络层路由协议为i p 分组选择路由，在建立连接时使 用非标准的a t m 信令协议。其目的在于能建立快速连接，以响应无连接i p 业务快速 切换的要求。采用集成技术时，不需要地址解析协议，但增加了a t m 交换机的复杂 性，使a t m 交换机看起来更像一个多协议的路由器。集成技术的优点是传送i p 包的 效率比较高，不需要地址解析协议；缺点是与标准的a t m 技术融合较为困难，但因 其符合网络发展的要求，应用较为广泛。 目前有代表性的集成技术主要有三种：i p 交换( i ps w i t c h ) 技术、标记交换( t a g s w i t c h ) 技术和多泌议标记交换( m p l s ) 技术”1 。其中m p l s 越来越引起人们的关注， 人们普遍看好m p l s 在广域网中的应用。作为一种a t m 与i p 相结合的技术，m p l s 第一章绪论 是在标记交换的基础上发展而来”1 ，它是一种介于第二层和第二层之间的标记交换技 术，可以将第二层的高速交换能力和第三层的灵活特性结合起来，使i p 网具备高速 交换、流量控制、q o s 等性能。因此m p l s 正成为集成技术的标准模型。 i p 与a t m 的结合有多种技术“”，适用的范围也不相同，但都是利用a t m 硬件 交换来提高i p 选路性能和减少网络的传输时延，以及利用i p 简单、实用、与其他网 络互联能力好的特点。选路和交换融为一体，可以做到各取所一长，优势互补，达到 灵活、高效之目的。现在网络融合发展的趋势是m p l s 技术，所以本文将重点讨论 m p l s 技术，并且在此基础上进行a t m 网络路由器接口卡的设计。 1 2 2f p g a 技术与e d a 技术 目前，由于：签片技术和e d a 技术的发展，特别是f p g a 技术，已经改变了以往 硬件设计的方式，实现了硬件软件化，大大的提高了设计效率。 f p g a ( f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y ) 即现场可编程门阵列，它是在p a l 、g a l 、 e p l d 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路( a s i c ) 领域 中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件 门电路数有限的缺点。f p g a 采用了逻辑单元阵列l c a ( l o g i cc e l la r r a y ) j , 塞_ 样一个 新概念，内部包括可配置逻辑模块c l b ( c o n f i g u r a b l el o g i cb l o c k ) 、输出输入模块 l o b ( i n p u to u t p u tb l o c k ) 和内部连线( i n t e r c o n n e c t ) - - - - 个部分。f p g a 的基本特点主要有： f 1 、采用f p g a 设计a s i c 电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片；( 2 ) f p g a 可做其它全定制或半定制a s i c 电路的试样片；o ) f p g a 内部有丰富的触发器和i o 引脚；( 4 ) f p g a 是a s i c 电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一； ( 5 ) f p g a 采用高速c h m o s 工艺，功耗低，可以与c m o s 、t t l 电平兼容。可以说， f p g a 芯片是提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 e d a ( e l e c t r o n i cd e s i g na u t o m a f i o 鸪技术是指以计算机为工作平台，融合应用电 子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子c a d 通用软件包，主要 能辅助进行三方面的设计工作，即i c 设计、电子电路设计和p c b 设计。e d a 技术 是电子设计领域的一场革命，目前正处于高速发展阶段，每年都有新的e d a 工其问 世。这一先进技术，不仅可以提高设计效率的需要，而且能够大大提高产品的性能。 故此，本文采用f p g a 芯片，应用v h d l ( 硬件编程语言) 进行程序设计，实现 a t m 网络路由器接口卡的设计。 1 3 本文的工作 本文主要针对a t m 网络与婵网络互联的问题，提出一个a t m - - l s p 的具体实 现方案，并设计a t m 网络路由器的接口卡，从而实现l p 与a t m 的高速互联。 m p l s 交换技术主要目的是为下一代的多用户，多服务的i n t e m e t 骨干网络提供 种路由交换技术。“。它的主要特征为高性能，可灵活扩展，最大可能地满足用户对 网络服务质量的需求。所以本文以m p l s 交换技术为基础，进行a t m 网络路由器接 口卡设计。 在硬件实现方面，本文将采用f p g a 芯片和e d a 技术加以实现。通过应用新技 术，即可以提高设计的效率，改善产品的性能，还能够学习到先进的设计方法和理念。 本文的具体安排如下： 在第一章中，简要介绍了本课题研究的背景和研究现状，并针对本课题提出了具 体的研究方向和任务。 2 大庆石 | | 学院j ! ：1 5 0 1 究生学位沧文 在第二章中，本文将论述a t m 网络上支持m p l s 的总体方案，总结各个方案的 优势和不足。在此基础上，对a t m 网络技术和m p l s 网络技术进行论述，特别是本 文后续应用的技术，为下面的工作做好技术铺垫。 在第三章中，本文将根据上一章中各种方案的比较，提出一个新的解决方案，使 其克服以上方案的不足，并有针对性的给出了几个关键环节的解决方法，从而提高了 a t m l s r ( 标记交换路由器、的整体性能。 在第四章中，本文将对a t m 网络路由器接口卡进行设计，对每个流程都将给出 详尽论述，并对核心部分给出程序和仿真。 最后总结本文的工作和得到的结论，并对本文所做的工作进行进一步的展望。 3 大庆疆汕学院硕士 i j | _ 究生学位论文 第二章a t m 网络上支持m p l s 的总体方案 m p l s ( 多协议标记交换) 是一种多层交换技术，它把第二层交换技术和第三层路 由技术结合起来，使用标记作为聚集转发信息的方式，运行在路由层次结构下，支持 多种上层协议，能在多种物理平台上实现。在a t m 交换机上实现m p l s 是i p 和a t m 融合的最佳方案“。首先，基于硬件的a t m 交换技术，是讨论i po v e r a t m 技术中f 特 别是m p l s ) 的一个基本出发点，因为要保留a t m 的交换技术优势。其次，许多目前 采用传统重叠模型的i s p ( 国际互联网服务提供商) 类型的网络，在其核心都应用了 a t m 交换机。当这些网络的规模和路由器数量增长的时候，扩展v c 数目就成为了 一个主要的问题。而采用现有的a t m 交换基础设施可以提供一个更加有效和可扩展 的i p 选路能力。同时m p l s 不会立即取代a t m ，因为事实上更新现有的a t m 交换 机以支持m p l s 有时也是很困难的。因此，在一个a t m 网络上采用m p l s 机制必须 与现有a t m 协议共存并相互合作。最后，m p l s 技术将a t m 交换技术和i p 动态路 由协议有机结合起来，具备面向连接、简单高速交换、支持q o s 和流量工程等优点n “， 而且m p l s 技术可灵活组建出各种极具扩展性的网络。 2 1a t m 网络上支持m p l s 的方案 2 1 1 对称方案 在这个方案中，m p l s 设备转化成一个l s r ( 标记交换路由器1 “，或者说是一个 a t m l s r 的a t m 交换机。a t m k s r 支持普通i p 选路协议，可以具有转发第3 层分 组的能力或者运行l d p ( 标志分发协议) 第3 层分组。a t m l s r 通过串行链路直接连 接，彼此交换选路表和u ) p 消息。在这里，a t m - l s r 没有应用任何a t m 协议，而 是直接采用l d p 建立通过网络的l s p ( 标记交换路径) 。因为每个a t m l s r 只与它周 围的a t m l s r 而不是与每个v c 另一端的路由器形成邻接关系，所以对等模式的实 现方案比i po v e r a t m 的叠加模型减轻了系统选路协议的负担。由于网络拓扑是基于 实际l s r 问物理链路的数目，于是它不是多v c ( v c - f i c h ) 叠力玎模型中的链路密集 ( 1 i n k d e n s e ) 型。不过，这里可能忽略了a t m 一些很有吸引力的特点，比如基于q o s 无循环路径选择和一些更为广泛的q o s 支持。此外，如果没有利用a t m 固有的q o s 特性，就很难判断在这一解决方案中是否有必要引入信元开销了。 2 1 2s i n 方案 第二种在a t m 上支持m p l s 的方案为s i n ( s h i p i n t h e n i g h t ) 方案“。s i n 方案 是m p l s 与原有的a t m 交换共存于a t m 平台，也就是在已有的a t m 网络上运行 m p l s 。如图2 1 所示，a t m 交换平台同时受到两个控制面的控制，一个是a t m 控 制面，要运行诸如p n n i 信令，另一个是m p l s 控制，要运行较简单的轻型信令协议 l d p ；同时，也具有两个接口，一个是纯a t mv c 接口，另一个是m p l sl s p 接口。尽管这个方案看起来颇为复杂，但是它具有一定的优势。 ( 1 1s i n 模式可以充分利用a t m 硬件的标记交换，可以很高速率转发分组。 ( 2 、m p l s 可以使用原有a t m 硬件，实现有效的业务流管理能力。 f 3 ) 可以由同一个网络基础设施提供多重业务，例如话音、视像和数据业务。 第二章a t m 咧络i ：支持m p l s 的总体方案 图2 - 1 m p l s 的s i n 模式 f i g u r e2 1 s i nm o d e lo fm p l s f 4 ) 能够提高a t m 网络的利用率，保护a t m 设备投资，并易于从i p o v e r a t m 过 渡到口o v e rm p l so v e ra t m 。 $ ) 当m p l s 架构发展时，a t m 能够提供业务流工程的解决方案。 但是，由于在应用s i n 方案时，同一节点平台上要运行两套信令和选路协议，包 含软件和数据库，即a t m 信令和选路协议，以及m p l s 信令和选路协议。为此，节 点要有足够的处理能力和储存容量，以适应a t m 和m p l s 的同时运行，这对网络设 备提出了更高的要求。 2 1 3 综合方案 在综合方案中a t m l s r 通过a t m 交换机与其它每个a t m l s r 通信。相邻 a t m l s r 可能建立p v c 或利用s v c 信令建立v c 。f v g 承载的信息包括：控制业务 流、缺省i p 业务流、l d p 消息和每条径流的l s p 业务量。当一条径流映射到一个 v c 时，就需要一个特殊的标识v c i d 关联径流和v c 。究其原因，是业务量可以象 信元穿过a t m 交换机一样进行标记交换，也可以事先建立一个v p 连接。沿着一条 路径的a t m 。l s r 连接入口v c 和对应的出口v c ，就建立了一个从入口到出口的l s p 。 综合方案的一个突出特点是它将m p l s 引入到现有的a t m 网络中。例如，可 以在一个大型a t m 网络中间安装一组核心m p l sl s r 作为“v c 汇聚y v c a g g r e g a t i o n 集线器。集线器承载从边缘路由器v c 发送的汇聚业务量。从选路邻接关系来看，边 缘路由器只是简单地与最近的核心l s r 保持对等关系。尽管这样可能在核心网络中 引入额外的路由器转接，但是这个方案仍然被看作是摆脱“n 平方”困境的一个解决 方案。将来，m p l s 功能可以分散到接近网络的边缘，于是允许建立边缘到边缘 f e d g e t o e d g e ) 的l s p 。另一个重要特点是现有的a t mv c 管理技术依然适用。这对实 际运营很有好处( 网络规模和运营可以围绕a t m v c 管理解决) 。同时考虑到一些a t m 交换机可能无法升级到m p l s 这个实际情况，这个方案也是很有优势的。综合方案可 能是从i po v e ra t m 叠加模型到m p l s 最容易的过渡途径。需要说明的是a t mv c 操作仅提供了l s r 间的连通性，它依赖与a t m l s r 的配置和实现。 6 人庆油学院坝一l 研究生学位论文 本节已经介绍了三种在a t m 网络上支持m p l s 的总体方案。但是，如果要将 m p l s 在现有的a t m 骨干网中实施，现有的网络结构如何向m p l s 演进也是网络供 应商所关心的重要问题。 而更普遍的一种情况是，a t m 网络中的一些交换机将能够支持m p l s 协议，而 另一些则不能。在这种情况下，传统的a t m 连接将不仅可以用来连接边缘a t m l s r ， 而且可以用于a t m l s r 之间或者是a t m l s r 与边缘a t m l s r 之间的连接。当然， 由于a t m 在转发路径上不提供任何循环检测的功能，因此必须考虑防止循环的方法， 本文将在下一章提出一种可行的方案来解决这个问题。同时，v c 合并是使得一个 m p l s 网络控制规模和提高可扩展性的重要途径，本文也将在下一章提出一个具体实 现v c 合并的模型“。 在以上的各种方案中，都提到了a t m 网络技术和m p l s 技术，下面对两种技术 进行分析和论述。 2 2a t m 网络技术 a t m 是i t u t 确定用作宽带综合数字业务网( b r o a d b a n di n t e g r a t e ds e r v i c e s d i g i t a ln e t w o 出b i s d n ) 的复用、传送和交换的模式3 。a t m 交换实现了高速、 高吞吐量和高服务质量的信息交换，提供了灵活的带宽分配，适应从很低速率到很高 速率的宽带业务的交换要求，是一种符合现代网络技术需求的通信技术。 2 2 1a t m 信元结构 字节 4 b g f cv p i v p iv c i v c i v c ip tc l p h e c 信息域 比特1458 字节 4 v p i v p iv c i v c i v c ip tc l p h e c 信息域 ( a ) 用户网络接口( b ) 网络节点接口 g f c ：g e n e r i cf l o wc o n t r o l 一般流量控制 v p l ：v i r t u a lp a t hi d e n t i f i e r 虚通道标识符 v c ：v i r t u a lc h a n n e li d e n t if ie r 虚信道标识符 p q 、：p a y l o a dt y p e 信息类型 c l p ：c e l ll o s sp r i o r i t y 信元丢失优先级 h e c ：h e a d e re r r o rc o n t r o l 首标差错控制 图2 2a t m 信元格式 f i g u r e2 2a t mc e l lf o r m a t 7 第二章a t mm 络上支持m p l s 的总体方案 a t m 信元是a t m 的基本信息单位”，a t m 是以固定长度信息分组信元， 在网络中传送各种信息。信元由5 字节首标和4 8 字节信息域构成，其结构如图2 2 所示。 用户一网络接口( u n l ) 的a t m 信元首标与网络一节点接口( h i ) 是不同的。在 u n i 中，首标字节1 中的1 4 比特构成一个独立单元，即一般流量控n ( g f c ) 。而 在n n i 中，它属于虚通路标识符部分。 2 2 2a t m 协议参考模型 a t m 协议参考模型是基于国际电联的标准产生“，如图2 3 所示。它由三个面 组成，即控制面( c o n t r 0 1 ) 、用户面( u s e r ) 和管理面( m a n a g e m e n t ) 。控制面提供呼叫和 连接的控制功能，主要涉及信令功能。用户面在通信网中传递端到端用户信息。管理 面提供面管理与层管理两种管理功能。面管理实现与整个系统有关的管理功能，并完 成各个面之间的协调功能；层管理实现网络资源与协议参数的管理，并处理各层中的 操作与维护( o a m ) 信息流。 图2 - 3 a t m 协议参考模型 f i g u r e 2 - 3a t mp r o t o c o lr e f e r e n c em o d e l a t m 端系统 a t m 端系统 物理媒体 图2 - 4 a t m 协议结构 f i g u r e 2 - 4 a t m p r o t o c o ls t r u c t u r e 大庆杠汕学院坝二l 研究生学位论文 a t m 协议结构是基于国际电联的标准产生。如图2 - 4 所示，它分为3 层，即物 理层、a t m 层和a t m 适配层( a a u 。 2 2 3 物理层 物理层位于a t m 协议的最底层，分为物理媒体子层f p m ：p h y s i c a lm e d i as u b l a y e r ) 和传输会聚子层( t c ：t r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c es u b l a y e r ) ，由它们分别保证在光、电信 号级和信元级上对信元的正确传递。表2 - 1 中列出了各子层的基本功能。 表2 - 1 物理层的基本功能 信头差错校正 物 传输会聚予层 信元同步 理 ( t c ) 信元速率适配 层 传输帧的生成 物理媒体子层 比特定时( 位同步) ( p m ) 物理媒体 物理媒体子层是较低的子层，它只包括物理媒体关联功能。此外这一子层必须 保证接受比特定时的重新处理。 传输会聚子层的主要功能有：传输帧的产生和恢复、h e c 信元的产生和验证、 信元率重组、信元定界。 2 2 4a t m 层 a t m 层位于物理层之上，它提供与业务类型无关的、统一的信元传送能力。该 层的主要功能有信元的多路复接和多路分接、虚通路识别符和虚信道识别符的翻译、 a t m 信元首标产生和提取、一般流量控制。 2 2 5 a t m 适配层( a a l ) a a l 是a t m 层与高层应用( 包括用户面、控制面和管理面) 之间的适配层， 执行高层所需要的服务( 如差错处理、定时控制等) ，并支持高层与a t m 之间的适 配，将高层的p d u ( 协议数据单元) 映射到a t m 信元的信息段，反之亦然。由于a t m 适配层是后面网络接口卡设计的一个重要的技术支撑( 特别是a a l s ) ，所以下面将 对其结构和功能进行详细的阐述。 2 2 6a t m 适配层的业务分类 a t m 适配层的各种应用功能根据其业务要求和话务特性分为若干业务等级1 。 不同的a t m 适配层定义了不同业务等级。i t u t 根据3 个特性进行分类： 1 源与终点之间的定时关系( 需要或不需要) 2 比特率( 固定或可变) 3 连续方式f 面向连接或无连接1 目前并不存在以上特性参数的所有组合，表2 2 表示了4 类a a i ，业务。 9 第二章a t m 刚纤i ：支持m p l s 的总体方案 表2 。2a a l 业务分类 t a b l e2 2aa lb u s i n e s sc l a s s i f i c a t i o n a 类b 类c 类d 类 源与终点之间的定 时关系 需要不需要 比特率固定可变 连接方式 面向连接无连接 各类业务的示例如下： 电路仿真、固定比特率的视频业务属于a 类业务，可变比特率的视频与音频业务 属于b 类业务，面向连接数据传送属于c 类业务，无连接的数据传送属于d 类业务。 2 2 7a a l $ 的基本结构 a t m 适配层的功能可以分为两个逻辑子层：汇聚子层与分段和重组子层。汇聚 子层( c o n v e r g e n c es u b l a y e r ：c s ) 的主要功能是在a a l 业务接入点( s a p ) 对高层提供 a a i ，的服务，其具体功能与业务类型有关。分段和重组( s e g m e n t a t i o n a n d r e a s s e m b l y ： s r a ) 子层可简称为拆装子层，其主要功能是将高层信息进行分割，以适合于装入 a t m 信元的信息段，或者反之。不同的c s 和s a r 的组合，可以得到不同的业务适 配功能。 为了适应不同业务的需要，u t 定义了4 种类型：础札1 、a a l 2 、a a l 3 4 、 a a i5 。a a l 5 提供的是a a lc 类业务，即连接型数据和信令消息的传送功能。它不 像a a l 3 4 那样，在每个s a r p d u ( 协议数据单元) 上装配有头标和尾标，利用c r c 等功能对每个s a r p d u 进行差错校验，因而增加了许多开销。a a l 5 的格式相当 简单，它的s a p - - p d u 中既无头标也无尾标，4 8 个字节全部用作信息的传输。它只 对各个c p c s - - p d u 进短差错校验，因此传输效率比a 舢胆高得多， a a l 5 的内部结构和基本功能如图2 5 所示。 1 0 c p c s s a r l 数据用s s c f l| 信令用s s c f 【i 3 6 5 x 1 i ( u n i ，n n i ) l 厂 ! ! ! ! 竺竺! c s ：汇聚子层 s a r ：信元拆装子层 s s c f ：业务特定协调能力 s s c o p ：业务特定连接型协议 f r ：帧中继 图2 - 5a a l 5 的内部结构和功能 f i g u r e2 - 5 a a 5i n t e r n a ls t r u c t u r ea n df u n c t i o n s 火庆石油学院硕二仁碰f 究生学位论文 1 s a r 子层的功能 s a r 将变长( 但长度为4 8 字节的整数倍) 的s a r - - s d u 映射到4 8 字节的s a r p d u 中，利用a t m 层的功能进行传送。下面具体说明a a l 5 的s a p , 子层的功能。 ( 1 ) 维持s a r - - s d u ：利用a t m 层信头的p t 功能，指示构成s a r - - s d u 的诸多 s a r - - p d u 中的最后一个，并以此来维护s a r - - s d u 。 ( 2 ) 拥塞信息的处理：在s a r 上层和下层( a t m 层) 之间传递拥塞信息。 ( 3 ) 丢失优先级信息的处理：在s a r 上层和下层( a t m 层) 之间传递丢失优先级信 息。 a a l 5 的c p c s - - p d u 和s a r - - p d u 的格式如图2 6 。 0 表示帧的起虫 i ，继续 ( 以a t m 信头指示) s a r ：信元拆装子层 c p c s ：公共部分会聚子层 p d u ：协议数据单元 1 表示帧结射单段帧 ( 以a r i m 信头指示) p d a ：填充 c p c su u ：c p c s 用户信息 l h 长度 图2 6a a l 5 的p d u 格式 f i g u r e2 - 6 a a i5p d uf o r m a t 因为在s a r - - p d u 中没有头标和尾标，所以通过传递a t m 层的用户参数来区分 构成一个s a r - - s d u 的诸多s a r - - p d u 中的最后一个及其以外的那些。当信头的净 荷类型指示字段中的最低位为0 时，表示非最后的s a r - - p d u 为1 时，表示最后的 s a r p d u 。该值对p t 字段的映射由a t m 层规范f i 3 6 1 ) 规定。 2 c p c s 功能 f 1 、维持c p c s s d c ：提供c p c s - - s d c 的透明传递功能，其最大长度为6 5 5 3 5 字节。 1 1 箱二带? w mj 浏络l ：支持m p l s 的总体方案 ( 2 ) 维持c p c s 用户一用户信息：透明传递1 个字节的c p c s 用户一用户信息。 ( 3 ) 差错控制：检测并处理c p c s - - s d u 的差错。对出错的c p c s - - s d c 应当抛弃， 也可作为选项交给用户处理。将出错的c p c s - - s d c 通知用户时，应标识它有 错。 ( 4 ) 中j l ( a b o r t ) ：在流式传输模式下，中途抛弃已送出的那部分c p c s - - s d c 。 ( 5 ) 填充：使c p c s - - p d u 凑成4 8 字节的整数倍。 ( 6 ) 拥塞信息处理：在c p c s 上层和c p c s 下层之间传递拥塞信息。 ( 7 ) 丢失优先级信息的处理：在c p c s 上层和c p c s 下层之间传递丢失优先级信息。 3 c p c s 协议 f 1 ) c p c s p d u 净荷：用来传递1 6 5 5 3 5 字节的c p c s s d u 。 ( 2 ) 填充( p a d ) 字段：为使c p c s - - p d u 凑成4 8 字节的整数倍，在c p c s - - p d u 净荷和c p c s p d u 尾标问置入0 4 7 字节的填充字段。它不传递消息，可任 意编码。 0 ) c p c s 用户一用户信息( c p c su u l 字段：用于传递c p c s 用户一用户信息。 ( 4 ) 公共部分标志( c p i ) ：为将c p c s - - p d u 尾标凑成6 4 比特而置入全0 。其他用 法未定。 ( 5 ) 长度( l e n g t h ) 字段：以二进制数表示c p c s - - p d u 净荷的长度，单位是字节。 接收方利用该值检测信息的丢失和误插。当传递a b o r t 业务时，该字段全置成 0 。 ( 6 ) c r c 字段：生成多项式并计算出3 2 比特c r c 码置入该字段。 4 s s c s 的功能和协议 a a l 5 的s s c s 由s s c f 和s s c o p 构成。r r u t 沿两个途径对其进行开发和研 讨，即根据高层所需条件对s s c f 进行标准化和根据高层所需条件对s s c s 整体进行 标准化。 将s s c f 和s s c o p 组合，构成s s c s 的典型应用是传送信令消息。s s c o p 提供 数据通信中通常所需的差错控制和流控( f l o wc o n t r 0 1 ) 等功能。s s c f 为实现各个用户 的特殊需求对s s c o p 进行连接控制( 连接的建立、释放、再同步) ，调节数据传送所 需的定时。 2 3 多协议标记交换( m p l s ) 技术 m p l s 技术的出现是源于将t a g 交换和a r i s 建议中所描述的技术与其他一些思 想的结合瞰1 。它的基本目标之一，正如其他一些i po v e r a t m 的解决方案一样，是简 化通过网络转发i p 分组的过程，以实现高性能的i p 数据包交换。 2 3 1m p l s 的组成及基本原理 1 m p l s 的重要术语 m p l s 中引入了非常多的新概念和术语，其中比较重要的有： ( 1 ) l a b e l ( 标记) ：用于表示f e c ( 前向转发等效类) 短的、固定长度的标识符，是相 邻两个节点间严格意义上的局部变量，用于区分不同的数据流。 ( 2 ) f e c ( 前向转发等效类) ：以相同方式( 如：通过同一条路径，受到l s r 相同的 前传处理) 进行前传的一个i p 分组。每一个f e c 被映射成同一标记。 ( 3 ) l s r ( 标记交换路由器) ：l s r 是执行m p l s 协议、完成标记交换的物理设备， 包括控制模块和转发模块。 1 2 大庆矗油学院硼- i ：1 i j d t ：生学位论文 ( 4 ) l a b e ls t a c k ( 标记堆栈) ：一组有序的标记，不同位置的标记代表不同的层。 ( 5 ) l s p ( 标记交换路径) ：一个特定的f e c 在同一层次上经过l s r 所形成的路径。 ( 6 ) l d r ( 标记分发协议) ：一个l s r 通知其它l s r 关于l a b e l f e c 绑定信息的一 系列过程。 ( 7 ) m p l sd o m a i n ( m p l s 域1 ：由执行m p l s 选路和前向转发并在同一选路或管 理域内的一系列节点构成。 ( 8 ) e r a ( 标记信息库) ：包含标记绑定信息的一个信息库。 2 m p l s 交换技术的组成和基本原理 标记发布协议( l d p ) 图2 7m p l s 网络结构 f i g u r e2 - 7m p l sn e t w o r ks t r u c t u r e m p l s 网络是由边缘路由器( l e r ) 和i 交换路由器( l s r ) 组成的，如图2 7 所示。标 记边缘路由器( l e r ) 是连接它所在的m p l s 域内外路由器( 该域外路由器可能是不支 持m p l s 的路由器或者处于另一个m p l s 域中路由器1 的设备，l e r 可以与内部m p l s l s r 通信以交换转发等价类标记( f e c l a b e l ) 关联信息。 标记交换路由器( l s 珊是支持m p l s 并负责转发分组和标记交换的设备。更具体 的说，一个l s r 可以是一个传统的交换机( 如a t m ) 扩充l p 选路，或者是一个升级为 支持m p l s 的路由器。在后者的情况下，路由器根据包含在每个分组中一个显式标记 的内容转发分组。i s r 和l e r 都是m p l s 域内的节点。 标记发布协议( l d p ) 是m p l s 的控制协议，用于在节点问完成标记信息的发布， 也就是说通过l d p 在l s r 之间交换f e c l a b e l 关联信息。标记信息只在m p l s 的相 邻节点之间传递，而且这一对m p l s 节点必须在标记的数值和意义上达成一致。 l s r 与l e r 之间，l s r 与l s r 之间依然需要运行路由协议( 如o s f p 、b g p 等) ， 它们通过路由协议来获得网络拓扑信息，并根据这些信息决定交换路径如何建立。 2 3 2m p l s 的关键技术 1 标记分发和转发 常规的网络层转发需要分析较长的分组头并执行最长匹配算法。然而，在m p l s 鹕二章a t m 删络j ：支持m p l s 的总体方案 中标记交换路由( l s r ) 利用链路层的转发来提供简单快速的分组转发能力，而且交换 的分组转发基于简单的短标记匹配，从而简化了转发过程“。 2 多播 为了支持多播，必须沿着多播树建立点到多点的标记交换路径，可用许多方法实 现。用多播协议控制消息或标记发布协议等特定协议。用控制消息建立多播树是可同 时携带分配的标记。例如，标记可包含在p i n s m 加入消息中，使标记交换路径沿 着同向聚合点( r p ) 的方向建立，但是此方法需要扩张到每个多播协议。因此，最好用 标记发布协议