第八章IP交换技术.ppt

1 主要内容 IP技术与ATM技术的融合Ipsilon公司的IP交换技术标签 Tag 交换技术多协议标记交换 MPLS 技术 2 IP网络技术 特点 技术简单 可扩展性好 灵活性高存在问题 传输效率低 无法保证服务质量ATM网络技术 特点 可满足多业务需求 传输效率高 保证服务质量 有流量控制存在问题 技术复杂 可扩展性不好 1 IP技术与ATM技术的融合 3 1 IP与ATM的比较表8 1IP与ATM的特性比较 1 IP技术与ATM技术的融合 IPoverATM方案是传统电信运营商构建宽带IP网的主要选择之一 在IPoverATM方案中 IP层主要实现多业务汇聚和数据的封装 ATM层负责提供端到端的QoS IP与ATM技术相结合的主要难点在于 ATM是面向连接的技术 而IP是无连接的技术 并且两者都有自己的编址方案和选路规程 相互间的协调配合较复杂 4 图7 21IPoverATM技术分类 从IP技术与ATM技术结合的不同方式 可以分为两类 1 重叠模型2 集成模型 1 IP技术与ATM技术的融合 5 重叠模式IP层运行在ATM层之上2个地址空间 IP地址与ATM地址 2种选路协议 IP选路协议与ATM选路协议 需要地址解析功能CIP LANE MPOA是重叠模式该模式的优点是与标准的ATM网络及业务兼容 缺点是IP的传输效率低 地址解析服务器太易成为网络瓶颈 不能充分发挥ATM在QoS方面的优势 因而不适宜用来构造大型骨干网 IP与ATM融合的两种模式 1 6 CIP ClassicalIPoverATM 由路由器构成的IP网络负责路由表的维护并确定下一跳路由器地址 然后将IP分组转换成ATM信元 经由ATM核心网建立的VC传送到选定的下一跳路由器 7 集成模式单一的IP地址空间单一的IP选路协议需要控制协议 将3层的选路信息映射到2层直通交换机制 Ipsilon的IP交换 Tag交换 MPLS是集成模式集成模型的基本思想是 让核心网的ATM交换机直接运行IP路由协议 将其看作IP层的对等层 而不是为其提供服务的下一层设备 使用IP服务的用户终端只需要一个IP地址来标识 网络无需再进行IP地址到ATM地址的解析处理 也不再使用ATM信令建立端到端的VC IP与ATM融合的两种模式 2 8 集成模型的优点是综合了第三层路由的灵活性和第二层交换的高效性 IP分组的传输效率高 可以充分发挥ATM面向连接的全部优点 缺点是协议较为复杂 与标准ATM技术不兼容 从技术特点上来看 集成模型更像多层交换技术 目前 IPoverATM的主流是采用集成模型 它适合于组建大型IP骨干网 集成模型主要包括Ipsilon公司的IP交换技术 IPSwitching Cisco公司的标签交换技术 TagSwitching IETF制定的多协议标记交换技术标准MPLS Multi ProtocolLabelSwitching 也属于此类 IP与ATM融合的两种模式 2 9 重叠模型与集成模型的比较 IP与ATM融合的两种模式 2 10 2 Ipsilon公司的IP交换技术 IP交换机的体系结构IP交换的基本原理 11 IP交换机的体系结构 1 12 IP交换机由IP交换控制器和ATM交换器构成 IP交换控制器 驻存了控制软件的高性能处理机控制软件 选路软件 扩充软件 流的判别 Ipsilon流管理协议 通用交换机管理协议 流的判别 用来判别通过ATM连接传送的数据流 Ipsilon流管理协议 IFMP IP交换节点之间的协议 用于2层标记 VCI 的分配 一个节点通过该协议通知相邻节点将某一标记与特定的IP流相关联 通用交换机管理协议 GSMP 是IP交换机内部IP交换控制器与ATM交换器之间的通信协议 用于IP交换控制器控制ATM交换器的工作 ATM交换器 ATM交换结构 输入 输出端口 IP交换机的体系结构 2 13 IP交换的基本原理 1 IP交换的基本概念是流的概念 流是从ATM交换机输入端口输入的一系列有先后关系的IP包 它将由IP交换机控制器的路由软件处理 IP交换的核心是把输入的数据分为两种类型 1 持续期长 业务量大的用户数据流 包括文件传输协议 FTP 远程登录 Telnet 超文本传输协议 HTTP 数据 多媒体音频 视频等数据 2 持续期短 业务量小 呈突发分布的用户数据流 包括域名服务器 DNS 查询 简单邮件传输协议 SMTP 数据 简单网络管理协议 SNMP 查询等 14 1 从默认信道上传来数据包2 要求上游节点在所分配的VC上传送分组3 从下游节点收到改向消息4 在ATM直通连接上传送分组 IP交换的基本原理 1 15 IP交换的基本原理 2 16 IP交换的两种路由 17 IP与ATM结合的驱动方式IP与ATM结合的驱动方式有两种 数据流驱动和拓扑驱动 所谓驱动方式 就是何时以何种方式来建立虚连接 数据流驱动与拓扑驱动的不同主要体现在通路是否预先建立上 数据流驱动就是在数据流到来时 临时判定流的性质 如有必要就建立ATM的虚连接来传送这一数据流 为此 要选定VC 并将流的标识与VCI相关联 拓扑驱动就是将用控制协议预先生成和保持的IP路由映射到ATM的虚连接VC 18 数据流驱动是由用户数据流来临时驱动的 要由数据流分类功能 即按一定准则 来判别需要建立ATM连接的流 例如 文件传送适宜于建立ATM连接 短的域名服务器查询消息适宜于无连接的传送 在流的判别和ATM连接的建立过程中 该数据流的分组仍然由第三层选路 ATM连接建立后分组才通过已建立的虚连接传送 这样 一方面产生了建立时延 另一方面又可能导致数据流中各个分组的失序 由于是临时驱动 还要用周期刷新的方法来控制ATM连接的释放 刷新意味着继续保持连接 即当不进行刷新时连接就自动释放 拓扑驱动是用控制协议在网络的入口 出口预先建立好虚连接 当数据到达网络入口时 数据沿已经建立好的通路传送 通常没有建立时延 不会产生失序 也不需要周期刷新 19 3 Tag交换技术 Tag交换的组件Tag交换的基本原理 20 IP交换的优缺点由于IP交换机把输入的用户业务流分成两大类 节省了建立ATM虚电路的开销 因此提高了效率 IP交换的缺点是只支持IP协议 同时它的效率依赖于具体用户的业务环境 对于大多数业务为持续期长 业务量大的用户数据 能获得较高的效率 但对于大多数业务为持续期短 业务量小 呈突发分布的用户数据 IP交换的效率将大打折扣 这时一台IP交换机只相当于一台中等速率的路由器 21 标签交换标签交换 TagSwitching 是Cisco公司1996年秋天提出的一种多层交换技术 虽然IP交换技术与标签交换技术一样是IP路由技术与ATM技术相结合的产物 但两个技术的产生却有着完全不同的出发点 IP交换技术认为路由器是IP网中的最大瓶颈 它希望借助ATM技术完全替代传统的路由器技术 而标签交换技术最本质的特点是兼容了传统的IP路由协议 在一定程度上将数据的传递从路由变为交换 提高了传输效率 22 标签交换的基本概念 1 标签标签是分组中包含的一个短的固定长度的分组头字段 标签可以是ATM信元的VPI VCI 帧中继PDU的DLCI头或者分组中第二层和第三层寻址信息之间插入的 薄垫片 标志 2 标签交换标签交换指把网络层的信息与标签关联在一起并使用标签替换机制进行分组转发的体系结构 协议和过程 23 标签交换核心的概念是 标签 标签的长度固定 每个标签与第三层的路由信息直接关联 这样通过定长的标签而不是变长的IP地址前缀就可以将IP分组或ATM信元传送到网络中的目的地 标签与IP地址的不同点在于 IP地址是全网有效的 要求保证IP地址的全网范围的惟一性 而标签是局部有效的 只需在任一交换节点保持其惟一性即可 24 固定长度标签的优点是 1 交换机使用固定长度的标签作为索引查找分组转发表 可以产生非常快速而有效的转发决策 也更适合用硬件方式来实现交换 2 标签与第三层的路由信息相关联 使得与标签相关联的交换路径可以预先建立 提高了网络的交换性能和稳定性 25 Tag交换组件 Tag交换节点由转发组件和控制组件构成 对应于IP交换中的ATM交换器和IP交换控制器 转发组件是可以进行标签交换的Tag交换器 Tag交换器中具有标签转发信息库 其信息是在控制驱动时将路由映射到标签而形成的 标签转发信息库TFIB TagFowardingInformationBase 用于存放标签转发的相关信息 每个入口标签对应一个信息项 每个项内包括输出标签 输出端口号 输出链路层信息等子项 26 转发组件的转发机制是基于对固定长度的短标签的精确匹配算法 而不是在网络层采用传统的最长匹配算法 并且转发机制独立于网络层协议 控制组件 选路功能 生成标签和网络层路由的捆合信息 在Tag交换器之间传送标签捆合信息 Tag交换组件 27 Tag交换的基本原理 1 传统路由协议hop by hop方式基于目的地址的选路2 标签分配和标签的捆合 形成标签信息库TIB3 基于标签的数据转发4 通信结束 标签清除Tag交换具有面向连接的特性 28 标签分配与选路功能 标签分配方法 1 下游分配2 下游按需分配3 上游分配Tag可支持的选路功能 1 基于目的地的选路2 分级选路3 灵活选路 29 上游标签分配 30 下游标签分配 31 什么是MPLSMPLS网络体系结构及相关基本概念MPLS基本交换原理交换节点LSR体系结构及工作原理 4 多协议标记交换 MPLS 32 MPLS是利用标记进行数据转发的 当分组进入网络时 要为其分配固定长度的短的标记并将标记与分组封装在一起 在整个转发过程中 交换节点仅根据标记进行转发 MPLS具有 多协议 特性 对上兼容IPv4 IPv6等多种主流网络层协议 将各种传输技术统一在一个平台之上 对下支持ATM FR PPP等链路层多种协议 从而使得多种网络的互连互通成为可能 什么是MPLS 33 MPLS体系结构 34 MPLS相关基本概念 1 标记交换路由器LSR LabelSwitchingRouter 边缘路由器LER LabelEdgeRouter 核心路由器LSR标记交换路径LSP LabelSwitchingPath MPLS网络为具有一些共同特性的分组通过网络而选定的一条通路 由入口的边缘交换路由器 一系列核心路由器和出口的边缘交换路由器以及它们之间由标记所标识的逻辑信道组成 标记分发协议LDP LabelDistributionProtocol MPLS的控制协议 用于LSR之间交换信息 完成LSP的建立 维护和拆除等功能 35 转发等价类FEC ForwardingEquivalenceClass 在MPLS网络中经过相同的LSP 完成相同的转发处理的一些数据分组 这些数据分组具有某些相同的特性 FEC的划分通常依据网络层的目的地址前缀或是主机地址 标记 Label 它是一个短的 具有固定长度 仅在相邻LSR之间有意义 用来标识和区分转发等价类FEC的标志 标记映射将标记分配给FEC MPLS相关基本概念 1 36 MPLS基本交换原理 MPLS交换采用面向连接的工作方式 信息传送要经过以下三个阶段 建立连接对于MPLS来说 建立连接就是形成标记交换路径LSP的过程数据传输数据传输就是数据分组沿LSP进行转发的过程拆除连接拆除连接就是通信结束或发生故障异常时释放LSP的过程 37 MPLS的连接建立 连接建立的驱动方式拓扑驱动 请求驱动 数据驱动 不同方式对分组转发的影响 标记分配与分发标记分发 上游标记分发和下游标记分发下游标记分发 下游自主标记分发 下游按需标记分发连接建立过程 38 MPLS的数据传输 入口路由器的处理过程数据分组到LSP的映射 将数据分组封装成标记分组 将标记分组从相应端口转发出去核心路由器的处理过程依据标记进行转发出口路由器的处理过