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2021/2/221第五章IP交换的模型与IP交换的类型2021/2/222MPOA(Multi-ProtocolOverATM)•集成了LANE、CIPOA、NHRP(NextHopResolutionProtocol)、MARS(MulticastAddressResolutionServer)的功能，支持多种网络协议•MPOA的主要目标是，能够在不同子网的客户机间建立直通路径，从而在一个ATM网络上支持传统的第三层互连2021/2/223MPOA的模型结构路由服务器ATM网络ATM附着主机ATM附着主机边缘设备边缘设备VLAN1VLANk2021/2/224MPOA集成了三种独立的技术（1）•LANE–MPOA是在LANE2.0基础上发展而来的，克服了基于LANE1.0的网络在性能和可伸缩性等方面的局限–LANE适用于子网内部的通信，而MPOA则提供了子网间通信的能力–LANE在ATM上提供了一个第二层服务，而MPOA则在ATM上提供了一个第三层互连服务2021/2/225MPOA集成了三种独立的技术（2）•NHRP(下一跳解析协议)–将CIPOA的ATMARP协议加以扩展，超过了LIS的范围，是子网间的地址解析协议–允许子网间建立直达路由进行通信，以获得高吞吐量、低延迟和QoS保障–适用于非广播多路访问（NBMA）网，在单个NBMA网络上可以叠加一个或多个IP子网2021/2/226NHRP组件•NHS（下一跳服务器）–位于路由器或路由服务器上–每个NHS负责维护一个IP-ATM地址映射表•NHC（下一跳客户机）–位于主机或路由器上–一个NHC维护IP-ATM地址映射的一个高速缓存–NHC向NHS发起NHRP请求，ATMARP查询沿着由标准路由协议发现的路径传播，直到存储相应目的地址映射的NHS返回NHRP响应为止2021/2/227基于NHRP的网络结构ATM网络NBMA1NBMA5NBMA6NBMA4NBMA3NBMA2NHS1NHS2NHS4NHS3路由器路由器NHRP请求NHRP回复NHS5NHS62021/2/228MPOA集成了三种独立的技术（3）•虚拟路由器–是一组可以在ATM上提供多协议路由服务功能的MPOA设备，如路由服务器、边缘设备及其他的ATM网络设备–将传统路由器的功能分离到网络的不同组成成分中，路由计算与分组转发功能分离–整个虚拟路由结构相当于一个路由器2021/2/229MPOA虚拟路由器模型层3处理机交换板I/O卡MPS边缘设备ATM网络虚拟路由器传统路由器2021/2/2210虚拟路由器的优势•虚拟路由提高了网络的可扩展性–当需要增加转接能力时，只需增加ATM交换容量–当需要增加寻径能力时，只需在路由服务器和客户机中增加转发组件•分散式的路由技术，系统复杂度降低•降低成本，提高效率，更易于维护和管理2021/2/2211MPOA组件•MPOA的逻辑组成部件是在LANE的基础上添加新的部件MPOA边缘设备或主机MPOA路由器MPOA客户MPOA服务器下一跳服务器ELAN第三层转发机构LECLEC路由机构2021/2/2212MPOA组件（续）•MPOA服务器（MPS）–单独的设备，或集成到现有的路由器或ATM交换机中–包含与一个或多个ELAN接口的一个或多个LEC–具有标准路由功能，由时间短和/或数量小的数据流使用，或在直通路径建立前由任何数据流使用–包含NHRP服务器功能，用于NHRP地址解析2021/2/2213MPOA组件（续）•MPOA客户机（MPC）–驻留在工作站、边缘设备或路由器中–包含一个LEC以连接到一个ELAN上，与同一子网的MPS和MPC通信–包含第三层转发组件，但不运行路由协议–作为直通路径的源端和目的端，为数据流请求和发起直达VCC2021/2/2214MPOA协议结构应用程序TCP，UDP，SPX等IP，IPX等Multi-ProtocolOverATMAAL5ATMPHY2021/2/2215MPOA的工作原理IPaddr2ATMaddr2ATMaddr1IPaddr1ATM云MPOA服务器边缘设备ATM主机LAN主机IPaddr2数据IPaddr2数据初始数据传送2021/2/2216MPOA的工作原理IPaddr2ATMaddr2ATMaddr1IPaddr1ATM云MPOA服务器边缘设备ATM主机LAN主机IPaddr2数据后续数据传送IPaddr2数据2021/2/2217MPOA流MPOACacheImpRequestMPOA服务器MPOA服务器MPOA客户机MPOA客户机直通SVCATM网络MPOARequestMPOAReplyNHRPRequestNHRPReplyMPOACacheImpReply2021/2/2218MPOA的实现方法•需要在ATM交换机上增加MPOA卡及相应软件•路由服务器可以是专门的设备，也可以集成在边缘设备或ATM交换机中•LANE升级到MPOA可以通过软件实现2021/2/2219MPOA的优点•MPOA的子网间不需经过传统的路由器，解决了CIPOA和LANE所遇到的性能瓶颈问题–MOPA中整个ATM网络相当于一个单跳–提高吞吐量，减少时延和时延抖动•MPOA把网络层直接映射为ATM层，使得网络层利用ATM的QoS特性成为可能•能建立网络层的虚拟子网2021/2/2220MPOA的缺点•协议复杂（大约300,000行源代码）•网状连接数很大，消耗VPI/VCI，如何利用多点到点的连接提供会聚VCC需要解决•NHRP的响应时延和SVC呼叫建立时延，以及VC的消耗，使MPOA存在可扩展性问题•如何更有效地在WAN上应用MPOA2021/2/2221MPOA与其他协议的关系•LANE（ATM论坛）–概念相似，但MPOA在第三层，LANE在第二层•IPOA（IETF）–MPOA扩展了IPOA的概念，使用相同的封装方法•IPNNI（ATM论坛）–IPNNI能运行于MPOA的路由服务器上•NHRP（IETF），MARS（IETF）–MPOA包括NHRP和MARS2021/2/2222IPOA,LANE,MPOA比较IPOA要求外部路由器支持LANEv1.0要求外部路由器支持LANEv2.0要求外部路由器支持或通过MPOA互通MPOA不需要任何附加设备(直达路由)RFC1483(LLC/SNAP)MPOARFC1577RFC1483(LLC/SNAP)RFC1577RFC1483(LLC/SNAP)EthernetLANEv1.0RFC1483(LLC/SNAP)EthernetLANEv1.0RFC1483(LLC/SNAP)EthernetLANEv2.0RFC1483(LLC/SNAP)EthernetLANEv2.0MPOA路由器2021/2/2223IP交换的概念•利用第二层交换来加速经过一个网络的IP分组的转发的机制和协议•IP交换利用交换的高带宽和低时延优势，提高网络性能，对于运营者增加容量和开放实时业务意义重大•第三层交换（Layer3Switching）如果仅考虑IP，则称为IP交换2021/2/2224流驱动的解决方案•在一个特定IP流上操作，此IP流定义为具有相同源IP地址，目的IP地址和端口号的一个分组序列•流的前几个分组被路由通过网络，只有重定向过程完成后，流“尾”才在直通路径上通过•不适合在大网的核心运作2021/2/2225拓扑驱动的解决方案•基于一个IP交换机的IP路由实体中运行的路由协议所维护的IP网络拓扑结构•与反映一个目的网络的目的IP前缀相关的新标签被产生和分发至路由区域的IP交换机，所有指定到一个特定目的网络的业务流遵循一条基于此新标签的交换路径•性能和可扩展性更强2021/2/2226IP交换的实现策略•原有设备和系统进行升级和改造•设计功能完善的高性能IP交换机•第三层技术实现原则–以软件为主实现路由器的主要功能–完全用ASIC硬件以线速来实现路由器的路由，转发，流控，管理，服务质量等功能2021/2/2227IP交换模型•叠加模型–包括运行在一个独立的ATM层之上的一个IP层–由运行IP路由协议、具有IP地址的IP设备和运行ATM信令及路由协议、具有ATM地址的ATM设备（IP主机、IP路由器、ATM交换机等）组成•对等模型–IP交换机组件维护一个单一的IP地址空间–支持一个独立控制协议，用于将IP业务流映射到直通路径上2021/2/2228IP交换分类•叠加模型–流驱动：MPOA–地址解析：CIPOA，LANE，NHRP，MARS•对等模型–流驱动：IFMP/GSMP，CSR/FANP–拓扑驱动：TagSwitching，MPLS，ARIS2021/2/2229Ipsilon的IP交换模型•基于流驱动，把输入数据流分为两种类型–对持续期长的用户数据流提供快速直通路径•FTP，Telnet，HTTP–对持续期短的用户数据流利用缺省路径转发•DNS，SMTP，SNMP•根据Ipsilon公司的统计，超过80％的IP分组（超过90％的字节流量）属于持续期长、业务量大的用户数据流2021/2/2230Ipsilon的IP交换模型（续）•Ipsilon首先提出IP交换的概念（1996）•定义了叫作IP交换机的新设备，本质上它是连接到ATM交换机上的路由器，去除了所有ATM论坛的协议•颁布了两个RFC协议（RFC1953/1987）–IFMP（IpsilonFlowManagementProtocol）–GSMP（GeneralSwitchManagementProtocol）2021/2/2231IFMP和GSMP•在统一运行标准IP选路协议的相邻IP交换机网络上，IFMP和GSMP提供了一种附加的功能–对数据流进行分类，以判断是否可以交换而不是选路–进而利用由ATM信元交换机所构成的第二层交换式通路进行转发2021/2/2232IFMP和GSMP（续）•IFMP–运行在相邻的IP交换机控制器之间，使得两个相邻的IP交换机能够对同一个数据流的信元进行分类并重新标记VPI/VCI值•GSMP–运行在IP交换机内部的IP交换机控制器和ATM交换机之间，使得IP交换机的路由实体能够控制ATM交换机内部的资源和连接表2021/2/2233IpsilonIP交换机组成IP交换机控制器选路协议GSMP数据流分类器ATM交换机GSMPATMATM2021/2/2234IpsilonIP交换功能模型数据流1数据流1路由器路由器交换机交换机IP交换机IP交换机重新标记数据流重新标记数据流重新标记数据流选路通路交换通路2021/2/2235IpsilonIP交换的优点•对于持续期长、业务量大的用户数据流，由于利用ATM虚通路的传输能力，因此传输时延小、传输容量大•对于持续期短、业务量小的用户数据流，由于节省了建立ATM虚电路的开销，效率得到提高•控制简单2021/2/2236IpsilonIP交换的缺点•仅支持网络层的IP协议•在沿途的每一个IP交换机中监测流，以建立直通路径，从而导致了高时延•效率依赖于用户业务分布–对于大多数业务是持续期短的情况下，IP交换机只相当于中等速率的路由器2021/2/2237CSR与FANP•CSR/FANP体系结构由Toshiba公司研究开发（RFC2098/RFC2129）•目标是利用ATM信元交换的大带宽和低时延，同时保持IP网络的可扩展性和健壮性•没有像MPOA一样把ATM网络看作一大片云，而是看作路由器连接在一起的一系列ATM数据链路（或子网），保持了传统Internet的体系结构2021/2/2238CSR与FANP（续）•CSR（CellSwitchRouter）–通过标准ATMUNI接口与多个ATM子网相连–运行标准的IP选路协议进行传统的IP分组转发–建立CSR直通路径，进行ATM信元交换•FANP（FlowAttributeNotificationProtocol）–流驱动的控制协议，用于在ATM子网内部的CSR设备之间将数据流映射为专用VC–