现代交换原理第8章IP交换技术.ppt

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1、第八章第八章 IP交换技术交换技术1IP技术与技术与ATM技术的融合技术的融合IP交换技术交换技术标签（标签（Tag）交换技术）交换技术多协议标记交换（多协议标记交换（MPLS）技术）技术主要内容主要内容8.1 IP技术与技术与ATM技术的融合技术的融合nATM具有传统电信网和传统分组网不具有的特点具有传统电信网和传统分组网不具有的特点n高速综合业务支持能力高速综合业务支持能力n传送多媒体业务能保证传送多媒体业务能保证QoSnATM价格昂贵，不可能取代巨大的电信网络和计价格昂贵，不可能取代巨大的电信网络和计算机网络算机网络n基于基于IP技术的技术的Internet得到了空前发展得到了空前发展n

2、易于实现异种网络互联易于实现异种网络互联n协议简单，无协议简单，无QoS保证保证n传输效率低传输效率低nATM需要与需要与IP融合！融合！IP 与与ATM融合的两种模式（融合的两种模式（1）n重叠模型重叠模型n把把ATM看作数据链路层并在其上运行看作数据链路层并在其上运行IP协议协议n2个地址空间（个地址空间（IP地址与地址与ATM地址）地址）n2种选路协议（种选路协议（IP选路协议与选路协议与ATM选路协议）选路协议）n需要地址解析功能需要地址解析功能n重叠模型实现标准重叠模型实现标准nIETF制定的制定的CIPOA（Classic IP over ATM）nATM Forum制定的制定的L

3、ANE（LAN Emulation）nMPOA（Multi-Protocol over ATM）CIPOAClassical IP over ATMLIS:逻辑逻辑IP子网。子网。TCP/IP允许允许ATM网络上的一组主机像一个独立的局域网络上的一组主机像一个独立的局域网一样工作，这些主机的集合称为网一样工作，这些主机的集合称为LIS。ARS：地址解析服务器。主机和路由器通过访问：地址解析服务器。主机和路由器通过访问ARS，获得相应的，获得相应的ATM地址。地址。IP 与与ATM融合的两种模式（融合的两种模式（2）n集成模型集成模型n将将IP层路由功能与层路由功能与ATM层的交换功能结合起来层

4、的交换功能结合起来n单一的单一的IP地址空间地址空间n单一的单一的IP选路协议选路协议n需要控制协议（将需要控制协议（将3层的选路信息映射到层的选路信息映射到2层直通层直通交换机制）交换机制）n集成模型集成模型nIpsilon公司提出的公司提出的IP交换技术。交换技术。nCisco公司提出的公司提出的Tag Switching技术。技术。nIETF制定的制定的MPLS，多协议标记交换。，多协议标记交换。IP交换机的体系结构交换机的体系结构IP交换的基本原理交换的基本原理8.2 IP交换技术交换技术IP交换交换控制器控制器ATM交换机交换机控制端口控制端口GSMPIpsilon流管理协议流管理协

5、议Ipsilon流管理协议流管理协议IP交换机的体系结构（交换机的体系结构（1）IP交换机由交换机由IP交换控制器交换控制器和和ATM交换机交换机构成。构成。IP交换控制器交换控制器：驻存了控制软件的高性能处理机：驻存了控制软件的高性能处理机控制软件控制软件：选路软件：选路软件+扩充软件（流的判别、扩充软件（流的判别、Ipsilon流管理协议、通用交换机管理协议）流管理协议、通用交换机管理协议）流的判别流的判别：用来判别通过：用来判别通过ATM连接传送的数据流。连接传送的数据流。Ipsilon流管理协议（流管理协议（IFMP）：）：IP交换节点之间的协交换节点之间的协议，用于议，用于2层标记（

6、层标记（VCI）的分配，一个节点通过该协议）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通知相邻节点将某一标记与特定的IP流相关联。流相关联。通用交换管理协议（通用交换管理协议（GSMP）：是：是IP交换机内部交换机内部IP交换控制器与交换控制器与ATM交换器之间的通信协议，用于交换器之间的通信协议，用于IP交换交换控制器控制控制器控制ATM交换器的工作。交换器的工作。ATM交换器交换器：ATM交换结构交换结构+输入输入/输出端口输出端口IP交换机的体系结构（交换机的体系结构（2）IP交换机的体系结构（交换机的体系结构（3）n流：从流：从ATM交换机输入端口输入的一系列交换机输入端

7、口输入的一系列有先后关系的有先后关系的IP包，由包，由IP交换控制器的路交换控制器的路由软件来处理。由软件来处理。n数据流类型数据流类型n长流：持续期长、业务量大的用户数据流，在长流：持续期长、业务量大的用户数据流，在ATM交换机硬件中直接进行交换。交换机硬件中直接进行交换。n短流：持续期短、业务量小、呈突发分布的用短流：持续期短、业务量小、呈突发分布的用户数据流，通过户数据流，通过IP交换控制器中的交换控制器中的IP路由软件路由软件完成转送。完成转送。IP交换的两种路由交换的两种路由IP交换的基本原理（交换的基本原理（1）n1）从上游节点传来数据流）从上游节点传来数据流将数据流送往将数据流送

8、往IP交换控制器进行流分类，对长流交换控制器进行流分类，对长流建立建立ATM直通链接，对短流采用直通链接，对短流采用IP存储转发方式。存储转发方式。IP交换的基本原理（交换的基本原理（2）n2)要求上游节点在所分配的虚通道上传送分组要求上游节点在所分配的虚通道上传送分组n确定为建立确定为建立ATM直通连接，则从该数据流入的端直通连接，则从该数据流入的端口上分配一个空闲的虚通道标识，并通知上游节口上分配一个空闲的虚通道标识，并通知上游节点将属于该业务的流放在指定端口的虚通道上传点将属于该业务的流放在指定端口的虚通道上传送。上游节点收到通知后，开始把数据流的信元送。上游节点收到通知后，开始把数据流

9、的信元放在相应的虚通道上传送。放在相应的虚通道上传送。IP交换的基本原理（交换的基本原理（3）n3）收到下游节点通知）收到下游节点通知n同时，下游节点要求建立同时，下游节点要求建立ATM直通链接。通知直通链接。通知下游节点分配的虚通道标识，之后，下游节点分配的虚通道标识，之后，IP交换机交换机将属于该数据流的信元在指定虚通道上传送到将属于该数据流的信元在指定虚通道上传送到下游节点。下游节点。IP交换的基本原理（交换的基本原理（4）n4）在）在ATM直通连接上传送分组直通连接上传送分组nIP交换控制器指示交换控制器指示ATM交换机建立相应输入和交换机建立相应输入和输出端口的虚通道连接，建立起输出

10、端口的虚通道连接，建立起ATM直通连接，直通连接，属于该数据流的信元就在属于该数据流的信元就在ATM连接上以连接上以ATM交换的速度在交换的速度在IP交换机中转发。交换机中转发。8.3 标记交换技术标记交换技术n标记（标记（Tag）交换）交换n拓扑驱动：由拓扑信息（目的地址）确定标记拓扑驱动：由拓扑信息（目的地址）确定标记交换通道的建立。交换通道的建立。n不但可基于不但可基于ATM，也可基于其他类型的链路层，也可基于其他类型的链路层技术。技术。相关概念n标签标签n标签是数据分组上附加的一个字段，对三层分组头进标签是数据分组上附加的一个字段，对三层分组头进行分析后，将其映射到一个固定长度的、无结

11、构的值行分析后，将其映射到一个固定长度的、无结构的值中，这个值就是标签。中，这个值就是标签。n转发等价类转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class）n是一组具有相同特性的数据分组，这一数据分组以相是一组具有相同特性的数据分组，这一数据分组以相似的方式在网络中转发，似的方式在网络中转发，FEC可被看做是具有相同选可被看做是具有相同选路决策的一类数据分组。路决策的一类数据分组。FEC的划分通常依据网络的划分通常依据网络层的目的地址前缀、主机地址、层的目的地址前缀、主机地址、Qos要求等。要求等。相关概念n标签边缘路由器（标签边缘路由器（TER：Tag Edge Ro

12、uters）n位于标签交换网络的边缘。负责给进入网络的数据分位于标签交换网络的边缘。负责给进入网络的数据分组加上标签，并负责将离开网络的数据分组的标签去组加上标签，并负责将离开网络的数据分组的标签去除，对数据分组进行第三层转发。除，对数据分组进行第三层转发。nTER使用标准的路由协议来创建转发信息库（使用标准的路由协议来创建转发信息库（FIB）。）。TER根据根据FIB的内容，使用标签分发协议（的内容，使用标签分发协议（TDP）向）向其它其它TER或标签或标签TSR分发标签。分发标签。相关概念n标签交换路由器（标签交换路由器（TSR：Tag Switch Routers）n位于网络内部，负责根

13、据标签转发数据分组。位于网络内部，负责根据标签转发数据分组。nTSR接受来自接受来自TER的的TDP消息，根据这些消息所携带消息，根据这些消息所携带的信息建立自己的标签信息库（的信息建立自己的标签信息库（TIB）。）。n在标签交换网络中，只依据标签进行数据分组的转发。在标签交换网络中，只依据标签进行数据分组的转发。nTSR主要由转发组件和控制组件组成。主要由转发组件和控制组件组成。n转发组件：负责基于标签进行数据分组的转发。转发组件：负责基于标签进行数据分组的转发。n控制组件：负责产生标签，将三层的选路拓扑映控制组件：负责产生标签，将三层的选路拓扑映射到二层的直通连接上，并负责维护标签的一致射

14、到二层的直通连接上，并负责维护标签的一致性。性。相关概念nTIB标签信息库标签信息库n存储有关数据分组按照标签转发的相关信息，包括输存储有关数据分组按照标签转发的相关信息，包括输入端口号、输出端口号，输入标签、输出标签、目的入端口号、输出端口号，输入标签、输出标签、目的网段地址等。这些信息由网段地址等。这些信息由TDP协议负责控制更新。协议负责控制更新。nTDP标签分发协议标签分发协议n标签绑定：给一个转发等价类标签绑定：给一个转发等价类FEC分配一个标签。分配一个标签。nTSR和和TER使用使用TDP向其相邻节点通知标签关联信息向其相邻节点通知标签关联信息和更新标签信息库。和更新标签信息库。

15、nTDR的基本功能是在相邻的的基本功能是在相邻的TSR之间支持标签关联信之间支持标签关联信息的分发、标签转发路径的请求和释放。息的分发、标签转发路径的请求和释放。标签交换的工作原理n（1）当一个要转发的数据分组进入网络时，）当一个要转发的数据分组进入网络时，TER和和TSR使用使用标准的路由协议来确定数据分组的转发路由，并将这些转发路标准的路由协议来确定数据分组的转发路由，并将这些转发路由信息存入由信息存入FIB。TSR根据根据FIB内容产生标签，并将标签关联内容产生标签，并将标签关联信息（地址前缀、标签）通过信息（地址前缀、标签）通过TDP协议转发。相邻协议转发。相邻TSR接收到接收到TDP

16、信息后会建立标签信息库信息后会建立标签信息库TIB。n（2）TER接收到数据分组，接收到数据分组，TER从从FIB中位数据分组选择一个中位数据分组选择一个可用路由，加上标签，将其转发到下一个可用路由，加上标签，将其转发到下一个TSR。n（3）TSR使用标签根据使用标签根据TIB进行快速交换。进行快速交换。n（4）到达边缘）到达边缘TER，去掉标签。，去掉标签。标签分配n标签分配方法标签分配方法n 1）下游分配）下游分配n 2）下游按需分配）下游按需分配n 3）上游分配）上游分配下游标签分配上游标签分配8.4 多协议标记交换MPLSn什么是什么是MPLSnMPLS网络体系结构及相关基本概念网络体

17、系结构及相关基本概念nMPLS基本交换原理基本交换原理n交换节点交换节点LSR体系结构及工作原理体系结构及工作原理什么是MPLSnMPLS是利用标记进行数据转发的。当分组进入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。节点仅根据标记进行转发。nMPLS具有具有“多协议多协议”特性，对上兼容特性，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；

18、对下支持一在一个平台之上；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。通成为可能。MPLS体系结构MPLS相关基本概念（1）n标记交换路由器标记交换路由器LSR（Label Switching Router）n边缘路由器边缘路由器LER（Label Edge Router）n核心路由器核心路由器LSRn标记交换路径标记交换路径LSP（Label Switching Path）nMPLS网络为具有一些共同特性的分组通过网络而选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，一系列定的一条

19、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。由标记所标识的逻辑信道组成。n标记分发协议标记分发协议LDP（Label Distribution Protocol）nMPLS的控制协议，用于的控制协议，用于LSR之间交换信息，完成之间交换信息，完成LSP的建立、维护和拆除等功能。的建立、维护和拆除等功能。MPLS相关基本概念（1）n转发等价类转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class）n在在MPLS网络中经过相同的网络中经过相同的LSP，完成相同的转发完成相

20、同的转发处理的一些数据分组，这些数据分组具有某些相处理的一些数据分组，这些数据分组具有某些相同的特性。同的特性。FEC的划分通常依据网络层的目的地的划分通常依据网络层的目的地址前缀或是主机地址。址前缀或是主机地址。n标记标记（Label）n它是一个短的、具有固定长度、仅在相邻它是一个短的、具有固定长度、仅在相邻LSR之之间有意义、用来标识和区分转发等价类间有意义、用来标识和区分转发等价类FEC的标的标志。志。n标记映射标记映射n将标记分配给将标记分配给FEC。MPLS基本交换原理nMPLS交换采用面向连接的工作方式，信息传送要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：经过以下三个

21、阶段：n建立连接建立连接n对于对于MPLS来说，建立连接就是形成标记交换来说，建立连接就是形成标记交换路径路径LSP的过程的过程n数据传输数据传输n数据传输就是数据分组沿数据传输就是数据分组沿LSP进行转发的过程进行转发的过程n拆除连接拆除连接n拆除连接就是通信结束或发生故障异常时释拆除连接就是通信结束或发生故障异常时释放放LSP的过程的过程MPLS的连接建立n连接建立的驱动方式连接建立的驱动方式 n拓扑驱动、请求驱动、数据驱动（不同方式对拓扑驱动、请求驱动、数据驱动（不同方式对分组转发的影响）分组转发的影响）n标记分配与分发标记分配与分发 n标记分发：上游标记分发和下游标记分发标记分发：上游

22、标记分发和下游标记分发n下游标记分发：下游自主标记分发、下游按需下游标记分发：下游自主标记分发、下游按需标记分发标记分发n连接建立过程连接建立过程MPLS的数据传输n入口路由器的处理过程入口路由器的处理过程 n数据分组到数据分组到LSP的映射、将数据分组封装成标的映射、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记分组、将标记分组从相应端口转发出去 n核心路由器的处理过程核心路由器的处理过程 n依据标记进行转发依据标记进行转发n出口路由器的处理过程出口路由器的处理过程 n弹出标记、用网络层地址查找路由表确定下一弹出标记、用网络层地址查找路由表确定下一跳跳LSP上的数据转发MPLS的连接拆除n连接的拆除也就是标记的取消。标记取消连接的拆除也就是标记的取消。标记取消的方式主要有两种。的方式主要有两种。n采用计时器方式采用计时器方式n通过通过LDP消息取消标记消息取消标记MPLS交换节点的体系结构及工作原理思考题：思考题：1.重叠模式和集成模式的技术特点是什么？2.IP交换机是如何构成的？IFMP协议和GSMP协议在IP交换中完成的主要功能是什么？3.Tag交换所必需的组件是什么？各完成什么功能？4.试简要叙述采用下游分配标签的Tag交换的过程。5.MPLS交换的特点是什么？6.LER和LSR所完成的功能有何不同？