现代交换技术课程设计IP与ATM的比较及相结合的模型.doc

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1、兰州交通大学本科生课程设计中文题目： IP与ATM的比较及相结合的模型 英文题目： The Comparison of IP And ATM ,and combining the model 学 院：电子与信息工程学院 课 程：现 代 交 换 技 术 专 业： 通信工程 班 级： 1201班 姓 名： 学 号： 二零一五年七月摘 要近几年来，Internet应用的不断发展对IP骨干网络带宽提出了新的要求。传统的IP网络采用的纯路由方式，即在广域网环境中通过路由器进行IP包的拆装好转发。这种方式造成中间转接次数多，时延大并且带宽不够高。另外，ATM交换机的开发和使用已有一段时间，现已有不少专门用

2、于ATM接口和交换的硬件。IP需要利用ATM技术来提高传输速度，ATM也具有承载IP的能力以拓展其应用领域。ATM论坛和制定IP标准的IETF组织很早就开始了这方面的工作。本文从数字通信网络技术的发展概况出发，首先介绍了IP协议与ATM协议研究和发展状况，对IP协议、ATM协议的历史、存在的问题、发展的方向等方面做了总结。其次对IP协议与ATM协议做了全面的比较，并对IP与ATM分层结构与功能、参考模型、工作原理以及应用与优缺点做了分析。继而深入研究IP与ATM相融合的模型，并对IP交换技术的信息传送方式、模型、结构及特性的各个层面深入分析，并指出IP与ATM的融合是大势所趋。最后，综合前期研

3、究成果，基于MPLS技术方案对IP技术的发展现状做了进一步的分析，分析各个模块，并对实验结果进行了分析。关键词： IP ATM 融合；MPLS；IP交换技术；IP ATM比较AbstractIn recent years, the continuous development of application Internet IP backbone network bandwidth to new requirements. Traditional pure IP routing network used, namely IP packets through the router WAN env

4、ironments disassembly good forwards. This means to cause the intermediate transfer more often, long delays and the bandwidth is not high enough. In addition, the development and use of ATM switches for some time, now there are many dedicated ATM interfaces and switching hardware. IP need to use ATM

5、technology to improve transmission speed, ATM also has the ability to carry IP to expand its applications. ATM Forum and the development of IP standards organization IETF began very early work in this area.From the development of digital communication network technology before departure, first intro

6、duced the IP protocol and ATM protocol research and development, on the IP protocol, ATM protocol history, problems and development direction and so do the summary. Secondly, the IP protocol and the ATM protocol to do a comprehensive comparison, IP and ATM and hierarchical structure and function, re

7、ference model, working principle and applications, advantages and disadvantages were analyzed. Followed by in-depth research model integration of IP and ATM, and IP information transfer mode switching technology, all aspects of the model, the structure and characteristics of the in-depth analysis, a

8、nd pointed out that integration of IP and ATM is the trend.Finally, a comprehensive preliminary research results, based on MPLS technology solutions for current development of IP technology to do further analysis, analysis of each module, and the experimental results are analyzed.Key words: IP ATM i

9、ntegration; MPLS; IP switching technology; IP ATM comparison目 录摘 要1Abstract2目 录31 绪论51.1 IP和ATM集成交换概述51.2 IP和ATM技术综合发展的背景51.3 IP和ATM技术综合发展的历史和现状61.4 IP和ATM技术网络综合发展的几个关键技术61.5 ATM与IP技术简介72 IP与ATM的比较及相结合的模型92.1 IP与ATM92.2 IP与ATM融合模型102.3 IP交换中的流132.4 IP交换132.4.1 IP交换机结构132.4.2 IP交换的工作原理142.4.3几个重要的概念1

10、52.4.4 IP交换的工作原理162.4.5 IP交换的信息传送方式17图2-3 IP交换的信息传送方式172.4.6 模型172.4.7 结构182.4.8特性193 ATM体系结构213.1 ATM定义213.2 ATM参考模型213.3 ATM协议的平面功能243.4 ATM的分层结构与功能243.6 ATM的特点28结束语30参考文献311 绪论1.1 IP和ATM集成交换概述由于因特网的迅速发展，IP成为当前计算机网络应用环境中的“既成事实”标准，基于IP的网络应用日益广泛，ATM必须支持作为业务主流的IP协议。1.2 IP和ATM技术综合发展的背景IP依靠网络可用、尽力而为、以端

11、为中心的特点，以及IP技术与以太网技术的无缝结合，已成为Internet的成熟技术。ATM（AsynchronousTransferMode，异步传输模式）是一种高速、高效、控制灵活的综合业务信息传递模式。ATM以其网络可靠、可管理、以路为中心的特点，符合网络数字化、宽带化、分组化的发展趋势。ATM技术所具有的端到端QoS保证、完善的流量控制和拥塞控制、灵活的动态带宽分配与管理、支持多业务等方面的优势，目前是IP技术所不及的。目前IP技术的优势在于提供统一的数据应用平台，而ATM技术的优势在于提供统一的网络平台。ATM具有高带宽、快速交换和提供可靠服务质量保证的特点，Internet的迅速发展

12、和普遍应用使得IP成为计算机网络应用环境的既成标准和开放系统平台。宽带网络的发展方向是把最先进的ATM交换技术和最普通的IP分组的技术融合起来，因而产生了一系列新的交换技术。IP交换就是Ipsilon公司提出的专门用于在ATM网上传送IP分组的技术，其目的是使IP更快并能提供业务质量支持。它将第三层的路由选择功能与第二层的交换功能结合起来在下层通过ATMPVC虚电路建立连接，上层运行TCP/IP协议，从而实现在ATM硬件的基础上直接进行IP路由的选择，进而同时获得IP的强壮新以及ATM交换的高速、大容量的优点。所谓IP交换，就是利用第2层交换作为传送IP分组通过一个网络的主要转发机制的一组协议

13、和机制。IP交换利用交换的高带宽和低延迟优势尽可能快地传送一个分组通过网络。基本上说，IP交换技术是利用IP的智能化路由选择功能来控制ATM的交换过程，即根据通信流的特性来决定是进行路由选择还是进行交换。所以识别数据的特征是IP交换技术的基本功能。准确的说，一个数据流就是一个从特定源机到特定目标机发送的IP数据包序列，它们使用相同的协议类型（如UDP或TCP)、服务类型和其他一些特性。用户可以自己定义IP交换机如何判断收到多少这样的数据包才算一个数据流。1.3 IP和ATM技术综合发展的历史和现状1996年美国Ipsilon公司提出了一种专门用于在ATM网上传送IP分组的技术，称之为IP交换（

14、IP Switch）。它只对数据流的第一个数据包进行路由地址处理，按路由转发，随后按已计算的路由在ATM网上建立虚电路VC。以后的数据包沿着VC以直通（Cut-Through）方式进行传输，不再经过路由器，从而将数据包的转发速度提高到第2层交换机的速度。IP交换基于IP交换机，可被看做是IP路由器和ATM交换机组合而成，其中的“ATM交换机”去除了所有的ATM信令和路由协议，并受“IP路由器”的控制。IPX 的原则已经由 GSMA 成功网地测试和验证。在 2004 年以前， GSMA SIP 实验局用多个基于 IMS 的业务测试了基于 IP 的 NNI。IPX 预商用实现实验局从 2007 年

15、 4 月开始运行，特别专注于分组交换语音业务。2008 年的 GSMA 通稿声明，IPX 实验局完全成功。很多国际运营商都准备推出 IPX 业务，例如 IPX 语音（IPX Voice）、比利时电信国际运营商业务（Belgacom International Carrier Services）、英国电信（BT）、中信国际电讯（CITIC 1616）、德国电信（Deutsche Telekom ICSS）、iBasis、Reach、SAP 移动服务, Syniverse, 塔塔电信等等。这些公司都面向固定和移动运营商和其它服务提供商类型做为 IPX 提供商。1.4 IP和ATM技术网络综合发展的

16、几个关键技术ATM与IP各有优势，如果二者结合起来，取长补短，利用ATM网络为IP用户提供高速直达数据链路，既可使ATM网络运营部门充分利用ATM网络资源，发展ATM网络上的IP用户业务，又可解决Internet网络发展中遇到的瓶颈问题，使二者的潜力充分发挥出来。目前，ATM与IP结合技术主要分为两大类：重叠技术和集成技术。重叠技术方面的典型技术有：LANE（局域网仿真）、IPOA（ATM上的传统IP）、MPOA（ATM上的多协议传输）等，重叠技术传送IP包的效率较低。集成技术方面的典型技术有：IP交换、多协议标签交换（MPLS）等，集成技术的优点是传送IP包的效率比较高；缺点是与标准的ATM

17、技术融合较为困难。通过近年来对各种ATM与IP结合技术的研究，重叠技术更适用于专用网或规模小的网络；而集成技术则更适用于规模大的公用网。下面简单介绍两种技术的典型代表。 1IPOA技术。IPOA（IPoverATM）是在ATMLAN上传送IP数据包的一种技术。它规定了利用ATM网络在ATM终端间建立连接，特别是建立交换型虚连接（SVC：SwitchedVirtu-alCircuit）进行IP数据通信的规范。IPOA最大的优点就是其利用了ATM网络的QoS，可以支持多媒体业务，它在网络层上将局域网接入ATM网络，既提高了网络带宽，也提升了网络的性能；但同时IPOA也存在一些缺点，比如目前的IPO

18、A不支持广播和组播业务；另外，由于ATMLAN中一台主机要与所有成员建立VC连接，随着网络的增加，VC连接的数目会呈平方级数的增加，因此IPOA技术不适合于大网结构，一般用在企业网、校园网这样的网络中。作为一种过渡，IPoverATM技术仍具有很强的生命力。 2MPLS技术。MPLS（Multi-ProtocolLabelSwitching）即多协议标签交换。这种技术的出发点是把路由器和ATM交换机融为一体，从而提高IP包的传送速度，简化网络。MPLS将IP路由和ATM交换技术紧密结合，既实现了路由器的功能，又利用了ATM交换机构的高效硬件交换。MPLS技术可以提高路由器的转发能力，从而提高整

19、个IP网络的性能，并且只需在用户现有的路由器上进行软件升级，即可以完全支持MPLS技术，从而可以保证用户原有的投资。MPLS给ATM网络据供了智能的IP应用服务。而IPoverATM的解决方案，将IP数据流和ATM数据流作同等处理，限制了实现端到瑞IP服务的能力。没有MPLS，IP在ATM的传输就需要一个复杂的协议翻译过程，要把IP地址路由对应于ATM地址和路由，放到ATM交换表中。而MPLS省略了把IP地址和路由映射到ATM交换表上的复杂性，MPLS标签交换与ATM交换机交换信元机制相同。MPLS集成了IP与ATM技术各自的优势，既可以完成第三层的灵活性、可扩展性，又可以完成第二层的快速交换

20、、流量管理、安全性以及QoS的保障机制，MPLS是大型网络可扩展性的最佳解决方案。1.5 ATM与IP技术简介 1ATM技术的特点。ATM是20世纪80年代后期由ITU-T针对电信网支持宽带多媒体业务而提出的，ITU-T定义ATM为“以信元为信息传输、复接和交换的基本单位的传送方式”。现代通信网中广泛使用的两种交换方式是电路交换和分组交换，ATM综合了电路交换和分组交换的优点，既能灵活的分配带宽，又取消了复杂的流量控制和差错控制，使传输时延大大降低，并可以提供具有QoS保证的实时多媒体业务。ATM技术的主要特点如下： （1）采用固定长度的信元。ATM采用固定长度的数据包作为传输的基本单位，为了

21、有别于分组交换网中的分组，称之为信元。每个信元的长度为53个字节，其中前面5个字节为信头，装配有地址、丢失优先级、流量控制、差错控制信息等，用来表示这个信元来自何处，到何处去，是什么类型等。后面48个字节是话音、数据、图像等要在线路上传送的信息。（2）对服务质量（QoS）的支持。ATM简化了网络功能，ATM交换节点不参与任何数据链路层功能，将差错控制与流量控制工作都交给主机去做，而且协议简单，简化了网络节点中信息存贮管理与处理的复杂性，加快了信息交换的速率，减少了信元在节点缓冲区中的排队时延和时延抖动，特别适合在核心网中传送信息。ATM支持多路用户信息并行传输。ATM交换机可以同时为多路用户信

22、息进行交换和处理，保证每个用户独占固定带宽。当ATM网络同时传送多个用户数据时，不会降低每个用户传输的速度，也不会降低网络的整体速度。（3）采用面向连接的通信方式。所谓面向连接，即在通信前先在收与发终端间建立一条虚连接，在通信时，信息在该连接上传送，虚连接包括虚路径（VP）和虚通道（VC）。ATM将路由选择和数据转发分开，使传输中的控制较为简单。ATM路由通过虚路径标识符VPI（Vir-tualPathIdentifier）和虚通道标识符VCI（VirtualChannelIdentifier）两级寻址来实现。（4）异步时分复用。时分复用技术是在一条传输介质上按时间片分时传送多路信息的多路复用

23、技术。异步传传输模式的各路原始信号不一定按照一定时间间隔周期性地出现，因而ATM不是通过时隙在帧内的位置来区分不同的子信道，而是在信元头上标记其所属的通道号。ATM的这种异步时分复用模式，使得信道利用率有很大的提高，它可以根据用户的需要分配网络资源。所以，ATM既能支持恒定速率的连续性业务，又能支持突发性业务，可以同时支持低速、高速、变速和实时性业务。 2.IP技术的特点。IP技术是互联网的核心，是一种端到端的无连接通信技术，其特点是“尽力传送”。通过IP数据报和IP地址屏蔽网络低层的差异，实现了“IPovereverything”的目标。IP技术成功的关键是其层次结构的包容性与开放性，以及简

24、单、实用、有效的原则。TCP/IP协议已成为全世界主导的网络互联协议，其中IP协议的主要功能包括无连接数据报传送，数据报寻径和差错控制三部分，因此IP具有以下几个特点：（1）IP协议可实现相邻节点间点到点的通信。（2）IP可提供无连接数据报传输机制。（3）IP网络着眼于高传输效率，采用的协议简单，无QoS保证。（4）IP协议便于互联异构型网络。 2 IP与ATM的比较及相结合的模型2.1 IP与ATM以IP协议为基础的Internet的迅猛发展，使得IP成为当前计算机网络应用环境的当然标准和开放式系统平台。IP技术的优点是易于实现异种网络的互连；对延迟、带宽和Qos等要求不高，适与非实时业务的

25、通信；具有统一的寻址体系，便于管理。ATM是是用于B-ISDN传输、复用和交换的技术，它是以分组传送模式为基础并融合了电路电路传送模式高速化的优点发展而成的。ATM技术的优点是采用异步时分复用方式，实现了动态带宽分配，可适应任意速率的业务；有可信的QosL来保证语音、数据、图像和多媒体信息的传输；其面向连接的工作方式、固定长度的信元和简化的信头，实现了快速交换；具有安全和自愈能力强等特点。如表1-1所示，给出了IP与ATM的特性比较。表2-1 IP与ATM的特性比较特性IPATM连接方式无连接面向连接信息传送最小单位可变长度分组固定长度信元（53byte)交换方式数据报方式ATM方式路由方向单

26、向双向组播多点到多点点到多点服务质量保证尽力而为根据不同业务提供不同服务质量保证成本低高发展推动力市场驱动技术驱动从上对ATM与IP技术特点的介绍，可以看出IP技术和ATM技术个有优点。IP技术应用广泛，技术简单，可扩展性好，路由灵活，但是传输效率低，无法保证服务质量；ATM技术先进，可满足多业务的需求，交换快速，传输效率很高，但是可扩展性不好，技术复杂。如果将两者结合起来，即将IP路由的灵活性和ATM交换的高速性结合起来，技术互补，将有效解决网络发展过程中困扰人们的诸多问题，将给网络发展带来很大的推动。为此，世界上各大通信公司、研究机构相继提出了许多IP与ATM融合的新技术，如Ipsilon

27、公司提出的IP交换（IP Switch），Cisco公司提出的标签交换（Tag Switch），IBM提出的基于IP交换的路由聚合技术（Aggregate Routed based IP Switching,ARIS)，IEFTt推荐的ATM上的传统IP技术（classic IP over ATM，IoPA）和多协议标记交换(Muti-Protocol Over ATM，MPoA）等。这些技术的本质都是通过IP进行选路，建立基于ATM面向连接的传输通道，将IP封装在ATM信元中，IP分组以ATM信元形式在信道中传输和交换，从而使IP分组的转发速度提高到了交换的速度。2.2 IP与ATM融合模型

28、据IP与ATM融合方式不同，其实现的模可分为两大类：重叠模型（Over Model)和集成模型（Integrated Model）。（1） 重叠模型重叠技术的核心思想是：IP（第三层）运行在ATM（第二层）之上，IP选路和ATM选路相互独立。系统运行两种选路协议：IP选路协议和ATM选路协议。系统中的ATM端点具有两个地址：ATM地址和IP地址。IP路由功能仍由IP路由器来实现。通过地址解析协议实现MAC地址与ATM地址或IP地址与ATM地址的映射。重叠模型的实现方式主要有：IETF推荐的IPoA、ATM Forum推荐的LANE和多协议MPoA。IPoA也称CIPoAA或CIP，IETF在R

29、FC1577中给出了IPOA技术的定义和说明。IPoA网络结构如图1-2所示。如图1-2所示，连接到ATM网络的IP设备，有主机和路由器，其中共享同一公共地址前缀的IP主机和路由器构成了一个逻辑IP子网（Logical IP Subnet，LIS）。从运行与=于ATM网络之上的IP设备来看，ATM网络是形成LIS的共享媒体，在ATM网络之上可承载多个LIS。ATM网络使用自己的地址和选路协议，独立于其上的IP网络完成通信连接的建立与释放以及信息的传送。连接在ATM网络上的主机和路由器，具有两个地址：IP地址和ATM地址。为了实现两种地址之间的映射，在每个LIS中设置了地址解析服务器（Addre

30、ss Resolution Sever,ARS)，主机和路由器通过地址解析协议（Address Resolution Protocol ,ARP）与ARS交互，以获取相应的ATM地址。 路由器ARSNHSARSLISI ATM网络 LIS2主机A主机C主机路由器主机主机B 图2-1 IPOA的网络结构如果主机A要与主机B通信，由于A和B在同一个LIS中，因此它可向本LIS中的ARS查询主机B的ATM地址，收到ARP的回复后，即可通过ATM网络建立主机A到主机B的ATM连接，主机A与主机B通过这个ATM的SVC来实现直接通信。如果主机A要与主机C通信，由于A和C不再同一个LIS中，所以主机A先要

31、向最近的下一跳地址解析服务器（Next Hop address resolution Server ,NHS）查询主机C的ATM地址。这一查询请求沿着通常的逐跳转发的IP通路向主机C发送，如果沿着这一通路上NHS获得主机C的IP地址解析信息，就向发出请求的NHS回送主机C的ATM地址或离主机C最近的ATM设备的ATM地址。一旦获得这个地址，主机A就建立一条直达的目的目标的SVC，从而实现主机A和主机C直接通过SVC来传送IP分组。重叠模块使用的标准与标准的ATM网络及业务兼容。使得这种模型构建的网络不会对IP和ATM双方的技术和设备进行任何改动，只需在网络的边缘进行协议和地址的转换。但是这种网

32、络需要维护两个独立的网络拓扑结构，地址重复、路由功能重复，因此网络扩张性不强，不便于管理、IP分组的传输效率较低。（2） 集成模型集成模型有称作对等模型，集成模型的核心思想是：ATM层被看做是IP层的对等层，将IP层的路由功能与ATM层的交换功能结合起来，使IP网络获得ATM的选路功能。集成模型只使用IP地址和IP选路协议，不使用ATM地址和选路协议，即具有一套地址和一种选路协议，因此也不需要地址解析功能。集成模型需要另外的控制协议将3层的选路映射到2层的直通交换上。集成模型通常也采用ATM交换结构，但它不能使用ATM信令，从而采用比ATM信令简单的信令协议来完成连接的建立。集成模型基于标记进

33、行分组的转发，因而速度快，其次集成模型只需一套地址和一种选路协议，不需要地址解析协议，将逐跳转发的信息传送方式变为直通连接的信息传送方式，因而传送IP分组的效率高，但它只采用IP地址和IP选路协议，因而与标注的ATM融合较为困难。如表1-2所示，给出了重叠模型与集成模型技术特点的比较。表2-2 重叠模型与集成模型技术特点的比较特性重叠模型集成模型地址二套（IP和ATM地址）一套（IP地址）选路协议IP与ATM选路协议IP选路协议地址解析功能需要不需要ATM信令需要不需要IP映射至直通连接专用协议不需要需要实例IPOA、LANE、MPOAIP交换、标记交换、ARIS、MPLS集成模型的实现方式主

34、要有：Ipsilon公司的IP交换、Cisco公司的标记交换、IBM的ARIS和IETF的MPLS。在MPLS技术方案提出之前已有的各种集成模块解决方案所采取的基本方法都是从IP路由器获取控制信息，将其与ATM交换机的转发性能和标签交换方式相结合，从而构建成一个高速而经济的多层交换路由器。但是，各种方案彼此不能互通，而且仅使用与以ATM做第二层的传输链路，不能工作在其他多中媒体（如帧中继、点对点协议、以太网）中，这与Internet基于分组的发展方向相矛盾。为了解决上诉问题，需要有一种可运行与任何链路层技术上的、被多厂商共同遵循的标准。在IETF在1997年初成立了MPLS工作组，利用集成模型

35、中，现有技术的主要思想与优势，制定出一个统一、完善的第三层交换技术标准MPLS。MPLS明确规定了一整套协议和操作过程，最终在IP网内通过ATM和帧中继实现快速交换。MPLS中的关键概念是用标签来识别和标记IP报文，并把标签封装后的报文转发到已升级改善过的交换机或路由器，由它们在网络内部继续交换标签，转发报文。因而，IP报文标签的产生和分配是建立在通过现有的IP路由协议获得网络路由信息的基础上。虽然MPLS技术从概念上讲可以支持多种协议，但其最初的工作重点主要放在IPv4与ATM/帧中继相结合的技术上。2.3 IP交换中的流流是IP交换的基本概念，流是从ATM交换机输入端口输入的一系列有先后关

36、系的IP包，它将有IP交换机控制器的路由软件来处理。IP交换的核心是把输入的数据流分为两种类型。（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)、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。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。由于多媒体数据常常要求进行广播和多发送通信，因此这些数据流在ATM交换机中交换式可以利用ATM交换机硬件的广播和多发送能力。持续期短，业务量小、呈突发分布的

37、用户数据流可以通过IP交换机控制器中的IP路由转件进行传输，即与传统路由器一样，也采用一跳接一跳（Hop-by-hop）和“存储转发”方法，省去了建立ATM虚连接（VC）的开销。2.4 IP交换2.4.1 IP交换机结构IP交换可提供两种信息传送方式，一种是ATM交换式传输，另一种是基于hop-by-hop方式的传统IP传输。采用何种方式取决于数据流的类型，对于连续的、业务量大的数据流采用ATM交换式传输，对于持续时间短的、业务量小的数据流采用传统IP传输技术，IP交换是基于数据流驱动的。IP交换机是IP交换的核心，它有IP交换控制器和ATM交换器两部分构成，如图1-1所示。 IP交换控制器选

38、路与转发 流分类 识别 IFMP DSMP GSMP ATM 图2-2 IP交换机的结构（1）IP交换控制器IP交换控制器是系统的控制处理器。它上面馆运行了标准的IP选路软件可控制软件，其中控制软件主要包括流的判识软件、Ipsilon流管理协议（Ipsilon Flow Management Protocol，IFMP）和通用交换机管理协议（General Switch Management Protocol，GSMP）。流的判识软件用于判定数据流，以确定是采用ATM交换式传输方式，还是采用传统的IP传输方式。当IP交换机之间通信时，采用IFMP协议用以IP交换机之间分发数据流标记，即传输分配

39、标记（VCI）信息和将标记与特定IP流相关联的信息，从而实现基于流的第2层交换。在IP交换控制器和ATM交换器之间所使用的控制协议是GSMP，它是一个主/从协议，此协议用于IP交换器对ATM交换器的控制，一实现连接管理、端口管理、统计管理、配置管理和事件管理等。（2）ATM交换器ATM交换器实际上就是去掉了ATM高层信令（AAL以上）、寻址、选路等软件，并具有GSMP处理功能的ATM交换机。它们的硬件结构相同，只存在软件上的差异。2.4.2 IP交换的工作原理IP交换的工作过程可分为四个阶段。（1）对默认信道上传来的数据分组进行存储转发在系统开始运行时，IP数据分组被封装在信元中，通过默认通道

40、传送到IP交换机。当封装了IP分组数据的信元到达IP交换控制器后，被重新组合成IP数据分组，在第三层按照传统的IP选路方式，进行存储转发，然后再被拆成信元在默认通道上进行传送。（2）向上游节点发送改向消息在对从默认信道传来的分组进行存储转发时，IP交换控制器中的流判识软件要对数据流进行判别，以确定是否建立ATM直通连接。对于连续的、业务量大的数据流采用ATM交换式传输，对于持续时间短的、业务量小的数据流采用传统IP存储转发方式。当需要建立ATM直通连接时，则从该数据流输入的端口上分配一个空闲的VCI，并向上游节点发送IFMP的改向消息，通知上游节点将属于该流的IP数据分组在指定端口的VC上传送

41、到IP交换机。上游IP交换机收到IFMP的改向消息后，开始把指定流的信元在相应VC上进行传送。（3）收到下游节点的改向消息在同一个IP交换网内，各个交换节点对流的判识方法是一致的，因此IP交换机也会收到下游节点要求建立ATM直通连接的IFMP改向消息，改向消息含有数据流标识和下游节点分配的VCI。随后，IP交换机将属于该数据流的信元在此VC上传送到下游节点。（4）在ATM直通连接上传送分组IP交换机检测到流在输入端口指定的VCI上传送过来，并受到下游节点分配的VCI后，IP交换控制器 通过GSMP消息指示ATM控制器，建立相应输入和输出端口的入出VCI的连接，这样就建立起ATM直通连接，属于该

42、数据流的信元就会在ATM连接上以ATM交换机的速度在IP交换机中转发。2.4.3几个重要的概念在IP交换中有几个重要的概念，在详细介绍IP交换的工作原理之前我们先来介绍重要的基本概念。（1）流：流是IP交换中的基本概念，IP交换式基于数据流驱动的。在IP交换中将流分为两类，一种是端到端口的流，另一种是主机到主机的流。前者是具有相同源IP地址、源端口号、目的IP地址和目的端口号的一个IP数据分组序列，被称为IP交换中的第一种类型的流，识别出这一类型的流，实际上就识别出了相同的一对主机之间的不同的应用；后者具有相同源IP地址、目的IP地址的一个IP数据分组序列，被称为IP交换中的第二类型的流。（2

43、）输入输出端口：IP交换网的输入输出端口是指数据流进入和离开IP交换网络的点，即边缘IP交换机，边缘IP交换机主要完成以下的功能：为进入和离开IP交换网的数据流提供默认缺省的分组转发；根据数据流的特性申请建立、参与维护和释放第二层交换路径；入口能判断到达分组头的有关标记，对到来的数据流进行拆解，并将相应的流放到对应的交换通道上；出口能判断到达分组头的有关标记，对到来的数据流进行拆解，并将相应的流放到对应的交换通道上；出口将2层送来的数据重新组合成原来的IP分组数据流，并在第3层上转发。（3）直通连接：直通连接是在第二2层上建立的传输通道，它旁路了中间节点的第3层功能，在该通道上经过的每个中间结

44、点不再有如同第3层上的存储转发，它是由数据流驱动请求建立的，可提供一定的Qos，当直通连接因故障中断是，分组仍能在第3层进行转发而不被丢失。2.4.4 IP交换的工作原理IP交换机通过传统的IP方式和通过ATM交换机的直接交换方式来实现IP分组的传输其工作过程可分为四个阶段。（1）默认操作与数据流的判别在系统开始运行时，输入端口输入的业务流是封装在信元中的传统IP数据包，该信元通过默认通道传送到IP变换机，有IP控制器将信元中的信息重新组合成为IP数据分组，按照传统的IP选路方式在第3层上进行存储转发，在输出端口上再被拆成信元在默认通道上进行传送。同时，IP交换控制器中的流分类识别软件对数据流

45、进行判别软件对数据流进行判别，以确定采用何种技术进行传输。对于连续、业务量大的数据流，则建立ATM直通连接，进行ATM交换式传输；对于持续时间短的、业务量小的数据流，则仍采用传统的IP“存储转发”方式。（2）向上游节点发送该向消息当需要建立ATM直通连接时，则从该数据流输入的端口上分配一个空闲的VCI，并向上游节点发送IFMP的改向消息，通知上游节点将属于该流的IP数据分组在指定端口的VC上传送到IP交换机。上游IP交换机收到IFMP的改向消息后，开始吧指定流的信元在相应VC上进行传送。（3）收到下游节点的改向消息ATM直通连接的IFMP 在同一个IP交换网内，各个交节点对流的判别方法是一致的

46、，因此IP市换机也会收到下游节点要求建市ATM直通连接的IFMP改向消息，改向消息含有数据流标识和下游节点分配的VCI。随后，IP交换机将属于该数据流的信元在此VC上传送到下游节点。（4）在ATM直通连接上传送分组IP交换机检测到流在输入端口指定的VCI上传送过来，并收到下游节占分配的VCI后，IP交换控制器通过GSMP消息指示ATM控制器，建立相应输入和输出端口VCI的连接，这样就建立起ATM直通连接，属于该数据流的信元就会在ATM连接上以ATM交换机的速度在IP交换机中转发。2.4.5 IP交换的信息传送方式一种是ATM交换式传输；另一种是基于hop-by-hop方式的传统IP传输。对于连续的、业务量大的数据流采用ATM交换式传输，对于持续时间短的、业务量小的数据流采用传统IP传输，IP交换是基于数据流驱动的。IP交换的核心思想就是对用户业务流进行分类。对持续时间长、业务量大、实时性要求较高的用户业务数据流直接进行交换传输，用ATM虚电路来传输；对持续时间短、业务量小、突发性强的用户业务数据流，使用传统的分组存储转发方式进行传输。 图2-3 IP交换的信息传送方式