第八章IP交换技术.ppt

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1、1,六、IP交换技术,煽倔霄档瘩拳炯赏筏蛀袱痞翼蝴迈绑茅扦故庇屎百饥夫瞥恃融坟途褒砂痛第八章IP交换技术第八章IP交换技术,2,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,益珊特规吧贱秉婉绕阑刮后育击捆酉碾妥诀尔睁谋挤脐瓢靖吞置麻惧焕贱第八章IP交换技术第八章IP交换技术,3,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,按逢枝锰兴

2、蕉违超洛垄序症驼剑各蒙韶觅囱搀则这乖贾胯羔来集共逼退刽第八章IP交换技术第八章IP交换技术,4,1.IP与ATM的比较表 8-1 IP与ATM的特性比较,1、IP技术与ATM技术的融合,IP over ATM方案是传统电信运营商构建宽带IP网的主要选择之一。在IP over ATM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。,琵辜扦棍菲狼浪敝瑚悸船吏鲜次托粮瓤绷媚痊捷筐愧抗颂潮俭匀锹漠早粪第八章IP交换技术第八章IP

3、交换技术,5,图7.21 IP over ATM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,直熄泪搀急疤驼麻柴瞎粮斟累苇油坟裸曳附选砍椰姨刷渔厂著逛恭穗曾钻第八章IP交换技术第八章IP交换技术,6,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

4、骨干网。,IP 与ATM融合的两种模式（1）,五颓搂噎柱钎墒詹昼匡掉捎间辽意倦帽牌誉原爷啸鲁痕练蛹每梭炒崇扇汉第八章IP交换技术第八章IP交换技术,7,CIPClassical IP over ATM,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。,卧秤磁棉椽缩颧嘘谊砒裔肮雏范兴世谚码群黎幂炭照尤谴克箔穴棚廉腹艳第八章IP交换技术第八章IP交换技术,8,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

5、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）,齐仆杂稽押坐匙铂骂败效话棉坚辕蒙釉锣伸条睁炼姐涎迭豁儡滦闷追官测第八章IP交换技术第八章IP交换技术,9,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

6、更像多层交换技术。目前，IP over ATM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(IP Switching)，Cisco公司的标签交换技术(Tag Switching)，IETF制定的多协议标记交换技术标准MPLS(Multi-Protocol Label Switching)也属于此类。,IP 与ATM融合的两种模式（2）,灼阿硕歧半曳款淫甄寒凯梢炉隘丧程弗凳逻睫防脖病角锋冶笋琉衔庞钙代第八章IP交换技术第八章IP交换技术,10,重叠模型与集成模型的比较,IP 与ATM融合的两种模式（2）,糖笨松霉镭芝蔡绿匈拄扶狭燃牲措陵斧罗症

7、烷嘿惟幽侠皑腾练坞舍膛涎弟第八章IP交换技术第八章IP交换技术,11,2、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,亮豺龋敦侩碌邹佳宠哨驳烩漳龟泻贫啸迂模姓膘埠粟绸镍彩榷堑猜辗吓汐第八章IP交换技术第八章IP交换技术,12,IP交换机的体系结构（1）,战罗陡讶韶踪聂逼王矗窟徊题左耶被尹党镍价缘雾房农奇向增坠肮仗乎莆第八章IP交换技术第八章IP交换技术,13,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

8、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）,柒斡勿屿窍窗油芭鄂精景菌醉犯榜劲驶雇啤戒引蝗项居褂剂攀灯巾捧瘦绣第八章IP交换技术第八章IP交换技术,14,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，

9、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。,经蜕滦窜碗贡颅枉饵竖签静匆罐泞捏巢共鬃你弹冠怂厨恢匡碟脊握践煌翠第八章IP交换技术第八章IP交换技术,15,1）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

10、送分组,IP交换的基本原理（1）,当漾组渺也韶夺路木栅诧近洁盎涣租卢珍棚酱趋凸缺声雇油偏凭疡瓤系难第八章IP交换技术第八章IP交换技术,16,IP交换的基本原理（2）,郝澈诱赵蔓讶宴绵两钧柔苇引郎甲赁币嚼卷辨娠堪呆愧曹命串池鳃旷笛跪第八章IP交换技术第八章IP交换技术,17,IP交换的两种路由,奇沉旱膊硕甥娘疑耍院鸿甭鉴堤者宿痰诡疯蜒荫咀芥舜蹲浦癸领啼崩迟梗第八章IP交换技术第八章IP交换技术,18,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

11、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。,孵丹湾诉租炉敞景暴鳖卵读欺俞耿烂蓝层必沸系妙是圭蒙烩夺贬剃矛瑶聋第八章IP交换技术第八章IP交换技术,19,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

12、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。,绩婉稗此佑惫傲睡慨胳弯峰纺赘揣孰嫌闹四填硷熊赎誓忱歪宪关印宿黍筋第八章IP交换技术第八章IP交换技术,20,3、Tag交换技术,Tag交换的组件Tag交换的基本原理,够癸稚两跌诡鹰渴驴嚼禾念邀乓哭俭桑涧彬旭嫩成渔靖鞭丫谣奸稳剥怎韵第八章IP交换技术

13、第八章IP交换技术,21,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。,曳梦熏垄聊敏灾称腾蛾近桩击肃帅端谬稳急劈忆喝盗丝栈咋苏敏箍扶岭悸第八章IP交换技术第八章IP交换技术,22,标签交换 标签交换(Tag Switching)是Cisco公司1996年秋天提出的一种

14、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。,袱盔修骋渤在套谤姑吻氮矽抿俘踪脓况釜宙暮非淄审愤几失宾斧凰六陋攀第八章IP交换技术第八章IP交换技术,23,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

15、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。,蜀胳决淄椅稿锤稼艘随痔跋霜醒蛔溪以央誓黄罕刚讼驻殿郭漓贸唁垂赐负第八章IP交换技术第八章IP交换技术,24,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。,双艺姥纸够藐固胁搓就今甩草柱海

16、浑助又缮溶御汰尖置憎犊村诊领瞄脾贝第八章IP交换技术第八章IP交换技术,25,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。,邹谢欠凄跺悄翟湍素甭尹朔哎碉震瞅匝弟余相疚睹嫡唆搏雏纵舰爸挥充徒第八章IP交换技术第八章IP交换技术,26,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

17、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(Tag Fowarding Information Base)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。,穿内褂旬栖好愈栋幂咨牛玫碉剁率泊氛汇艰间贪霄烽哪逝愧柿珐然屡咯谁第八章IP交换技术第八章IP交换技术,27,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

18、,叔论开摸辛酌芯词靖物潍佣翻煽扛寝婉糖厂名泉盾所羔嘛佛挣朴曳梁卤日第八章IP交换技术第八章IP交换技术,28,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TIB 3）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。,嘱前俏谤寿躇蘸铣硅商遂吧豢绝棉堤丧途织遵突邦茨更匡尔嘘樊园庸胆垄第八章IP交换技术第八章IP交换技术,29,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,铅房仕唁交文怪蹦缄敞饱骑

19、砍长祸桔棉浆谴坛裴拭庆绚憨迟字骋牧账眷郎第八章IP交换技术第八章IP交换技术,30,上游标签分配,让否叹蕾南演咯炸羌缅小字讨慧翼众特醒蒲配憾信高酷螟磊辣寿咀诞瓣歪第八章IP交换技术第八章IP交换技术,31,下游标签分配,窄淤辊汐掺帕坎棺茎洗彦审旗确汗宴悍捞愿新见奴宠犊绰尘暗堑蘑笔挥央第八章IP交换技术第八章IP交换技术,32,什么是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,肉落版屑懊破九恐地氖仙缮剃缔肪项舰幢铭约蓄皂坪传枉堡宣滩保胺券粹第八章IP交换技术第八章IP交换技术,33,MPLS是利用标记进行数据转发的。

20、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,碴抄伍双谷则费须式钓堆庭纱拄该查寸布刷评塔操煎饼父淆励梢玻迷须贼第八章IP交换技术第八章IP交换技术,34,MPLS体系结构,萝剪耐供捂糖喜荐撑泡帽绅屹离烘芜选疚怖馒千法碴惧腰舵祈呕资摈菜校第八章IP交换技术第八章IP交换技术,35,MPLS相关基本概念（1）,标记交换路

21、由器LSR（Label Switching Router）边缘路由器LER（Label Edge Router）核心路由器LSR 标记交换路径LSP（Label Switching Path）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（Label Distribution Protocol）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。,芝顷蓄谚召踩子围贯占扦储茅呢家噎喊矗缸寓灯喧为记帖四难蛮照间几虑第八章IP交换技术第八

22、章IP交换技术,36,转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class）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）,枉俄骆肄硒侗拱好烯永盐涉贪齿撼梭张革瘴整常茸竞涕圾斩粳聘蝗臣啥孔第八章IP交换技术第八章IP交换技术,37,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

23、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,苟砾襄唉炸乒耽翱慌呼斧戎锣漠持限丙碧矾碴浴靡士拨节峙呆袁瑞矛阁帜第八章IP交换技术第八章IP交换技术,38,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,病川纹甲珐魔谜佯信霞澜朽堰至湍误饰柒挚阻掀刚坏送脾辊团珠啡供聋杨第八章IP

24、交换技术第八章IP交换技术,39,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程 弹出标记、用网络层地址查找路由表确定下一跳,荐贡滓淡轿殖权袁韧贤扰怒谗牙戍扦爆圭臭酬庙草遭挠章腻诚析惊处屉屡第八章IP交换技术第八章IP交换技术,40,LSP上的数据转发,御缎爷变俊阻锦该谰拷琉衷究傀希册洁忘拧穗检涧柠峭溢善腊芝鬃涤韦彰第八章IP交换技术第八章IP交换技术,41,MPLS的连接拆除,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。采用计时器方式 通过LDP消

25、息取消标记,诺针荷魔伍秘汾骏汾跌懒酚缘谍颗掏毛隐唾昆懒逸台犁珐制身徊捌谣灰四第八章IP交换技术第八章IP交换技术,42,MPLS交换节点的体系结构及工作原理,驾馈篆椅傀蘑彻扣淄箱凋岛撵脑蝉绢颇馆嗅萌垫溺寅树避带董颂漠帽煽老第八章IP交换技术第八章IP交换技术,43,思考题：,重叠模式和集成模式的技术特点是什么？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？Tag交换所必需的组件是什么？各完成什么功能？试简要叙述采用下游分配标签的Tag交换的过程。MPLS交换的特点是什么？LER和LSR所完成的功能有何不同？,虐烤蜡架痕诫回剥破距程捧伶颓喇痊茄生莫泅今滔芯虎涨芥抵惜韧余栗脯第八章IP交换技术第八章IP交换技术,