现代交换原理 第8章 IP交换技术

IP交换的基本原理（3）

3）收到下游节点通知

同时，下游节点要求建立ATM直通链接。通知 下游节点分配的虚通道标识，之后，IP交换机 将属于该数据流的信元在指定虚通道上传送到 下游节点。
ATM直通连接上传送分组

IP交换控制器指示ATM交换机建立相应输入 和输出端口的虚通道连接，建立起ATM直通连 接，属于该数据流的信元就在ATM连接上以 ATM交换的速度在IP交换机中转发。
8.4 多协议标记交换——MPLS 什么是MPLS MPLS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

什么是MPLS

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。

转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class）

相关概念

标签边缘路由器（TER：Tag Edge Routers）

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 除，对数据分组进行第三层转发。

TER使用标准的路由协议来创建转发信息库（FIB）。 TER根据FIB的内容，使用标签分发协议（TDP）向 其它TER或标签TSR分发标签。
0
LSR1
Q（ RE
1
) .8 65
) (2 L BE LA
0 2
LER1
1
出端口
8) EL( LAB
路由表 目的地址前缀 下一跳入端口 LER0 LSR0 LSR2 LER1 65.8 65.8 65.8 65.8 LSR0 LSR2 LER1 0 0 0 0 1 2 1 ----
标记信息表
0
LSR2
1
LER0 LSR0 LSR2 LER1
目的地址前缀 下一跳入端口 出端口 入标记 出标记 65.8 65.8 65.8 65.8 LSR0 LSR2 LER1 0 0 0 0 1 2 1 ----
--5 8 2
5 8 2
----
----
---
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。

IP交换的两种路由
IP交换的基本原理（1）

1）从上游节点传来数据流
将数据流送往IP交换控制器进行流分类，对长流 建立ATM直通链接，对短流采用IP存储转发方式。
IP交换的基本原理（2）

2)要求上游节点在所分配的虚通道上传送分 组

确定为建立ATM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 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 放在相应的虚通道上传送。

（2）TER接收到数据分组，TER从FIB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TSR。 （3）TSR使用标签根据TIB进行快速交换。 （4）到达边缘TER，去掉标签。

标签分配 标签分配方法 1）下游分配 2）下游按需分配 3）上游分配

下游标签分配
上游标签分配

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）
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。 将标记分配给FEC。

标记（Label）


标记映射

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 数据传输就是数据分组沿LSP进行转发的过程
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。

MPLS体系结构
LER
标记交换路径 LSP
IP
LER IP LABEL
LSR
IP LABEL
LSR


采用计时器方式

通过LDP消息取消标记
MPLS交换节点的体系结构及工作原理
路由协议 （OSPF， BGP）
标记分发 协议
路由表
LIB标记 信息库 控制 单元
TCP/IP
ATM等交换机构 标 记 路 径
LFIB
转发单元
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？


易于实现异种网络互联 协议简单，无QoS保证 传输效率低

ATM需要与IP融合！
IP 与ATM融合的两种模式（1）

重叠模型

把ATM看作数据链路层并在其上运行IP协议 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

重叠模型实现标准
相关概念

标签交换路由器（TSR：Tag Switch Routers）

位于网络内部，负责根据标签转发数据分组。 TSR接受来自TER的TDP消息，根据这些消息所携带 的信息建立自己的标签信息库（TIB）。 TSR主要由转发组件和控制组件组成。



在标签交换网络中，只依据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。
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。
MPLS相关基本概念（1）

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。
LER
IP LSR
标记分布协议 LDP
LABEL
LER
标记分布协议 LDP
LSR
LER
标记分布协议 LDP
IP
LER LER
MPLS相关基本概念（1）

标记交换路由器LSR（Label Switching Router）

边缘路由器LER（Label Edge Router） 核心路由器LSR

数据传输


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
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
MPLS的数据传输

TDP标签分发协议


标签交换的工作原理

（1）当一个要转发的数据分组进入网络时，TER和TSR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
由信息存入FIB。TSR根据FIB内容产生标签，并将标签关联 信息（地址前缀、标签）通过TDP协议转发。相邻TSR接收到
TDP信息后会建立标签信息库TIB。

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
LSP上的数据转发
REQ（65.8)
0
LER0
1
LABEL(5)
0
LSR0
1 2
) 5.8 （6 REQ

IETF制定的CIPOA（Classic IP over ATM）
ATM Forum制定的LANE（LAN Emulation） MPOA（Multi-Protocol over ATM）


CIPOA——Classical IP over ATM
LIS:逻辑IP子网。TCP/IP允许ATM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LIS。
8.3 标记交换技术

标记（ Tag ）交换

拓扑驱动：由拓扑信息（目的地址）确定标记 交换通道的建立。 不但可基于ATM，也可基于其他类型的链路层 技术。

相关概念

标签

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、无结构的值 中，这个值就是标签。 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，FEC可被看做是具有相同选 路决策的一类数据分组。 FEC的划分通常依据网络 层的目的地址前缀、主机地址、Qos要求等。

集成模型

8.2 IP交换技术
IP交换机的体系结构
IP交换的基本原理
IP交换机的体系结构（1）
IP交换 控制器
GSMP 控制端口 Ipsilon流管理协议
Ipsilon流管理协议
ATM 交换机
IP交换机的体系结构（2）
IP交换机由IP交换控制器和ATM交换机构成。 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（3）

流：从ATM交换机输入端口输入的一系列 有先后关系的IP包，由IP交换控制器的路 由软件来处理。
数据流类型


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。 短流：持续期短、业务量小、呈突发分布的用 户数据流，通过IP交换控制器中的IP路由软 件完成转送。
ARS：地址解析服务器。主机和路由器通过访问ARS，获得相应的ATM 地址。
IP 与ATM融合的两种模式（2）

集成模型

将IP层路由功能与ATM层的交换功能结合起来 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公司提出的IP交换技术。 Cisco公司提出的Tag Switching技术。 IETF制定的MPLS，多协议标记交换。
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 性。
相关概念

TIB标签信息库

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 网段地址等。这些信息由TDP协议负责控制更新。 标签绑定：给一个转发等价类FEC分配一个标签。 TSR和TER使用TDP向其相邻节点通知标签关联信息 和更新标签信息库。 TDR的基本功能是在相邻的TSR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。
第八章 IP交换技术
1
主要内容
IP技术与ATM技术的融合 IP交换技术 标签（Tag）交换技术 多协议标记交换（MPLS）技术
8.1 IP技术与ATM技术的融合

ATM具有传统电信网和传统分组网不具有的特点

高速综合业务支持能力 传送多媒体业务能保证QoS

ATM价格昂贵，不可能取代巨大的电信网络和计 算机网络 基于IP技术的Internet得到了空前发展