现代交换原理

现代交换原理结课论文

题目：浅谈IP交换技术

指导教师：

学院：

专业：

姓名：

学号：

摘要

网络的飞速发展使网络阻塞问题日益严重，ATM提供了高效硬件交换，但Internet上更多的IP业务使人们把目光投向IP智能路由和ATM交换技术的紧密结合，IP交换(IP Switch)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。本文重点阐述了IP交换技术的发展历史、基本概念、构成与工作原理、使用的协议等，并简要说明了IP交换技术的优缺点。

关键词：IP交换技术A TM 工作原理使用协议

前言

80年代初，LAN被广泛应用于企业网和校园网，随着用户的剧增和信息量的骤长，网络管理员就开始面临网络阻塞的问题。怎样减少网络堵塞、优化网络结构且扩大网络吞吐量，网络分段是当时的第一选择。利用网桥连接各段形成一个网络，同时，隔离各段信息传输，提高网络性能。80年代中期，互联网络成为应用焦点，利用路由器通过WAN连接不同类型的局域网。路由器的过渡和防火墙功能使控制广播域变得更容易，从而达到抑制广播风暴和增强安全性的目的。路由器能够智能地确定最佳传输路径，并支持冗余连接，提高网络性能和可靠性，但是路由器的端口价格及延迟是较严重的问题。

随着客户机/服务器分布式数据处理的不断应用，传统网络瓶颈问题日益严重。网络堵塞造成不确定的响应时间，高故障率，影响业务的正常运行。LAN交换机的低成本，易用性使其成为当今解决网络工作组瓶颈的主要途径。LAN交换机划分网段，使每段具有专网带宽。交换机仅根据帧MAC地址进行转发，因此它延时小，仅是高速路由器的1/10。简单、低价、高效的以太网交换机每个端口提供了专用10Mbps带宽，为向快速以太网、千兆以太网、FDDI、ATM等高速网络过渡铺平了道路。

LAN交换提供了新的带宽，扩展了网络的功能，随之也带来了一些新的问题。它与传统网桥一样易出现广播风暴及安全性问题。虽然交换网仅是等待出现广播风暴，利用VLAN可以避免，但是VLAN的实现需路由器，因此，快速路由器

技术在交换领域内引起了广泛的兴趣。首先是Ipsilon公司提IP交换（IP Switching），将一个IP路由处理器捆绑在一个ATM交换机上，去除交换机所有的ATM论坛信令和路由协议，这样的一个结构我们可称之为IP交换机了。紧随其后，Cisco公司发布标签交换（tab switching）、IBM公司提出“聚合的基于路由的IP交换”（ARIS）、3COM发布FastIP，所有这些以及其它一些利用2层交换来提高IP选路性能的技术和解决方案，被统称IP交换。

IP交换技术打算抛弃面向连接的ATM软件，而在ATM硬件的基础之上直接实现无连接的IP选路。这种交换方式的目的在于同时获得无连接IP的强壮性及ATM交换的高速、大容量的优点。

一、lP交换技术的发展

1. 发展背景

近年来，Internet在全球范围内快速增长，从1989年开始，大约每隔56周，Internet上的主机数就翻一番，呈指数级增长。

①Internet骨干网的传送容量太小，带宽资源不足，现有路由器寻址速度低，吞吐量不够，同时用户接入速率太低。

②当用户数量急剧增加时，路由器网络性能将下降，这时路由器虽然可以保证优先级较高的数据传输，但由于它采用无连接的IP(Internet Protocol)，因而不能使服务质量(带宽、优先级等)与商业上的优先级对应起来。

③路由器网络规模的进一步增大要求路由器支持大数量的端口，然而目前一般的路由器只支持10个端口，即使是大型路由器也只能支持50个端口，即路由器的端口数受到限制。

④规模较大的路由器网络大多采用分层结构，并且大的节点也采用上述可堆叠式配置，以支持大量用户接入。

⑤当前Internet所使用的IPv4协议对实时业务、灵活的路由机制、流量控制和安全性能支持不够，地址资源也短缺。

2. IP Over ATM的优势

由于Internet的迅速发展，基于IP网络的应用日益广泛。IP与ATM的结合已成为研究的热点和发展趋势。

用ATM传送IP技术构造宽带Internet骨干网具有许多明显的优势，主要包

括下述几方面：

①网络性能大幅度提高。

②设备费用降低。

③服务质量得到保证。

④可靠性大大增强。

⑤大大增加了可管理性。

⑥提高了可扩充性。

二、交换的基本构成及工作原理

所谓IP交换，就是利用第二层交换作为传送IP分组通过一个网络主要转发机制的一组协议和机制。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。准确地说，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是一个数据流。

1. IP交换机的构成

IP交换机是一个能够在第三层转发IP分组并具有一个使分组也能在第二层被交换的设备或系统。IP交换机基本上是一个附有交换硬件的路由器，它能够在交换硬件中高速缓存路由策略。IP交换机由ATM交换机硬件和一个IP交换控制器组成，如图1所示。

图1 IP交换机结构

①ATM交换模块：以ATM交换机的硬件结构为交换基础。

②IP交换控制器：主要由IP路由软件和控制软件构成，它负责标识一个流，并将其映射到ATM的虚连接上。ATM交换机与IP交换控制器通过一个ATM接口相连，用于控制信号和用户数据的传输。

③通用交换管理协议(GSMP)：使IP交换控制器可以从内部完全控制ATM 交换模块，管理其交换端口，建立和撤销通过交换机的连接等。

④Ipsilon流管理协议(IFMP)：该协议用于在IP交换机间共享流标记信息，以实现基于流的第二层交换。

在IP交换网络中，路由器和交换机的概念变得比较模糊，因为IP交换机既是交换机，又是路由器。

一方面，IP交换机采用交换电路，根据IP地址和端口对照表进行分组交换，所以它具备网络交换机的所有特征。

另一方面，在数据传输的时候，对于非本地网络的数据分组，在交换的时候需要判定通过哪个端口传输，也就是需要判断网络的路由。这个时候依靠IP地址和端口对照表就不能满足分组传输的需要，必须查找路由表，在路由表中找到相应的端口，然后通过IP地址和端口对照表进行分组交换。这个过程具有路由器的典型特征。

所以，从这两个方面我们可以看出，IP交换机实际上是路由器和交换机的结合，同时具有交换机和路由器双重功能。

IP交换的基本概念是流的概念。一个流是从ATM交换机输入端口的一系列