现代交换原理论文

IP交换（IP Switch）是Ipsilon公司开发的一种高效的IP over ATM技术。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。由此产生了一系列新的交换技术，如IP交换、标签交换、ARIS、IPOA、LANE、MPOA、MPLS等。

关键字： ATM IP交换融合

随着信息技术的高速发展，人们已经快速地进入了信息时代，Internet遍布全球各个角落，已成为全球最大的公众数据网络。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。带宽网络的发展方向是把先进的ATM交换技术和最普及的IP技术融合起来，因此产生了一系列新的交换技术，如IP交换、标签交换、ARIS、IPOA、LANE、MPOA、MPLS等。

IP交换的本质都是通过IP进行选路，建立基于AMT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。根据IP与ATM融合方式的不同，其实现模式可分为两大类：重叠模型和集成模型。在重叠模型中，IP运行在ATM之上，IP选路和ATM选路相互独立，系统需要两种选路协议：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，并且具有地址解析功能，支持地址解析协议，以实现MAC地址与ATM地址或IP地址与ATM 地址的映射。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三层的选路映射到二层的直通交换上。集成模型通常也采用ATM交换结构，但它不使用ATM信令，而是采用比ATM信令简单的信令协议来完成连接的建立。

重叠模型与集成模型的比较

IP交换技术产生的原因

IP实际上已经成为了网际互连事实上的标准协议，而几乎所有新的应用程序、

以及现有的许多应用程序，都是在IP网络上编写并运行。IP在任何平台上都得到支持，已被证明是非常稳定、具有很强可扩展性的协议。目前，很多应用正在将对IP协议进行改进，IntServ (Integrated Service Architecture综合服务体系结构)就是这种改进之一，它能够使基于IP的网络支持实时服务，IntServ 具有RSVP和流量控制。其中，RSVP是IP主机、路由器用来向网络发送QoS请求的信令协议；而IntServ流量控制运行于路由器中，为交付请求QoS提供路由器资源。有关RSVP/Intserv的实现，应考虑两个重要的方面:1)在数据路径中引入流分类和分组调度，要求路由器具有相当分组处理能力；2)如果路由器到路由器，或者是主机到路由器的数据链路不支持QoS(如以太网)，则RSVP/IntServ 性能将大打折扣。

现今，通过IP网络发送音频和视频流(如Real Audio、Internet Phone等)已经非常热门。实时传播协议(RTP)是一种新的应用层成帧协议（不是一种真正的传输协议），它能够使实时应用程序在IP网络上发送数据。多媒体流经过编码、封装处理后，形成RTP分组，通过UDP/IP在单点、多点广播会话中传输。因为，RTP分组具有定时、定序和负载标识信息，因此一旦开始几个帧到达，接收方就能开始“播放”多媒体流。RTP将是支持所有视频和音频编码(RFC1890)的标准，并将用于H.323视频会议以及多媒体服务器。其中，多媒体服务器和视频会议的将采用新的RTSP(实时发送协议)，通过RTCP(实时传输控制协议)为RTP提供反馈、统计的附属控制协议。

Internet上出现的另外一项技术是IP多点广播，它能够使一个或多个发送者将分组发送给组地址，而不是单个主机。其中，那些希望参加某一特定组的接收者，需要将含有组地址的IGMP"加入消息”发送给最邻近的路由器，然后路由器使用多点广播路由协议(例如DVMRP、PIM等)建立从源到所有接收者的分发树。接收者在任何时候可以动态地参加或离开某个多点广播组。支持IP多点广播的应用包括：音频/视频会议、“push"技术(如股票行情、运动记分、广告)和虚拟现实游戏。

传统的基于TCP/IP的应用所引起的IP数据流量的大量增长，实时应用系统的产生以及商业上IP多点广播应用的增加，就要求网络基础设施具备可伸缩的带宽、支持实时应用（QoS)服务、具备有效IP多点广播并能够与现有IP路由器的

互操作的能力。

目前，市场上新问世的一些产品能够解决上述问题，即千兆位路由器。某些厂商也称之为第三层甚至第四层交换。实际上这些设备都是基于路由器的技术，只是采用Cache(高速缓存)和分布式路由转发表的技术，来提高路由器的处理能力。其实质还是按IP包转发，所以称之为千兆位路由器更为恰当。虽然有关千兆位路由器技术的研究还在继续，但是其设备的成本除了最富有的服务供应商外，一般用户难以承受。IP路由以及有关分组处理是否能够与基于ATM信息交换同样有效，这些都是未知数。

事实上，交换能够满足上述所有要求，因此交换现在已是必不可少的部分。ATM 交换技术还特别地支持以下特性:可伸缩的带宽，从T1至OC48和更高；多交通类别和QoS；基于硬件的多点广播；与基于帧交换的互操作性；高硬件价格和端口密度。本文所集中讨论的是基于ATM或其它第二层交换技术，并与IP应用充分融合的，真正意义上的IP交换技术。也就是说，以ATM的速度和多种服务功能来运载灵活的IP数据流的新技术。

因为IP现在及将来都是主要的网络协议，并且ATM具有IP发展所需要的基本服务，所以研制使IP路由/转发能够发挥ATM交换优势的解决方案是绝对有意义的。

IP交换技术原理

分组交换和数据报交换一样。也采用存储／转发方式，但不像数据报交换是以整个数据报为单位进行传输，而是将用户要发送的数据报分割为定长的一个个数据分组（包），并附上目的地址（或标记），按顺序送分组交换网发送，分组交换可以采用两种不同方式来处理这些分组。

（1）报文传输分组交换

报文传输分组交换与报文交换相似，只是将每一分组都当成一个小报文来独立处理，故报文传输分组交换中每个分组均带有目的地址。网络节点设备对每个分组都要根据网络拓扑和链路负荷情况进行路由选择，因链路负荷是动态的，故一个数据报所包含的各分组，可能通过不同途径到达目的地，分组到达终端的顺序也有可能被打乱，这时要求目的节点或终端负责将分组重新排序、组装为报文。（2）虚（逻辑）电路传输分组交换