ATM網(wǎng)絡(luò)與IP兼容技術(shù)介紹

ATM可以提供空前的可伸縮性和性價(jià)比，以及對將來的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、多媒體業(yè)務(wù)等的支持,ATM將扮演重要的角色。但目前的信息體系，即LAN和WAN，建立在網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議如IP、IPX、AppleTalk等的基礎(chǔ)上，因此，ATM的成功及Internet的發(fā)展的關(guān)鍵是現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和ATM的互操作，而實(shí)現(xiàn)這一目的的關(guān)鍵是相同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，如IP、IPX，同時(shí)應(yīng)用于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)和ATM上，因?yàn)榻o高層協(xié)議和應(yīng)用提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)視角是網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)。到目前為止，已有了多種在ATM上運(yùn)行IP的方法，如：ATM論壇的LANE和MPOA、IETF的CLIP和NHRP、Ipsilon網(wǎng)絡(luò)公司的IP交換和Cisco公司的標(biāo)記交換，下面將逐一介紹。

一、簡介

ATM和現(xiàn)有的協(xié)議體系，特別是網(wǎng)絡(luò)層的IP、IPX等協(xié)議，在很長的時(shí)間內(nèi)共存，如何在單一網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和ATM、如何將ATM與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互連，是廣大研究人員、設(shè)計(jì)人員和業(yè)者研究的課題。然而，ATM和IP源于不同的技術(shù)團(tuán)體和基礎(chǔ)，有著各自的應(yīng)用。IP的目的是以不確定的狀態(tài)將分組發(fā)送到目的地，它是非連接的，沒有服務(wù)質(zhì)量的保證；而ATM的目的是提供有保證的綜合業(yè)務(wù)，是面向連接的，基于快速的固定長度信元的交換。ATM和IP的巨大差異使得有效地將二者集成成為難題。

在ATM網(wǎng)絡(luò)中支持IP有兩種不同的模型，這兩種模型以不同的角度看待ATM協(xié)議層和IP的關(guān)系。

第一種是對等模型，在本質(zhì)上將ATM層看作IP的對等層，這種模型建議在ATM網(wǎng)絡(luò)中使用與基于IP的網(wǎng)絡(luò)中相同的地址方案，因此ATM端點(diǎn)將由IP地址來識別，ATM信令將攜帶這樣的地址，且ATM信令的路由也使現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議。因?yàn)槭褂昧爽F(xiàn)有的路由協(xié)議，對等模型就排除了開發(fā)新的ATM路由的需要。對等模型在簡化了端系統(tǒng)地址管理的同時(shí)，很大程度上增加了ATM交換機(jī)的復(fù)雜度，因?yàn)锳TM交換機(jī)必須具有多協(xié)議路由器的功能，支持現(xiàn)有的地址方案和路由協(xié)議。此外，現(xiàn)有的路由協(xié)議是基于當(dāng)前的LAN和WAN開發(fā)的，不能很好地映射到ATM中及使用ATM的服務(wù)質(zhì)量特性。

在目前的解決方案中，IP交換和標(biāo)記交換是基于對等模型的。

另一種模型稱作子網(wǎng)或覆蓋模型，將ATM層與現(xiàn)有協(xié)議分開，定義了全新的地址體系，即現(xiàn)有協(xié)議將運(yùn)行于ATM之上。此覆蓋模型需要定義新的地址體系和相關(guān)的路由協(xié)議，所有的ATM系統(tǒng)需要同時(shí)被賦予ATM地址和它要支持的高層協(xié)議地址。ATM地址空間邏輯地與高層協(xié)議的地址空間相分隔，沒有任何相關(guān)性。因此，所有運(yùn)行于ATM子網(wǎng)上的協(xié)議需要某種ATM地址解析協(xié)議以把高層協(xié)議（如IP）地址映射到相應(yīng)的ATM地址。這種將ATM與高層協(xié)議分開的方法允許各自獨(dú)立的開發(fā)，在實(shí)用的工程角度這非常重要。

在目前的解決方案中，LANE、MPOA和CLIP是基于覆蓋模型的。

二、LANE

1、如何在傳統(tǒng)LAN上運(yùn)行IP？

在傳統(tǒng)的LAN中，當(dāng)源主機(jī)想給同子網(wǎng)的目的主機(jī)發(fā)送分組時(shí)，它檢查其ARP緩存看是否已經(jīng)知道與目的主機(jī)IP地址相聯(lián)系的硬件地址(MAC地址)，如果已經(jīng)知道，就把帶有目的主機(jī)的IP地址和MAC地址的分組發(fā)送出去。

如果目的MAC地址未知，源主機(jī)就發(fā)送一個(gè)ARP請求分組，ARP請求是本地廣播分組，將被子網(wǎng)中所有主機(jī)接收，目的主機(jī)識別到自己的IP地址后，在ARP回應(yīng)分組中回答其MAC地址，源主機(jī)接收到ARP回應(yīng)并把它存到自己的ARP表中，現(xiàn)在源主機(jī)就可以發(fā)送含有正確的目的IP地址和MAC地址的分組了。

2、ATM LAN必須仿真什么功能？

(1)由于傳統(tǒng)LAN是介質(zhì)共享網(wǎng)絡(luò)，很容易提供廣播服務(wù)并實(shí)現(xiàn)ARP，ATM網(wǎng)必須模仿這一功能，由BUS（廣播和未知服務(wù)器）實(shí)現(xiàn)。
(2)一般來說，傳統(tǒng)LAN中的每個(gè)主機(jī)都有其MAC地址和IP地址，直接連到ATM網(wǎng)的主機(jī)除了具有ATM地址外，也必須有MAC地址和IP地址。
(3)ATM主機(jī)必須提供與MAC協(xié)議給網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議提供的接口服務(wù)相同的服務(wù)，如NDIS或ODI類驅(qū)動接口。

3、LANE如何工作？

顧名思義，LANE的功能是在ATM網(wǎng)絡(luò)上仿真LAN，LANE協(xié)議定義了仿真IEEE 802.3以太網(wǎng)或802.5令牌環(huán)網(wǎng)的機(jī)制。LANE協(xié)議定義了與現(xiàn)有LAN給網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)相同的接口，在ATM網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以相應(yīng)的LAN MAC分組格式封裝。

每個(gè)ELAN(Emulated LAN)由一組LANE客戶(LEC)和LANE服務(wù)構(gòu)成。LEC還可以是作為ATM主機(jī)代理的網(wǎng)橋和路由器。LE服務(wù)由三個(gè)不同的功能實(shí)體構(gòu)成：LAN仿真配置服務(wù)器(LECS)、LAN服務(wù)器(LES)和BUS，這三個(gè)服務(wù)實(shí)體可以各自存在，但通常位于同一設(shè)備，例如：LES可以位于ATM交換機(jī)、路由器、網(wǎng)橋和工作站。

下面是LANE中的工作站與另一工作站通信的步驟：

(1)初始化
LEC需要知道LECS的ATM地址并與其建立連接，這通過ILMI或眾所周知(well-known)的LECS地址完成，這個(gè)過程中的任何時(shí)刻LEC都可以與手工配置的LECS地址建立雙向配置直達(dá)VCC。這個(gè)過程中，LEC將獲取該ELAN的LES的ATM地址。
(2)登記
這是LEC給LES提供地址信息，如MAC地址的機(jī)制。此過程中將在LEC和LES之間建立一對連接，即雙向點(diǎn)到點(diǎn)控制直達(dá)VCC，及單向點(diǎn)到多點(diǎn)控制分布VCC。
(3)地址解析
這是LEC從LES學(xué)習(xí)目的站點(diǎn)ATM地址的方法，由ATM地址解析協(xié)議實(shí)現(xiàn)，允許LEC建立數(shù)據(jù)直達(dá)VCC以傳送幀。這時(shí)在LEC和BUS之間建立雙向點(diǎn)到點(diǎn)組播發(fā)送VCC和單向點(diǎn)到多點(diǎn)組播轉(zhuǎn)發(fā)VCC。
(4)數(shù)據(jù)傳輸
當(dāng)源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)等待建立數(shù)據(jù)直達(dá)VCC的過渡時(shí)期里，BUS可以把幀轉(zhuǎn)發(fā)給該ELAN中的所有LEC，當(dāng)數(shù)據(jù)直達(dá)VCC建立后，通信就從原來的路由(BUS)切換到新的路由，為了保證幀的順序，信息清空協(xié)議(flush message protocol)被用以通知BUS：在開始使用新的路由傳輸幀時(shí)，清空請求被發(fā)送到BUS并轉(zhuǎn)發(fā)到該ELAN中所有LEC，然后不再有幀通過BUS（舊路由），所有幀將通過數(shù)據(jù)直達(dá)VCC（新路由）發(fā)送到目的站點(diǎn)。

需要說明的是：在ATM論壇規(guī)范中描述的上述過程中，并沒有提到從IP地址到MAC地址的解析。下面是傳統(tǒng)LAN的主機(jī)與ATM主機(jī)通信的全過程：

(1)為確定目的站點(diǎn)的MAC地址，源主機(jī)廣播一個(gè)含有IP地址的ARP請求，這是任何IP網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)過程，ARP請求到達(dá)傳統(tǒng)LAN上的LAN/ATM網(wǎng)橋。
(2)在LAN/ATM網(wǎng)橋上的LEC將廣播分組通過組播發(fā)送VCC轉(zhuǎn)發(fā)給BUS，BUS通過組播轉(zhuǎn)發(fā)VCC給ELAN中的所有成員發(fā)送ARP請求。
(3)目的站點(diǎn)收到ARP請求并識別出自己的IP地址，作為回應(yīng)，它把自己的MAC地址放到ARP回應(yīng)中。因?yàn)檫@還不是到LAN/ATM網(wǎng)橋的直達(dá)VCC，目的站點(diǎn)的LEC把ARP回應(yīng)通過組播發(fā)送VCC發(fā)送給BUS，BUS通過組播發(fā)送VCC將其轉(zhuǎn)發(fā)給LAN/ATM網(wǎng)橋。
(4)LAN/ATM網(wǎng)橋通過傳統(tǒng)LAN把ARP回應(yīng)傳給源主機(jī)。
(5)這時(shí)源主機(jī)擁有了目的站點(diǎn)的MAC地址，開始通過LAN傳送數(shù)據(jù)。
(6)網(wǎng)橋通過組播發(fā)送VCC把分組傳給BUS，BUS把分組轉(zhuǎn)發(fā)到目的站點(diǎn)。
(7)同時(shí)，LAN/ATM網(wǎng)橋上的LEC通過控制直達(dá)VCC向LES發(fā)送LE-ARP請求，詢問與目的站點(diǎn)的MAC地址相對應(yīng)的ATM地址，如果LES沒有該映射，則通過控制分布VCC向所有LEC發(fā)送LE-ARP請求，目的站點(diǎn)LEC收到該請求后把自己的ATM地址放進(jìn)LE-ARP回應(yīng)并通過控制直達(dá)VCC發(fā)回LES。
(8)源LEC通過控制直達(dá)VCC從LES收到LE-ARP回應(yīng)，抽取ATM地址并在源和目的之間建立數(shù)據(jù)直達(dá)VCC。
(9)數(shù)據(jù)直達(dá)VCC建立后，從網(wǎng)橋傳來的分組將通過數(shù)據(jù)直達(dá)VCC傳輸，取代BUS。

4、LANE的優(yōu)點(diǎn)和局限

因?yàn)長ANE提供與現(xiàn)有MAC協(xié)議給網(wǎng)絡(luò)層提供的驅(qū)動相同的服務(wù)接口，不需要改變該驅(qū)動，這將加速ATM的發(fā)展和應(yīng)用。但是，LANE的功能是使ATM的特性對高層協(xié)議透明，因此它使高層協(xié)議不能利用ATM固有的優(yōu)點(diǎn)，尤其是其服務(wù)質(zhì)量保證。新完成的LANE2.0版為ATM端系統(tǒng)間的通信提供局部管理的服務(wù)質(zhì)量，該協(xié)議提供機(jī)制以確定是否支持期望的服務(wù)質(zhì)量。每種局部定義的服務(wù)質(zhì)量可以包含信息以指示以該服務(wù)質(zhì)量建立的VCC是否可以被其他協(xié)議或應(yīng)用所共享。

盡管LANE提供在ATM網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)內(nèi)橋接的有效方式，但子網(wǎng)間的業(yè)務(wù)仍需要通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)，因此，ATM路由器很可能成為瓶頸，下面談到的MPOA將解決子網(wǎng)間通信的效率問題。

三、CLIP(Classical IP over ATM)

1、原理

為了在ATM網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行IP，IETF采用了邏輯獨(dú)立IP子網(wǎng)(LIS)的概念。象通常的IP子網(wǎng)一樣，一個(gè)LIS包含一組連接到單一ATM網(wǎng)絡(luò)的IP節(jié)點(diǎn)（如主機(jī)或路由器），它們屬于同一IP子網(wǎng)。ATM LIS的行為很象傳統(tǒng)的IP子網(wǎng)，為了在LIS內(nèi)解析節(jié)點(diǎn)的地址，每個(gè)LIS提供一個(gè)ATMARP服務(wù)器，該LIS內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)(LIS客戶)被配置以該ATMARP服務(wù)器的ATM地址。當(dāng)LIS中一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，它首先建立與ATMARP服務(wù)器的連接。一旦ATMARP服務(wù)器檢測到一個(gè)新的LIS客戶的連接，它就向該客戶發(fā)送一個(gè)反向ARP請求，詢問該節(jié)點(diǎn)的IP地址和ATM地址，并保存在其ATMARP表中。隨后，LIS中的任意想解析目的IP地址的節(jié)點(diǎn)將向該服務(wù)器發(fā)送ATMARP請求，如果地址映射被找到，則服務(wù)器返回ATMARP回應(yīng)，否則，它返回一個(gè)ATM_NAK響應(yīng)以表示沒有該映射，服務(wù)器定期清除地址映射表，除非客戶對其周期性的反向ARP請求給予響應(yīng)。一旦LIS客戶獲取了與IP地址相對應(yīng)的ATM地址，它就可以與該地址建立連接。分組封裝和地址解析的協(xié)議分別在RFC1483和RFC1577中定義。

然而，因?yàn)镽FC1577中定義的地址解析協(xié)議保留了主機(jī)對于向子網(wǎng)外站點(diǎn)發(fā)送分組必須經(jīng)過缺省路由器的要求，所以捷徑VCC只能在同一子網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)間建立，否則源站點(diǎn)必須把分組轉(zhuǎn)發(fā)給缺省路由器，即使源、目的站點(diǎn)在同一ATM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)也是如此。這樣，ATM路由器就成了瓶頸，且服務(wù)質(zhì)量無法實(shí)現(xiàn)。

與LANE相比，RFC1577只支持IP，而不支持其它網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，如IPX、AppleTalk。此外，CLIP也不支持組播，這也是RFC1577的重要缺點(diǎn)。

2、CLIP的擴(kuò)展

2.1、NHRP(Next Hop Resolution Protocol)

為了在同一ATM網(wǎng)絡(luò)、不同子網(wǎng)間的站點(diǎn)間提供捷徑路由，IETF提出了名為NHRP的協(xié)議，NHRP建立在CLIP模型之上，但是用非廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)(NBMA)的概念取代了LIS的概念，NBMA意味著允許多個(gè)設(shè)備連到同一網(wǎng)絡(luò)，但可以配置到不同的廣播域，并且支持不同LIS中主機(jī)間的直接通信。幀中繼和X.25就是NBMA網(wǎng)絡(luò)的例子。

NHRP用NHS(NHRP服務(wù)器)的概念替換ARP服務(wù)器，每個(gè)NHS中含有“下一跳解析”緩存表，其內(nèi)容為與該NHS相關(guān)的所有節(jié)點(diǎn)的IP到ATM的地址映射。節(jié)點(diǎn)配置含NHS的ATM地址，并將自己的ATM地址和IP地址用登記包在NHS登記。

協(xié)議處理過程如下：當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)想通過NBMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組，即需要解析特定的ATM地址時(shí)，它生成并向NHS發(fā)送NHRP請求包，這樣的請求以及所有的NHRP信息通過IP包發(fā)送。如果目的站點(diǎn)由該NHS服務(wù)，NHS就通過NHS回應(yīng)包返回其地址，否則NHS查找其路由表以決定到達(dá)該目的的下一個(gè)NHS并轉(zhuǎn)發(fā)該請求。在下一個(gè)NHS處執(zhí)行同樣的算法直到真正知道所請求的映射的NHS，目的節(jié)點(diǎn)返回一個(gè)NHRP回應(yīng)，以相反的順序經(jīng)過同樣的一系列NHS，到達(dá)請求節(jié)點(diǎn)，請求節(jié)點(diǎn)就可以建立一個(gè)直接數(shù)據(jù)連接。從而可以越過子網(wǎng)邊界建立ATM VCC，使得子網(wǎng)間可以不通過路由通信。

2.2、 組播

有兩種支持組播的方法。

第一種是通過組播服務(wù)器，所有想發(fā)送組播信息的節(jié)點(diǎn)與之建立點(diǎn)到點(diǎn)的連接，它與所有接收節(jié)點(diǎn)通過點(diǎn)到多點(diǎn)連接相連。組播服務(wù)器通過該點(diǎn)到點(diǎn)連接接收數(shù)據(jù)，通過點(diǎn)到多點(diǎn)連接重發(fā)數(shù)據(jù)。這種方法可以用于大型網(wǎng)絡(luò)，但組播服務(wù)器可能最終成為瓶頸。

第二種方法稱為組播網(wǎng)，該組中每個(gè)節(jié)點(diǎn)與其它節(jié)點(diǎn)建立點(diǎn)到多點(diǎn)連接。這樣，所有的節(jié)點(diǎn)都可以向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送和從它們接收數(shù)據(jù)。對于一個(gè)含N個(gè)節(jié)點(diǎn)的組來說，將需要N個(gè)點(diǎn)到多點(diǎn)連接，不適于含節(jié)點(diǎn)數(shù)目很多的組。

這兩種方法都用于Armitage建議的組播地址解析服務(wù)器(MARS)。MARS服務(wù)于一簇節(jié)點(diǎn)，一簇中所有的端系統(tǒng)配置以MARS的ATM地址。當(dāng)一個(gè)端系統(tǒng)想向特定的組播群發(fā)信息時(shí)，它建立與MARS的連接，發(fā)出MARS_REQUEST信息，MARS返回MARS_MULTI信息，此信息含有該組的組播服務(wù)器的地址或組成員的地址，如果該組支持組播服務(wù)器，請求節(jié)點(diǎn)就建立與該服務(wù)器的連接，將數(shù)據(jù)發(fā)送給該服務(wù)器，由該服務(wù)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給組中的節(jié)點(diǎn)；在組播網(wǎng)方案中，請求節(jié)點(diǎn)與組中的節(jié)點(diǎn)建立點(diǎn)到多點(diǎn)連接并通過該連接發(fā)送數(shù)據(jù)。

四、MPOA

1、MPOA的原則

MPOA的目的是在LANE環(huán)境中有效地傳輸子網(wǎng)間的unicast數(shù)據(jù)。MPOA集成了LANE和NHRP以保留LANE，同時(shí)通過旁路路由器提高子網(wǎng)間通信的效率。MPOA允許網(wǎng)絡(luò)層路由記算和數(shù)據(jù)傳送物理地分離，這稱為虛擬路由。路由計(jì)算由位于路由器中的服務(wù)器--即MPS--執(zhí)行，數(shù)據(jù)傳送由邊緣設(shè)備中的客戶--即MPC--執(zhí)行。

在入口點(diǎn)，MPC檢測通過ELAN傳送給含有MPS的路由器的數(shù)據(jù)流，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)能夠旁路當(dāng)前路由路徑的捷徑時(shí)，它使用基于NHRP的協(xié)議請求與目的節(jié)點(diǎn)建立捷徑，如果可行，該MPC在其入口表中記錄下該信息，建立捷徑VCC，通過該捷徑VCC發(fā)送幀。對于使用捷徑的分組，MPC從分組中去掉數(shù)據(jù)鏈路層(DLL)封裝。

在出口點(diǎn)，MPC從其它MPC接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，對于通過捷徑接收到的幀，該MPC加上適當(dāng)?shù)腄LL封裝把它們傳送給上層協(xié)議。該DLL封裝信息由MPS提供并存貯在出口緩存中。

MPS是路由器的邏輯成分，給MPC提供網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)發(fā)信息，它包含NHRP中定義的完整的NHS。MPS與本地NHS和路由功能交互以回答入口MPC的MPOA請求，并給出口MPC提供DLL封裝信息。

下面是ELAN內(nèi)和ELAN間通信過程的簡單描述。

ELAN內(nèi)通信從一個(gè)MPOA主機(jī)或LAN主機(jī)到同一ELAN的另一MPOA主機(jī)或LAN主機(jī)，這些數(shù)據(jù)流使用ELAN做地址解析和數(shù)據(jù)傳輸。ELAN間通信從一個(gè)MPOA主機(jī)或LAN主機(jī)到不同ELAN的MPOA主機(jī)或LAN主機(jī)，短數(shù)據(jù)流使用缺省的路徑，長數(shù)據(jù)流使用捷徑，缺省的路徑利用ELAN和路由器，捷徑使用LANE和NHRP做地址解析和捷徑。捷徑是這樣工作的：如果源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)不在同一個(gè)MPS的管理域，入口MPS將MPOA解析請求翻譯成NHRP解析請求，通過NHRP將該請求轉(zhuǎn)發(fā)給出口MPS，當(dāng)出口MPS收到出口MPC的回應(yīng)后，它生成NHRP解析回應(yīng)并把它發(fā)回給入口MPS，當(dāng)入口MPC得到入口MPS的MPOA解析回應(yīng)后，它與出口MPC之間就可以建立捷徑了。

2、MPOA的優(yōu)點(diǎn)和限制

MPOA從根本上將數(shù)據(jù)傳送和路由計(jì)算分開，將功能分布到不同的設(shè)備，從而減少了參與路由計(jì)算的設(shè)備數(shù)目和端設(shè)備的復(fù)雜性。它可以以統(tǒng)一的方式支持二層和三層網(wǎng)絡(luò)互連，因此保證了ATM環(huán)境中大規(guī)模的互連。它可以同時(shí)有效地處理突發(fā)數(shù)據(jù)和長期的數(shù)據(jù)流，但是，MPOA的復(fù)雜性有很大的爭議。

五、IP交換

IP交換的目的是在快速交換硬件上獲得最有效的IP實(shí)現(xiàn)，將非連接的IP和面向連接的ATM的優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)。IP交換是標(biāo)準(zhǔn)的ATM交換加上連接于ATM交換機(jī)端口上的智能的軟件控制器，即IP交換控制器。IP交換機(jī)將數(shù)據(jù)流的初始分組交給標(biāo)準(zhǔn)的路由模塊(IP交換機(jī)的一部分)處理，當(dāng)IP交換機(jī)看到一個(gè)流中足夠的分組，認(rèn)為它是長期的，就同相鄰的IP交換機(jī)或邊緣設(shè)備建立流標(biāo)記，后續(xù)的分組就可以高速地標(biāo)記交換，將緩慢的路由模塊旁路。特別的IP交換網(wǎng)關(guān)或邊緣設(shè)備負(fù)責(zé)從非標(biāo)記分組向標(biāo)記分組和分組到ATM數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

每個(gè)將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連到IP交換機(jī)的IP交換網(wǎng)關(guān)或邊緣設(shè)備在啟動時(shí)建立一個(gè)到IP交換控制器的虛信道作為缺省的轉(zhuǎn)發(fā)信道，從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接收到分組時(shí)，邊緣設(shè)備通過缺省轉(zhuǎn)發(fā)信道將分組傳送給IP交換控制器。

IP交換控制器執(zhí)行傳統(tǒng)的路由協(xié)議，如RIP、OSPF和BGP，將分組以正常的方式通過缺省轉(zhuǎn)發(fā)信道轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這可能是另一個(gè)IP交換機(jī)或邊緣設(shè)備。IP交換控制器還執(zhí)行數(shù)據(jù)流分類，它識別長期的數(shù)據(jù)流，因?yàn)檫@樣的數(shù)據(jù)可以用ATM硬件的cut-through交換來優(yōu)化，其余的通信仍然使用缺省的方式，即點(diǎn)到點(diǎn)的存貯轉(zhuǎn)發(fā)路由。

當(dāng)長期的數(shù)據(jù)流被識別，IP交換控制器要求上一節(jié)給之打標(biāo)記，使用新的虛信道，如果源邊緣設(shè)備同意，該數(shù)據(jù)流就通過新的虛信道流向IP交換控制器。下一節(jié)點(diǎn)也執(zhí)行同一動作。當(dāng)該流獨(dú)立使用特殊的輸入信道和輸出信道，IP交換控制器指示交換機(jī)建立適當(dāng)?shù)挠布丝谟成?，旁路路由軟件和相關(guān)的處理開支。這個(gè)過程繼續(xù)下去，該流的前面幾個(gè)分組使從源邊緣設(shè)備到目的邊緣設(shè)備建立直接的連接。此設(shè)計(jì)使IP交換機(jī)以僅受交換引擎限制的速率轉(zhuǎn)發(fā)分組。第一代IP交換機(jī)支持高達(dá)每秒5.3M分組的吞吐量。此外，因?yàn)椴恍枰獙TM信元封裝到中介IP交換機(jī)的IP分組中，IP網(wǎng)中的吞吐量也得到了優(yōu)化。

Ipsilon給IETF提出了兩種協(xié)議。通用交換管理協(xié)議(GSMP, RFC1987)允許IP交換機(jī)控制器訪問交換機(jī)硬件并動態(tài)轉(zhuǎn)變交換模式：存貯轉(zhuǎn)發(fā)或cut-through。Ipsilon流量管理協(xié)議(IFMP, RFC1953)用于在邊緣設(shè)備和IP交換控制器間交換控制信息并將IP流與ATM虛信道聯(lián)系起來。

IP交換的一個(gè)重要特性是流的分類和交換在本地執(zhí)行，而不是基于端到端的基礎(chǔ)上，這保留了IP的非連接本質(zhì)，并允許IP交換機(jī)繞過失效節(jié)點(diǎn)路由而不需要從源主機(jī)重新建立通道。

此外，流分類使IP交換同樣有效地支持長期和突發(fā)數(shù)據(jù)。

然而，IP交換是基于流的，在大型網(wǎng)絡(luò)中其伸縮性是值得質(zhì)疑的，在很大的網(wǎng)絡(luò)中流的數(shù)目可能最終超過可用的虛通道數(shù)。

有五家公司正式宣稱支持Ipsilon的IP交換，它們是：Ericsson、General Datacomm、Hitachi America Ltd. 、NEC America Inc. 和DEC Ipsilon。它們試圖使此技術(shù)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)--MPLS?！?/span>

六、標(biāo)記交換

另一個(gè)選擇是Cisco公司的標(biāo)記交換。標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)包含三個(gè)成分：標(biāo)記邊緣路由器、標(biāo)記交換機(jī)和標(biāo)記分發(fā)協(xié)議。

標(biāo)記邊緣路由器位于標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)邊緣的含完整3層功能的路由設(shè)備，它們檢查到來的分組，在轉(zhuǎn)發(fā)給標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)前打上適當(dāng)?shù)臉?biāo)記，當(dāng)分組退出標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)時(shí)刪去該標(biāo)記。作為具有完整功能的路由器，標(biāo)記邊緣路由器也可應(yīng)用增值的3層服務(wù)，如安全、記費(fèi)和QoS分類。標(biāo)記邊緣路由器的能力不需要特別的硬件，它作為Cisco軟件的一個(gè)附加特性來實(shí)現(xiàn)，原有的路由器可以通過軟件升級具有標(biāo)記邊緣路由器的功能。

標(biāo)記交換機(jī)是標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)的核心。所謂標(biāo)記是短的、固定長度的標(biāo)簽，使標(biāo)記交換機(jī)能用快速的硬件技術(shù)來做簡單快速的表查詢和分組轉(zhuǎn)發(fā)。標(biāo)記可以位于ATM信元的VCI域、IPv6的flow label域或在2層和3層頭信息之間，這使得標(biāo)記交換可用于廣泛的介質(zhì)之上，包括ATM連接、以太網(wǎng)等。

標(biāo)記分發(fā)協(xié)議提供了標(biāo)記交換機(jī)和其它標(biāo)記交換機(jī)或標(biāo)記邊緣路由器交換標(biāo)記信息的方法。標(biāo)記邊緣路由器和標(biāo)記交換機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議(如BGP、OSPF)建立它們的路由數(shù)據(jù)庫。相鄰的標(biāo)記交換機(jī)和邊緣路由器通過標(biāo)記分發(fā)協(xié)議彼此分發(fā)存貯在標(biāo)記信息庫(TIB)中的標(biāo)記值。

下面是標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)的基本處理過程。

(1)標(biāo)記邊緣路由器和標(biāo)記交換機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議識別路由，它們完全可以與非標(biāo)記交換的路由器互操作。
(2)標(biāo)記邊緣路由器和交換機(jī)通過標(biāo)記分發(fā)協(xié)議給用標(biāo)準(zhǔn)路由協(xié)議生成的路由表賦以標(biāo)記信息并分發(fā)，標(biāo)記邊緣路由器接收標(biāo)記分發(fā)協(xié)議信息并建立轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫。
(3)當(dāng)標(biāo)記邊緣路由器收到需要通過標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)的分組，它分析其網(wǎng)絡(luò)層頭信息，執(zhí)行可用的網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)，從其路由表中給該分組選擇路由，打上標(biāo)記然后轉(zhuǎn)發(fā)到下一節(jié)點(diǎn)的標(biāo)記交換機(jī)。
(4)標(biāo)記交換機(jī)收到帶標(biāo)記的分組，僅基于標(biāo)記來進(jìn)行交換，而不分析網(wǎng)絡(luò)層頭信息。
(5)分組到達(dá)出口點(diǎn)的標(biāo)記邊緣路由器，標(biāo)記被剝除，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。

在標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)中，標(biāo)記分發(fā)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)路由協(xié)議可以用目標(biāo)前綴標(biāo)記算法集合起來，此算法可以在數(shù)據(jù)流穿過網(wǎng)絡(luò)前在TIB中建立標(biāo)記信息。這有兩個(gè)意義。一個(gè)是流中的所有分組都可以被標(biāo)記交換，即使是突發(fā)短數(shù)據(jù)也是如此；此外它是基于拓?fù)涞?，在每個(gè)源/目的分配一個(gè)標(biāo)簽。而在IP交換中只有長期數(shù)據(jù)流在一定數(shù)目的分組經(jīng)過后才建立捷徑。因此，標(biāo)記交換比基于流的機(jī)制更有效地使用標(biāo)簽，避免了一個(gè)一個(gè)流的建立過程，這使之具有了公共因特網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)所需要的很好的伸縮性，在公共因特網(wǎng)中，流的數(shù)目是巨大的，其改變速率也是很高的。

其他廠商也有類似的機(jī)制，如Cabletron的SFVN(Secure Fast Virtual Networking)、Cascade的IP Navigator、DEC的IP packet switching、Frame Relay Technologies的Framenet Virtual WAN switching和IBM的ARIS(Aggregate Route-based IP Switching)等。

七、結(jié)束語

本文簡單介紹了在ATM網(wǎng)絡(luò)上支持IP的一些方案，這些方案基于這樣的一個(gè)假定，即：傳統(tǒng)的LAN和路由器通過ATM網(wǎng)相連，或者說，硬件平臺是ATM網(wǎng)，而應(yīng)用是基于IP的。其它內(nèi)容這里不作介紹。