第4章 IP over ATM技術

1、2020/7/28,1,第四章 IP over ATM,2020/7/28,2,寬帶IP骨干網(wǎng)絡產生背景,為了將傳統(tǒng)的Internet骨干網(wǎng)改造為寬帶骨干網(wǎng)， 提出了各種寬帶骨干網(wǎng)技術： IP Over ATM、IP Over SDH、IP Over DWDM/Optical；,傳統(tǒng)Internet網(wǎng)的組網(wǎng)模式 存在一定問題,2020/7/28,3,第四章 內容,局域網(wǎng)仿真-LANE,1,ATM支持多協(xié)議-MPOA,2,3,4,5,CLASSICAL IP over ATM,概述,2020/7/28,4,4.1 概述,1、IP與ATM,2020/7/28,5,4.1 概述,ATM技術有許多優(yōu)越

2、性 同時也存在問題,IP技術有許多優(yōu)越性 同時也存在問題,將ATM與IP結合起來,結合的難點在于：ATM是面向連接的技術，而IP是無連接的技術；ATM和IP各有自己的地址結構、尋址方式和相應的信令；,2、IP與ATM的結合,2020/7/28,6,4.1 概述,3、結合類型 （1）疊加模型 IP協(xié)議在ATM上運行 ; 兩套地址結構及路由協(xié)議：地址轉換。,2020/7/28,7,4.1 概述,（2）重疊模型 ATM層視為IP層的對等層 ； ATM端點用現(xiàn)有的網(wǎng)絡層地址來表示，網(wǎng)絡不需要ATM地址解析，而采用IP地址選路 。,2020/7/28,8,模型比較,2020/7/28,9,第四章 內容,

3、局域網(wǎng)仿真-LANE,1,ATM支持多協(xié)議-MPOA,2,3,4,5,CLASSICAL IP over ATM,概述,2020/7/28,10,4.2 CIPOA,一、概述 CIPOA（Classical IP Over ATM）：基于ATM的經典IP。 未改變現(xiàn)有IP協(xié)議本身的內容 ：采用默認的邏輯鏈路控制LLC和子網(wǎng)接入?yún)f(xié)議對IP數(shù)據(jù)包進行封裝 。 端對端IP路由結構不變 。 可用手工配置或利用LIS中的ATM ARP服務器來實現(xiàn)IP地址到ATM地址的映射。 每個LIS可用于多個主機和路由器，在同一個LIS中，兩個IP站點間通過VC直接連接。,2020/7/28,11,4.2 CIPOA

4、,二、組成結構,2020/7/28,12,4.2 CIPOA,CIPOA采用客戶/服務器模型 客戶：路由器和ATM主機。 服務器：實現(xiàn)IP地址和ATM地址映射的地址解析服務器。 邏輯IP子網(wǎng)（Logical IP Subnetwork） 由ARP服務器、路由器、主機組成 。 主機和路由器可位于ATM網(wǎng)絡內的任何地方，即與地理位置無關。 每個LIS只能有一個ARP 服務器，但一個ARP 服務器能為多個LIS 提供服務。 一個主機或路由器可以同時屬于多個不同的LIS。 同一個LIS內，所有IP包具有相同的封裝格式和最大傳輸幀長。 它們具有同一IP子網(wǎng)號；它們都知道自己和ARP服務器的ATM地址。,

5、2020/7/28,13,4.2 CIPOA,三、 CIPOA的工作原理 1、IP地址與ATM地址的轉換 （1）主機加入LIS 與ARP服務器建立ATM虛連接； ARP服務器檢測到來自新主機的連接，向該主機發(fā)送反向ARP請求（IARP），獲得新増主機的IP地址和ATM地址 。 在ARP服務器中的IP地址-ATM映射表中進行登記地址映射關系。,2020/7/28,14,4.2 CIPOA,（2）主機向被叫主機發(fā)送IP數(shù)據(jù)報 首先進行地址解析獲得被叫主機的ATM地址 主機向ARP服務器發(fā)送ARP請求，ARP服務器把被叫IP地址轉換為被叫ATM地址，并把該地址發(fā)送回主叫主機 。 主叫使用該ATM地址

6、建立與被叫主機的ATM連接，并在ATM連接上發(fā)送IP數(shù)據(jù)報。,2020/7/28,15,4.2 CIPOA,（3）尋址過程舉例,2020/7/28,16,4.2 CIPOA,2、IP數(shù)據(jù)包分裝成ATM信元 把最長為64KB的數(shù)據(jù)包分成若干數(shù)據(jù)塊（默認長度9180字節(jié)）； 每一數(shù)據(jù)塊前添加協(xié)議標識PID、組織特定標識和填充字節(jié)。 在LLC層添加8字節(jié)的LLC頭。 送入ATM網(wǎng)絡，分成若干部分（每一部分是ATM信元的凈荷），加上信頭。,2020/7/28,17,四、CIPOA的特點： 解決了IP和ATM地址的直接映射問題 ； 同一LIS內的主機之間能夠進行高速通信，改善了時延特性； 支持更大的最大

7、傳輸包長MTU，提高了傳輸效率和網(wǎng)絡的性能 可以利用ATM的QOS，使其能夠支持多媒體業(yè)務；,4.2 CIPOA,2020/7/28,18,四、CIPOA的特點： 只適用于支持IP協(xié)議； 不同LIS的主機間的IP連接需要通過一個路由器，存在傳輸瓶頸和附加傳輸時延； 不支持廣播和組播；,4.2 CIPOA,2020/7/28,19,第四章 內容,局域網(wǎng)仿真-LANE,1,ATM支持多協(xié)議-MPOA,2,3,4,5,CLASSICAL IP over ATM,概述,2020/7/28,20,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,一、概述 1、局域網(wǎng)仿真LANE LANE：在ATM上模擬局域網(wǎng)。 在ATM網(wǎng)

8、絡上提供對基于多種現(xiàn)行網(wǎng)絡協(xié)議業(yè)務的支持 ； 通過ATM網(wǎng)絡來作為連接現(xiàn)行局域網(wǎng)的主干； 通過LANE技術在ATM網(wǎng)絡上實現(xiàn)仿真局域網(wǎng)ELAN（Emulated LAN），并運行多個ELAN。 LANE泛指局域網(wǎng)仿真技術； ELAN特指被仿真的局域網(wǎng)的實現(xiàn)內容，如仿真局域網(wǎng)的名稱、類型等,2020/7/28,21,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,2、ATM與LAN的區(qū)別 ATM是面向連接的，LAN是無連接的； ATM采用的是交換式技術，LAN則是一種共享式網(wǎng)絡 ； ATM采用ATM地址通信，LAN采用IP地址和MAC地址通信 ； ATM具有QoS功能，LAN無QoS功能 ； ATM網(wǎng)絡提供點到點

9、的連接，LAN易于實現(xiàn)廣播和多點傳送； ATM地址和網(wǎng)絡拓撲有關，LAN的MAC地址只基于接口卡硬件，與網(wǎng)絡拓撲無關。,2020/7/28,22,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,二、協(xié)議結構與模型 1、協(xié)議結構 采用客戶/服務器結構。 客戶稱為局域網(wǎng)仿真客戶（LEC） 負責將傳統(tǒng)局域網(wǎng)與ATM網(wǎng)絡相連； 包括ATM局域網(wǎng)橋、ATM工作站或ATM主機等 ； 服務器稱為仿真服務器，它的主要功能如下： 實現(xiàn)局域網(wǎng)和ATM數(shù)據(jù)格式的相互轉換，提供仿真局域網(wǎng)的MAC層與高層軟件的接口； 與局域網(wǎng)仿真服務器共同完成地址解析功能，建立ATM虛連接； 與ATM層管理接口，實現(xiàn)管理功能等。,2020/7/28,2

10、3,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,2、分層模型,LANE協(xié)議主要在ATM主機和ATM局域網(wǎng)橋上實現(xiàn),2020/7/28,24,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,局域網(wǎng)仿真協(xié)議主要在ATM主機和ATM局域網(wǎng)橋上實現(xiàn)。 ATM局域網(wǎng)橋 局域網(wǎng)和ATM網(wǎng)間的轉換器； 采用AAL5協(xié)議對局域網(wǎng)數(shù)據(jù)進行適配，產生ATM 信元，或把ATM信元重組成局域網(wǎng)數(shù)據(jù)。 ATM主機 在ATM適配層和高層協(xié)議之間加入局域網(wǎng)仿真功能，使其模仿傳統(tǒng)局域網(wǎng)設備的行為，與局域網(wǎng)進行通信。 ATM交換機 只為ATM信元提供虛通路，并不參與局域網(wǎng)仿真 。 傳統(tǒng)局域網(wǎng)主機只是以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng) 。,2020/7/28,25,4.3 局域

11、網(wǎng)仿真 LANE,三、LANE的構成,2020/7/28,26,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,1、軟件組成 局域網(wǎng)仿真客戶LEC（LAN Emulation Client） 對局域網(wǎng)和ATM的數(shù)據(jù)格式進行轉換。 保存MAC和ATM及VPI/VCI對應關系表。 與局域網(wǎng)仿真服務器共同完成地址解析功能。 啟動信令建立ATM虛連接，為傳輸數(shù)據(jù)提供通路； 與ATM層管理接口，實現(xiàn)管理功能。 注： LEC通常運行在ATM終端或LAN“代理”服務器（網(wǎng)橋）上； 每個仿真局域網(wǎng)ELAN可以有多個LEC； 每個LEC都有自己的MAC地址和ATM地址。,2020/7/28,27,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,局

12、域網(wǎng)仿真服務器LES（LAN Emulation Server） LES是LANE的地址服務器。 保存LEC的MAC地址與ATM地址的映射表，實現(xiàn)LEC的注冊和地址轉換。 LEC向LES提出地址解析申請，LES查找MAC地址對應的ATM地址，并用該地址應答LEC。 注： LES通常運行于ATM交換機上； 每個ELAN只能有一個LES，但一個LES可以為多個ELAN服務。 每個LES都有自己的ATM地址。,2020/7/28,28,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,局域網(wǎng)仿真配置服務器LECS 保存ELAN的配置信息，將LEC配置到ELAN中。 LEC初始化時與LECS建立ATM虛連接，并發(fā)送配置申

13、請，指明要加入哪一個ELAN。 LECS根據(jù)申請信息返回相應ELAN中LES的ATM地址。 LECS運行于ATM交換機上，每個域只有一個LECS，它為本域中的所有ELAN服務。 廣播和未知服務器BUS 每個ELAN必須具備一個且僅一個邏輯BUS。 提供廣播和多點通信。 當LES不存在LEC的MAC地址與ATM地址映射表時，由BUS向網(wǎng)絡廣播尋找。 BUS通常與LES成對出現(xiàn)，共享一個ATM地址。,2020/7/28,29,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,2、網(wǎng)絡結構,2020/7/28,30,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,三、幀格式 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的LANE幀格式 LE頭LANE頭，2B，用于標識局

14、域網(wǎng)仿真客戶； 目的MAC地址6B，為被叫用戶主機的硬件地址； 源MAC地址6B，為主叫用戶主機的硬件地址； 類型/長度2B，指明ELAN的類型或幀長；,2020/7/28,31,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,四、關鍵技術 （1）地址解析協(xié)議 LEARP LEC發(fā)出LEARP請求，向LES提供目的端的MAC地址 ，詢問對應的MAC地址。 LES發(fā)出 LEARP應答，向 LEC報告查找的結果。 如果LES不知道請求的ATM地址，就將該請求轉發(fā)到適當?shù)腖EC，請它查找后，將應答順原路返回發(fā)出請求的LEC。,2020/7/28,32,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,（2）廣播業(yè)務 傳統(tǒng)局域網(wǎng)采用共享性

15、介質結構，具有廣播特性。而ATM網(wǎng)絡是面向連接的，一般不具有廣播特性。 采用廣播與未知地址服務器( BUS )來支持廣播業(yè)務。 在仿真局域網(wǎng)中，所有LEC與BUS之間都有ATM虛連接，虛連接類似于傳統(tǒng)局域網(wǎng)中共享介質的結構； BUS相當于LEC間的轉接點：任意兩個LEC隨時可以利用BUS連接的信道來進行通信，因而也能進行廣播式通信。,2020/7/28,33,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,五、局域網(wǎng)仿真的實現(xiàn) 1、初始化 通過初始化尋找LECS的位置，建立于LECS的ATM虛連接，方法有以下幾種： （1）LEC從ATM交換機的地址表中查找LECS的ATM地址，并建立ATM連接。 （2）方法一失

16、敗，LEC則使用協(xié)商好的通用的LECS的ATM地址。 （3）仍舊失敗，LEC則利用已經定義的默認的VPI/VCI（0/17）尋找LECS。 （4）最后，LEC還可以利用事先約定好的LEC與LECS的永久虛連接（PVC）完成初始化。,2020/7/28,34,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,2、配置 LEC從LECS獲得所加入的ELAN的LES的ATM地址； LEC向LECS報告自己的配置參數(shù)： ATM地址、MAC地址、支持的局域網(wǎng)類型、數(shù)據(jù)幀的最大長度等。 LECS向LEC返回必要的操作參數(shù)：局域網(wǎng)類型、最大數(shù)據(jù)幀長等。 3、請求加入 LEC先建立一條與LES的雙向ATM連接，用于傳送控制信息。

17、 LEC向LES發(fā)送加入請求。 如果LEC被拒絕，須中斷加入請求，釋放該雙向連接，重新啟動初始化過程。 如果響應過程超時，LEC將中斷申請，或重新開始新的申請。,2020/7/28,35,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,4、注冊 LEC在注冊階段向LES提供自身的ATM地址和局域網(wǎng)MAC地址對的信息 。 如果LEC退出ELAN，LEC的注銷也在該階段完成。 5、BUS初始化 即在LEC和BUS之間建立虛通路，作為廣播數(shù)據(jù)的通道。 LES向LEC提供BUS的ATM地址； LEC建立與BUS之間的ATM鏈接。 帶有廣播地址的數(shù)據(jù)將送到ELAN中的所有站點。,2020/7/28,36,4.3 局域網(wǎng)仿

18、真 LANE,6、數(shù)據(jù)傳送 接收局域網(wǎng)的MAC數(shù)據(jù)幀： 如果MAC地址的第一個比特是1，表明它是廣播數(shù)據(jù)幀，LEC通過BUS轉發(fā)到網(wǎng)絡的各個站點； 如果MAC地址的第一個比特是0，則尋找與其MAC地址對應的ATM地址，建立收發(fā)終端之間的虛連接，利用它傳送數(shù)據(jù)。 如果LEC無法確定對方的ATM地址： 向LES發(fā)送LE-ARP，詢問ATM地址。 等待LES應答同時，將數(shù)據(jù)包轉發(fā)到BUS，廣播至所有終端。 各LEC收到廣播數(shù)據(jù)，進行地址比較，匹配的LEC處理收到的數(shù)據(jù)，其他的丟棄廣播信息。 如果LEC從LES處得不到ATM地址，則利用BUS的廣播機制。 LEC之間通過ATM信令建立的鏈接屬于-SVC

19、 LEC與LECS、LES、BUS之間的虛連接-PVC,2020/7/28,37,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,如下圖所示：,2020/7/28,38,六、優(yōu)缺點分析 LANE對局域網(wǎng)隱藏了ATM交換結構 ； LANE可以支持任何高層軟件 ； 對ATM層屏蔽了網(wǎng)絡層及以上的協(xié)議，從而能在ATM上支持多種協(xié)議 用戶實際得到的帶寬較寬，利用ATM的帶寬降低網(wǎng)絡擁塞 ； 支持廣播、多播及未知廣播業(yè)務 。,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,2020/7/28,39,六、優(yōu)缺點分析 存在路由器瓶頸和附加傳輸時延問題； 兩次地址解析增加了建立連接的時延； 只能同時仿真一種局域網(wǎng)； 不能利用ATM網(wǎng)絡提供的Qo

20、S服務； 傳輸效率不高。,4.3 局域網(wǎng)仿真 LANE,2020/7/28,40,第四章 內容,局域網(wǎng)仿真-LANE,1,ATM支持多協(xié)議-MPOA,2,3,4,5,CLASSICAL IP over ATM,概述,2020/7/28,41,4.4 ATM多協(xié)議規(guī)范（MPOA）,一、概述 MPOA（Multiplex Protocol Over ATM）：基于ATM的多協(xié)議規(guī)范。 支持多種網(wǎng)絡協(xié)議； 可將IP地址直接映射為ATM抵制； 支持可變長度的MTU； 兩個虛擬子網(wǎng)間可建立直接連接； 綜合了LANE及下一跳路由協(xié)議（NHRP）的優(yōu)點，主要用于不同ELAN間數(shù)據(jù)的高效傳輸。 將網(wǎng)橋、路由器

21、和ATM 設備集成到一個集多種協(xié)議、多種網(wǎng)絡技術于一體的網(wǎng)絡環(huán)境中 。,2020/7/28,42,4.4 ATM多協(xié)議規(guī)范（MPOA）,二、MPOA的結構 1、功能 MPOA由MPC（MPOA客戶機）和MPS（MPOA服務器）組成。 MPOA融合了LANE的功能。 LEC/MPC設備在LANE及MPOA中具有不同的邏輯功能，可以把它們看成LEC/MPC對；也存在LES/MPS對。 在一個ELAN內通信：LEC/MPC與ELAN中的其它部件通信，實現(xiàn)LEC功能，完成MAC地址到ATM地址的解析 ； 在不同ELAN間通信：LEC/MPC與MPOA中的其它部件通信，實現(xiàn)MPC功能，以幫助建立直通路由

22、，也稱捷徑（Shortcut）。,2020/7/28,43,4.4 ATM多協(xié)議規(guī)范（MPOA）,所謂捷徑，指在基于兩個不同子網(wǎng)IP地址的MPC，不需要經過太多的路由算法等處理而直接建立的路由 。 MPC需要獲得有關的下一段網(wǎng)絡的IP地址和ATM地址的解析結果。,2020/7/28,44,4.4 ATM多協(xié)議規(guī)范（MPOA）,2、組成結構,2020/7/28,45,（1）邊緣設備 邊緣設備即為ATM邊緣交換機，也稱為多層交換機，位于ATM網(wǎng)絡邊緣 。 運行MPS和LEC/MPC ； 作用：根據(jù)IP數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡層目的地址或MAC層目的地址實現(xiàn)傳統(tǒng)局域網(wǎng)與ATM網(wǎng)絡間的連接，將非ATM網(wǎng)絡設備引入

23、到MPOA系統(tǒng)中 ； 可提供對下一段路由的支持 。,4.4 ATM多協(xié)議規(guī)范（MPOA）,2020/7/28,46,4.4 ATM多協(xié)議規(guī)范（MPOA）,（2）MPOA服務器-MPS（MPOA Server） MPS主要用來提供路由信息。 負責獲取網(wǎng)絡中任一設備的ATM地址，保存有關設備的IP地址、MAC地址和ATM地址信息以及路由表。 然后通過相應的路由協(xié)議和地址映射結構表來完成IP地址與ATM地址的映射。 可作為一種硬件設備來實現(xiàn)，也可以通過運行在路由器或交換機中的軟件來實現(xiàn)。 通過下一跳路由協(xié)議（NHRP）進行通信，解析目的地址，使不同子網(wǎng)的用戶可以建立直接連接。,2020/7/28,4

24、7,4.4 ATM多協(xié)議規(guī)范（MPOA）,（3）MPOA客戶-MPC（MPOA Client） 主要功能：完成互聯(lián)網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)的發(fā)送。 不運行任何互聯(lián)網(wǎng)絡層的路由選擇協(xié)議。 運行在邊緣設備或ATM終端上 。 充當互連網(wǎng)絡上直接連接通信的出口和入口終端設備： 入口MPC 檢測通信流：找到則請求MPS提供出口MPC的有關信息，并檢測是否可以建立捷徑。 如果可能建立捷徑，入口MPC就會建立一條交換虛電路SVC（捷徑），并且沿著這條捷徑向出口MPC發(fā)送數(shù)據(jù)。 MPC和MPS使用NHRP協(xié)議進行通信，MPC能夠保留它與MPS相互通信時取得的捷徑連接信息。 沒有數(shù)據(jù)流的捷徑在超過一個預先設置好的時間后被自動

25、拆除。,2020/7/28,48,4.4 ATM多協(xié)議規(guī)范（MPOA）,三、關鍵技術 1、MPOA的路由技術 傳統(tǒng)路由器主要包括兩大功能： 路由選擇功能。它由相關的路由協(xié)議來實現(xiàn)，通過查找和計算路由選擇信息，來確定向哪臺路由器轉發(fā)信息。 數(shù)據(jù)包轉發(fā)功能。它根據(jù)數(shù)據(jù)包的源地址、目的地址和路由信息來轉發(fā)數(shù)據(jù)包。 MPOA實現(xiàn)不同子網(wǎng)之間的連接，通過虛擬路由器和交換路由器來實現(xiàn)。,2020/7/28,49,4.4 ATM多協(xié)議規(guī)范（MPOA）,（1）虛擬路由器 由路由選擇服務器和邊緣設備組成 路由選擇服務器實現(xiàn)路由選擇； 邊緣設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉發(fā)功能。 不僅完成同一個子網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通信，也支持不同子網(wǎng)之

26、間的數(shù)據(jù)轉發(fā)。 （2）交換路由器 具有一定交換能力的路由器。 包括MPOA服務器、ATM交換機和邊緣設備。,2020/7/28,50,4.4 ATM多協(xié)議規(guī)范（MPOA）,2、NHRP工作原理 將各個并不直接相連的IP子網(wǎng)作為邏輯上的一個大LIS 。 通過NHRP服務器NHS（NHRP Server）把IP地址和NBMA地址進行轉換。 NHRP是一種可擴展的地址解析方案，它允許旁路掉數(shù)據(jù)通路上的中間路由器，在子網(wǎng)間直接建立ATM SVC連接。 源主機發(fā)送IP數(shù)據(jù)：可以是不同的LIS中的目的主機，先向NHS發(fā)出申請，查詢目的主機的ATM地址； NHS查詢存儲表目的主機是否屬于同一個LIS。若不是，NHS會把查詢請求傳給下一跳NHS中進行查詢。 獲得目的主機的ATM地址，通過直接SVC或PVC進行連接，建立連接后便可進行數(shù)據(jù)的傳送。,2020/7/28,51,4.4 ATM多協(xié)議規(guī)范（MPOA）,2020/7/28,52,4.4 ATM多協(xié)議規(guī)范（MPOA）,四、MPOA的工作過程 1、配置MPS 為每個MPS配置與其ELAN使用的網(wǎng)關匹配的指定IP地址。 2、初始化 MPC向服務器MPS發(fā)出注冊請求 ； 注冊請求