如何在ATM网络支持IP

五、IP交换

IP交换的目的是在快速交换硬件上获得最有效的IP实现，将非连接的IP和面向连接的ATM的优点互补。IP交换是标准的ATM交换加上连接于ATM交换机端口上的智能的软件控制器，即IP交换控制器。IP交换机将数据流的初始分组交给标准的路由模块(IP交换机的一部分)处理，当IP交换机看到一个流中足够的分组，认为它是长期的，就同相邻的IP交换机或边缘设备建立流标记，后续的分组就可以高速地标记交换，将缓慢的路由模块旁路。特别的IP交换网关或边缘设备负责从非标记分组向标记分组和分组到ATM数据的转换。

每个将现有网络设备连到IP交换机的IP交换网关或边缘设备在启动时建立一个到IP交换控制器的虚信道作为缺省的转发信道，从现有网络设备接收到分组时，边缘设备通过缺省转发信道将分组传送给IP交换控制器。

IP交换控制器执行传统的路由协议，如RIP、OSPF和BGP，将分组以正常的方式通过缺省转发信道转发给下一个节点，这可能是另一个IP交换机或边缘设备。IP交换控制器还执行数据流分类，它识别长期的数据流，因为这样的数据可以用ATM硬件的cut-through交换来优化，其余的通信仍然使用缺省的方式，即点到点的存贮转发路由。

当长期的数据流被识别，IP交换控制器要求上一节给之打标记，使用新的虚信道，如果源边缘设备同意，该数据流就通过新的虚信道流向IP交换控制器。下一节点也执行同一动作。当该流独立使用特殊的输入信道和输出信道，IP交换控制器指示交换机建立适当的硬件端口映射，旁路路由软件和相关的处理开支。这个过程继续下去，该流的前面几个分组使从源边缘设备到目的边缘设备建立直接的连接。此设计使IP交换机以仅受交换引擎限制的速率转发分组。第一代IP交换机支持高达每秒5.3M分组的吞吐量。此外，因为不需要将ATM信元封装到中介IP交换机的IP分组中，IP网中的吞吐量也得到了优化。

Ipsilon给IETF提出了两种协议。通用交换管理协议(GSMP, RFC1987)允许IP交换机控制器访问交换机硬件并动态转变交换模式：存贮转发或cut-through。Ipsilon流量管理协议(IFMP, RFC1953)用于在边缘设备和IP交换控制器间交换控制信息并将IP流与ATM虚信道联系起来。

IP交换的一个重要特性是流的分类和交换在本地执行，而不是基于端到端的基础上，这保留了IP的非连接本质，并允许IP交换机绕过失效节点路由而不需要从源主机重新建立通道。

此外，流分类使IP交换同样有效地支持长期和突发数据。

然而，IP交换是基于流的，在大型网络中其伸缩性是值得质疑的，在很大的网络中流的数目可能最终超过可用的虚通道数。

有五家公司正式宣称支持Ipsilon的IP交换，它们是：Ericsson、General Datacomm、Hitachi America Ltd. 、NEC America Inc. 和DEC Ipsilon。它们试图使此技术成为事实上的标准--MPLS。　

六、标记交换

另一个选择是Cisco公司的标记交换。标记交换网络包含三个成分：标记边缘路由器、标记交换机和标记分发协议。

标记边缘路由器位于标记交换网络边缘的含完整3层功能的路由设备，它们检查到来的分组，在转发给标记交换网络前打上适当的标记，当分组退出标记交换网络时删去该标记。作为具有完整功能的路由器，标记边缘路由器也可应用增值的3层服务，如安全、记费和QoS分类。标记边缘路由器的能力不需要特别的硬件，它作为Cisco软件的一个附加特性来实现，原有的路由器可以通过软件升级具有标记边缘路由器的功能。

标记交换机是标记交换网络的核心。所谓标记是短的、固定长度的标签，使标记交换机能用快速的硬件技术来做简单快速的表查询和分组转发。标记可以位于ATM信元的VCI域、IPv6的flow label域或在2层和3层头信息之间，这使得标记交换可用于广泛的介质之上，包括ATM连接、以太网等。

标记分发协议提供了标记交换机和其它标记交换机或标记边缘路由器交换标记信息的方法。标记边缘路由器和标记交换机用标准的路由协议(如BGP、OSPF)建立它们的路由数据库。相邻的标记交换机和边缘路由器通过标记分发协议彼此分发存贮在标记信息库(TIB)中的标记值。

下面是标记交换网络的基本处理过程。

(1)标记边缘路由器和标记交换机用标准的路由协议识别路由，它们完全可以与非标记交换的路由器互操作。

(2)标记边缘路由器和交换机通过标记分发协议给用标准路由协议生成的路由表赋以标记信息并分发，标记边缘路由器接收标记分发协议信息并建立转发数据库。

(3)当标记边缘路由器收到需要通过标记交换网络转发的分组，它分析其网络层头信息，执行可用的网络层服务，从其路由表中给该分组选择路由，打上标记然后转发到下一节点的标记交换机。

(4)标记交换机收到带标记的分组，仅基于标记来进行交换，而不分析网络层头信息。

(5)分组到达出口点的标记边缘路由器，标记被剥除，然后继续转发。

在标记交换网络中，标记分发协议和标准路由协议可以用目标前缀标记算法集合起来，此算法可以在数据流穿过网络前在TIB中建立标记信息。这有两个意义。一个是流中的所有分组都可以被标记交换，即使是突发短数据也是如此；此外它是基于拓扑的，在每个源/目的分配一个标签。而在IP交换中只有长期数据流在一定数目的分组经过后才建立捷径。因此，标记交换比基于流的机制更有效地使用标签，避免了一个一个流的建立过程，这使之具有了公共因特网服务网络所需要的很好的伸缩性，在公共因特网中，流的数目是巨大的，其改变速率也是很高的。

其他厂商也有类似的机制，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、结束语

本文简单介绍了在ATM网络上支持IP的一些方案，这些方案基于这样的一个假定，即：传统的LAN和路由器通过ATM网相连，或者说，硬件平台是ATM网，而应用是基于IP的。其它内容这里不作介绍。

来源：21IC电子网