ＩＰ和ＡＴＭ的融合_ＭＰＯＡ的研究与实现

妥艳君　康玉文

　　摘要：介绍了ＩＰ与ＡＴＭ的融合技术_ＡＴＭ多协议技术（ＭＰＯＡ）的基本功能、系统组成及工作原理，在此基础上阐述了ＬＡＮＥ、ＭＰＯＡ在ＡＴＭ交换机上具体研究与实现，包括ＭＰＳ、ＮＰＣ、ＮＨＳ、路由器以及ＬＥＣＳ、ＬＥＳ、ＬＥＣ的研究与实现。

　　关键词：ＡＴＭ多协议技术（ＭＰＯＡ）　局域网仿真（ＬＡＮＥ）

　　随着互连网在全球范围内的日前普及，多媒体ＩＰ业务对传输信道的要求越来越宽，对服务质量的要求越来越高，用宽带ＡＴＭ网络承载ＩＰ业务成为重要的技术发展方向。ＴＣＰ／ＩＰ协议为网络提供了最广泛的应用支持，而ＡＴＭ技术则为共享媒体类型的网络数据传送能力低的问题提供了一个较好的解决方案，所以ＩＰ与ＡＴＭ的融合已成为今后网络发展的必然趋势。ＩＰ与ＡＴＭ的融合技术主要分为两类：重叠模型和集成模型。重叠模型有基于ＡＴＭ的传统ＩＰ技术（ＣＩＰＯＡ）、基于ＡＴＭ的多协议技术（ＭＰＯＡ）。由于集成模型在标准的制定方面还处于完善阶段，所以我们在ＡＴＭ交换机上前期实现了ＭＰＯＡ、ＬＡＮＥ技术。

　　1　ＭＰＯＡ的基本原理

　　ＭＰＯＡ能支持多种网络协议，除支持ＩＰ协议之外，还支持所有可进行路由的协议，如ＩＰＸ、ＡＰＰＬＥＴＡＬＫ等，它直接把网络层地址映射为ＡＴＭ地址，它引入了虚拟路由器的概念，使主机间能建立直接的ＡＴＭ虚电路，从而利用ＡＴＭ网络为ＩＰ（或其它）用户提供高速直达数据链路，既可以充分利用ＡＴＭ网络资源，发展ＡＴＭ上的ＩＰ用户业务，又可以解决目前ＴＣＰ／ＩＰ技术在路由器中遇到的瓶颈。ＭＰＯＡ系统是基于客户机/服务器体系结构的。其中，ＭＰＯＡ包括：ＭＰＯＡ客户机（ＭＰＣ）和ＭＰＯＡ服务器（ＭＰＳ）以及下一跳解析协议（ＮＨＲＰ），它们通过局域网仿真（ＬＡＮＥ）相连。

　　ＭＰＯＡ和ＬＡＮＥ、ＮＨＲＰ结合在一起通过ＡＴＭ网络提供第二层和第三层的集成，允许ＩＰ与其它协议在ＡＴＭ上运行，且改变了由于网上的传输连接需要多个传统路由器逐段转发造成的瓶颈状态，使网上的传输连接只需经过一个跳频，实现了直通，避免了网中使用多个路由器带来的弊端，加快了传输速度。

　　1.1　ＭＰＯＡ系统组成

　　在ＡＴＭ交换机上实现ＭＰＯＡ技术，需由ＭＰＯＡ边缘设备、ＭＰＯＡ路由服务器和仿真局域网ＥＬＡＮ三大部分完成。ＭＰＯＡ系统由ＭＰＣ和ＭＰＳ、传统路由功能、ＥＬＡＮ组成，ＭＰＳ一般包含ＮＨＳ。

　　1.2　ＭＰＯＡ基本功能

　　ＭＰＯＡ系统包含两个基本逻辑部件，即ＭＰＣ和ＭＰＳ。ＭＰＣ的主要功能是建立和释放互连网间的直连通路，ＭＰＣ具有网络层转发功能，但不具有网络层寻径功能。ＭＰＳ的主要功能是为ＭＰＣ提供数据包转发所需的信息，负责向ＭＰＣ提供网络层最优路由信息。ＭＰＳ中包含ＮＨＲＰ协议体制中的ＮＨＳ。ＭＰＳ与ＮＨＳ和路由器完成ＭＰＣ接入直连路由请求，并给出口ＭＰＣ提供ＤＬＬ封装信息，并将该封装信息存到该ＭＰＣ之中。

　　ＭＰＯＡ使用ＡＴＭ模拟多协议路由器。多协议路由器的路由功能是通过运行ＲＩＰ（路由信息协议）或ＯＳＰＦ（最短路径优先协议）而实现的。也就是说，在多协议路由器中应能实现传统路由器的路由功能。另外，此传统的路由器也应能完成ＴＣＰ／ＩＰ协议、ＡＲＰ协议、ＩＣＭＰ协议、ＵＤＰ协议。

　　ＭＰＯＡ设备采用的是标准的ＬＡＮＥ连接，同一ＥＬＡＮ内的数据通信是直达的，而只有当不同ＥＬＡＮ间进行数据通信时方启动ＭＰＣ、ＭＰＳ等。ＬＡＮＥ包括局域网仿真配置服务器（ＬＥＣＳ）、局域网仿真服务器（ＬＥＳ）、局域网仿真客户机（ＬＥＣ）。ＬＥＣＳ负责保存仿真局域网中ＬＥＣ以及ＭＰＯＡ的ＭＰＳ和ＭＰＣ的配置信息，并向新安装的ＬＥＣ发送ＬＥＳ的ＡＴＭ地址。每个管理域只有一个ＬＥＣＳ，它为本域中的所有ＥＬＡＮ服务。ＬＥＳ提供ＭＡＣ地址与ＡＴＭ地址的映射功能。每个ＥＬＡＮ只有一个ＬＥＳ。每个ＬＥＳ用一个专用的ＡＴＭ地址来标识。ＬＥＣ是所仿真的局域网的客户机，它向现有的局域网提供媒体访问控制子层（ＭＡＣ）的服务接口，代理原ＬＡＮ的所有终端与ＡＴＭ网络传送数据，完成地址解析，实现ＥＬＡＮ中的所有终端间的通信。每个ＬＥＣ由一个唯一的ＡＴＭ地址来标识，而且与一个或多个可通过该ＡＴＭ地址到达的ＭＡＣ地址相连。

　　1.3　ＭＰＯＡ工作原理

　　ＭＰＯＡ系统的过程包括ＭＰＣ和ＭＰＳ的配置过程；ＭＰＣ和ＭＰＳ的登记过程；ＭＰＯＡ地址解析过程；ＭＰＣ和ＭＰＳ建立和维护Cache的过程。另外ＭＰＯＡ地址解析过程还包括一般的地址解析过程；重发Ｒｅｔｒｙ机制；Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ机制。ＭＰＯＡ一般的地址解析过程概括如下：

　　首先ＬＥＣ分析收到的数据包为出子网的时，就送给Ｉ＿ＭＰＣ。Ｉ＿ＭＰＣ一收到数据包，就判断是否要为发送数据端和接收数据端建立一条直连通道，如需要，它就向Ｉ＿ＭＰＳ发送ＭＰＯＡ解析请求，请求解析接收数据端的ＡＴＭ地址；Ｉ＿ＭＰＳ收到请求皇，把它转变为ＮＨＲＰ解析请求，发给ＮＨＳ；ＮＨＳ来寻路由，转发给适当的Ｅ＿ＭＰＳ；Ｅ＿ＭＰＳ根据情况把ＮＨＲＰ解析请求转变为ＭＰＯＡ　Ｃａｃｈｅ强置请求发给数据接收端相连的Ｅ＿ＭＰＣ（通过ＩＰ＿ＡＲＰ和ＬＥ＿ＡＲＰ找到Ｅ＿ＭＰＣ）；Ｅ＿ＭＰＣ收到此请求后，把自己的ＡＴＭ地址解析结束。发送数据端的Ｉ＿ＭＰＣ可以在它和接收数据端的Ｅ＿ＭＰＣ之间建立直连通道Ｓｈｏｒｔｃｕｔ，以后这两端的数据可在此直连通道上发送。

　　2　ＭＰＯＡ的研究与实现

　　ＭＰＯＡ软件主要遵循ＡＴＭ　Ｆｏｒｕｍ的《Ｍｕｌｔｉ－Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｏｖｅｒ　ＡＴＭ　Ｖｅｒｓｉｏｎ1.0》标准完成，主要分为四大部分软件来实现：ＭＰＯＡ客户（ＭＰＣ）软件、ＭＰＯＡ服务器（ＭＰＳ）软件、下一跳解析协议服务器（ＮＨＳ）软件及路由器软件。

　　ＬＡＮＥ局域网仿真软件主要遵循ＡＴＭ　Ｆｏｒｕｍ的《ＬＡＮ　Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｏｖｅｒ　ＡＴＭ　Ｖｅｒｓｉｏｎ1.0》标准完成，主要分为两部分软件来实现：局域网仿真客户（ＬＥＣ）软件和局域网仿真服务器（ＬＥ　Ｓｅｒｖｅｒ）软件。

　　ＭＰＳ、ＮＨＳ、路由器软件、ＬＥＳ、ＬＥＣＳ软件运行于ＡＴＭ交换机的主控板上，采用Ｖｘｗｏｒｋｓ实时多任务操作系统，编程采用ＳＤＬ语言和Ｃ语言，软件编程工具采用ＳＤＴ及ＶＣ++。ＭＰＣ、ＬＥＣ软件运行于ＡＴＭ交换机的前端处理器上，自编调度程序，编程采用Ｃ语言。

　　2.1　ＭＰＳ功能研究与实现

　　ＭＰＳ的主要功能是为ＭＰＣ提供数据包转发所需的信息，即ＭＰＳ转换ＭＰＯＡ请求为ＮＨＲＰ请求，使得请求能使用ＮＨＲＰ协议经过网络到达目的点，负责向ＭＰＣ提供网络层最优路由信息。ＭＰＳ响应维护终端的命令实现了软件初始化、启动处理、删除处理等功能，和ＬＡＮＥ共同完成了ＭＰＳ配置、注册，和ＭＰＣ共同实现了ＭＰＯＡ地址解析功能、ＭＰＯＡ的保持机制、ＭＰＯＡ的Ｋｅｅｐ　ａｌｉｖｅ机制和各种原因引起的Ｐｕｒｇｅ的处理。

　　在ＳＤＴ环境下，它包括ＭＰＳ控制、人口ＭＰＳ（ＩＭＰＳ）、出口ＭＰＳ（ＥＭＰＳ）和Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ模块。另外实现ＭＰＳ功能，它还必须包括控制管理模块、维护数据库模块及硬件接口驱动程序。控制管理模块完成消息的接收和分发，维护数据库模块完成ＭＰＯＡ及ＬＡＮＥ静态数据的保存和维护。ＭＰＳ完成的主要功能为：ＭＰＳ配置功能；ＭＰＳ注册功能；ＭＰＳ的ＭＰＯＡ地址解析功能；Ｃａｃｈｅ　管理；Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ机制；Ｒｅｔｒｙ重发机制。

　　2.2　ＭＰＣ功能研究与实现

　　ＭＰＣ的主要功能是建立和释放子网间的直连通路（Ｓｈｏｒｔｃｕｔ），ＭＰＣ具有网络层数据传输功能，ＭＰＣ响应维护终端的命令实现了软件初始化、启动处理、删除处理等功能，和ＬＡＮＥ共同完成了ＭＰＣ配置、注册，和ＭＰＳ共同实现了ＭＰＯＡ地址解析功能、ＭＰＯＡ的保持机制、ＭＰＯＡ的Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ机制和各种原因引起的Ｐｕｒｇｅ的处理，同时ＭＰＣ软件通过Ｃａｃｈｅ管理机制、Ｒｅｔｒｙ机制实现了对直连通路（ｓｈｏｒｔｃｕｔ）的管理。

　　ＭＰＣ外部模块的接口包括ＭＰＣ控制、入口ＭＰＣ（ＩＭＰＣ）、出口ＭＰＣ（ＥＭＰＣ）和Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ模块。另外还有ＯＳ调度程序和硬件接口驱动程序。ＭＰＣ完成的主要功能为：ＭＰＣ配置功能；ＭＰＣ注册功能；ＭＰＣ的ＭＰＯＡ地址解析功能；ＭＰＣ的数据传输功能；Ｃａｃｈｅ管理；Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ机制；Ｒｅｔｒｙ重发机制；Ｐｕｒｇｅ机制。

　　2.3　ＮＨＳ功能研究与实现

　　ＮＨＳ响应维护终端的命令实现了软件初始化、启动处理、删除处理等功能，ＮＨＳ通过对路由器软件的一个函数的调用可以得到访问某个网段的下一跳路由ＩＰ地址，即和路由器共同完成对目的站的下一跳的ＩＰ地址及ＡＴＭ地址的确定。ＮＨＳ完成的主要功能为：ＮＨＳ寻经功能；ＮＨＳ解析功能。

　　2.4　路由器功能研究与实现

　　在ＭＰＯＡ系统中，路由器软件的主要功能是负责发出或响应ＩＰ＿ＡＲＰ请求，寻径与转发数据包，包就是传统路由器的功能。

　　路由器软件是通过ＶｘＷｏｒｋｓ操作系统和其应用组件ＲＩＰ（Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）来实现的。路由器软件包括ＩＰ、ＴＣＰ、ＵＤＰ、ＡＲＰ、ＲＡＲＰ、ＲＩＰ几种协议软件包。它是一个虚拟路由器，它用软件模拟一个传统路由器，负责在不同子网之间转发数据。它通过ＰＶＣ与ＬＥＣ模块交换信息，并通过ＰＶＣ与其它的路由器连接，负责ＡＲＰ地址解析和数据转发。路由器软件模拟了传统路由器的端口_以太网接口，通过这些端口与ＬＥＣ和其它路由器交换信息。

　　2.5　ＬＡＮＥ功能研究与实现

　　本次开发的局域网仿真软件主要遵循ＡＴＭ　Ｆｏｒｕｍ　的《ＬＡＮ　Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｏｖｅｒ　ＡＴＭ　Ｖｅｒｓｉｏｎ1.0》标准完成，同时为了支持ＡＴＭ上的多协议传输（ＭＰＯＡ）业务，增加了部分《ＬＡＮ　Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｏｖｅｒ　ＡＴＭ　Ｖｅｒｓｉｏｎ2-ＵＮＮＩ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ》中的内容。主要分为两大部分软件来实现：局域网仿真客户（ＬＥＣ）软件和局域网仿真服务器（ＬＥ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）软件。局域网仿真服务器软件又分为：ＬＥＣＳ软件、ＬＥＳ软件和ＢＵＳ软件。ＬＥＣＳ、ＬＥＳ、ＬＥＣ、ＢＵＳ均接收和响应维护终端的命令，对自身数据进行设置、更新、上报。

　　ＬＥＣＳ软件完成的功能为：负责各ＥＬＡＮ中ＬＥＣ的初始配置，按照指定的分配策略将ＬＥＣ分配到合适的ＥＬＡＮ中，负责维护其管理范围内所有ＥＬＡＮ的信息，此外，ＬＥＣＳ需要为ＭＰＯＡ部件进行初始配置。

　　ＬＥＳ软件完成的功能为：完成仿真局域网的控制、协调功能。记录加入到该仿真局域网的ＬＥＣ的信息，提供ＭＡＣ地址及其对应的ＡＴＭ地址的注册及地址解析服务，维护该ＥＬＡＮ中的所有ＬＥＣ的信息。

　　ＢＵＳ软件完成的功能为：实现数据广播、点到多点数据和未知目的的ＡＴＭ地址的注册及未知目的ＡＴＭ地址数据的传送功能。

　　ＬＥＣ软件完成的功能为：ＬＥＣ模块和ＬＡＮＥ　Ｓｅｒｖｅｒ模块共同完成局域网仿真功能，主要是完成局域网仿真功能，主要是完成ＬＡＮＥ的配置、加入、本地ＭＡＣ地址注册以及地址解析。ＬＥＣ还为ＭＰＯＡ系统服务，主要包括对ＭＰＣ模块的启动和删除，对ＭＰＣ、ＭＰＳ模块的配置参数传递，以及处理ＭＰＳ模块的地址解析请求，ＬＡＮＥ系统与ＭＰＯＡ系统之间的所有接口操作，最终目的是为了不同子网之间的数据通信，为高层应用软件提供一个ＭＡＣ层的仿真以太网接口。

　　3　结语

　　ＡＴＭ技术和ＩＰ技术均是当前通信领域中发展的热点，因此二者的结合也就成为今后发展的一个重要方向，ＭＰＯＡ技术为二者的结合提供了一个较理想的解决方案。因此对ＭＰＯＡ系统的研究具有比较重要的现实意义。目前，我们开发的具有ＭＰＯＡ、ＬＡＮＥ系统软件的ＡＴＭ交换机已经通过系统测试，并联网使用。

摘自《无线电通信技术》2002.1