如何在ATM網絡支持IP

四、MPOA

1、MPOA的原則

MPOA的目的是在LANE環境中有效地傳輸子網間的unicast數據。MPOA集成了LANE和NHRP以保留LANE，同時通過旁路路由器提高子網間通信的效率。MPOA允許網絡層路由記算和數據傳送物理地分離，這稱為虛擬路由。路由計算由位于路由器中的服務器--即MPS--執行，數據傳送由邊緣設備中的客戶--即MPC--執行。

在入口點，MPC檢測通過ELAN傳送給含有MPS的路由器的數據流，當它發現能夠旁路當前路由路徑的捷徑時，它使用基于NHRP的協議請求與目的節點建立捷徑，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發送幀。對于使用捷徑的分組，MPC從分組中去掉數據鏈路層(DLL)封裝。

在出口點，MPC從其它MPC接收網絡數據，對于通過捷徑接收到的幀，該MPC加上適當的DLL封裝把它們傳送給上層協議。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提供網絡層轉發信息，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內和ELAN間通信過程的簡單描述。

ELAN內通信從一個MPOA主機或LAN主機到同一ELAN的另一MPOA主機或LAN主機，這些數據流使用ELAN做地址解析和數據傳輸。ELAN間通信從一個MPOA主機或LAN主機到不同ELAN的MPOA主機或LAN主機，短數據流使用缺省的路徑，長數據流使用捷徑，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：如果源節點和目的節點不在同一個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將該請求轉發給出口MPS，當出口MPS收到出口MPC的回應后，它生成NHRP解析回應并把它發回給入口MPS，當入口MPC得到入口MPS的MPOA解析回應后，它與出口MPC之間就可以建立捷徑了。

2、MPOA的優點和限制

MPOA從根本上將數據傳送和路由計算分開，將功能分布到不同的設備，從而減少了參與路由計算的設備數目和端設備的復雜性。它可以以統一的方式支持二層和三層網絡互連，因此保證了ATM環境中大規模的互連。它可以同時有效地處理突發數據和長期的數據流，但是，MPOA的復雜性有很大的爭議。

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實現，將非連接的IP和面向連接的ATM的優點互補。IP交換是標準的ATM交換加上連接于ATM交換機端口上的智能的軟件控制器，即IP交換控制器。IP交換機將數據流的初始分組交給標準的路由模塊(IP交換機的一部分)處理，當IP交換機看到一個流中足夠的分組，認為它是長期的，就同相鄰的IP交換機或邊緣設備建立流標記，后續的分組就可以高速地標記交換，將緩慢的路由模塊旁路。特別的IP交換網關或邊緣設備負責從非標記分組向標記分組和分組到ATM數據的轉換。

每個將現有網絡設備連到IP交換機的IP交換網關或邊緣設備在啟動時建立一個到IP交換控制器的虛信道作為缺省的轉發信道，從現有網絡設備接收到分組時，邊緣設備通過缺省轉發信道將分組傳送給IP交換控制器。

IP交換控制器執行傳統的路由協議，如RIP、OSPF和BGP，將分組以正常的方式通過缺省轉發信道轉發給下一個節點，這可能是另一個IP交換機或邊緣設備。IP交換控制器還執行數據流分類，它識別長期的數據流，因為這樣的數據可以用ATM硬件的cut-through交換來優化，其余的通信仍然使用缺省的方式，即點到點的存貯轉發路由。

當長期的數據流被識別，IP交換控制器要求上一節給之打標記，使用新的虛信道，如果源邊緣設備同意，該數據流就通過新的虛信道流向IP交換控制器。下一節點也執行同一動作。當該流獨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建立適當的硬件端口映射，旁路路由軟件和相關的處理開支。這個過程繼續下去，該流的前面幾個分組使從源邊緣設備到目的邊緣設備建立直接的連接。此設計使IP交換機以僅受交換引擎限制的速率轉發分組。第一代IP交換機支持高達每秒5.3M分組的吞吐量。此外，因為不需要將ATM信元封裝到中介IP交換機的IP分組中，IP網中的吞吐量也得到了優化。

Ipsilon給IETF提出了兩種協議。通用交換管理協議(GSMP, RFC1987)允許IP交換機控制器訪問交換機硬件并動態轉變交換模式：存貯轉發或cut-through。Ipsilon流量管理協議(IFMP, RFC1953)用于在邊緣設備和IP交換控制器間交換控制信息并將IP流與ATM虛信道聯系起來。

IP交換的一個重要特性是流的分類和交換在本地執行，而不是基于端到端的基礎上，這保留了IP的非連接本質，并允許IP交換機繞過失效節點路由而不需要從源主機重新建立通道。

此外，流分類使IP交換同樣有效地支持長期和突發數據。

然而，IP交換是基于流的，在大型網絡中其伸縮性是值得質疑的，在很大的網絡中流的數目可能最終超過可用的虛通道數。

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。它們試圖使此技術成為事實上的標準--MPLS。　

六、標記交換

另一個選擇是Cisco公司的標記交換。標記交換網絡包含三個成分：標記邊緣路由器、標記交換機和標記分發協議。

標記邊緣路由器位于標記交換網絡邊緣的含完整3層功能的路由設備，它們檢查到來的分組，在轉發給標記交換網絡前打上適當的標記，當分組退出標記交換網絡時刪去該標記。作為具有完整功能的路由器，標記邊緣路由器也可應用增值的3層服務，如安全、記費和QoS分類。標記邊緣路由器的能力不需要特別的硬件，它作為Cisco軟件的一個附加特性來實現，原有的路由器可以通過軟件升級具有標記邊緣路由器的功能。

標記交換機是標記交換網絡的核心。所謂標記是短的、固定長度的標簽，使標記交換機能用快速的硬件技術來做簡單快速的表查詢和分組轉發。標記可以位于ATM信元的VCI域、IPv6的flow label域或在2層和3層頭信息之間，這使得標記交換可用于廣泛的介質之上，包括ATM連接、以太網等。

標記分發協議提供了標記交換機和其它標記交換機或標記邊緣路由器交換標記信息的方法。標記邊緣路由器和標記交換機用標準的路由協議(如BGP、OSPF)建立它們的路由數據庫。相鄰的標記交換機和邊緣路由器通過標記分發協議彼此分發存貯在標記信息庫(TIB)中的標記值。

下面是標記交換網絡的基本處理過程。

(1)標記邊緣路由器和標記交換機用標準的路由協議識別路由，它們完全可以與非標記交換的路由器互操作。
(2)標記邊緣路由器和交換機通過標記分發協議給用標準路由協議生成的路由表賦以標記信息并分發，標記邊緣路由器接收標記分發協議信息并建立轉發數據庫。
(3)當標記邊緣路由器收到需要通過標記交換網絡轉發的分組，它分析其網絡層頭信息，執行可用的網絡層服務，從其路由表中給該分組選擇路由，打上標記然后轉發到下一節點的標記交換機。
(4)標記交換機收到帶標記的分組，僅基于標記來進行交換，而不分析網絡層頭信息。
(5)分組到達出口點的標記邊緣路由器，標記被剝除，然后繼續轉發。

在標記交換網絡中，標記分發協議和標準路由協議可以用目標前綴標記算法集合起來，此算法可以在數據流穿過網絡前在TIB中建立標記信息。這有兩個意義。一個是流中的所有分組都可以被標記交換，即使是突發短數據也是如此；此外它是基于拓撲的，在每個源/目的分配一個標簽。而在IP交換中只有長期數據流在一定數目的分組經過后才建立捷徑。因此，標記交換比基于流的機制更有效地使用標簽，避免了一個一個流的建立過程，這使之具有了公共因特網服務網絡所需要的很好的伸縮性，在公共因特網中，流的數目是巨大的，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、結束語

本文簡單介紹了在ATM網絡上支持IP的一些方案，這些方案基于這樣的一個假定，即：傳統的LAN和路由器通過ATM網相連，或者說，硬件平臺是ATM網，而應用是基于IP的。其它內容這里不作介紹。