LANE的優(yōu)點(diǎn)和局限 - ATM網(wǎng)絡(luò)與IP兼容技術(shù)介紹

因?yàn)長(zhǎng)ANE提供與現(xiàn)有MAC協(xié)議給網(wǎng)絡(luò)層提供的驅(qū)動(dòng)相同的服務(wù)接口，不需要改變?cè)擈?qū)動(dòng)，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(duì)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(cè)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(qǐng)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(qǐng)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(duì)其周期性的反向ARP請(qǐng)求給予響應(yīng)。一旦LIS客戶獲取了與IP地址相對(duì)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(duì)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(qǐng)求包，這樣的請(qǐng)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(qǐng)求。在下一個(gè)NHS處執(zhí)行同樣的算法直到真正知道所請(qǐng)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(qǐng)求節(jié)點(diǎn)，請(qǐng)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(duì)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(qǐng)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(qǐng)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(cè)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(qǐng)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(duì)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(duì)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(qǐng)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(jiǎn)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(zhǎng)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(qǐng)求翻譯成NHRP解析請(qǐng)求，通過NHRP將該請(qǐng)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(zhǎng)期的數(shù)據(jù)流，但是，MPOA的復(fù)雜性有很大的爭(zhēng)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(zhǎng)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(dòng)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(shí)別長(zhǎng)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(zhǎng)期的數(shù)據(jù)流被識(shí)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(dòng)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丝谟成洌月仿酚绍浖拖嚓P(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(dòng)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(zhǎng)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?cè)噲D使此技術(shù)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)--MPLS?！?/p>