第九章 宽带综合IP网-2012

宽带综合IP网1内容提要IPoverATMIPoverSDH/SoNETIPoverWDM多协议标记交换MPLS2IPoverATM将ATM技术应用于Internet可以解决带宽问题，也可以简单地将ATM的QoS能力引入Internet，以满足各种实时业务的性能要求IP与ATM技术相结合的主要难点在于ATM是面向连接的技术，而IP是无连接的技术，并且两者都有自己的编址方案和选路规程，相互间的协调配合较复杂。3IPoverATM技术分类重叠模式(OverlayModel)集成模式(IntegrationModel)4重叠模式基本思想：IP与ATM各自保持原有的网络结构、协议结构不变，通过在两个不同层次的网络之间进行数据映射、地址映射和控制协议映射来实现IPoverATM。从IP层的角度来看，ATM层只是另一个异构的网络而已，它们通过IP协议实现网间互连，ATM网络作为传送IP分组的数据链路层来使用；从ATM层来看，IP层产生的业务只是它承载的一种业务类型，它使用AAL5适配IP分组，将其封装成ATM信元，使用标准ATM信令建立端到端的VC连接，并在其上传送已封装成ATM信元形式的IP业务流。典型方案：CIPOA(ClassicalIPoverATM)局域网仿真(LANE：LANEmulation)MPOA(Multi-ProtocoloverATM)5重叠模式的优缺点：优点：与标准的ATM网络及业务兼容；缺点：IP的传输效率低，地址解析服务器容易成为网络瓶颈，不能充分发挥ATM在QoS方面的优势，*不适宜用来构造大型骨干网!6集成模式基本思想：让核心网的ATM交换机直接运行IP路由协议，将ATM层看作IP层的对等层，而不是为其提供服务的下一层，使用IP服务的用户终端只需要一个IP地址来标识，网络无需再进行IP地址到ATM地址的解析处理，也不再使用ATM信令进行端到端VC的建立。典型方案：Ipsilon公司的IP交换技术(IPSwitching)、Cisco公司的标记交换技术(TagSwitching)IETF制定的MPLS7集成模式中的ATM交换机ATM交换机实际上是一个多协议交换式路由器LSR(LabelSwitchingRouter)，LSR节点先使用IP进行寻址和选路，然后在选好的路径上使用ATM交换进行分组转发。ATM交换机的VPI/VCI表是由IP路由协议和基于TCP/IP的其他标记分发控制协议创建和维护，而不是由标准的ATM信令建立和维护的；ATM交换机仍然基于VPI/VCI实现分组转发；8集成模式的优缺点集成模式的优点：综合了第三层路由的灵活性和第二层交换的高效性，IP分组的传输效率高，可以充分发挥ATM面向连接的全部优点；集成模式的缺点：协议较为复杂，与标准ATM技术不兼容。*目前IPoverATM的主流是采用集成模式，它适合于组建大型IP骨干网。9内容提要IPoverATM

IPoverSDH/SoNETIPoverWDM多协议标记交换MPLS10IPoverSDH引入IP/ATM/SDH的问题：当骨干网承载的主要是IP业务时带宽利用率不高.除了SDH所需的大约4%的固定开销外，IP分组到ATM信元的封装还会增加18%～25%的开销；在面向连接的ATM网上传送无连接IP业务，导致IPoverATM网络的体系结构复杂，设备成本高，难以管理。同时IP协议的简单性也被破坏。11IPoverSDH引入IPoverSDH的封装:IP/PPP/HDLC/SDH12PPP简介：组成部分PPP协议运行在HDLC协议之上，它由以下三部分组成：在一条串行链路上使用多个协议的封装方法。在同一条链路上同时复用不同网络层协议的方法。链路控制协议(LCP：LinkControlProtocol)。支持连接的建立和配置选项的协商。网络控制协议(NCP：NetworkControlProtocol)。在PPP链路建立之后，PPP将使用NCP第三层协议选项和参数。例如IP地址和压缩选项。131.PCcallsrouterviamodem.2.PCandrouterexchangeLCPpacketstonegotiatePPPparameters.3.Checkonidentities.4.NCPpacketsexchangedtoconfigurethenetworklayer,e.g.,TCP/IP(requiresIPaddressassignment).5.Datatransport,e.g.send/receiveIPpackets.6.NCPusedtoteardownthenetworklayerconnection(freeupIPaddress);LCPusedtoshutdowndatalinklayerconnection.7.Modemhangsup.DeadEstablishAuthenticateNetworkTerminateOpenfailedfailed1.CarrierDetected2.LCPOptionsNegotiated3.AuthenticationCompleted4.NCPConfiguration6.Done7.CarrierDropped5.PPP简介：建链过程14IPoverPPP/HDLCoverSDHPPP采用类HDLC的成帧机制，可以运行在各种物理接口之上，如RS232、RS422和V.35等。标志码地址FF控制协议信息字段校验和FCS标志码标志码：表示HDLC帧的开始或结束，其值固定为01111110地址字段：值为固定的11111111控制字段：缺省值为00000011，表明是一个无编号帧，也就是说，缺省情况下PPP没有采用序列号和确认来进行可靠的传输。协议字段：为16bit，其取值由IETF定义，表明信息字段中装载的是哪一类分组。信息字段：其长度可变，缺省最大长度为1500字节。通过协商，PPP允许使用其他缺省最大长度。15工作原理16IP分组通过PPP直接映射到SDH/SONet帧结构上，省去了中间的ATM层，简化了IP骨干网的体系结构，提高了数据传输效率。将IP网络建立在SDH/SONet传输平台上，兼容各种不同的技术标准，容易实现网络互连。IPoverSDH采用PPP，可对现有的多种成熟的网络协议(IP、IPX等)进行封装，支持多协议传输。IPoverSDH保留了IP的无连接特性，易于兼容不同技术体系和实现网间互连。IPoverSDH/SONet的优点17IPoverSDH目前尚不支持VPN和电路仿真。IPoverSDH目前只能提供CoS，而不能提供很好的QoS和流量工程。支持综合业务的能力弱。IPoverSDH/SONet的缺点18内容提要IPoverATMIPoverSDH/SoNETIPoverWDM多协议标记交换MPLS19在发端将不同波长的光信号经波分复用后送入一根光纤中传输，在接收端通过光分路器分解不同波长的光信号并将它们送到不同的接收端。IPoverWDM的帧结构主要有SDH格式和千兆以太网格式两类。工作原理20采用SDH帧格式的优点：SDH帧格式中提供了大量的信令和管理信息。其中信令可以完成保护切换之类的工作，管理信息可以辅助WDM系统完成OTN的管理。其缺点：IP分组的大小很难与SDH帧的大小匹配，因此路由器在进行SDH帧的组装和拆分(SAR)处理时会影响设备的吞吐量和性能；

1)SDH帧格式21

2)千兆以太网格式采用千兆以太网帧格式的优点成本低，路由器无需SAR操作。采用千兆以太网帧格式也有利于桌面到骨干网协议的统一.缺点：封装效率稍低；以太网帧格式中不含管理信息，难以对WDM传输网的性能进行监测，传输距离也低于SDH方式。22IPoverWDM的优缺点充分利用了光纤的带宽资源，极大地提高了网络带宽和传输速率。对传输速率、帧格式及调制方式透明，可以传送各种速率的ATM、SDH、Ethernet帧格式的业务。易于支持未来的宽带业务网和实现网络升级。23IPoverWDM的主要缺点在WDM波长上承载IP的最佳帧格式还没有确定。目前WDM系统还只支持点到点的网络结构。WDM系统的网络管理技术还不成熟。24三种技术的简单比较25内容提要IPoverATMIPoverSDH/SoNETIPoverWDM

多协议标记交换MPLS26MPLS的设计目标提供一种通用的标记封装方法，使得它可以支持各种网络层协议(主要是IP协议)，同时又能够在现存的各种分组网络上实现。在骨干网上采用定长标记交换取代传统的路由转发，以解决目前Internet的路由器瓶颈，并采用多层交换技术保持与传统路由技术的兼容性。在骨干网中引入QoS以及流量工程等技术，以解决目前Internet服务质量无法保证的问题，使得IP可以真正成为可靠的、面向运营的综合业务服务网。27MPLS基本原理MPLS是一种新型转发机制，采用这种机制，数据包是基于标记得到转发的。标记长度短(20比特)且固定标记可对应IP目的网络（等同于普通IP转发技术）。标记也可对应其它参数，如服务质量（qualityofservice，QoS）或源地址。MPLS支持转发除IP之外的其它协议28MPLS概念FEC：ForwardEquivalenceClass，转发等价类IPa5IPb5IPc15LER:LabelEdgeRouter标记边缘路由器LER:LabelEdgeRouter标记边缘路由器LSR:LabelSwitchingRouter标记交换路由器1535输入端口输入标记输出端口输出标记1523315223LFIB：LabelForwardingInformationBase标记转发信息表LSP:LabelSwitchedPath,标记交换路径29标记与FEC标记是一个短小、定长，且只有局部意义的连接标识符，它对应于一个转发等价类(FEC)。一个分组上增加的标记代表该分组隶属的FEC。FEC(ForwardingEquivalenceClass)指转发等价类，代表了有相同服务需求分组的子集。对于子集中所有的分组，路由器采用同样的处理方式转发。FEC一般根据给定的分组集合的业务需求或是简单的地址前缀来确定。每一个LSR都要创建一张表来说明分组是如何进行转发的，该表被称为LIB(LabelInformationBase)，表中包含了FEC-Label间的绑定关系。30FEC长度可变，甚至是一个策略描述，基于它难以实现硬件高速交换。FEC是基于网络层或更高层的管理信息得到的，而MPLS的目标之一是支持不同的网络层协议，直接使用FEC不利于实现一个独立于网络层的核心交换网。FEC-Label策略也增强了MPLS作为一种骨干网技术在路由和流量工程方面的灵活性和可伸缩性。问题：为何MPLS核心网之所以基于标记，而不是直接使用FEC进行交换？31MPLS网络的分层结构与标记栈32MPLS标记栈(LabelStack)2层头标中的协议标示符(PID:ProtocolIDentifier)指示在IP头标或者其它第三层头标位于MPLS标记之后Bottom-of-stackbit指示下一头标是标记还是第三层头标LSR仅处理最顶层的标记FrameHeaderLabel1IPHeaderPayloadLabel2Label3S=0S=0S=1PID=MPLS-IP33MPLS转发技术LSR可执行以下功能：在入口插入标签或标记栈。在核心用下一跳标记或标记栈替换标记。在出口移除标签。ATMLSR只可以用一个标记替换某个标记（VPI/VCI字段的改动）。34MPLS域MPLS转发技术（帧式）IP路由选择进程在入口分配或强加标签。核心LSR基于标签转发表的内容替换标签。标签在出口将被移除，然后用路由选择查询转发数据包。10.1.1.1IP查询10.0.0.0/8标签3LIB标签8标签3IP查询10.0.0.0/8标签5LIB标签3标签5IP查询10.0.0.0/8下一跳LIB标签5移出10.1.1.1310.1.1.1510.1.1.135MPLS域MPLS转发技术（信元式）标签(VPI/VCI)是在入口ATM边缘LSR上，于IP路由选择查询的过程中强加的。数据包将分割成信元。核心ATMLSR基于ATM转发表的内容替换标签。ATMLSR无法转发IP数据包。在出口ATM边缘LSR上，标签将被移除（信元将被重新组装成数据包），然后用路由选择查询转发数据包。10.1.1.1IP查询10.0.0.0/8标签1/3LIB标签8标签1/3IP查询10.0.0.0/8下一跳LIB标签1/5移出10.1.1.1IP查询10.0.0.0/8标签1/5LIB标签1/3标签