第九章 寬帶綜合IP網(wǎng)-2012

寬帶綜合IP網(wǎng)1內(nèi)容提要IPoverATMIPoverSDH/SoNETIPoverWDM多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS2IPoverATM將ATM技術(shù)應(yīng)用于Internet可以解決帶寬問題，也可以簡單地將ATM的QoS能力引入Internet，以滿足各種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的性能要求IP與ATM技術(shù)相結(jié)合的主要難點(diǎn)在于ATM是面向連接的技術(shù)，而IP是無連接的技術(shù)，并且兩者都有自己的編址方案和選路規(guī)程，相互間的協(xié)調(diào)配合較復(fù)雜。3IPoverATM技術(shù)分類重疊模式(OverlayModel)集成模式(IntegrationModel)4重疊模式基本思想：IP與ATM各自保持原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、協(xié)議結(jié)構(gòu)不變，通過在兩個(gè)不同層次的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)映射、地址映射和控制協(xié)議映射來實(shí)現(xiàn)IPoverATM。從IP層的角度來看，ATM層只是另一個(gè)異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)而已，它們通過IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間互連，ATM網(wǎng)絡(luò)作為傳送IP分組的數(shù)據(jù)鏈路層來使用；從ATM層來看，IP層產(chǎn)生的業(yè)務(wù)只是它承載的一種業(yè)務(wù)類型，它使用AAL5適配IP分組，將其封裝成ATM信元，使用標(biāo)準(zhǔn)ATM信令建立端到端的VC連接，并在其上傳送已封裝成ATM信元形式的IP業(yè)務(wù)流。典型方案：CIPOA(ClassicalIPoverATM)局域網(wǎng)仿真(LANE：LANEmulation)MPOA(Multi-ProtocoloverATM)5重疊模式的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：與標(biāo)準(zhǔn)的ATM網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)兼容；缺點(diǎn)：IP的傳輸效率低，地址解析服務(wù)器容易成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸，不能充分發(fā)揮ATM在QoS方面的優(yōu)勢(shì)，*不適宜用來構(gòu)造大型骨干網(wǎng)!6集成模式基本思想：讓核心網(wǎng)的ATM交換機(jī)直接運(yùn)行IP路由協(xié)議，將ATM層看作IP層的對(duì)等層，而不是為其提供服務(wù)的下一層，使用IP服務(wù)的用戶終端只需要一個(gè)IP地址來標(biāo)識(shí)，網(wǎng)絡(luò)無需再進(jìn)行IP地址到ATM地址的解析處理，也不再使用ATM信令進(jìn)行端到端VC的建立。典型方案：Ipsilon公司的IP交換技術(shù)(IPSwitching)、Cisco公司的標(biāo)記交換技術(shù)(TagSwitching)IETF制定的MPLS7集成模式中的ATM交換機(jī)ATM交換機(jī)實(shí)際上是一個(gè)多協(xié)議交換式路由器LSR(LabelSwitchingRouter)，LSR節(jié)點(diǎn)先使用IP進(jìn)行尋址和選路，然后在選好的路徑上使用ATM交換進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)。ATM交換機(jī)的VPI/VCI表是由IP路由協(xié)議和基于TCP/IP的其他標(biāo)記分發(fā)控制協(xié)議創(chuàng)建和維護(hù)，而不是由標(biāo)準(zhǔn)的ATM信令建立和維護(hù)的；ATM交換機(jī)仍然基于VPI/VCI實(shí)現(xiàn)分組轉(zhuǎn)發(fā)；8集成模式的優(yōu)缺點(diǎn)集成模式的優(yōu)點(diǎn)：綜合了第三層路由的靈活性和第二層交換的高效性，IP分組的傳輸效率高，可以充分發(fā)揮ATM面向連接的全部優(yōu)點(diǎn)；集成模式的缺點(diǎn)：協(xié)議較為復(fù)雜，與標(biāo)準(zhǔn)ATM技術(shù)不兼容。*目前IPoverATM的主流是采用集成模式，它適合于組建大型IP骨干網(wǎng)。9內(nèi)容提要IPoverATM

IPoverSDH/SoNETIPoverWDM多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS10IPoverSDH引入IP/ATM/SDH的問題：當(dāng)骨干網(wǎng)承載的主要是IP業(yè)務(wù)時(shí)帶寬利用率不高.除了SDH所需的大約4%的固定開銷外，IP分組到ATM信元的封裝還會(huì)增加18%～25%的開銷；在面向連接的ATM網(wǎng)上傳送無連接IP業(yè)務(wù)，導(dǎo)致IPoverATM網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備成本高，難以管理。同時(shí)IP協(xié)議的簡單性也被破壞。11IPoverSDH引入IPoverSDH的封裝:IP/PPP/HDLC/SDH12PPP簡介：組成部分PPP協(xié)議運(yùn)行在HDLC協(xié)議之上，它由以下三部分組成：在一條串行鏈路上使用多個(gè)協(xié)議的封裝方法。在同一條鏈路上同時(shí)復(fù)用不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的方法。鏈路控制協(xié)議(LCP：LinkControlProtocol)。支持連接的建立和配置選項(xiàng)的協(xié)商。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(NCP：NetworkControlProtocol)。在PPP鏈路建立之后，PPP將使用NCP第三層協(xié)議選項(xiàng)和參數(shù)。例如IP地址和壓縮選項(xiàng)。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簡介：建鏈過程14IPoverPPP/HDLCoverSDHPPP采用類HDLC的成幀機(jī)制，可以運(yùn)行在各種物理接口之上，如RS232、RS422和V.35等。標(biāo)志碼地址FF控制協(xié)議信息字段校驗(yàn)和FCS標(biāo)志碼標(biāo)志碼：表示HDLC幀的開始或結(jié)束，其值固定為01111110地址字段：值為固定的11111111控制字段：缺省值為00000011，表明是一個(gè)無編號(hào)幀，也就是說，缺省情況下PPP沒有采用序列號(hào)和確認(rèn)來進(jìn)行可靠的傳輸。協(xié)議字段：為16bit，其取值由IETF定義，表明信息字段中裝載的是哪一類分組。信息字段：其長度可變，缺省最大長度為1500字節(jié)。通過協(xié)商，PPP允許使用其他缺省最大長度。15工作原理16IP分組通過PPP直接映射到SDH/SONet幀結(jié)構(gòu)上，省去了中間的ATM層，簡化了IP骨干網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。將IP網(wǎng)絡(luò)建立在SDH/SONet傳輸平臺(tái)上，兼容各種不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連。IPoverSDH采用PPP，可對(duì)現(xiàn)有的多種成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IP、IPX等)進(jìn)行封裝，支持多協(xié)議傳輸。IPoverSDH保留了IP的無連接特性，易于兼容不同技術(shù)體系和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間互連。IPoverSDH/SONet的優(yōu)點(diǎn)17IPoverSDH目前尚不支持VPN和電路仿真。IPoverSDH目前只能提供CoS，而不能提供很好的QoS和流量工程。支持綜合業(yè)務(wù)的能力弱。IPoverSDH/SONet的缺點(diǎn)18內(nèi)容提要IPoverATMIPoverSDH/SoNETIPoverWDM多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS19在發(fā)端將不同波長的光信號(hào)經(jīng)波分復(fù)用后送入一根光纖中傳輸，在接收端通過光分路器分解不同波長的光信號(hào)并將它們送到不同的接收端。IPoverWDM的幀結(jié)構(gòu)主要有SDH格式和千兆以太網(wǎng)格式兩類。工作原理20采用SDH幀格式的優(yōu)點(diǎn)：SDH幀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護(hù)切換之類的工作，管理信息可以輔助WDM系統(tǒng)完成OTN的管理。其缺點(diǎn)：IP分組的大小很難與SDH幀的大小匹配，因此路由器在進(jìn)行SDH幀的組裝和拆分(SAR)處理時(shí)會(huì)影響設(shè)備的吞吐量和性能；

1)SDH幀格式21

2)千兆以太網(wǎng)格式采用千兆以太網(wǎng)幀格式的優(yōu)點(diǎn)成本低，路由器無需SAR操作。采用千兆以太網(wǎng)幀格式也有利于桌面到骨干網(wǎng)協(xié)議的統(tǒng)一.缺點(diǎn)：封裝效率稍低；以太網(wǎng)幀格式中不含管理信息，難以對(duì)WDM傳輸網(wǎng)的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，傳輸距離也低于SDH方式。22IPoverWDM的優(yōu)缺點(diǎn)充分利用了光纖的帶寬資源，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸速率。對(duì)傳輸速率、幀格式及調(diào)制方式透明，可以傳送各種速率的ATM、SDH、Ethernet幀格式的業(yè)務(wù)。易于支持未來的寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。23IPoverWDM的主要缺點(diǎn)在WDM波長上承載IP的最佳幀格式還沒有確定。目前WDM系統(tǒng)還只支持點(diǎn)到點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)還不成熟。24三種技術(shù)的簡單比較25內(nèi)容提要IPoverATMIPoverSDH/SoNETIPoverWDM

多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS26MPLS的設(shè)計(jì)目標(biāo)提供一種通用的標(biāo)記封裝方法，使得它可以支持各種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(主要是IP協(xié)議)，同時(shí)又能夠在現(xiàn)存的各種分組網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)。在骨干網(wǎng)上采用定長標(biāo)記交換取代傳統(tǒng)的路由轉(zhuǎn)發(fā)，以解決目前Internet的路由器瓶頸，并采用多層交換技術(shù)保持與傳統(tǒng)路由技術(shù)的兼容性。在骨干網(wǎng)中引入QoS以及流量工程等技術(shù)，以解決目前Internet服務(wù)質(zhì)量無法保證的問題，使得IP可以真正成為可靠的、面向運(yùn)營的綜合業(yè)務(wù)服務(wù)網(wǎng)。27MPLS基本原理MPLS是一種新型轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，采用這種機(jī)制，數(shù)據(jù)包是基于標(biāo)記得到轉(zhuǎn)發(fā)的。標(biāo)記長度短(20比特)且固定標(biāo)記可對(duì)應(yīng)IP目的網(wǎng)絡(luò)（等同于普通IP轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)）。標(biāo)記也可對(duì)應(yīng)其它參數(shù)，如服務(wù)質(zhì)量（qualityofservice，QoS）或源地址。MPLS支持轉(zhuǎn)發(fā)除IP之外的其它協(xié)議28MPLS概念FEC：ForwardEquivalenceClass，轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類IPa5IPb5IPc15LER:LabelEdgeRouter標(biāo)記邊緣路由器LER:LabelEdgeRouter標(biāo)記邊緣路由器LSR:LabelSwitchingRouter標(biāo)記交換路由器1535輸入端口輸入標(biāo)記輸出端口輸出標(biāo)記1523315223LFIB：LabelForwardingInformationBase標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)信息表LSP:LabelSwitchedPath,標(biāo)記交換路徑29標(biāo)記與FEC標(biāo)記是一個(gè)短小、定長，且只有局部意義的連接標(biāo)識(shí)符，它對(duì)應(yīng)于一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(FEC)。一個(gè)分組上增加的標(biāo)記代表該分組隸屬的FEC。FEC(ForwardingEquivalenceClass)指轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類，代表了有相同服務(wù)需求分組的子集。對(duì)于子集中所有的分組，路由器采用同樣的處理方式轉(zhuǎn)發(fā)。FEC一般根據(jù)給定的分組集合的業(yè)務(wù)需求或是簡單的地址前綴來確定。每一個(gè)LSR都要?jiǎng)?chuàng)建一張表來說明分組是如何進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的，該表被稱為LIB(LabelInformationBase)，表中包含了FEC-Label間的綁定關(guān)系。30FEC長度可變，甚至是一個(gè)策略描述，基于它難以實(shí)現(xiàn)硬件高速交換。FEC是基于網(wǎng)絡(luò)層或更高層的管理信息得到的，而MPLS的目標(biāo)之一是支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，直接使用FEC不利于實(shí)現(xiàn)一個(gè)獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)層的核心交換網(wǎng)。FEC-Label策略也增強(qiáng)了MPLS作為一種骨干網(wǎng)技術(shù)在路由和流量工程方面的靈活性和可伸縮性。問題：為何MPLS核心網(wǎng)之所以基于標(biāo)記，而不是直接使用FEC進(jìn)行交換？31MPLS網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)與標(biāo)記棧32MPLS標(biāo)記棧(LabelStack)2層頭標(biāo)中的協(xié)議標(biāo)示符(PID:ProtocolIDentifier)指示在IP頭標(biāo)或者其它第三層頭標(biāo)位于MPLS標(biāo)記之后Bottom-of-stackbit指示下一頭標(biāo)是標(biāo)記還是第三層頭標(biāo)LSR僅處理最頂層的標(biāo)記FrameHeaderLabel1IPHeaderPayloadLabel2Label3S=0S=0S=1PID=MPLS-IP33MPLS轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)LSR可執(zhí)行以下功能：在入口插入標(biāo)簽或標(biāo)記棧。在核心用下一跳標(biāo)記或標(biāo)記棧替換標(biāo)記。在出口移除標(biāo)簽。ATMLSR只可以用一個(gè)標(biāo)記替換某個(gè)標(biāo)記（VPI/VCI字段的改動(dòng)）。34MPLS域MPLS轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)（幀式）IP路由選擇進(jìn)程在入口分配或強(qiáng)加標(biāo)簽。核心LSR基于標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表的內(nèi)容替換標(biāo)簽。標(biāo)簽在出口將被移除，然后用路由選擇查詢轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。10.1.1.1IP查詢10.0.0.0/8標(biāo)簽3LIB標(biāo)簽8標(biāo)簽3IP查詢10.0.0.0/8標(biāo)簽5LIB標(biāo)簽3標(biāo)簽5IP查詢10.0.0.0/8下一跳LIB標(biāo)簽5移出10.1.1.1310.1.1.1510.1.1.135MPLS域MPLS轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)（信元式）標(biāo)簽(VPI/VCI)是在入口ATM邊緣LSR上，于IP路由選擇查詢的過程中強(qiáng)加的。數(shù)據(jù)包將分割成信元。核心ATMLSR基于ATM轉(zhuǎn)發(fā)表的內(nèi)容替換標(biāo)簽。ATMLSR無法轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包。在出口ATM邊緣LSR上，標(biāo)簽將被移除（信元將被重新組裝成數(shù)據(jù)包），然后用路由選擇查詢轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。10.1.1.1IP查詢10.0.0.0/8標(biāo)簽1/3LIB標(biāo)簽8標(biāo)簽1/3IP查詢10.0.0.0/8下一跳LIB標(biāo)簽1/5移出10.1.1.1IP查詢10.0.0.0/8標(biāo)簽1/5LIB標(biāo)簽1/3標(biāo)簽