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，以滿足各種實時業(yè)務(wù)的性能要求IP與ATM技術(shù)相結(jié)合的主要難點在于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，通過在兩個不同層次的網(wǎng)絡(luò)之間進行數(shù)據(jù)映射、地址映射和控制協(xié)議映射來實現(xiàn)IPoverATM。從IP層的角度來看，ATM層只是另一個異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)而已，它們通過IP協(xié)議實現(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，使用標準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：優(yōu)點：與標準的ATM網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)兼容；缺點：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，*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交換機直接運行IP路由協(xié)議，將ATM層看作IP層的對等層，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IP地址來標識，網(wǎng)絡(luò)無需再進行IP地址到ATM地址的解析處理，也不再使用ATM信令進行端到端VC的建立。典型方案：Ipsilon公司的IP交換技術(shù)(IPSwitching)、Cisco公司的標記交換技術(shù)(TagSwitching)IETF制定的MPLS7集成模式中的ATM交換機ATM交換機實際上是一個多協(xié)議交換式路由器LSR(LabelSwitchingRouter)，LSR節(jié)點先使用IP進行尋址和選路，然后在選好的路徑上使用ATM交換進行分組轉(zhuǎn)發(fā)。ATM交換機的VPI/VCI表是由IP路由協(xié)議和基于TCP/IP的其他標記分發(fā)控制協(xié)議創(chuàng)建和維護，而不是由標準的ATM信令建立和維護的；ATM交換機仍然基于VPI/VCI實現(xiàn)分組轉(zhuǎn)發(fā)；8集成模式的優(yōu)缺點集成模式的優(yōu)點：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；集成模式的缺點：協(xié)議較為復(fù)雜，與標準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協(xié)議的封裝方法。在同一條鏈路上同時復(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)議選項和參數(shù)。例如IP地址和壓縮選項。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的成幀機制，可以運行在各種物理接口之上，如RS232、RS422和V.35等。標志碼地址FF控制協(xié)議信息字段校驗和FCS標志碼標志碼：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，表明是一個無編號幀，也就是說，缺省情況下PPP沒有采用序列號和確認來進行可靠的傳輸。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傳輸平臺上，兼容各種不同的技術(shù)標準，容易實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連。IPoverSDH采用PPP，可對現(xiàn)有的多種成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IP、IPX等)進行封裝，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)體系和實現(xiàn)網(wǎng)間互連。IPoverSDH/SONet的優(yōu)點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18內(nèi)容提要IPoverATMIPoverSDH/SoNETIPoverWDM多協(xié)議標記交換MPLS19在發(fā)端將不同波長的光信號經(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：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：IP分組的大小很難與SDH幀的大小匹配，因此路由器在進行SDH幀的組裝和拆分(SAR)處理時會影響設(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：封裝效率稍低；以太網(wǎng)幀格式中不含管理信息，難以對WDM傳輸網(wǎng)的性能進行監(jiān)測，傳輸距離也低于SDH方式。22IPoverWDM的優(yōu)缺點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)和實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級。23IPoverWDM的主要缺點在WDM波長上承載IP的最佳幀格式還沒有確定。目前WDM系統(tǒng)還只支持點到點的網(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)議標記交換MPLS26MPLS的設(shè)計目標提供一種通用的標記封裝方法，使得它可以支持各種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(主要是IP協(xié)議)，同時又能夠在現(xiàn)存的各種分組網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)。在骨干網(wǎng)上采用定長標記交換取代傳統(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)機制，采用這種機制，數(shù)據(jù)包是基于標記得到轉(zhuǎn)發(fā)的。標記長度短(20比特)且固定標記可對應(yīng)IP目的網(wǎng)絡(luò)（等同于普通IP轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)）。標記也可對應(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)等價類IPa5IPb5IPc15LER:LabelEdgeRouter標記邊緣路由器LER:LabelEdgeRouter標記邊緣路由器LSR:LabelSwitchingRouter標記交換路由器1535輸入端口輸入標記輸出端口輸出標記1523315223LFIB：LabelForwardingInformationBase標記轉(zhuǎn)發(fā)信息表LSP:LabelSwitchedPath,標記交換路徑29標記與FEC標記是一個短小、定長，且只有局部意義的連接標識符，它對應(yīng)于一個轉(zhuǎn)發(fā)等價類(FEC)。一個分組上增加的標記代表該分組隸屬的FEC。FEC(ForwardingEquivalenceClass)指轉(zhuǎn)發(fā)等價類，代表了有相同服務(wù)需求分組的子集。對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LSR都要創(chuàng)建一張表來說明分組是如何進行轉(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，甚至是一個策略描述，基于它難以實現(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不利于實現(xiàn)一個獨立于網(wǎng)絡(luò)層的核心交換網(wǎng)。FEC-Label策略也增強了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)之所以基于標記，而不是直接使用FEC進行交換？31MPLS網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)與標記棧32MPLS標記棧(LabelStack)2層頭標中的協(xié)議標示符(PID:ProtocolIDentifier)指示在IP頭標或者其它第三層頭標位于MPLS標記之后Bottom-of-stackbit指示下一頭標是標記還是第三層頭標LSR僅處理最頂層的標記FrameHeaderLabel1IPHeaderPayloadLabel2Label3S=0S=0S=1PID=MPLS-IP33MPLS轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)LSR可執(zhí)行以下功能：在入口插入標簽或標記棧。在核心用下一跳標記或標記棧替換標記。在出口移除標簽。ATMLSR只可以用一個標記替換某個標記（VPI/VCI字段的改動）。34MPLS域MPLS轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)（幀式）IP路由選擇進程在入口分配或強加標簽。核心LSR基于標簽轉(zhuǎn)發(fā)表的內(nèi)容替換標簽。標簽在出口將被移除，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標簽3LIB標簽8標簽3IP查詢10.0.0.0/8標簽5LIB標簽3標簽5IP查詢10.0.0.0/8下一跳LIB標簽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)容替換標簽。ATMLSR無法轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包。在出口ATM邊緣LSR上，標簽將被移除（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標簽1/3LIB標簽8標簽1/3IP查詢10.0.0.0/8下一跳LIB標簽1/5移出10.1.1.1IP查詢10.0.0.0/8標簽1/5LIB標簽1/3標簽