【正文】 1 高級計算機網(wǎng)絡 北京郵電大學 授課教師 : 孫斌 2 第五講 網(wǎng)絡層 之 IP交換 3 IP交換的概念 ? 利用第二層交換來加速經(jīng)過一個網(wǎng)絡的 IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)的機制和協(xié)議 ? IP交換利用交換的高帶寬和低時延優(yōu)勢，提高網(wǎng)絡性能，對于運營者增加容量和開放實時業(yè)務意義重大 ? 第三層交換（ Layer 3 Switching）如果僅考慮IP，則稱為 IP交換。 ? 一個 IP交換系統(tǒng)提供第三層 IP路由和轉(zhuǎn)發(fā)及加速第二層 IP交換的服務。 4 IP over ATM 兩類基本互通模型 ATM上的 IP LANE （ ATM F） CLPOA （IETF） 重疊模型 MPOA （ ATM F） NHRP （ IETF） 綜合模型 IPNNI （ ATM F） IP交換 /Tag交換（ IETF） MPLS （ IETF） 5 流驅(qū)動的解決方案 ? 在一個特定 IP流上操作，此 IP流定義為具有相同源 IP地址，目的 IP地址和端口號的一個分組序列 ? 流的前幾個分組被路由通過網(wǎng)絡，只有重定向過程完成后，流“尾”才在直通路徑上通過 ? 不適合在大網(wǎng)的核心運作 6 拓撲驅(qū)動的解決方案 ? 基于一個 IP交換機的 IP路由實體中運行的路由協(xié)議所維護的 IP網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu) ? 與反映一個目的網(wǎng)絡的目的 IP前綴相關(guān)的新標簽被產(chǎn)生和分發(fā)至路由區(qū)域的 IP交換機，所有指定到一個特定目的網(wǎng)絡的業(yè)務流遵循一條基于此新標簽的交換路徑 ? 性能和可擴展性更強 7 IP交換的實現(xiàn)策略 ? 原有設(shè)備和系統(tǒng)進行升級和改造 ? 設(shè)計功能完善的高性能 IP交換機 ? 第三層技術(shù)實現(xiàn)原則 – 以軟件為主實現(xiàn)路由器的主要功能 – 完全用 ASIC硬件以線速來實現(xiàn)路由器的路由，轉(zhuǎn)發(fā)，流控，管理，服務質(zhì)量等功能 8 IP交換模型 ? 疊加模型 – 包括運行在一個獨立的 ATM層之上的一個 IP層 – 由運行 IP路由協(xié)議 、具有 IP地址的 IP設(shè)備和運行 ATM信令及路由協(xié)議、具有 ATM地址的ATM設(shè)備（ IP主機、 IP路由器、 ATM交換機等）組成 ? 對等模型 – IP交換機組件維護一個單一的 IP地址空間 – 支持一個獨立控制協(xié)議，用于將 IP業(yè)務流映射到直通路徑上 9 IP交換分類 ? 疊加模型 – 流驅(qū)動： MPOA – 地址解析： CIPOA， LANE， NHRP，MARS ? 對等模型 – 流驅(qū)動： IFMP/GSMP， CSR/FANP – 拓撲驅(qū)動： Tag Switching， MPLS， ARIS 10 Ipsilon 的 IP交換模型 ? 基于流驅(qū)動，把輸入數(shù)據(jù)流分為兩種類型 – 對持續(xù)期長的用戶數(shù)據(jù)流提供快速直通路徑 ? FTP， Tel， HTTP – 對持續(xù)期短的用戶數(shù)據(jù)流利用缺省路徑轉(zhuǎn)發(fā) ? DNS， SMTP， SNMP ? 根據(jù) Ipsilon 公司的統(tǒng)計，超過 80％ 的 IP分組（超過 90％ 的字節(jié)流量）屬于持續(xù)期長、業(yè)務量大的用戶數(shù)據(jù)流 11 Ipsilon 的 IP交換模型（續(xù)） ? Ipsilon首先提出 IP交換的概念（ 1996） ? 定義了叫作 IP交換機的新設(shè)備，本質(zhì)上它是連接到 ATM交換機上的路由器，去除了所有 ATM論壇的協(xié)議 ? 頒布了兩個 RFC協(xié)議（ RFC1953/1987） – IFMP （ Ipsilon Flow Management Protocol） – GSMP （ General Switch Management Protocol） 12 IFMP和 GSMP ? 在統(tǒng)一運行標準 IP選路協(xié)議的相鄰 IP交換機網(wǎng)絡上， IFMP 和 GSMP 提供了一種附加的功能 – 對數(shù)據(jù)流進行分類，以判斷是否可以交換而不是選路 – 進而利用由 ATM信元交換機所構(gòu)成的第二層交換式通路進行轉(zhuǎn)發(fā) 13 IFMP和 GSMP（續(xù)） ? IFMP – 運行在相鄰的 IP交換機控制器之間，使得兩個相鄰的 IP交換機能夠?qū)ν粋€數(shù)據(jù)流的信元進行分類并重新標記 VPI/VCI值 ? GSMP – 運行在 IP交換機內(nèi)部的 IP交換機控制器和ATM交換機之間，使得 IP交換機的路由實體能夠控制 ATM交換機內(nèi)部的資源和連接表 14 Ipsilon IP交換機組成 IP交換機控制器 選路協(xié)議 GSMP 數(shù)據(jù)流分類器 ATM 交換機 GSMP ATM ATM 15 Ipsilon IP交換功能模型 數(shù)據(jù)流 1 數(shù)據(jù)流 1 路由器 路由器 交換機 交換機 IP交換機 IP交換機 重新標記數(shù)據(jù)流 重新標記數(shù)據(jù)流 重新標記數(shù)據(jù)流 選路通路 交換通路 16 Ipsilon IP 交換的優(yōu)點 ? 對于持續(xù)期長、業(yè)務量大的用戶數(shù)據(jù)流，由于利用 ATM虛通路的傳輸能力，因此傳輸時延小、傳輸容量大 ? 對于持續(xù)期短、業(yè)務量小的用戶數(shù)據(jù)流，由于節(jié)省了建立 ATM虛電路的開銷，效率得到提高 ? 控制簡單 17 Ipsilon IP 交換的缺點 ? 僅支持網(wǎng)絡層的 IP 協(xié)議 ? 在沿途的每一個 IP交換機中監(jiān)測流，以建立直通路徑，從而導致了高時延 ? 效率依賴于用戶業(yè)務分布 – 對于大多數(shù)業(yè)務是持續(xù)期短的情況下， IP 交換機只相當于中等速率的路由器 18 標記交換 (Tag Switching) ? Cisco公司 1996年提出的拓撲驅(qū)動的 IP交換協(xié)議。 ? 沿著路由通路給標記交換設(shè)備分配標記，標記的創(chuàng)建和分發(fā)依靠反映網(wǎng)絡拓撲變化的選路協(xié)議信息（如目的端地址前綴） ? 去往特定目的地的分組被添加相應標記并在標記交換網(wǎng)絡中轉(zhuǎn)發(fā)，用簡單的標記表查詢和替換操作代替路由表查詢 ? 網(wǎng)內(nèi)不需要對 3層進行處理，提高了轉(zhuǎn)發(fā)速度。 19 標記交換（續(xù)） ? 集成了選路和交換，將第二層的速度、性能管理和質(zhì)量管理功能與第三層路由的擴展性和靈活性結(jié)合起來 ? 基本目標是提高骨干路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能，支持大規(guī)模選路系統(tǒng) ? 把不同的網(wǎng)絡層選路服務（如組播、COS等等）與基于標記的轉(zhuǎn)發(fā)機制聯(lián)系起來 ? 標記交換轉(zhuǎn)發(fā)方法可用于任何介質(zhì)封裝 20 標記交換網(wǎng)絡的組件 ? 標記 ? 標記分發(fā)協(xié)議（ TDP） ? 標記邊緣路由器（ TER） ? 標記交換機路由