计算机基础课件 第8章 IP交换.ppt
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回顾IP与ATM 的融合 分组 交换电 路 交换ATM 交换1MPLS基本交换原理IP交换技术概述第八章 IP交换MPLS基本概念MPLS网络体系结构2应用广泛、技术简单，可扩展性好，路由灵活 ；但是传输效率低（分组数据报方式），无法保证服务质量IP网络技术面向连接交换技术技术先进，动态分配带宽，可满足多业务需求，快速交换、传输效率高，有服务质量保证；但是技术复杂，可扩展性不好ATM交换技术交换IP1、 IP交换技术概述3IP 与ATM融合的思想通过IP进行选路，建立基于ATM面向连接的传输通道， 利用第二层交换来加速IP分组转发的机制保持IP无连接的特性，结合ATM 硬件交换所提供的高性能将IP封装在ATM信元中，IP分组以ATM信元形式在信道中传输和交换，从而使IP分组的转发速度提高到了交换的速度集成IP路由技术的灵活性和ATM交换的高速性IP与ATM融合基本思想4集成模型 2 2重叠模型 1 1IP 与ATM融合的两种模式IP 与ATM融合的两种模式:5EverythingATMSDH/WDMEverythingTCP/IPAnythingEverythingTCP/IPATMSDH/WDMATM ViewInternet ViewOne CompromiseATM代表了 电信技术的 优势：面向 连接、高速 交换，QoS 保证IP代表了计 算机网络技 术的优势： 动态路由； 灵活性、和 可扩展性好选择IP over ATM6IP 与ATM融合的两种模式重叠模型o IP层运行在ATM层之上，把ATM网络看成另一种异型子网 o 两种独立选路协议，IP/ATM选路协议o 两个地址空间（IP地址与ATM地址）o 需要地址解析功能，IP/ATM地址映射IETF：IPOAATM论坛：LANE、MPOA实例：7IPOA网络结构LIS：logical IP subnet 逻辑IP子网，由具有相同地址前缀主机/路由器组成 ARP Server：地址解析服务器8重叠模型• 优点对IP和ATM双方的技术和设备无需进行任何改动 ，只需要在网络的边缘进行协议和地址的转换 ，减少了ATM与IP的相互限制，有利于它们独立 地发展。
IP技术和ATM技术不能有效地结合，需要维护两 个独立的网络拓扑结构、地址重复、路由功能 重复，因而网络扩展性不强、不便于管理、IP 分组的传输效率较低• 缺点9IP 与ATM融合的两种模式集成模型o ATM层与IP层对等，消除复杂网络间映射 o单一的IP地址空间和IP选路协议o 需要控制协议（将三层的选路信息映射到二层直 通交换机制）o 采用ATM交换结构，但不使用ATM信令，使用与 IP更为相容的协议10Ipsilon公司提出的IP交换Cisco公司提出的标签交换（Tag Switch) IBM推出的基于IP交换的路由聚合技术（ARIS）集成模型实例IETF推出多协议标记交换（MPLS）11集成模型特点u 传统的IP分组转发采用无连接方式逐条转发，选路基于软件查表，采用地址前缀最长匹配算法，速度 慢； u 集成模型将三层的选路映射为二层的交换连接，变无连接方式为面向连接方式，使用短的标记替代长 的IP地址，基于标记进行数据分组的转发，速度快 12重叠模型与集成模型比较特性重叠模型集成模型地址二套（ＩＰ和 ＡＴＭ地址）一套ＩＰ地址选路协议ＩＰ和ＡＴＭ选 路协议ＩＰ选路协议地址解析协议需要不需要ATM信令需要不需要IP映射至ATM连 接专用协议不需要需要13MPLS基本交换原理IP交换技术概述第八章 IP交换MPLS基本概念MPLS网络体系结构14２、MPLS的基本概念MPLS ——Multi-Protocol Label Switching MPLS利用标记（label）进行数据转发。
当分组进入网络 时，要为其分配固定长度的短的标记，并将标记与分组封 装在一起，在整个转发过程中，交换节点仅根据标记进行 转发MPLS将第二层的快速交换和第三层的路由有机地结合起来 第三层的路由在网络的边缘实施，而在MPLS的网络核心 采用第二层交换不改变现有的路由协议，对请求实现一 次路由选择，多次交换15MPLS概念理解包传输方式：广播：南辕北辙逐跳寻径：问路源路由：查地图标记：向导16MPLS与传统IP转发传统IP交换采用的是hop-by-hop的逐跳式转发 路由选择和数据转发同时进行 无连接的工作方式—分组交换中数据报方式MPLS采用面向连接的工作方式 数据转发之前先进行路由选择，通过标记来标识所选路由 数据分组依赖标记在交换节点中转发17IP ForwardingLABEL SWITCHINGIP ForwardingIPIP#L1IP#L2IP#L3IPMPLS : 边缘路由、核心交换基本思想MPLS的实质是将路由器移到网络的边缘，将快速交换机置于网络中心对 一个连接请求实现一次路由选择，多次交换18MPLS的特点（总结）通过MPLS，将第三层的选路拓扑映射到第二层的交换连 接，使用短的标记代替长的IP地址，并基于标记进行数 据分组的转发。
MPLS具有“多协议”特性，对上兼容IPv4、IPv6等多种 主流网络层协议；对下支持ATM、FR、PPP等多种链路层 协议，从而使得多种网络的互连互通成为可能MPLS采用面向连接的工作方式在数据转发之前先进 行路由选择，通过标记来标识所选路由19MPLS基本交换原理IP交换技术概述第八章 IP交换MPLS基本概念MPLS网络体系结构203、MPLS网络体系结构标记边缘路由器LER，完成数据流分类和相应标签的映射和去除 标记核心路由器LSR，完成分组转发并通过LDP建立LIB，实现标签交换21MPLS术语•FEC: Forwarding Equivalence Class•LSR: Label Switching Router•LER: Label Edge Router •LDP: Label Distribution Protocol •LSP: Label Switched Path22给属于同一FEC的数据分组加上相同的标记IP1IP2IP1IP2LSRLSRLERLERLSPIP1#L1IP2#L1IP1#L2IP2#L2IP1#L3IP2#L3等价类FECFEC：一组具有相同特性并以相似的方 式在网络中转发的数据分组。
对于相同类别的数据 分组，网络节点对其作相同处理，如：预留相同的 网络资源、赋予相同的标记，具有相同选路策略转发等价类23转发等价类划分准则目的地址和特定地址前缀匹配且服务等级参数 相同的一组分组目的地址和特定地址前缀匹配的一组分组至同一出口ＬＥＲ的一组分组源地址和目的地址相同的一组分组24包含于每个分组中的短的、具有固定长度 的值（标志），用来标识和区分转发等价类FEC标记标记映射就是将标记分配给FEC，一个FEC可以 对应多个标记，但一个标记只能对应一个FECMPLS 相关术语25标记格式标记 : 20bits； EXP(保留位) : 3bits支持QoSS(堆栈指示符) : 1bit；1表示栈底，支持多域网络TTL : 8bits 生存时间标识数据VPI/VCI数据DLCIATM 信元FR数据L3L3标记的格式依赖于分组封装所在的介质网络层分组和数据链路层头之间加入 “SHIM”标记栈数据SHIML3L2标记EXPSTTLPPP or LAN数据32bit26标记边缘路由器--LER入口： 对输入 数据分组分类 、加标记、根 据转发表将标 记分组转发到 下一个LSR出口：将标记 从分组中删除 ，作为网络分 组转发到下一 跳Label Edge Routers （LER）Label Switching Routers (LSR)27标记交换路由器LSRLabel Edge RoutersLabel Switching Routers (LSR)标记分组的转 发和交换。
通 过标记值索引 LIB表，找到 对应表项的输 出端口和输出 标记，用输出 标记替换输入 标记，从输出 端口转发出去28标记交换路由器LSR构建和维护路 由转发表，利 用路由协议交 换路由信息 执行分组转发 操作，依据分 组标签、转发 表等信息决定 下一跳的转发 出口，并根据 LFIB信息装配 下一段链路 MPLS分组的标 签信息 29MPLS 相关术语标记交换路径标记分发协议LSP，MPLS网络为具有共同特性的分 组FEC通过网络而选定的一条通路，通过标记级联形 成的逻辑信道入口LER—出口LER的数据传送路径LDP(Label Distribution Protocol) MPLS的控制协议，用于LSR之间交换和分发标签 绑定信息，完成LSP的请求建立和释放 30q通知消息（notification）：将LDP操作过程中出现 的错误和产生的故障通知给相邻的LSR 47.147.247.3123121233IP 47.1.1.1IP 47.1.1.1标记交换路径1131LDP消息流LSR #1LSR #2LSR #3HelloHello初始化初始化FEC=AFEC=A 标签=4标签=6初始化发现消息 ；会话消息；宣告消息；通知消息在相邻两个ＬＳＲ之间分发标记与ＦＥＣ的映射关系FEC输入 标记输出 标记 A4FEC输入 标记输出 标记 A46FEC输入 标记输出 标记 A6LIBLIBLIB32MPLS的有关概念（总结）LER: (标记边 缘路由器，入 口LER）出口 LERü LSR: (标记核心 路由器，上游LSR 与下游LSR）47.1.1.75dataü FEC划分 ü 加标记ü LDP(标记分发协议） ü LSP(标记交换路径）MPLS域47.1.1.75data ü LIB(标记信息表) ü LFIB(标记转发信息表)33MPLS基本交换原理IP交换技术概述第八章 IP交换MPLS基本概念MPLS网络体系结构344、MPLS基本交换原理MPLS交换采用面向连接的工作方式（1）建立连接形成标记交换路径LSP的过程（2）数据传输 数据分组沿LSP进行转发的过程（3）拆除连接在通信结束或发生故障异常时释放LSP35q 数据流驱动: 数据流到达时临时建立交换路径和标签分配，时延大。
q拓扑驱动：选路表更新消息驱动标记分配来建立LSP，预建立路径，在路由协议控制下建立转发表 q请求驱动: 根据资源预留请求消息分配标签，预建立路径，在资源预留协议RSVP控制下建立转发表，适于有特殊QoS需求的业务1）MPLS的连接建立驱动连接建立方式36下游分配上游分配下游按需分配标记分配方式（1）MPLS的连接建立37下游标记分配输入标记由本地分配，输出标记由下游节点分配，标记邦定 信息传送方向与对应数据流传送方向相反 38上游标记分配输出标记由本地分配，输入标记由上游节点分配，标记邦定 信息传送方向与对应数据流传送方向相同 39LSR1LSR2LSR3地址前缀下一跳47.0.0.0/8LSR2地址前缀下一跳47.0.0.0/8LSR3路由表路由表入标签FEC出标签——47.0.0.0/810LIB入标签FEC出标签1047.0.0.0/8——LIBdata47.1.1.75FEC: 47.0.0.0/8 标记：10请求映射请求映射每个LSR只有收到上游LSR节点发来的请求时才为该FEC分 配标记下游按需分配40标记分配示例47.147.247.3123121233Mapping: 0.40Request: 47.1Mapping: 0.50Request: 47.141指一个特定FEC在逻辑层次上经多个LSR组成的交 换式分组传输通路。
–网络开始工作后，由路由协议在各节点建立转 发表–各节点在LDP控制下建立标签信息库LIB–当一个数据传输请求抵达时，从入口到出口LER 之间各节点分配的标签映射串联起来构成标签 交换路径LSP1）MPLS的连接建立LSP的建立过程42LSP的建立过程LSPIntf。
