1、 ATM是一種目前應用比較廣泛的基于信元的交換技術(shù)。在ATM交換網(wǎng)絡中，根據(jù)信元頭部的虛擬通道標識VPI和虛擬通路標識VCI對信元進行交換。 MPLS作為一種具有普適性的技術(shù)，提供了對下層網(wǎng)絡為ATM的支持。 雖然都屬于分組交換，但ATM交換與傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)不同。 傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)中，路由器讀取IP包頭部中的目的地址信息，將目的地址與路由表中的地址前綴進行最長匹配運算，以最佳匹配結(jié)果來做出轉(zhuǎn)發(fā)決定。這種匹配運算不是定長的部分匹配算法，算法復雜程度因地址前綴的不同而不同。通常，IP轉(zhuǎn)發(fā)運算由軟件或?qū)Ｓ眯酒瓿伞?在ATM交換中，ATM交換網(wǎng)絡對信元轉(zhuǎn)發(fā)方向的選擇完全根據(jù)信元攜帶的VPI/VCI值決

2、定，進行的是針對定長的完全匹配運算。定長匹配算法相對比較簡單，通常由硬件完成，因此ATM交換的效率比較高。 MPLS采用的也是以定長匹配算法來提高傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)的效率，某種程度上來說與ATM交換非常相似。 如果直接在ATM網(wǎng)絡上運用MPLS，VPI/VCI就成了相對意義上的標簽，現(xiàn)有的ATM交換機只需要做較少的改動就可以支持MPLS主要是對MPLS信令的擴展）。 以ATM交換機作為標簽交換路由器的應用。這些ATM交換機運行網(wǎng)絡層的路由選擇協(xié)議，而其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)就根據(jù)這些路由選擇協(xié)議的路由選擇結(jié)果，不需要ATM專用的路由選擇或?qū)ぶ贩绞健＿@類ATM交換機稱為ATM_LSR。 通常ATM_LSR使用下游按

3、需標簽分配方式，特別是對于不支持VC合并的ATM交換機。 由標簽交換控制部件Label Switching Control Component控制的ATM接口稱為LC-ATM即標簽交換控制的ATM接口。這類接口上傳輸?shù)陌鼮榧由蠘撕灥陌錁撕灄ｍ敳康臉撕炘赩PI/VCI域中。 ATM_LSR之間通過標簽分發(fā)協(xié)議LDP來協(xié)商決定標簽使用部分還是全部VPI/VCI域。 一個ATM_LSR通常具有若干個LC-ATM接口，這些接口之間以標簽方式傳輸數(shù)據(jù)包，而標簽分配過程則通過ATM_LSR之間的非標簽接口進行。當然ATM_LSR為了和其他標簽交換路由器或非標簽交換路由器連接，也可以具有一般的非標簽或標

4、簽傳輸接口如一般的ATM接口或基于幀的標簽接口）。 通常LC-ATM接口同時支持直接的和基于幀的標簽接口相連。 MPLS架構(gòu)的規(guī)定相當靈活，但由于硬件和ATM標準的約束， ATM_LSR具有一定的特殊性，在于： 由于標簽交換過程基于信元頭中特定的域VCI或VPI/VCI），所以標簽的位置和長度就受到了限制。 一般的ATM_LSR不支持多點到點或點到多點樹形的VC連接，即大多數(shù)ATM_LSR不支持VC合并。 由于受到ATM信元格式的限制， ATM_LSR通常不支持IP路由器對IP包頭所進行的TTL遞減操作功能。 ATM交換機通過ATM接口互連在一起，構(gòu)成一個ATM交換網(wǎng)絡，具有ATM_SAR分割

5、及拼接子層接口的路由器通過ATM交換機的ATM接口接入ATM交換網(wǎng)絡，整個ATM交換網(wǎng)絡是一個子網(wǎng)，如下圖所示： 路由器之間通過由人工配置或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡節(jié)點接口PNNI協(xié)議建立的永久虛電路PVC或交換虛電路SVC銜接。 在這種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)中，路由器只是邊緣設備，用于將各個子網(wǎng)接入由ATM交換機構(gòu)成的ATM交換網(wǎng)絡。ATM交換網(wǎng)絡ATM交換機PVCR2R1ATM SAR接口ATM SAR接口用ATM交換網(wǎng)連接具有ATM SAR接口的路由器網(wǎng)絡協(xié)議結(jié)構(gòu)IP報文LICHCS_PDUTATMHATMHATMHIP報文LLC幀AAL5 CS_PDU信元IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物

6、理層ATM物理層ATM物理層ATM物理層ATM物理層路由器路由器ATM交換機ATM交換機報文格式轉(zhuǎn)換 由于ATM接口具有廣域網(wǎng)范圍的傳輸距離和高速傳輸速率，很適合作為IP骨干路由器的接口。 用帶有ATM接口的IP骨干路由器構(gòu)成的IP主干網(wǎng)如下圖所示：RAR1R3R4R2RBATM接口網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物理層協(xié)議結(jié)構(gòu)IPMPLSLLCAAL5ATM物理層MPLSLLCAAL5ATM物理層IPIPMPLSLLCAAL5ATM物理層M

7、PLSLLCAAL5ATM物理層MPLSLLCAAL5ATM物理層MPLSLLCAAL5ATM物理層RAR1R3RBMPLS協(xié)議結(jié)構(gòu)IPLLCAAL5ATM物理層IPLLCAAL5ATM物理層ATM物理層ATM物理層ATM物理層ATM物理層ATM_LSR協(xié)議結(jié)構(gòu) 一個ATM_LSR由四部分構(gòu)成： 路由控制部分：通過和相鄰ATM_LSR交換路由信息，生成路由表。 標簽交換控制部分：完成標簽的分配、分發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)表的建立。 標簽交換控制ATM接口：對攜帶標簽的報文ATM信元直接進行交換。 ATM交換硬件：負責信元交換和標簽替換。路由控制部分標簽交換控制部分ATM交換硬件LC-ATMLC-ATMLC-A

8、TMLC-ATMOSPF、RIPLDP、RSVPATM_LSR結(jié)構(gòu)M 保管保管最小VPI最大VPI最小VCI最大VCIATM_LSR標簽空間定義2Byte2Byte00保管ATM標簽0201H）V長度VPIVCIATM_LSR使用的標簽格式111416輸入接口n輸入標簽VCI/VPI/VPI+VCI輸出接口m輸出標簽VCI/VPI/VPI+VCI轉(zhuǎn)發(fā)表格式 通過特定的VPI或VCI字段值，LC-ATM可以區(qū)分出是攜帶標簽的報文直接交換的ATM信元），還是需要高層處理的沒有攜帶標簽的報文不能直接轉(zhuǎn)發(fā)的ATM信元）。 這里不能直接轉(zhuǎn)發(fā)的ATM信元是指用來組成LDP消息、路由協(xié)議消息的ATM信元，這

9、些ATM信元必須在LC-ATM重新裝配成AAL5幀格式，再送交高層進行處理。 如果一個ATM_LSR的所有接口都是LC-ATM，那么它就屬于非邊緣ATM_LSR核心ATM_LSR）。 如果ATM_LSR的若干接口屬于LC-ATM，但存在其他類型的網(wǎng)絡接口，那么它就屬于邊緣ATM_LSR。 其他網(wǎng)絡通過邊緣ATM_LSR接入由ATM_LSR構(gòu)成的MPLS域ATM_LSR域），邊緣ATM_LSR就作為ATM_LSR域的入口或出口節(jié)點。 ATM交換機通過標簽控制部件支持標簽交換，標簽控制包括標簽分配、發(fā)布以及維護過程。 標簽綁定信息可以通過多種方式傳遞，主要是使用LDP。 標簽控制部件只使用從網(wǎng)絡層

10、路由選擇協(xié)議如OSPF,RIP等直接得到的信息。 在某些情況下，標簽綁定信息可能通過其他協(xié)議發(fā)布，如RSVP、BGP等此時，ATM交換機應該支持這些協(xié)議）。 標簽交換是通過將標簽值與轉(zhuǎn)發(fā)等價類FEC相關(guān)聯(lián)，從而使用標簽及其互換實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。 在ATM_LSR應用中，標簽值攜帶在VPI/VCI域或VCI域中。 ATM_LSR之間還需要一個連接來傳送非標簽的IP包，用于傳送LDP或路由選擇協(xié)議包。 目前討論的LSP建立過程只涉及兩種ATM_LSR連接方式： 直接連接方式：相鄰兩個ATM_LSR直接通過LC-ATM相連，中間不經(jīng)過任何ATM交換機。VPI、VCI及其組合均可作為標簽分配。 通過A

11、TM虛通道相連：相鄰兩個ATM_LSR可以通過一個ATM交換網(wǎng)互連，ATM_LSR接入ATM交換網(wǎng)的接口都是LC-ATM。VPI用來識別ATM交換網(wǎng)在兩個ATM_LSR之間建立的虛通道，所以只能用ATM信元的VCI作為信元的標簽。 在根據(jù)目的IP地址確定FEC的應用中，多個不通發(fā)送者到同一接收者的多條LSP可以在一些中間節(jié)點合并，這種合并可以節(jié)省有限的標簽資源，也減少了轉(zhuǎn)發(fā)表中的記錄項，從而提高LSR的轉(zhuǎn)發(fā)速率。 在ATM_LSR中VC的合并并不容易實現(xiàn)。因為合并后出口LSR無法根據(jù)相同的VPI/VCI來區(qū)分屬于不同IP報文的ATM信元，從而導致裝配過程無法進行。所以在ATM_LSR中通常不支

12、持VC合并。 VC合并的方法： 將VPI作為標簽，而將VCI用作區(qū)分不同發(fā)送者的標識符。這樣將大大降低標簽的分配空間。 ATM_LSR將屬于同一IP報文的信元全部收齊后，再連續(xù)從輸出接口轉(zhuǎn)發(fā)出去，這樣可以保證出口LSR連續(xù)接收到的一組ATM信元肯定屬于同一IP報文，但這樣增加了ATM信元的轉(zhuǎn)發(fā)時延、可能導致QoS無法實現(xiàn)，同時也增加了對緩沖器的要求。 一般的LSR每次轉(zhuǎn)發(fā)MPLS報文，都對MPLS首部中TTL字段值減一，如果發(fā)現(xiàn)TTL字段值為0，表示該MPLS報文可能進入了環(huán)路，予以丟棄。 但ATM_LSR只根據(jù)ATM信元首部的VPI/VCI字段進行轉(zhuǎn)發(fā)，ATM信元首部不涉及任何有關(guān)IP報文的

13、TTL信息，因此對進入ATM_LSR域的MPLS報文的TTL操作只能在邊緣LSR上進行。 幀中繼網(wǎng)互連IP路由器的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示： 兩個路由器可以通過幀中繼信令協(xié)議在幀中繼網(wǎng)絡中建立一條交換虛電路SVC），或通過配置幀中繼網(wǎng)絡建立永久虛電路PVC）。 建立的虛電路VC用數(shù)據(jù)鏈路連接標識符DLCI予以標識，幀中繼網(wǎng)絡中的幀中繼交換機根據(jù)數(shù)據(jù)幀所攜帶的DLCI來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，這個轉(zhuǎn)發(fā)機制和MPLS的標簽交換轉(zhuǎn)發(fā)機制非常類似。FRRBFRFRFRRA幀中繼交換機幀中繼交換網(wǎng)UNIUNI用幀中繼網(wǎng)絡互連IP路由器的拓撲結(jié)構(gòu)路由器B幀中繼交換機 幀中繼交換機 幀中繼交換機 IPLLCLAPF(中心

14、)物理層IPLLCLAPF(中心)物理層LAPF(中心)物理層LAPF(中心)物理層LAPF(中心)物理層LAPF(中心)物理層路由器A 協(xié)議結(jié)構(gòu) IP報文LICHLAPEHIP報文LLC幀幀中繼數(shù)據(jù)幀報文格式轉(zhuǎn)換 這種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)將幀中繼交換網(wǎng)絡作為核心設網(wǎng)絡，路由器作為邊緣設備，如果在路由器兩兩之間建立PVC，需要建立O（ ）條PVC。 另外，由于網(wǎng)絡不是以路由器為核心的網(wǎng)絡，其控制能力和靈活性很受限制，這些都對幀中繼網(wǎng)絡技術(shù)構(gòu)建大型IP主干網(wǎng)絡造成一定的困難。 和ATM交換網(wǎng)絡一樣，構(gòu)建大型IP主干網(wǎng)絡的路由器可以是具有幀中繼接口的高速IP路由器。拓撲結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 雖然這種由帶幀中

15、繼接口的路由器構(gòu)成的IP主干網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)和用幀中繼網(wǎng)絡互連IP路由器的拓撲結(jié)構(gòu)非常類似，但從邊緣路由器A傳送報文到邊緣路由器B的協(xié)議結(jié)構(gòu)和報文格式轉(zhuǎn)換都發(fā)生了重大變化。2nFR1RBFR2FR3FR4RA帶幀中繼接口的路由器構(gòu)成的IP主干網(wǎng)絡帶幀中繼接口的路由器 在上圖中，所有接口都是幀中繼接口的路由器稱為核心路由器，而帶有非幀中繼接口的路由器稱為邊緣路由器，即便是核心路由器，也必須將從幀中繼接口接收到的數(shù)據(jù)幀還原成IP報文，把IP報文提交網(wǎng)絡層協(xié)議處理。 由于IP報文在每個帶幀中繼接口的路由器都要進行網(wǎng)絡層相關(guān)操作如報文過濾等），同時需要根據(jù)IP報文的目的IP地址對路由表目的IP地址進行最

16、長匹配，從而確定下一跳路由器和轉(zhuǎn)發(fā)路徑，其處理IP報文的過程比較復雜，因此降低了帶幀中繼接口的路由器的IP報文的轉(zhuǎn)發(fā)速率。IPLLCLAPF(中心)物理層IPLLCLAPF(中心)物理層IPLLCLAPF(中心)物理層IPLLCLAPF(中心)物理層IPLLCLAPF(中心)物理層IPLLCLAPF(中心)物理層路由器A路由器B帶幀中繼接口路由器帶幀中繼接口路由器由帶幀中繼接口的路由器構(gòu)成的IP網(wǎng)絡的協(xié)議結(jié)構(gòu) 引進MPLS技術(shù)后，通過LSP的信令協(xié)議如LDP、擴展RSVP在邊緣路由器A和B之間建立LSP，并利用標簽交換轉(zhuǎn)發(fā)機制從邊緣路由器A把數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)發(fā)到邊緣路由器B，通過LSP傳輸數(shù)據(jù)所涉及

17、到的協(xié)議結(jié)構(gòu)如下圖所示：MPLSLLCLAPF(中心)物理層MPLSLLCLAPF(中心)物理層MPLSLLCLAPF(中心)物理層MPLSLLCLAPF(中心)物理層MPLSLLCLAPF(中心)物理層IPMPLSLLCLAPF(中心)物理層IP路由器A路由器B帶幀中繼接口LSR帶幀中繼接口LSR網(wǎng)絡協(xié)議結(jié)構(gòu) 在上面的結(jié)構(gòu)中，雖然采用了標簽交換技術(shù)，但MPLS報文的標簽和幀中繼的數(shù)據(jù)鏈路連接標識符DLCI是兩個相互獨立的符號空間。 在每一個帶幀中繼接口的標簽交換路由器中，從幀中繼接口接收到的LSPF幀必須先還原成MPLS報文，然后再對MPLS報文進行交換，在輸出端口又必須把MPLS報文重新封

18、裝成LAPF幀，從幀中繼接口中輸出，這個過程仍然十分復雜。 IP交換網(wǎng)絡的實質(zhì)是把交換功能和路由功能有機地集成在一起，這種把交換功能和路由功能有機地集成在一起的帶幀中繼接口的LSR稱之為幀中繼LSRFR_LSR）。 對于幀中繼LSR，首先把標簽空間統(tǒng)一到DLCI空間，直接將它作為標簽放置在LAPF幀首部。 其次，幀中繼LSR直接對LSPF幀進行交換，這種交換過程與幀中繼交換機完全一樣。 作為幀中繼LSR和原始的幀中繼交換機最大不通的是前者通過傳統(tǒng)的路由協(xié)議和標簽分發(fā)協(xié)議建立LSP，而不是用專用的信令協(xié)議來建立VC，它真正將幀中繼交換功能和路由功能有機地集成到了一起。幀中繼LSR幀中繼LSR I

19、PLLCLAPF(中心)物理層IPLLCLAPF(中心)物理層LAPF(中心)物理層LAPF(中心)物理層LAPF(中心)物理層LAPF(中心)物理層路由器A 幀中繼LSR構(gòu)成的IP交換網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu) 用FR_LSR構(gòu)成的IP交換網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)如下圖所示： 在下圖中，核心FR_LSR本身是一個LSR，運行傳統(tǒng)的IP路由協(xié)議和標簽分發(fā)協(xié)議；但在進行數(shù)據(jù)報文交換時，其功能和效率完全等同于一個幀中繼交換機。這就是IP交換網(wǎng)絡的精髓，既具有路由控制功能，又有交換機的交換速率。 一個FR_LSR由四部分構(gòu)成： 路由控制部分：運行傳統(tǒng)的IP路由協(xié)議生成路由表。 標簽交換控制部分：通過標簽分發(fā)協(xié)議生成、綁定、分

20、發(fā)標簽。 標簽交換控制幀中繼接口LC-FR）：對攜帶標簽的LAPF中心幀直接進行交換。 幀中繼交換硬件：負責LAPF中心幀交換和標簽替換。路由控制部分標簽交換控制部分幀中繼交換硬件LC-FRLC-FRLC-FRLC-FROSPF、RIPLDP、RSVPFR_LSR結(jié)構(gòu)保管保管長度最小DLCI最大DLCIFR_LSR標簽空間定義223700保管FR標簽0202H）長度最大DLCIFR_LSR使用的標簽格式111416 LC-FR通過檢測LAPF中心幀的DLCI字段，確定接收到的LAPF中心幀是否是攜帶標簽的數(shù)據(jù)幀。如果是，則直接通過幀中繼交換硬件交換轉(zhuǎn)發(fā)，否則送交上層協(xié)議處理。 這種檢測通過判別LAPF中心幀的DLCI字段值是否是某個特定值完成，對于不能直接轉(zhuǎn)發(fā)的LAPF中心幀，如封裝LDP消息