11. 引言F因特网无论从规模还是流量负荷上来说 ，一直呈几何级数在增长；F网络的多媒体业务和实时业务的需求， 要求网络必须支持高带宽的传输交换能 力，并提供服务质量( QoS )的保障机制 ；F具有高速交换能力和提供QoS的ATM网 是一种仍具潜力的交换技术。虚连接（Virtual Connection)F所谓叠加（Overlay）模型的IP与ATM网互连方案， 并不更改ATM网络的协议模块，而将IP等协议的功能 层次叠加在ATM之上。FATM网络实体既需要有自己独立的ATM网络地址， 也需要有对应的IP网络地址。ATM地址用于识别 ATM站点，ATM信令，虚连接（Virtual Connection） 用于传送高层的IP分组；而IP地址用于识别叠加在 ATM网络实体上的IP逻辑实体。F所有在ATM网络上工作的协议必须需要某种解析( resolution )协议，将高层地址（例如IP地址）与相应 的ATM地址联系起来。1.1 ATM承载IP业务解决方案分类1. 叠加模型F将ATM单元实体与ATM网络的地址分配策略和路由 选择协议分离，在网络互连中，ATM网络实体采用 与IP协议完全相同的协议体系和地址分配策略；F在这类互连方案里，ATM实体均以无连接网络协议 的网络地址（如IP地址）识别，传统无连接网络的路 由选择协议（例如IGP，EGP和OSPF）将取代ATM信 令统一整个互连网络；F此方法所构成的互连网络实质上是一个无连接网络。 这种模型出于它将ATM网络作为传输网络使用，用 VPI / VCI上的信元传送代替传统的分组传送，因而被 称为传递（Transit）模型，在某些文献里也被称为集 成模型（Integrated Model）。2. 传递模型MPOA局域网仿真LANE (LAN Emulaiton )Classical IPOA ( IP over ATM )叠加模型MPLS ( Multi Protocol Label Switching )TAG SwitchingIP Switching传递模型ATM论坛(ATM Forum)因特网工程 任务小组 (IETF)1.2 ATM网与IP网络的关键问题F传统路由采用不等长表项匹配查找算法，极大地影响 其处理速度。而ATM网络的交换是通过信元内固定 长度的VPI / VCI翻译实现的，其效率很高。F并将其与“ 捷径（Shortcut）” 或 直通(cut-through) 机 制结合，来提高传统路由器的速度。F所谓 “ 捷径 ”，就是指分组在传送时的处理过程不再 按照常规的方式进行，而是经过一种更为简化的处理 过程（或更短的传送路径）到达目的站点，从而提高 这些分组的传递效率。F所谓捷径建立机制，就是向各网络实体传播这些预知 信息。一旦在信源和信宿间的各有关网络实体都得到 了这一预知信息，一条捷径就建立起来了。如何提高网络的传输效率(1) 利用ATM信令建立源点到目的点的虚连接由于分组沿虚连接传输时不再需要传统路由器的处理和转发， 因此它可以完全绕开这些节点。可以证明这类捷径往往比缺省的分 组转发通路要“短”（路径的长短可以是不同的度量值，例如传输速 率，延迟等等，也可以是加权度量值），MPOA方案采用的就是这 种协议建立方式。(2) 在各网络节点寻求简化处理流程另一类捷径的建立并不是寻求较短通路，而是在各网络节点寻 求简化处理流程。目前较通用的方法是将在第三层（网络层）的分 组处理简为第二层（数据链路层）的交换，从而减少分组在节点的 逗留时间，减轻网络节点的处理负荷。从这一类捷径上传输的分组 仍然走与常规分组相同的路径，但是由子网络节点具有这些分组的 预知信息，这些分组可以直接在交换层传递出去。 MPLS，IP Switching，TAG Switching 所建立的捷径都属于这一类机制。常用的捷径建立方式主要有两种类型：在IP / ATM网络互连中，流（flow）是一个经常用到的概 念，它在近几年IP研究领域得到较广泛的应用。所谓一个流是是指一个源站点（或应用进程）与一个或 多个目的站点（或应用进程）之间的某个数据报（分组）序 列。这个数据报序列全部遵循相同的路径在网络中传播，并 在各路由器上享受相同的服务策略。可见流也是一个与时间 相关的概念。属于同一个流的数据报序列必须在时间上有先后关系， 但每个数据报之间的到达间隔时间小于一个阀值T。当在阀 值T区间内还没有分组到达时，则一个流结束。尽管其后到 达的数据报有可能仍然享受同样的服务策略，但是它应该被 认为是另一个流的开始。阀值T是一个影响网络性能的重要 参数。流与流的粒度虚连接（Virtual Connection)虚连接（Virtual Connection)T流流存在于无连接网络，但是其特征却与面向连接网络 的连接 （connection ）“ 非常相似 ”，例如它们都是临时 性的概念。面向连接网络的连接需要有一个连接建立过程，而在 无连接网络中，信源和信宿之间的各网络实体识别一个流 也需要一段识别过程。流的识别过程是一个局部事务。各节点的流识别模块 检测数据报的某个特定字段，以辨别一个信息流，并完成 相应的处理工作。具体的字段则取决于不同的流识别策略。由于流的识 别策略不同，所形成的流因而具有不同的粒度( granularity )。目前比较常见的流粒度有： 主机粒度：一个流由源地址和目的地址两个 字段所确定。 主机 + 端口粒度：一个流由源地址，端口号和 目的地址，端口号等个字段所确定。 应用粒度：一个流由端口号所确定。该端口号 为熟知端口，对应于某种特定的应用类型，如 HTTP，DNS。 子网粒度：一个流由其源地址的网络部分和目的地址的网络部分 所确定。IP / ATM网络互连方案采取了不同的流 虚连接映射 策略，从而将特定的流映射到有限的ATM虚连接上。这些流 所具有的特征，使网络将它们映射到ATM的虚连接上，能够 提高网络传输的效率。总体上可以将现有的流 虚连接映射策略划分成两大模 式：(1) 数据驱动模式； (2) 控制驱动模式。 数据驱动模式（流驱动模式）当消息流经过路由器传递时，路由器负责对每个消息 流进行监视，如果一个流传送的分组数目超过某一门限， 则路由器为该流建立一条“ 捷径 ”，即建立起该流与一条 ATM虚连接的映射关系，如果所有经过该路由器传递的消 息流所传递的分组数均达不到一定的门限值，那么路由器 将不建立任何流与虚连接的映射关系。这种模式实际上是进一步把流划分为两类： 一类需要“ 捷径 ”，这一类流持续时间较长，传送 的分组较多，被称为“长流”。 而另一类流持续时间较短，传送分组数很少，因 而不需要“捷径”映射，这一类流被称为“短流”。由于这种模式需要划分消息流，因此也被称为流驱动 模式。虚连接（Virtual Connection)流 虚连接 捷径长流短流 控制驱动模式该模式通过一些控制信息建立捷径，并将特定 的流映射到捷径上。一般说来，控制驱动模式没 有数据驱动模式那样的流划分过程，而是事先设 定相应的规则，附合这些规则的流被送往捷径传 递。流 虚连接 捷径规则控制驱动模式目前有： 请求驱动类型请求驱动类型请求驱动类型由高层应用发起建立某个流与ATM虚 连接的映射请求，底层随即为该流建立一条捷径，所有属 于该流的分组都从虚连接上传递。高层所发起的映射请求是与其它协议的协商结果，典 型的协议如QoS建立协议资源预留协议RSVP （ Resource ReserVation Protocol ）。由于目前具有QoS需求 的流比最大努力投递业务少得多，因此请求驱动类型的虚 连接建立速率要比数据驱动模式的虚连接建立速率小很多 。该类型的扩展性要强一些，但是它的缺点也是很明显的 。网络中各节点都必须具有能够处理RSVP协议模块，由 子网络边界设备往往处理能力有限，RSVP模块的增加将 显著增加边界设备的负担，从而降低网络的接入能力。 拓朴驱动类型拓朴驱动类型拓朴驱动类型所采用的控制信息是第三层路由 选择协议，如OSPF或BGP等等。路由器根据路由选择 协议所得到的路由信息建立ATM虚连接，所建立的 ATM虚连接路由与OSPF等协议建立的路由相同。由于 OSPF等协议具有选择最短通路的算法，因此依照算法 结果建立的ATM虚连接也是最优（理论上）通路。拓扑 驱动类型还有一个特点，就是所建立的虚连接所对应 的流粒度是子网粒度。这是由于OSPF等协议路由表的 基本单元是子网而不是站点。由于子网粒度是目前最 粗的流识别粒度，因此路由器需要建立的ATM虚连接数 量是最少的。MPLS，TAG Switching等方案都采用了拓 扑驱动类型。实践表明，拓扑驱动类型的应用范围比 请求驱动类型的广。F(1) 基本配置F(2) 协议结构F(3) 工作过程F(4) 网络连接Classical IP over ATM ( IPOA)规范的主要应用 ，即 ATM网上支持现状的TCP / IP 协议的网络应用。Internet 工作组: RFC 1483 _ AAL5 多协议封装RFC 1577 _ Classical IP / ARP over ATM1.3 CLASSICAL IPOALIS 1ATMARPServerARPServer路由器IPOALIS 2(1) 基本配置设置： 若干逻辑IP子网(LIS：Logical Internet Subnet )，在LIS内有地址解析协议(ARP)服务器。使用ATM AAL 5在ATM网中传送IP数据报，在同一 子网内的主机间可直接进行通信，保持了传统的IP模型使 用路由器在子网转发IP数据报。有以下几个必要条件： 属于同一个逻辑IP子网(LIS：Logical Internet Subnet )的所有成员必须配置相同的IP网址子网和子网 掩码； LIS成员均必须直接与ATM网络相连； 所有LIS成员必须拥有通过ATM ARP协议将IP地址解析 为ATM地址的机制；如果使用的是PVC，则同时也要有使用 反向地址解析协议(IN ATM ARP)将ATM地址解析为IP地址的 机制； LIS的所有成员必须能够相互通信，即一个LIS子网的 ATM逻辑网络拓朴必须是全互连的； 所有不同LIS子网的成员通信必须要经过路由器。(2) 协议结构FIPOA包括两个协议： RFC 1483 AAL 5上 的多协议封装； RFC 1577 Classical IP / ARP over ATM。应 用TCP / UDPI PAAL 5ATM 层物理层IP over ATMF当主叫用户有IP数 据报要发送时，在 ATM网的边缘使用 RFC 1483建议： AAL 5 CPCS对IP数 据报进行封装，形 成ATM信元在ATM 网内传送；F最大传送单元为 9180字节；F在IP层来看， 一个 LIS只相当于一次 hopI PRFC1483IP-PDUSNAPLLCCPCS-PDU净荷 尾部CPCS 汇聚子层公共部分SNAP 子网接入点LLC 逻辑链路控制IP地址 映射 ATM地址(3) 工作过程FARP ( Address Resolution Protocol ) 服务器 ：主叫ARPServerIn ARP( 反向 )登记新主机 IP地址- ATM地址IP ARP ATM地址SVC 呼叫请求被叫含统一ATM地址 每个LIS中的地址解析服务器( ARP Server )负责解析一 个子网内部IP地址和ATM地址的映射关系。 LIS内所有成员都知道该服务器的ATM地址，当一个新主 机进入LIS时，它将首先建立与ARP服务器的连接；连接建立 完毕后，ARP服务器将向主机发送反向地址解