摘要：介紹了ＩＰ與ＡＴＭ的融合技術_ＡＴＭ多協議技術（ＭＰＯＡ）的基本功能、系統組成及工作原理，在此基礎上闡述了ＬＡＮＥ、ＭＰＯＡ在ＡＴＭ交換機上具體研究與實現，包括ＭＰＳ、ＮＰＣ、ＮＨＳ、路由器以及ＬＥＣＳ、ＬＥＳ、ＬＥＣ的研究與實現。

　　要害詞：ＡＴＭ多協議技術（ＭＰＯＡ）　局域網仿真（ＬＡＮＥ）

　　隨著互連網在全球范圍內的日前普及，多媒體ＩＰ業務對傳輸信道的要求越來越寬，對服務質量的要求越來越高，用寬帶ＡＴＭ網絡承載ＩＰ業務成為重要的技術發展方向。ＴＣＰ／ＩＰ協議為網絡提供了最廣泛的應用支持，而ＡＴＭ技術則為共享媒體類型的網絡數據傳送能力低的問題提供了一個較好的解決方案，所以ＩＰ與ＡＴＭ的融合已成為今后網絡發展的必然趨勢。ＩＰ與ＡＴＭ的融合技術主要分為兩類：重疊模型和集成模型。重疊模型有基于ＡＴＭ的傳統ＩＰ技術（ＣＩＰＯＡ）、基于ＡＴＭ的多協議技術（ＭＰＯＡ）。由于集成模型在標準的制定方面還處于完善階段，所以我們在ＡＴＭ交換機上前期實現了ＭＰＯＡ、ＬＡＮＥ技術。

　　1　ＭＰＯＡ的基本原理

　　ＭＰＯＡ能支持多種網絡協議，除支持ＩＰ協議之外，還支持所有可進行路由的協議，如ＩＰＸ、ＡＰＰＬＥＴＡＬＫ等，它直接把網絡層地址映射為ＡＴＭ地址，它引入了虛擬路由器的概念，使主機間能建立直接的ＡＴＭ虛電路，從而利用ＡＴＭ網絡為ＩＰ（或其它）用戶提供高速直達數據鏈路，既可以充分利用ＡＴＭ網絡資源，發展ＡＴＭ上的ＩＰ用戶業務，又可以解決目前ＴＣＰ／ＩＰ技術在路由器中碰到的瓶頸。ＭＰＯＡ系統是基于客戶機/服務器體系結構的。其中，ＭＰＯＡ包括：ＭＰＯＡ客戶機（ＭＰＣ）和ＭＰＯＡ服務器（ＭＰＳ）以及下一跳解析協議（ＮＨＲＰ），它們通過局域網仿真（ＬＡＮＥ）相連。

　　ＭＰＯＡ和ＬＡＮＥ、ＮＨＲＰ結合在一起通過ＡＴＭ網絡提供第二層和第三層的集成，答應ＩＰ與其它協議在ＡＴＭ上運行，且改變了由于網上的傳輸連接需要多個傳統路由器逐段轉發造成的瓶頸狀態，使網上的傳輸連接只需經過一個跳頻，實現了直通，避免了網中使用多個路由器帶來的弊端，加快了傳輸速度。

　　1.1　ＭＰＯＡ系統組成

　　在ＡＴＭ交換機上實現ＭＰＯＡ技術，需由ＭＰＯＡ邊緣設備、ＭＰＯＡ路由服務器和仿真局域網ＥＬＡＮ三大部分完成。ＭＰＯＡ系統由ＭＰＣ和ＭＰＳ、傳統路由功能、ＥＬＡＮ組成，ＭＰＳ一般包含ＮＨＳ。

　　1.2　ＭＰＯＡ基本功能

　　ＭＰＯＡ系統包含兩個基本邏輯部件，即ＭＰＣ和ＭＰＳ。ＭＰＣ的主要功能是建立和釋放互連網間的直連通路，ＭＰＣ具有網絡層轉發功能，但不具有網絡層尋徑功能。ＭＰＳ的主要功能是為ＭＰＣ提供數據包轉發所需的信息，負責向ＭＰＣ提供網絡層最優路由信息。ＭＰＳ中包含ＮＨＲＰ協議體制中的ＮＨＳ。ＭＰＳ與ＮＨＳ和路由器完成ＭＰＣ接入直連路由請求，并給出口ＭＰＣ提供ＤＬＬ封裝信息，并將該封裝信息存到該ＭＰＣ之中。

　　ＭＰＯＡ使用ＡＴＭ模擬多協議路由器。多協議路由器的路由功能是通過運行ＲＩＰ（路由信息協議）或ＯＳＰＦ（最短路徑優先協議）而實現的。也就是說，在多協議路由器中應能實現傳統路由器的路由功能。另外，此傳統的路由器也應能完成ＴＣＰ／ＩＰ協議、ＡＲＰ協議、ＩＣＭＰ協議、ＵＤＰ協議。

　　ＭＰＯＡ設備采用的是標準的ＬＡＮＥ連接，同一ＥＬＡＮ內的數據通信是直達的，而只有當不同ＥＬＡＮ間進行數據通信時方啟動ＭＰＣ、ＭＰＳ等。ＬＡＮＥ包括局域網仿真配置服務器（ＬＥＣＳ）、局域網仿真服務器（ＬＥＳ）、局域網仿真客戶機（ＬＥＣ）。ＬＥＣＳ負責保存仿真局域網中ＬＥＣ以及ＭＰＯＡ的ＭＰＳ和ＭＰＣ的配置信息，并向新安裝的ＬＥＣ發送ＬＥＳ的ＡＴＭ地址。每個治理域只有一個ＬＥＣＳ，它為本域中的所有ＥＬＡＮ服務。ＬＥＳ提供ＭＡＣ地址與ＡＴＭ地址的映射功能。每個ＥＬＡＮ只有一個ＬＥＳ。每個ＬＥＳ用一個專用的ＡＴＭ地址來標識。ＬＥＣ是所仿真的局域網的客戶機，它向現有的局域網提供媒體訪問控制子層（ＭＡＣ）的服務接口，代理原ＬＡＮ的所有終端與ＡＴＭ網絡傳送數據，完成地址解析，實現ＥＬＡＮ中的所有終端間的通信。每個ＬＥＣ由一個唯一的ＡＴＭ地址來標識，而且與一個或多個可通過該ＡＴＭ地址到達的ＭＡＣ地址相連。

　　1.3　ＭＰＯＡ工作原理

　　ＭＰＯＡ系統的過程包括ＭＰＣ和ＭＰＳ的配置過程；ＭＰＣ和ＭＰＳ的登記過程；ＭＰＯＡ地址解析過程；ＭＰＣ和ＭＰＳ建立和維護Cache的過程。另外ＭＰＯＡ地址解析過程還包括一般的地址解析過程；重發Ｒｅｔｒｙ機制；Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ機制。ＭＰＯＡ一般的地址解析過程概括如下：

　　首先ＬＥＣ分析收到的數據包為出子網的時，就送給Ｉ＿ＭＰＣ。Ｉ＿ＭＰＣ一收到數據包，就判定是否要為發送數據端和接收數據端建立一條直連通道，如需要，它就向Ｉ＿ＭＰＳ發送ＭＰＯＡ解析請求，請求解析接收數據端的ＡＴＭ地址；Ｉ＿ＭＰＳ收到請求皇，把它轉變為ＮＨＲＰ解析請求，發給ＮＨＳ；ＮＨＳ來尋路由，轉發給適當的Ｅ＿ＭＰＳ；Ｅ＿ＭＰＳ根據情況把ＮＨＲＰ解析請求轉變為ＭＰＯＡ　Ｃａｃｈｅ強置請求發給數據接收端相連的Ｅ＿ＭＰＣ（通過ＩＰ＿ＡＲＰ和ＬＥ＿ＡＲＰ找到Ｅ＿ＭＰＣ）；Ｅ＿ＭＰＣ收到此請求后，把自己的ＡＴＭ地址解析結束。發送數據端的Ｉ＿ＭＰＣ可以在它和接收數據端的Ｅ＿ＭＰＣ之間建立直連通道Ｓｈｏｒｔｃｕｔ，以后這兩端的數據可在此直連通道上發送。

　　2　ＭＰＯＡ的研究與實現

　　ＭＰＯＡ軟件主要遵循ＡＴＭ　Ｆｏｒｕｍ的《Ｍｕｌｔｉ－Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｏｖｅｒ　ＡＴＭ　Ｖｅｒｓｉｏｎ1.0》標準完成，主要分為四大部分軟件來實現：ＭＰＯＡ客戶（ＭＰＣ）軟件、ＭＰＯＡ服務器（ＭＰＳ）軟件、下一跳解析協議服務器（ＮＨＳ）軟件及路由器軟件。

　　ＬＡＮＥ局域網仿真軟件主要遵循ＡＴＭ　Ｆｏｒｕｍ的《ＬＡＮ　Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｏｖｅｒ　ＡＴＭ　Ｖｅｒｓｉｏｎ1.0》標準完成，主要分為兩部分軟件來實現：局域網仿真客戶（ＬＥＣ）軟件和局域網仿真服務器（ＬＥ　Ｓｅｒｖｅｒ）軟件。

　　ＭＰＳ、ＮＨＳ、路由器軟件、ＬＥＳ、ＬＥＣＳ軟件運行于ＡＴＭ交換機的主控板上，采用Ｖｘｗｏｒｋｓ實時多任務操作系統，編程采用ＳＤＬ語言和Ｃ語言，軟件編程工具采用ＳＤＴ及ＶＣ++。ＭＰＣ、ＬＥＣ軟件運行于ＡＴＭ交換機的前端處理器上，自編調度程序，編程采用Ｃ語言。

　　2.1　ＭＰＳ功能研究與實現

　　ＭＰＳ的主要功能是為ＭＰＣ提供數據包轉發所需的信息，即ＭＰＳ轉換ＭＰＯＡ請求為ＮＨＲＰ請求，使得請求能使用ＮＨＲＰ協議經過網絡到達目的點，負責向ＭＰＣ提供網絡層最優路由信息。ＭＰＳ響應維護終端的命令實現了軟件初始化、啟動處理、刪除處理等功能，和ＬＡＮＥ共同完成了ＭＰＳ配置、注冊，和ＭＰＣ共同實現了ＭＰＯＡ地址解析功能、ＭＰＯＡ的保持機制、ＭＰＯＡ的Ｋｅｅｐ　ａｌｉｖｅ機制和各種原因引起的Ｐｕｒｇｅ的處理。

　　在ＳＤＴ環境下，它包括ＭＰＳ控制、人口ＭＰＳ（ＩＭＰＳ）、出口ＭＰＳ（ＥＭＰＳ）和Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ模塊。另外實現ＭＰＳ功能，它還必須包括控制治理模塊、維護數據庫模塊及硬件接口驅動程序。控制治理模塊完成消息的接收和分發，維護數據庫模塊完成ＭＰＯＡ及ＬＡＮＥ靜態數據的保存和維護。ＭＰＳ完成的主要功能為：ＭＰＳ配置功能；ＭＰＳ注冊功能；ＭＰＳ的ＭＰＯＡ地址解析功能；Ｃａｃｈｅ　治理；Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ機制；Ｒｅｔｒｙ重發機制。

　　2.2　ＭＰＣ功能研究與實現

　　ＭＰＣ的主要功能是建立和釋放子網間的直連通路（Ｓｈｏｒｔｃｕｔ），ＭＰＣ具有網絡層數據傳輸功能，ＭＰＣ響應維護終端的命令實現了軟件初始化、啟動處理、刪除處理等功能，和ＬＡＮＥ共同完成了ＭＰＣ配置、注冊，和ＭＰＳ共同實現了ＭＰＯＡ地址解析功能、ＭＰＯＡ的保持機制、ＭＰＯＡ的Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ機制和各種原因引起的Ｐｕｒｇｅ的處理，同時ＭＰＣ軟件通過Ｃａｃｈｅ治理機制、Ｒｅｔｒｙ機制實現了對直連通路（ｓｈｏｒｔｃｕｔ）的治理。

　　ＭＰＣ外部模塊的接口包括ＭＰＣ控制、入口ＭＰＣ（ＩＭＰＣ）、出口ＭＰＣ（ＥＭＰＣ）和Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ模塊。另外還有ＯＳ調度程序和硬件接口驅動程序。ＭＰＣ完成的主要功能為：ＭＰＣ配置功能；ＭＰＣ注冊功能；ＭＰＣ的ＭＰＯＡ地址解析功能；ＭＰＣ的數據傳輸功能；Ｃａｃｈｅ治理；Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ機制；Ｒｅｔｒｙ重發機制；Ｐｕｒｇｅ機制。

　　2.3　ＮＨＳ功能研究與實現

　　ＮＨＳ響應維護終端的命令實現了軟件初始化、啟動處理、刪除處理等功能，ＮＨＳ通過對路由器軟件的一個函數的調用可以得到訪問某個網段的下一跳路由ＩＰ地址，即和路由器共同完成對目的站的下一跳的ＩＰ地址及ＡＴＭ地址的確定。ＮＨＳ完成的主要功能為：ＮＨＳ尋經功能；ＮＨＳ解析功能。

　　2.4　路由器功能研究與實現

　　在ＭＰＯＡ系統中，路由器軟件的主要功能是負責發出或響應ＩＰ＿ＡＲＰ請求，尋徑與轉發數據包，包就是傳統路由器的功能。

　　路由器軟件是通過ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統和其應用組件ＲＩＰ（Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）來實現的。路由器軟件包括ＩＰ、ＴＣＰ、ＵＤＰ、ＡＲＰ、ＲＡＲＰ、ＲＩＰ幾種協議軟件包。它是一個虛擬路由器，它用軟件模擬一個傳統路由器，負責在不同子網之間轉發數據。它通過ＰＶＣ與ＬＥＣ模塊交換信息，并通過ＰＶＣ與其它的路由器連接，負責ＡＲＰ地址解析和數據轉發。路由器軟件模擬了傳統路由器的端口_以太網接口，通過這些端口與ＬＥＣ和其它路由器交換信息。

　　2.5　ＬＡＮＥ功能研究與實現

　　本次開發的局域網仿真軟件主要遵循ＡＴＭ　Ｆｏｒｕｍ　的《ＬＡＮ　Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｏｖｅｒ　ＡＴＭ　Ｖｅｒｓｉｏｎ1.0》標準完成，同時為了支持ＡＴＭ上的多協議傳輸（ＭＰＯＡ）業務，增加了部分《ＬＡＮ　Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｏｖｅｒ　ＡＴＭ　Ｖｅｒｓｉｏｎ2-ＵＮＮＩ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ》中的內容。主要分為兩大部分軟件來實現：局域網仿真客戶（ＬＥＣ）軟件和局域網仿真服務器（ＬＥ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）軟件。局域網仿真服務器軟件又分為：ＬＥＣＳ軟件、ＬＥＳ軟件和ＢＵＳ軟件。ＬＥＣＳ、ＬＥＳ、ＬＥＣ、ＢＵＳ均接收和響應維護終端的命令，對自身數據進行設置、更新、上報。

　　ＬＥＣＳ軟件完成的功能為：負責各ＥＬＡＮ中ＬＥＣ的初始配置，按照指定的分配策略將ＬＥＣ分配到合適的ＥＬＡＮ中，負責維護其治理范圍內所有ＥＬＡＮ的信息，此外，ＬＥＣＳ需要為ＭＰＯＡ部件進行初始配置。

　　ＬＥＳ軟件完成的功能為：完成仿真局域網的控制、協調功能。記錄加入到該仿真局域網的ＬＥＣ的信息，提供ＭＡＣ地址及其對應的ＡＴＭ地址的注冊及地址解析服務，維護該ＥＬＡＮ中的所有ＬＥＣ的信息。

　　ＢＵＳ軟件完成的功能為：實現數據廣播、點到多點數據和未知目的的ＡＴＭ地址的注冊及未知目的ＡＴＭ地址數據的傳送功能。

　　ＬＥＣ軟件完成的功能為：ＬＥＣ模塊和ＬＡＮＥ　Ｓｅｒｖｅｒ模塊共同完成局域網仿真功能，主要是完成局域網仿真功能，主要是完成ＬＡＮＥ的配置、加入、本地ＭＡＣ地址注冊以及地址解析。ＬＥＣ還為ＭＰＯＡ系統服務，主要包括對ＭＰＣ模塊的啟動和刪除，對ＭＰＣ、ＭＰＳ模塊的配置參數傳遞，以及處理ＭＰＳ模塊的地址解析請求，ＬＡＮＥ系統與ＭＰＯＡ系統之間的所有接口操作，最終目的是為了不同子網之間的數據通信，為高層應用軟件提供一個ＭＡＣ層的仿真以太網接口。

　　3　結語

　　ＡＴＭ技術和ＩＰ技術均是當前通信領域中發展的熱點，因此二者的結合也就成為今后發展的一個重要方向，ＭＰＯＡ技術為二者的結合提供了一個較理想的解決方案。因此對ＭＰＯＡ系統的研究具有比較重要的現實意義。目前，我們開發的具有ＭＰＯＡ、ＬＡＮＥ系統軟件的ＡＴＭ交換機已經通過系統測試，并聯網使用。