在ATM網絡支持IP技術介紹

2019-11-04 20:49:34

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供稿：網友

　　過去十來年中，ATM成為下一代網絡的重要技術，它可以提供空前的可伸縮性和性價比，以及對將來的實時業務、多媒體業務等的支持。在將來的信息體系中，ATM將扮演重要的角色。但是，目前的信息體系，即LAN和WAN，建立在網絡層協議如ip、IPX、AppleTalk等的基礎上，因此，ATM的成功及Internet的發展的要害是現有的網絡技術和ATM的互操作，而實現這一目的的要害是相同的網絡層協議，如IP、IPX，同時應用于現有的網絡和ATM上，因為給高層協議和應用提供統一的網絡視角是網絡層的任務。到目前為止，已有了多種在ATM上運行IP的方法，如：ATM論壇的LANE和MPOA、IETF的CLIP和NHRP、Ipsilon網絡公司的IP交換和Cisco公司的標記交換，下面將逐一介紹。
　　
　　　　一、簡介
　　
　　　　ATM和現有的協議體系，非凡是網絡層的IP、IPX等協議，在很長的時間內共存，如何在單一網絡上實現現有網絡協議和ATM、如何將ATM與傳統網絡互連，是廣大研究人員、設計人員和業者研究的課題。然而，ATM和IP源于不同的技術團體和基礎，有著各自的應用。IP的目的是以不確定的狀態將分組發送到目的地，它是非連接的，沒有服務質量的保證；而ATM的目的是提供有保證的綜合業務，是面向連接的，基于快速的固定長度信元的交換。ATM和IP的巨大差異使得有效地將二者集成成為難題。
　　
　　　　在ATM網絡中支持IP有兩種不同的模型，這兩種模型以不同的角度看待ATM協議層和IP的關系。
　　
　　　　第一種是對等模型，在本質上將ATM層看作IP的對等層，這種模型建議在ATM網絡中使用與基于IP的網絡中相同的地址方案，因此ATM端點將由IP地址來識別，ATM信令將攜帶這樣的地址，且ATM信令的路由也使現有的網絡層路由協議。因為使用了現有的路由協議，對等模型就排除了開發新的ATM路由的需要。對等模型在簡化了端系統地址治理的同時，很大程度上增加了ATM交換機的復雜度，因為ATM交換機必須具有多協議路由器的功能，支持現有的地址方案和路由協議。此外，現有的路由協議是基于當前的LAN和WAN開發的，不能很好地映射到ATM中及使用ATM的服務質量特性。
　　
　　　　在目前的解決方案中，IP交換和標記交換是基于對等模型的。
　　
　　　　另一種模型稱作子網或覆蓋模型，將ATM層與現有協議分開，定義了全新的地址體系，即現有協議將運行于ATM之上。此覆蓋模型需要定義新的地址體系和相關的路由協議，所有的ATM系統需要同時被賦予ATM地址和它要支持的高層協議地址。ATM地址空間邏輯地與高層協議的地址空間相分隔，沒有任何相關性。因此，所有運行于ATM子網上的協議需要某種ATM地址解析協議以把高層協議(如IP)地址映射到相應的ATM地址。這種將ATM與高層協議分開的方法答應各自獨立的開發，在實用的工程角度這非常重要。
　　
　　　　在目前的解決方案中，LANE、MPOA和CLIP是基于覆蓋模型的。
　　
　　　　二、LANE
　　
　　　　1、如何在傳統LAN上運行IP？
　　
　　　　在傳統的LAN中，當源主機想給同子網的目的主機發送分組時，它檢查其ARP緩存看是否已經知道與目的主機IP地址相聯系的硬件地址(MAC地址)，假如已經知道，就把帶有目的主機的IP地址和MAC地址的分組發送出去。假如目的MAC地址未知，源主機就發送一個ARP請求分組，ARP請求是本地廣播分組，將被子網中所有主機接收，目的主機識別到自己的IP地址后，在ARP回應分組中回答其MAC地址，源主機接收到ARP回應并把它存到自己的ARP表中，現在源主機就可以發送含有正確的目的IP地址和MAC地址的分組了。
　　
　　　　2、ATM LAN必須仿真什么功能？
　　
　　　　(1)由于傳統LAN是介質共享網絡，很輕易提供廣播服務并實現ARP，ATM網必須模擬這一功能，由BUS(廣播和未知服務器)實現。
　　
　　　　(2)一般來說，傳統LAN中的每個主機都有其MAC地址和IP地址，直接連到ATM網的主機除了具有ATM地址外，也必須有MAC地址和IP地址。
　　
　　　　(3)ATM主機必須提供與MAC協議給網絡層協議提供的接口服務相同的服務，如NDIS或ODI類驅動接口。
　　
　　　　3、LANE如何工作？
　　
　　　　顧名思義，LANE的功能是在ATM網絡上仿真LAN，LANE協議定義了仿真IEEE 802.3以太網或802.5令牌環網的機制。LANE協議定義了與現有LAN給網絡層提供的服務相同的接口，在ATM網絡中傳輸的數據以相應的LAN MAC分組格式封裝。每個ELAN(Emulated LAN)由一組LANE客戶(LEC)和LANE服務構成。LEC還可以是作為ATM主機代理的網橋和路由器。LE服務由三個不同的功能實體構成：LAN仿真配置服務器(LECS)、LAN服務器(LES)和BUS，這三個服務實體可以各自存在，但通常位于同一設備，例如：LES可以位于ATM交換機、路由器、網橋和工作站。
　　
　　　　下面是LANE中的工作站與另一工作站通信的步驟：
　　
　　　　(1)初始化LEC需要知道LECS的ATM地址并與其建立連接，這通過ILMI或眾所周知(well-known)的LECS地址完成，這個過程中的任何時刻LEC都可以與手工配置的LECS地址建立雙向配置直達VCC。這個過程中，LEC將獲取該ELAN的LES的ATM地址。
　　
　　　　(2)登記這是LEC給LES提供地址信息，如MAC地址的機制。此過程中將在LEC和LES之間建立一對連接，即雙向點到點控制直達VCC，及單向點到多點控制分布VCC。
　　
　　　　(3)地址解析這是LEC從LES學習目的站點ATM地址的方法，由ATM地址解析協議實現，答應LEC建立數據直達VCC以傳送幀。這時在LEC和BUS之間建立雙向點到點組播發送VCC和單向點到多點組播轉發VCC。
　　
　　　　(4)數據傳輸當源站點和目的站點等待建立數據直達VCC的過渡時期里，BUS可以把幀轉發給該ELAN中的所有LEC，當數據直達VCC建立后，通信就從原來的路由(BUS)切換到新的路由，為了保證幀的順序，信息清空協議(flush message PRotocol)被用以通知BUS：在開始使用新的路由傳輸幀時，清空請求被發送到BUS并轉發到該ELAN中所有LEC，然后不再有幀通過BUS(舊路由)，所有幀將通過數據直達VCC(新路由)發送到目的站點。
　　
　　　　需要說明的是：在ATM論壇規范中描述的上述過程中，并沒有提到從IP地址到MAC地址的解析。下面是傳統LAN的主機與ATM主機通信的全過程：
　　
　　　　(1)為確定目的站點的MAC地址，源主機廣播一個含有IP地址的ARP請求，這是任何IP網絡的標準過程，ARP請求到達傳統LAN上的LAN/ATM網橋。
　　
　　　　(2)在LAN/ATM網橋上的LEC將廣播分組通過組播發送VCC轉發給BUS，BUS通過組播轉發VCC給ELAN中的所有成員發送ARP請求。
　　
　　　　(3)目的站點收到ARP請求并識別出自己的IP地址，作為回應，它把自己的MAC地址放到ARP回應中。因為這還不是到LAN/ATM網橋的直達VCC，目的站點的LEC把ARP回應通過組播發送VCC發送給BUS，BUS通過組播發送VCC將其轉發給LAN/ATM網橋。
　　
　　　　(4)LAN/ATM網橋通過傳統LAN把ARP回應傳給源主機。
　　
　　　　(5)這時源主機擁有了目的站點的MAC地址，開始通過LAN傳送數據。
　　
　　　　(6)網橋通過組播發送VCC把分組傳給BUS，BUS把分組轉發到目的站點。
　　
　　　　(7)同時，LAN/ATM網橋上的LEC通過控制直達VCC向LES發送LE-ARP請求，詢問與目的站點的MAC地址相對應的ATM地址，假如LES沒有該映射，則通過控制分布VCC向所有LEC發送LE-ARP請求，目的站點LEC收到該請求后把自己的ATM地址放進LE-ARP回應并通過控制直達VCC發回LES。
　　
　　　　(8)源LEC通過控制直達VCC從LES收到LE-ARP回應，抽取ATM地址并在源和目的之間建立數據直達VCC。
　　
　　　　(9)數據直達VCC建立后，從網橋傳來的分組將通過數據直達VCC傳輸，取代BUS。
　　
　　　　4、LANE的優點和局限
　　
　　　　因為LANE提供與現有MAC協議給網絡層提供的驅動相同的服務接口，不需要改變該驅動，這將加速ATM的發展和應用。但是，LANE的功能是使ATM的特性對高層協議透明，因此它使高層協議不能利用ATM固有的優點，尤其是其服務質量保證。新完成的LANE2.0版為ATM端系統間的通信提供局部治理的服務質量，該協議提供機制以確定是否支持期望的服務質量。每種局部定義的服務質量可以包含信息以指示以該服務質量建立的VCC是否可以被其他協議或應用所共享。
　　
　　　　盡管LANE提供在ATM網絡子網內橋接的有效方式，但子網間的業務仍需要通過路由器轉發，因此，ATM路由器很可能成為瓶頸，下面談到的MPOA將解決子網間通信的效率問題。
　　
　　　　三、CLIP(Classical IP over ATM)
　　
　　　　1、原理
　　
　　　　為了在ATM網絡上運行IP，IETF采用了邏輯獨立IP子網(LIS)的概念。象通常的IP子網一樣，一個LIS包含一組連接到單一ATM網絡的IP節點(如主機或路由器)，它們屬于同一IP子網。ATM LIS的行為很象傳統的IP子網，為了在LIS內解析節點的地址，每個LIS提供一個ATMARP服務器，該LIS內的所有節點(LIS客戶)被配置以該ATMARP服務器的ATM地址。當LIS中一個節點出現時，它首先建立與ATMARP服務器的連接。一旦ATMARP服務器檢測到一個新的LIS客戶的連接，它就向該客戶發送一個反向ARP請求，詢問該節點的IP地址和ATM地址，并保存在其ATMARP表中。隨后，LIS中的任意想解析目的IP地址的節點將向該服務器發送ATMARP請求，假如地址映射被找到，則服務器返回ATMARP回應，否則，它返回一個ATM_NAK響應以表示沒有該映射，服務器定期清除地址映射表，除非客戶對其周期性的反向ARP請求給予響應。一旦LIS客戶獲取了與IP地址相對應的ATM地址，它就可以與該地址建立連接。分組封裝和地址解析的協議分別在RFC1483和RFC1577中定義。
　　
　　　　然而，因為RFC1577中定義的地址解析協議保留了主機對于向子網外站點發送分組必須經過缺省路由器的要求，所以捷徑VCC只能在同一子網內的節點間建立，否則源站點必須把分組轉發給缺省路

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