多媒體通信網絡技術(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 M信元， 以 ATM信元形式在信道中傳輸。 當網絡中的交換機接收到一個 IP數據包時， 它首先根據 IP數據包的 IP地址通過某種機制進行路由地址處理， 按路由轉發。 隨后， 按已計算的路由在 ATM網上建立虛電路（ VC）。 以后的 IP數據包將在此虛電路 VC上以直通 （ CutThrough式傳輸， 再經過路由器， 從而有效地解決了IP的路由器的瓶頸問題， 并將 IP包的轉發速度提高到交換速度。 48 用 ATM來支持 IP業務有兩個必須解決的問題： 其一是 ATM的通信方式是面向連接的， 而 IP是面向無連接的， 要在一個面向連接的網上承載一個面向無連接的業務， 有很多問題需要解決， 如呼叫建立時間、 連接持續期等等； 其二是 ATM是以 ATM地址尋址的， IP通信是以IP地址來尋址的， 而 IP over ATM是以 ATM網絡來承載 IP數據包的， 因此， IP地址和 ATM地址之間的映射是一個很大的難題。 IP over ATM分層模型與封裝示意如圖 。 49 圖 IP over ATM分層模型與封裝示意圖 音 頻 、 視 頻 、 數 據 1…IPATMS D HIPA T MS D HW D M2 3450 1. 迭加模式是指 IP網的尋址是迭加在ATM尋址的基礎上的 ， 通俗一點說 ， 在迭加模式中 ATM的尋址方式是不變的 ， IP地址在邊緣設備中映射成 ATM地址 ， IP包據此傳向另一端邊緣設備 。 迭加模式的最大特點是在 ATM網中不論是用戶網絡信令還是網絡間信令均不變 ， 對 ATM網來說 ， IP業務只是它承載的業務之一 ， ATM的其他功能照樣存在 ， 不受影響 。 迭加模式的優點是采用標準的 ATM Forum或 ITUT的信令標準 ， 與標準的 ATM網絡及業務兼容 。 51 缺點是傳送 IP包的效率較低 。 迭加模式最典型的有局域網仿真 （ LANE） 、 在 ATM上傳送傳統的 IP（ CIPOA： Classical IP over ATM）和 ATM上的多協議 （ MPOA： Multiprotocol over ATM） 等 。 但該技術對組播業務的支持僅限于邏輯子網內部 ， 子網間的組播需通過傳統路由器 ， 因而對廣播和多發業務效率較低 。 52 1） Classical IP over ATM(CIPOA) CIPOA的目的是把 ATM作為 IP的低層數據鏈路層 ， 而應用層還是基于傳統的 IP。 最初在傳統 IP網中實現 ATM只是用 ATM替代了LAN線 ， 正因如此 ， ATM網絡需要分割成不同的邏輯子網 （ LIS） ， LIS之間通信需要路由器 。 在 ATM網中沒有廣播功能 ， 因此 ， 傳統的廣播地址解析協議 （ ARP） 被基于客戶 /服務器模式的 ATM ARP協議所取代 。 53 CIPOA的每個包需要經過特別封裝后才能在 ATM SVC/PVC鏈路上傳輸， 而封裝所遵循的協議為 “ 路由 LLC/SNAP”。 一個缺省的邏輯鏈路 /子網接入協議（ LLC/SNAP）封裝 8字節段， 用來在 ATM上傳送 IP和 ATM ARP包， 這些包用 AAL5封裝適配后直接映射到 ATM信元中， 這些信元用虛連接（預定的 PVC或交換式的 SVC）傳送。 對于 SVC的呼叫建立， 需要ATM論壇的 。 由于采用了 “ 路由 LLC/SNAP”封裝協議， CIPOA的傳輸效率比 “ VC Muxing”封裝方式更高， 并且由于使用了 SVC或 PVC， 因此其組網方式也比較靈活。 54 當然 ， CIPOA存在不足之處 ， 主要有兩點： 第一是 CIPOA在建立連接和傳輸 IP數據包的過程中 ， 若要跨 LIS， 則就要經過路由器 ， 因此 ， 如果網絡的范圍越大 ， 可能經過的路由器越多 ， 網絡延時就越大 。 由于路由器層成為了網絡性能的瓶頸 ， 因此 ， CIPOA僅適合小型 ATM網絡 。 其次是 CIPOA不支持多址傳遞和廣播業務 ， 若要在 ATM網絡上傳輸 IP廣播包 ， 則不能使用 CIPOA。 55 2） LANE局域網仿真 LANE是 ATM論壇推出的用來在 ATM網上仿真 Eerth/ Token Ring/。 利用局域網仿真 ， 現有的 LAN應用能在 ATM網上進行通信 ， 就像在傳統的用 MAC地址進行尋址的 LAN上一樣 ， 可提供組播和廣播數據傳送 。 LANE運行在 MAC層 ， 任何第三層協議可在其上運行 ， 相反 ， CIPOA只能運行 IP協議 。 56 ATM網絡上提供局域網仿真 LANE目的 ， 是實現 LAN通過 ATM網絡進行互聯的同時 ， 為LAN從共享媒體到 ATM網絡的平穩過渡 ， 基于這兩點考慮 ， LANE可以放置于路由器中或者是本地的 LAN的服務器 。 LANE設計時有兩個基本出發點： 57 (1) LANE協議的設計不應該影響現有的LAN的工作方式 ， 即在 LAN的內部不應該發生任何改動 ， LAN的終端用戶仍舊可以使用原有的應用程序進行工作 ， 并不需要作任何更改 ， 保護原有的硬件和軟件的投資 。 (2) LANE協議的實現不應該包含在 ATM交換機中 ， 因為 LANE顯然是一種過渡策略 ， 是為 ATM網絡和局域網互聯設立的一種協議方式 ， 不應該進入 ATM交換機 ， 否則隨著時間的增長 ， 不同的適配協議都將進入交換設備 ， 使得交換軟件變得非常復雜和難以管理 。 所以在 ATM網絡上的 LANE下信息的傳輸應該作為無差別的數據 。 58 這樣最直接的方式是將 LANE協議放入路由器中 ， 不同 LAN通過相應的 LANE路由器和遠端的 LAN進行相連 ， 這是一個非常不錯的主張 。 考慮到 LAN通過路由器可能會和遠端的服務器相連 ， 同時在 LANE環境中遠端服務器可能還需完成其他以下局域網的操作 ， 提供多個局域網互聯情況下的虛擬局域網 VLAN(Virtual Local Area Network)的業務 ， 即多個 LAN中的用戶可以組成虛擬網絡 ， 好像他們是在同一個LAN上工作 ， 所有遠端服務器上還必須運行相應的 LANE的軟件 。 圖 LANE仿真協議結構 ， 在這個結構中 ， ATMLAN之間的轉換部分并沒有命名為 LANE路由器 ， 是因為該部分只進行了 MAC協議轉換 。 59 圖 LANE協議結構 M A CA T M 主機 A T M 交 換 機 A T M L A N 轉換 L A N 主機應 用 軟 件第 三 層 協 議( T C P / I P , I P X 等 )N D I S / O D I 接口L A N 仿真A A L 5A T M物 理 層 物 理 層A T M物 理 層 物 理 層A T MA A L 5應 用 軟 件第 三 層 協 議( T C P / I P , I P X 等 )N D I S / O D I 接口M A C物 理 層L A N仿真橋 接60 在 LANE 運行環境中， 用戶設備 (工作站或計算機 )是直接和傳統的局域網相連的， 局域網通過LAN/ATM轉換設備與 ATM交換機相連， 然后再和遠端的 ATM主機相聯系。 在 LAN主機向 ATM主機傳送信息過程中， LAN/ATM轉換設備接收到局域網分組后， 去除校驗 FCS(Frame Check Sequence)， 并加上標志頭， 送往 AAL5協議分拆成適合 ATM網絡傳送的信元形式。 在 ATM主機端可以執行相逆的操作過程， 將信元形式的數據通過 AAL5重新組裝成 LANE形式。 61 由于 LANE是工作在第二層， 可以支持不同上層協議如 IPX、 TCP/IP、 DEC網絡等， 所以這種方式可以非常方便地建立各種 LAN的 互聯。 根據上面的分析我們可以看到， LANE是已有的局域網、 ATM交換網絡以及 LANE設備為基礎組成的一個網絡平臺， 這個網絡平臺能夠使不同 LAN網絡互通時傳輸速率大大提高， 而且能夠給用戶提供原有局域網所能提供的所有服務。 可以認為， LANE是在傳統 LAN網絡上疊加一層高速局域網。 62 LANE協議采用的是客戶機 /服務器(Client/Server)模式， 原有 LAN主機運行的客戶機程序， 執行簡單操作； ATM主機相當服務器， 完成對整個 LANE網絡的配置， 執行模擬廣播操作等功能。 根據加載的設備和運行功能的具體功能不同， LANE 協議可分為： 局域網仿真客戶機 LEC(LAN Emulation Client)、 局域網仿真服務器 LES(LAN Emulation Server)以及局域網仿真配置服務器 LECS(LAN Emulation Server)和廣播未知服務器 BUS(Broadcast and Unknown Server)， 其中最為重要的是 LEC和LES兩部分軟件。 LANE的組成邏輯配置如圖， 下面分別介紹 LANE的協議組成。 63 圖 ATM局域網仿真配置結構 LESA T M 網絡LECA T M 主機LEC路 由 器 / 網橋 路 由 器L A N / A T M 轉 換 器LECLEC其他 L A N E 網絡 LEC ： L A N E 客 戶 機 L E S ： L A N E 服 務 器L E C S ： L A N E 配 置 服 務 器 B U S ： 未 知 廣 播 服 務 器L E C SB U SL A N 主機64 LEC： 在 LANE中組成單元是 LAN， LEC是作為 LAN和 ATM主機等 LANE的端點系統的代理 (Agent)接入 LANE網絡 ， 主要完成 MAC地址和 ATM地址的轉換 ， 所以每個 LEC都有相應的 ATM地址標號 ， 作為 ATM網絡中進行通信的基礎 。 LES： LES為一個特定的 LANE的控制和管理軟件 ， 完成動態登錄和 MAC地址轉換工作 ， 是 LANE在 ATM網絡上順利運營基礎 。 65 LECS： LECS負責提供整個 ATM網絡的配置消息 ， 包括向 LEC提供 LES地址 。 BUS： BUS用于完成廣播 (點到多點 )數據傳輸功能 , 用于傳送未知目標地址信息流或是特定的廣播信息 ， 對于前者類似于局域網的廣播傳輸機制 。 66 LES、 LECS和 BUS作為 LANE的服務器軟件 ， 在整個 LANE中的位置非常靈活 ， ATM論壇并沒有規定這些軟件運行的位置 ， 實際上它們可以運行于 ATM交換機 、 ATM主機和ATM/LAN轉換設備 。 為了保證維護和管理的方便并且提高系統的可靠性 ， 大多數廠家需在網絡設備上實施這些服務器軟件 ， 而一般不在工作站上實現 。 67 盡管 LANE可以大大簡化網絡配置和維護 ， 并且支持各種聯網協議 ， 但它仍有許多不足之處： 由于 LAN是以支持數據業務為主 ， 因此 ， 其所有發起的 ATM SVC連接都屬于沒有指定比特率的連接 ， QoS級別較低 。 所以 ， 當網絡數據流量較大時 ， LAN不適宜于實時性較強的應用 ， 比如話音和視頻等 。 68 3） MPOA MPOA（ Multiple Protocol over ATM）可以認為是對 LANE和 CIPOA 的進一步擴展 ， 目的是提供一種高性能 、 低延遲 ， 并可以承載多種高層協議的網絡互聯技術 ， 實現網絡層協議和 ATM協議的映射 ， 建立網絡層上的VPN(Virtual Private Network)， 從而充分利用ATM提供的各種服務性能 。 為實現上述目標 ， MPOA采用了虛擬路由器 （ Virtual Router） 的概念： 首先 ， 由于 LANE路由器在鏈路層上完成協議轉換