IP交换技术
ip交换技术的原理和实际应用
IP交换技术的原理和实际应用1. IP交换技术的概述IP交换技术是一种基于Internet协议（IP）的数据交换技术。
它是一种通过将数据以数据包（Packet）的形式在网络中进行路由和交换的方式，使得数据能够高效地传输到目标地址。
在当前互联网基础设施中，IP交换技术广泛应用于各种网络设备和应用场景中，为我们的日常生活和工作提供了便利。
2. IP交换技术的原理IP交换技术的实现原理主要包括以下几个方面：2.1 IP数据包的封装与解封装IP数据包的封装是指将上层应用数据按照一定规则进行封装，形成符合IP协议格式的数据包。
封装过程包括将数据加入IP协议头部和尾部校验等相关信息。
解封装是指将接收到的IP数据包从网络层解析出应用数据。
2.2 数据包的路由和交换数据包的路由是指在网络中根据路由表信息，选择合适的路径将数据包发送到目标地址。
路由表中包含了各个网络的连接关系以及相应的出口接口信息。
数据包的交换是指在网络中根据目的地址将数据包转发到下一跳路由器。
2.3 数据包的转发与转发表在IP交换技术中，数据包的转发是通过交换机实现的。
交换机内部有一张转发表，用于保存目的地址和相应转发接口的映射关系。
根据目的地址，交换机会查询转发表，找到最佳的出口接口，并将数据包转发到该接口。
3. IP交换技术的应用场景IP交换技术在现代网络中有广泛的应用场景，以下列举了几个典型的应用场景：3.1 企业网络在企业内部网络中，IP交换技术被广泛应用于局域网（LAN）的搭建和管理。
通过使用IP交换技术，企业可以建立高效的网络通信基础设施，实现内部各个部门和办公楼之间的数据通信。
3.2 云计算和数据中心在云计算和大型数据中心中，IP交换技术被用于构建虚拟化网络。
通过将物理网络资源虚拟化为逻辑网络，IP交换技术能够更好地满足云计算和大数据处理的需求，提高网络的灵活性和可扩展性。
3.3 电信运营商网络在电信运营商网络中，IP交换技术被用于承载大量的互联网流量。
现代交换原理 第8章 IP交换技术
IP交换的基本原理（3）
3）收到下游节点通知
同时，下游节点要求建立ATM直通链接。通知 下游节点分配的虚通道标识，之后，IP交换机 将属于该数据流的信元在指定虚通道上传送到 下游节点。
ATM直通连接上传送分组
IP交换控制器指示ATM交换机建立相应输入 和输出端口的虚通道连接，建立起ATM直通连 接，属于该数据流的信元就在ATM连接上以 ATM交换的速度在IP交换机中转发。
8.4 多协议标记交换——MPLS 什么是MPLS MPLS网络体系结构及相关基本概念 MPLS基本交换原理 交换节点LSR体系结构及工作原理
什么是MPLS
MPLS是利用标记进行数据转发的。当分组进入 网络时，要为其分配固定长度的短的标记并将标 记与分组封装在一起，在整个转发过程中，交换 节点仅根据标记进行转发。
转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class）
相关概念
标签边缘路由器（TER：Tag Edge Routers）
位于标签交换网络的边缘。负责给进入网络的数据分 组加上标签，并负责将离开网络的数据分组的标签去 除，对数据分组进行第三层转发。
TER使用标准的路由协议来创建转发信息库（FIB）。 TER根据FIB的内容，使用标签分发协议（TDP）向 其它TER或标签TSR分发标签。
0
LSR1
Q（ RE
1
) .8 65
) (2 L BE LA
0 2
LER1
1
出端口
8) EL( LAB
路由表 目的地址前缀 下一跳入端口 LER0 LSR0 LSR2 LER1 65.8 65.8 65.8 65.8 LSR0 LSR2 LER1 0 0 0 0 1 2 1 ----
IP软交换技术介绍
程控交换机曾经是个很受欢迎的通信设备，因为有了它，电话进入了各个企业，人们的通信变得更流畅。
这几年传统电缆被光纤取代，传统通信逐渐淡化，传统的程控交换机市场份额逐渐减少，慢慢被新型的IP软交换语音所取代。
那么什么是软交换呢？软交换就是利用软件技术，通过光纤网络，进行语音传输的一种技术。
软交换可以安装在任何服务器上，像软件一样进行安装，需要有标准的通信协议，例如SIP语音协议；软交换采用模块化的方式，可以和IAD 语音网关通过IP网络连接，通过IAD网关上行通过IP方式和软交换服务器进行IP连接，下行可以出模拟电话线，接入传统的模拟话机。
或者可以利用IP话机，直接通过IP网络注册到软交换服务器。
IAD+传统话机和IP话机这两种方式我们如何选择呢？这主要看我们软交换的综合布线方案，如果我们软交换综合布线有电话线的设计，那么可以采用IAD+传统话机的方式，将IAD部署在楼层机房，减少布线的距离，降低成本。
如果我们综合布线的方案采用全部网线的方式，我们可以完全不用电话线，通过IP话机的方式进行安装部署，直接通过网络和软交换进行连接。
软交换选择哪种方式？主要还是看客户的预算和最终想要的效果。
软交换除了IP化，在组网和终端接入上有很大优势外。
在增值应用和信息化扩展方面也有很多传统程控机不具备的优势。
例如软交换可以和客户现有信息化系统进行对接，可以通过手机APP和PC端软件实现软电话功能（软电话就是通过软件客户端代理传统固话功能）。
可以这么说，软交换是实现统一通信、融合通信的必备基础。
在科技高速发展的现代社会，IP软交换系统逐渐进入了各大企业，在一定程度上取代了传统的系统。
如果说有企业主需要这类系统，建议找专业的公司安装。
现代交换第5章--分组交换技术及IP技术
分组交换机的缓冲存储器处理能力是动态分配的， 通信线路的资源也是动态复用的，当某一时刻某一 局部区域的待通信业务量过大时，就会超过交换机 与通信线路的承受能力，而使很多分组丢失，丢失 的分组要重传，更加重了网路的负担，最终导致全 网通过量急剧下降。因而从网路角度也要对各虚电 路的流量与链路的流量进行控制，从而使全网的分 组流量在设计范围内防止上述拥塞现象的发生。
分组交换的工作方式
数据交换的三种方式
电路交换、报文交换、分组交换
分组交换的工作方式：
面向无连接 数据报方式 面向连接 虚电路方式
分组交换的工作原理
分组交换的工作原理(续)
DTE:A-C:数据报(datagram)方式
甲
乙
C1
交换机
交换机
甲
丙
乙
C2
交换机
交换机
交换机
分组交换的工作原理(续)
分组头格式
通用格式 识别符
分组头
分组头 格式
QDSS 逻辑信道组号 逻辑信道号
分组类型标识符
QDSS 通用格式识别符的组成 （4比特）
通用格式识别符由分组头第1个字节的8-5位组成。 Q比特(第8比特)称为限定符比特，用来区分传输的分
组是用户数据还是控制信息。Q＝0表示是控制信息， Q＝1表示是用户数据。 D比特（第7比特)为传送确认比特，D=0表示数据组由 本地确认(DTE-DCE之间确认)，D=1表示数据分组进行 端到端(DTE与DTE)确认。 SS比特(第6、5比特)为模式比特，SS=01表示分组的 顺序编号按模8方式工作，SS=10表示按模128方式工作。
IP网络基础知识及原理
IP网络基础知识及原理IP网络是基于互联网协议（IP）的数字通信网络，它是将数据包从源主机发送到目标主机的协议。
IP网络是现代计算机网络的基础，具有以下几个重要特点和原理。
1.分组交换：IP网络使用分组交换技术，将待发送的数据分割成较小的数据包，并通过网络独立地传输。
这些数据包在传送过程中可以选择不同的路径进行传输，这样可以提高网络的传输效率和可靠性。
2.网络层协议：IP网络所使用的互联网协议（IP）位于网络层，负责将数据包从源主机传送到目标主机。
IP协议主要包括IP地址分配、路由选择、分组封装和解封装等功能。
IP协议不提供可靠性和安全性保证，而是依赖上层协议来实现。
3.IP地址：IP网络使用IP地址来唯一标识网络上的设备。
IP地址由32位（IPv4）或128位（IPv6）的二进制数字组成，可以表达为点分十进制或冒号分十六进制的形式。
IP地址分为网络地址和主机地址两部分，网络地址用于标识网络，主机地址用于标识具体的设备。
4.子网划分：为了有效地利用IP地址空间，避免浪费和冲突，网络通常会进行子网划分。
子网划分将一个网络划分为多个子网络，每个子网络可以分配给不同的组织或部门使用。
子网划分还可以通过子网掩码来实现，子网掩码用于划分网络地址和主机地址的边界。
5.路由选择：当一个数据包从源主机发往目标主机时，IP网络需要选择合适的路径进行传输。
路由选择是通过路由器来实现的，路由器根据路由表中的路由信息，选择最佳的路径进行数据包的转发。
路由表中包含了各个网络之间的关系和距离，以及到达目标主机的下一跳路由器信息。
6.网络地址转换（NAT）：由于IPv4地址资源有限，引入了网络地址转换（NAT）技术。
NAT技术可以将一个公网IP地址映射给多个私网IP地址使用，从而实现更多设备对公网的访问。
NAT技术在路由器上实现，通过修改源IP地址和目标IP地址来完成转换。
7.IP协议的可靠性：IP协议本身不保证数据包的可靠性传输，即不保证数据包的顺序、完整性和错误检测。
三层交换技术
三层交换技术简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。
它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
什么是三层交换三层交换（也称多层交换技术，或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。
众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。
简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。
三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
三层交换原理一个具有三层交换功能的设备，是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。
其原理是：假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。
若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。
若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地址解析)封包，而“缺省网关”的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。
当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B 站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。
否则三层交换模块根据路由信息向B 站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC 地址表中。
从这以后，当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。
由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速度，同时比相同路由器的价格低很多。
ip实验原理
ip实验原理
IP实验原理）是指使用一种被称为“IP交换”的技术来将媒体信号转
换成二进制数据。
这种技术可以让用户在不同的网络之间传送数据，
从而实现网络连接。
IP实验原理允许在网络上传输数据和资源，而不
受语言、位置或时区的影响。
它根据特定的网络协议（TCP/IP）向用
户提供共计的信息传输服务，使其能够方便地进行资源共享、文件传
输和多媒体应用程序的开发。
IP实验的基本原理是通过一种特定的网络协议（TCP/IP）来完成各种
用户使用的任务。
TCP/IP协议构成了互联网的基础架构，并且是私有
网络设计中必不可少的。
它们可以将网络上数据流或报文用数字地址
标识并根据不同的网络协议分量进行分组，最后经过TCP/IP实现互联
网传输。
TCP/IP分为四层：应用层、传输层、网络层和数据链路层。
应用层主
要处理用户的软件应用，如web服务器、文件服务器和电子邮件服务器。
传输层主要处理网络连接上的双向数据传输和流控。
网络层处理
IP地址和网络路由器，以确定数据在哪里发送。
数据链路层主要处理
网络物理介质，以及中继器和交换机等以太网设备。
基于互联网协议的系统通过把结构化的通信信息转换成不同的格式，
并通过网络传播到不同的计算机，从而实现在不同的网络之间进行数
据交换。
IP实验原理的优势在于它可以跨越连接不同网络的所有计算机，从而提供有效的数据交换机制。
由于IP实验原理构建在全球性的
网络上，可以实现多媒体应用、视频会议和动态资源共享等网络服务。
IP交换
IP交换前言ATM具有高带宽、快速交换和提供可靠服务质量保证的特点，Internet的迅速发展和普及使得IP成为计算机网络应用环境的既成标准和开放系统平台。
宽带网络的发展方向是把最先进的ATM交换技术和最普及的IP技术融合起来，因此产生了一系列新的交换技术，如IP交换、标记交换、IPOA及MPLS等，这里将ATM交换技术与IP技术融合产生的这一类交换技术称为IP交换技术。
1.IP交换概念IP交换(IP Switch)是Ipsilon公司开发的一种高效的IP over ATM技术。
它只对数据流的第一个数据包进行路由地址处理，按路由转发，随后按以计算的路由在ATM网上建立虚电路VC。
以后的数据包沿着VC以直通(Cut-Through)方式进行传输，不再经过路由器，从而将数据包的转发速度提高到第2层交换机的速度。
IP交换的核心思想就是对用户业务流进行分类。
对持续时间长、业务量大、实时性要求较高的用户业务数据流直接进行交换传输，用ATM虚电路来传输;对持续时间短、业务量小、突发性强的用户业务数据流，使用传统的分组存储转发方式进行传输。
2.IP交换原理IP是一种无连接数据包传送协议，用户数据在发送前不需要建立连接，IP数据包由报头和数据两部分组成，报头中有一个全球唯一的目的地址（IP地址），它所经过的每个路由器都要取出这个地址，在路由表中进行匹配找到下一站的出口地址再转发出去，数据包被一站一站地转发，最后到达目的地。
这种连接模型不要求特定的链路层，没有接入控制，不能给业务预留资源，所以无法提供任何服务质量保证。
IP数据包有可能丢失、失序、延迟等。
从默认信道上传来数据包，要求上游节点在所分配的VC上传送分组，从下游节点收到改向消息，在ATM直通连接上传送分组。
3.IP交换技术4.IP交换协议2.IP交换机组成IP交换的核心是IP交换机，IP交换机由ATM交换器和IP交换控制器组成。
IP 交换控制器主要由路由软件和控制软件组成，其中控制软件主要包括流的判别软件、Ipsilon流管理协议IFMP和通用交换机管理协议GSMP。
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5.3IP交换
5.3.1 IP交换基本概念
IP交换技术最初由Ipsilon公司于1996年提出，也称为第三层交换技术、多层交换技术、高速路由技术等。
其实，这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。
因为IP不是唯一需要考虑的协议，把它称为多层交换技术更贴切些。
IP交换机可看作是IP路由器和ATM交换机的组合，其中ATM交换机去除了ATM信令和协议，并受IP路由器控制。
IP交换可提供两种信息传送方式：一种是ATM交换，另一种是基于逐跳(hop-by-hop)方式的传统IP交换。
采用何种方式取决于数据流的类型，对于连续的、业务量大的数据流采用ATM交换；对于持续时间短、业务量小的数据流采用传统IP传输技术。
IP交换技术主要有：
Ipsilon IP交换：改进ATM交换机，去除ATM控制器中的信令和协议，加上IP交换控制器，与ATM交换机通信。
该技术适用于机构内部的LAN 和校园网。
Cisco标签交换：给数据包贴上标签，此标签在交换节点读出，判断包传送路径。
该技术适用于大型网络和Internet。
3Com快速IP交换(Fast IP)：侧重数据策略管理、优先原则和服务质量。
Fast IP协议保证实时音频或视频数据流能得到所需的带宽。
Fast IP支持其它协议(如IPX)，可以运行在除ATM外的其它交换环境中。
客户机需要有设置优先等级的软件。
IBM聚类基于路由的IP交换ARIS(Aggregate Route－
based IP Switching)：与Cisco的标签交换技术相似，包上附上标记，借以穿越交换网。
ARIS一般用于ATM网，也可扩展到其它交换技术。
边界设备是进入ATM交换环境的入口，含有第三层路由映射到第二层虚电路的路由表。
允许ATM网同一端两台以上的计算机通过一条虚电路发送数据，从而减少网络流量。
基于ATM的多协议MPOA(MultiProtocol Over ATM)：ATM论坛提出的一种规范。
经源客户机请求，路由服务器执行路由计算后给出最佳传输路径。
然后建立一条交换虚电路，即可越过子网边界，不用再做路由选择。
5.3.2 IP交换协议
IP交换机使用了两种协议：通用交换机管理协议GSMP(General Switch Management Protocol)和Iplison流管理协议IFMP(Ipsilon Flow Management Protocol)。
GSMP (RFC 1987/2297)用在IP交换控制器中，完成控制ATM交换的功能。
IFMP (RFC 1953)用于IP交换机、IP网关或IP主机中，它把现有网络或主机接入到由IP交换机组成的IP交换网中，用来控制数据传送。
5.3.2.1 GSMP协议
GSMP是交换结构的一部分，用于IP交换控制器。
GSMP是一种异步协议，它把IP交换控制器设置为主控制器，而把ATM交换机设置为从属被控设备，使IP交换控制器用来控制ATM交换机的工作。
IP交换控制器利用该协议向ATM交换机发出下列要求：
建立和释放穿过ATM交换机的虚连接；
在点到多点连接中，增加或删除端点；
控制ATM交换机端口；
进行配置信息查询；
进行统计信息查询；
为某个用户流建立新的VPI/VCI。
GSMP按照主从方式、请求——响应式方式工作。
IP交换控制器向ATM 交换硬件发送请求，ATM交换硬件在动作完成后给出一个响应。
GSMP有5种基本消息类型：配置消息、连接管理消息、端口管理消息、统计消息和事件消息。
5.3.2.2 IFMP协议
IFMP用于相邻的IP交换机对某个数据流的信元进行重新标记。
IFMP
协议消息从IP交换机传递到其上游交换机。
IFMP功能包括关联协议和重定向协议，前者发现链路上的对等IP交换机，后者管理指派给某个数据流的标记(VPI/VCI)。
IFMP消息的发送端用IPv4的分组头封装IFMP信息，目的端IP地址是外部链路另一端的对等IP交换机。
对等IP交换机的IP地址通过关联协议获得。
IFMP重定向协议支持5种类型的消息：
(1) 重定向消息：通知相邻的上游IP交换机在某时间段内把某个标记赋予某个数据流。
(2) 重声明消息：通知相邻的上游IP交换机解除一个或多个流与标记的关联关系，并释放这些标记以便数据流标识符字段能够分配给其他数据流。
当网络拓扑变化或者下游IP交换机的标记不够用时，有必要进行这种操作。
解除关联关系的数据流重新采用缺省的转发工作方式释放标记以便将来使用。
(3) 重声明确认消息：在每个上述的重声明消息成功地释放了一个或多个标记后，相邻的IP交换机利用重声明确认消息给出确认。
(4) 标记范围消息：上游IP交换机向下游IP交换机发出标记范围消息，响应包含标记的重定向消息，指明上游IP交换机(发送端)不能分配该标记。
标记范围消息包含了最小和最大的标记值，上游IP交换机只能支持此范围内的标记值。
(5) 出错消息：对IFMP重定向消息的响应，用来通知下游的IP交换机，发送端由于处于异常状态而无法成功处理重定向消息。
5.3.3 IP交换机组成
IP交换机由ATM交换机硬件和一个IP交换控制器组成，如图5.7所示。
ATM交换机硬件主要利用ATM具有固定长度信元、硬件实现高速交换的特性来完成数据包的快速交换；IP交换控制器由流分类器、IP路由软件和控制软件组成，用于控制ATM交换机工作。
5.3.4 IP交换机工作原理
5.3.4.1 IP交换数据流类型
流是IP交换中的基本概念，IP交换是基于数据流驱动的。
在IP交换中将流分为两类：类型1是端口到端口的流，参见图5.8（a），它是具有相同源IP地址、源端口号、目的IP地址和目的端口号的一个数据分组序列，识别出这一类的流，实际上就识别出了相同一对主机之间不
同的应用；类型2是主机到主机的流，参见图5.8（b），具有相同源IP地址、目的IP地址的一个IP数据分组序列。
5.3.4.2 IP交换机工作过程
IP交换机通过直接交换和跳到跳的存储转发方式实现IP数据包的高速转移，其工作过程如图5.10所示。
1.对默认信道上传来的数据分组进行存储转发
在系统开始运行时，IP数据包被封装在信元中，通过默认VC在两个相邻的IP交换机逐跳转发。
当封装了IP数据的信元到达IP交换控制器后，被重新组合成IP数据包，在第三层按照传统的IP选路方式进行存储转发，根据IP路由表决定下一跳，然后再被拆成信元在默认VC上进行传送。
如图5.10 (a)所示。
2.向上游节点发送重定向消息
在对从默认VC传来的分组进行存储转发时，IP交换控制器中的流判别软件要对数据流进行判别，以确定是否建立ATM直通连接。
对于连续的、业务量大的数据流，要建立ATM直通连接；对于持续时间短的、业务量小的数据流，则仍采用传统的IP存储转发方式。
当需要建立ATM直通连接时，在该数据流输入的端口上分配一个空闲的VCI，并向上游节点发送IFMP的重定向消息，通知上游节点将属于该流的IP数据包在指定端口的VC上传送到IP交换机。
上游IP交换机收到IFMP的重定向消息后，开始把指定流的信元在相应VC上进行传送。
如图5.10 (b)所示。
3.收到下游节点的重定向消息
在同一个IP交换网中，各个交换节点对流的判识方法是一致的，因此IP交换机也会收到下游节点要求建立ATM直通连接的IFMP重定向消息，重定向消息含有数据流标识和下游节点分配的VCI。
随后，IP交换机将属于该数据流的信元在此VC上传送到下游节点。
如图5.13 (c)所示。
4.在ATM直通连接上传送分组
IP交换机检测到流在输入端口指定的VCI上传送过来，并收到下游节点分配的VCI后，IP交换控制器通过GSMP消息指示ATM控制器，建立相应输入和输出端口的VCI连接，以此建立起ATM直通连接，属于该数据流的信元就会在ATM连接上以ATM交换机的速度在IP交换机中转发。
如图5.13 (d)所示。