IP交换技术协议与体系结构-1.4交换的概念和LAN交换技术
第4章：局域网L3与L4交换技术
VLAN 1
端设备B VLAN2
原来通过 Router逐 IP包转发
第1步：A设备用IP包发 出NHRP的请求，到路由 器，路由器根据是否允 许L3交换策略决定是否 转发；B收到请求将A的 MAC地址为目的地址， 回复B的MAC地址。 第2步：随后按建立的 交换路径通信。 为什么VLAN1、2间 能建立交换路径。
4.1.3 局域网L3实现基本思想
方法1、要解决线速交换，采用类似ATM交换机制， 直接解决不同长度 IP 数据分组交换，采用 ASIC 硬件 处理路由转发，实现线速抓转发能力，以及流量控 制、管理、服务质量等功能。
路由器有关的第三层路由硬件模块插接在高速背板 / 总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的 其他模块间高速的交换数据，从而突破了传统的外 接路由器接口速率的限制；
目前的QoS控制和过滤L4交换机没有标准，各厂家的实 现技术各不统一，但通常没有这类独立的L4交换设备， 是交换机的新增功能。 2、 流量分配L4交换机
这类L4交换机实际更象负载均衡器，在识别数据包的端 口后，执行数据交换（或分配）处理，通常设置在数据 （网络）中心，实现负载均衡/缓冲CACHE服务器。
图A 交换局域网VLAN间FastIP
经测试FastIP 可以提
端设备A
LAN1
端设备B LAN2
图B 路由器隔离LAN间不支持FastIP
高4-5倍的网络吞吐量， 在802.1p/q标准下，提 供强大的服务质量。
4.2.2 Cisco的NetFlow交换
路由表 正常路 由器工作 路由任务 安全过滤规则 安全任务 流量统计 统计任务
NHRP协议的请求是IP包，其中包含源物理地址、IP 地址与类型（指NHRP协议的请求或应答），如果目 的端系统在同一个NBMA网上，就使用NHRP对目的 地址进行解析，把目的NBMA物理地址通知源端；然 后实现L2通信。（比较ARP和NHRP协议）
第八章IP交换ppt课件
第三层交换机的工作原理
当发送站A对默认网关的IP地址广播出一个ARP请求时， 如果第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，第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请求后向第三层交换模块回 复其MAC地址，B站得到此ARP请求后向第三层交换模 块回复其MAC地址，第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地址发送到第二层交 换功能模块的MAC地址表中。之后，A再向B发送的数 据包便全部交给第二层交换处理，信息因此得以高速 交换。
2个子层： 汇聚子层 (CS) 分段和重组 (SAR)
为了提高交换网络的速率， 对ATM层作了尽可能的简 化，而ATM层未提供处理 的信元丢失、误传、时延、 时延抖动等与业务服务质
量密切相关的功能，由 AAL层完成。
ATM适配层-AAL1
•AAL1主要适用于信源和信宿间有严格定时关系且面向连接的CBR 类业务； •CSI标识不同的应用，如时钟信号传递和结构化数据传递等； •SC放置每个信元的序号，用于检测信元丢失及误插入。 •CRC-3和奇偶校验位用来保证序号域中信元序号的正确传输；
2008.4
交换式连接组网
表明了交换型局域网中交换 机所实现的功能，站点A和E，站 点B和F，站点C和D之间分别建立 起三条独立连接，从而实现站点 A和E、B和F、C和D之间数据包的 互发。很明显，交换式连接的局 域网以数据链路层的帧为数据交 换单位，围绕局域网交换机构成 网络，从根本上解决了共享以太 网所带来的问题。
1
1 51
2
3 39
ATM适配层
AAL位于ATM层之上，这一层是和业务相关的，即针对不同 的业务，采用不同的适配方法。但都要将上层传来的信息流（长 度、速率各异）分割成48字节长的ATM业务数据单元，同时将
交换原理第六章IP交换技术_图文.
Ipsilon 公司——IP 交换Cisco 公司—— (Tag SwitchIBM 公司——基于 IP (ARIS IETF——ATM 上的传统 IP (IPOA (MPLSATM Forum—— (LANEATM (MPOA IP 交换技术MPLS(1❑边缘路由器 LER (Label Edge Routero 入口 LER :--分配标记--将 IP 分组封装成标记分组--将标记分组从相应端口转发出去o 出口 LER :--,将标记分组还原为IP分组--查找路由表将IP分组转发出去❑核心路由器 LSR (Label Switching Router --依据标记信息表进行转发MPLS (2❑标记交换路径 LSP (Label Switching PathMPLS 网络为具有一些共同特性的分组通过网络而选定的一条通 ,由入口的边缘交换路由器,一系列核心路由器和出口的边缘交。
❑标记分发协议 LDP (Label Distribution ProtocolMPLS,用于 LSR,完成 LSP、。
❑转发等价类 FEC (Forwarding Equivalence Class在 MPLS 网络中经过相同的 LSP ,完成相同的转发处理的一些数据 ,这些数据分组具有某些相同的特性。
FEC 。
❑标记映射将标记分配给 FEC 。
MPLS (3MPLS 基本交换原理MPLS,信息传送要经:❑建立连接对于 MPLS,建立连接就是形成标记交换路径 LSP 的过程❑数据传输数据传输就是数据分组沿 LSP 进行转发的过程❑拆除连接拆除连接就是通信结束或发生故障异常时释放 LSP 的过程MPLS(2LSP 建立控制方式:每个 LSR 可以独立地为 FEC ,并将映射关系向相邻 LSR 发布:一个 LSR 为某 FEC 分配标记当且仅当该 LSR 是 MPLS 网络的出口 LER 或者该 LSR 收到某 FEC 目的地址前缀的下一跳 LSR 发来的对应此 FEC 。
IP交换技术协议与体系结构-1.2TCPIP寻址和选路
第2章TCP/IP 、寻址和选路由于本书主要讨论的内容是I P 和交换，因此回顾以下传输控制及网络互连协议系列（T C P /I P ）应该是很有帮助的。
T C P /I P 实际上是一组由不同协议构成的协议族。
该协议族可使计算机及终端用户能够通过一个由不同介质构成的任意大小网络进行相互通信。
本章将对T C P /I P 体系结构、寻址及I P 选路的操作进行概括地介绍。
2.1 TCP/IP 的历史T C P /I P 的历史，包括更一般的互连网络的历史，可以追溯到6 0年代。
L i c k l i d e r 、Clark 与Klienrock 分别在其研究报告中提出了一个“银河网”（Galactic Ne t w o r k ）的概念以及分组交换的理论。
但是，实际上是冷战刺激了军事和科研机构去研究和开发一个能够抵挡核武器进攻的通信基础结构。
在分组交换网络的分组数据（称为数据报 d a t a g r a m ）中采用目的寻址方式的概念是由Paul Baran 于1 964年在其发表论文中提出的。
如果某些通信链路或节点在遭受核攻击时受到破坏，分组就可以重新选择一条可用的替代路由，最终被传送到目的地。
6 0年代后期，美国国防部高级研究计划署（A R P A ）在这个领域内投资进行了研究和开发。
1 969年，被称为“接口消息处理器（I M P ）”的第一个A R P A N E T 的节点安装并投入了使用。
到1 969年底，A R P A N E T 的节点已达到了4个。
7 0年代，最重要的网络技术进展除了1 973年发明的以太网以外，就是互连网络协议的提出。
A R P A N E T 上最初的主机到主机之间的协议实际上只是网络控制程序（N C P ）。
这种N C P 的方式后来被对一系列网络互连协议的进一步研究所取代，最终这一系列协议被定名为T C P /I P 。
其中的第一部分称为T C P ，是由K a h n 和C e r f 在1 974年开发的，该部分将T C P 协议中端到端传输功能与分组转发、I P 的寻址功能结合了起来。
IP交换技术
--- IP 交换技术
MPLS 简介 标签交换路由器和路径
MPLS网络结构 MPLS的基本工作过程 MPLS节点结构
MPLS的应用
MPLS 简介
MPLS（Multiprotocol Label Switching，多协议标签交换）起源 于 IPv4（Internet Protocol version 4， 因特网协议版本 4）， 初是为了提高转发速度而提出的，其 核心技术可扩展到多种网络协议，包 括 IPv6（Internet Protocol version 6，因特网协议版本 6）、 IPX（Internet Packet Exchange， 网 际报文交换）和 CLNP （Connectionless Network Protocol，无连接网络协议）等。 MPLS 中的“M” 指的就是支持多种 网络协议。 MPLS 技术集二层的快速交换和三层 的路由转发于一体，可以满足各种新 应用对网络的要求。
由此可以看出，MPLS 并不是一种业务或者应 用，它实际上是一种隧 道技术，也是一种将标 签交换转发和网络层路 由技术集于一身的路由 与交换技术平台。这个 平台不仅支持多种高层 协议与业务，而且，在 一定程度上可以保证信 息传输的安全性。
MPLS节点结构
Text heere
如图所示，MPLS节点 由两部分组成： 1.控制平面（Control Plane）： 负责标签的分配、路 由的选择、标签转发 表的建立、标签交换 路径的建立、拆除等 工作； 2.转发平面 （Forwarding Plane）： 依据标签转发表对收 到的分组进行转发。
基于MPቤተ መጻሕፍቲ ባይዱS的VPN的基本结构： CE（Customer Edge，用户边缘设备）可 以是路由器，也可以是交换机或主机； PE（Provider Edge，服务商边缘路由器） 位于骨干网络。
第三章IP交换技术概述2
标签交换的基本工作原理
每一个标签交换机TSR通过传统网络层路由协议（如 OSPF、BGP等）和相邻的TSR交换路由信息。一旦路 由表收敛，每个TSR将对每一条可达的路由分配一个 本地生成的标签。
标签是具有固定长度的标识符，路由器用精确匹配标 签的方法查找路由表比用目的IP地址的最长匹配来查 找路由要快得多。
如上图所示，当VNN收到来自IP导航器请求建立入口 节点和出口节点之间虚电路的请求时，它利用这个链 路层拓扑数据库选择满足会话QoS要求的端到端通路。
如果这样的通路不存在，VNN将拒绝建立虚电路，以 保证每一个服务请求的QoS要求一定得到满足。
如果因为链路或交换机失效导致虚电路失效，VNN将 动态地寻求另一条满足会话QoS要求的端到端通路， 以保证在虚电路上运行的会话能够继续进行。
WAN边缘交换机
WAN核心交换机 WAN核心交换机
IP导航器和VNN的相互作用
二、多点到点隧道
Cascade在第二层而不是第三层解决虚电路扩展 问题，IP导航器不是在所有交换机之间建立两 两互连的虚电路，而是通过多点到点隧道（MPT） 来减少虚电路的数量。
使用Cascade MPT技术意味着主干线路只需要一 条到达某个交换机的虚电路。如下图所示。
WAN核心交换机
R
R
LAN 源终端 R
入口路由器
LAN
出口路由器 R
目的终端
LAN路由器
LAN路由器
标R的节点为路由器决策节点（传统的IP路由器）
报文经过IP导航器云的过程
第一次路由决策发送在IP导航器云的入口交换机，它 通过检索IP路由表来寻找和目的网络相连的出口交换 机。
在完成路由表检索后，入口交换机通过事先建好的、 通往指定出口交换机的、面向连接的MPT将报文转发 给出口交换机。
第六章 路由及IP交换技术
第六章路由与IP交换技术6.1 TCP/IP协议TCP／IP是上百个(用来连接计算机和网络的)协议合起来的共有名字，是把计算机和通讯设备组织成网络的协议大家庭。
我们经常用到两个TCP／IP协议：远程登录(Telnet)和文件传送协议(FTP)。
TCP／IP的实际名字是来自最重要的两个协议：TCP 和IP。
TCP( Transmission Control Protocol——传输控制协议)和IP(Internet Protocol—互联网协议)。
IP (Internet protocol)传输数据从一地到另一地；而TCP( transmission control protocol)保证它们都正确地工作。
TCP/IP协议的结构一、两种模型的比较OSI参考模型与TCP/IP模型的共同之处是：他们都采用了层次结构的概念，在传输层定义了相似的功能，但是二者在层次划分与使用的协议上是有很大差别的，也正是这种差别对两个模型的发展产生的两个截然不同的局面，OSI参考模型走向消亡而TCP/IP模型得到了发展。
OSI参考模型分为7层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
TCP/IP参考模型是因特网（Internet）的基础。
TCP/IP是一组协议的总称，TCP和IP是其中最主要的两个协议，TCP/IP体系还包含其他协议。
和OSI的7层协议比较，TCP/IP参考模型中没有会话层和表示层。
互联网协议IP（Internet Protocol）是网络层最主要的协议。
传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）和用户数据包协议UDP（User Datagram Protocol）是传输层的最主要的协议。
TCP是提供可靠服务、面向连接的协议；UDP是不可靠、无连接的协议。
OSI参考模型和TCP/IP参考模型比较OSI参考模型和TCP/IP参考模型之共同点1) 都是基于独立的协议栈的概念；2) 它们的功能大体相似，在两个模型中，传输层及以上的各层都是为了通信的进程提供点到点、与网络无关的传输服务；3) OSI参考模型与TCP/IP参考模型传输层以上的层都以应用为主导。
IP交换技术
1、IP技术与ATM技术的融合
从IP技术与ATM技术结合的不同方式，可以分为两类： 1) 重叠模型 2) 集成模型
IP over A TM技术
数据流 驱动
重叠模式
数据流 驱动 IP交换
集成模式 拓扑驱动 T ag 交换等
LANE
Classical IP over ATM
MPOA
MPLS
图7.21 IP over ATM技术分类
主要内容
IP技术与ATM技术的融合 Ipsilon公司的IP交换技术 标签（Tag）交换技术 多协议标记交换（MPLS）技术
1
1、IP技术与ATM技术的融合
IP网络技术：
特点：技术简单，可扩展性好，灵活性高
存在问题：传输效率低，无法保证服务质量
ATM网络技术： 特点：可满足多业务需求，传输效率高，保证服务质 量，有流量控制 存在问题：技术复杂，可扩展性不好
ATM 面向连接 53 字节
IP over ATM方案是传统电信运营商构建宽带IP网的主要选择之 一。在IP over ATM方案中，IP层主要实现多业务汇聚和数据的封装， ATM层负责提供端到端的QoS。 IP与ATM技术相结合的主要难点在于：ATM是面向连接的技术， 而IP是无连接的技术，并且两者都有自己的编址方案和选路规程，相 互间的协调配合较复杂。
2) 持续期短、业务量小、呈突发分布的用户数据流，包
括域名服务器(DNS)查询、简单邮件传输协议(SMTP)数据、 简单网络管理协议(SNMP)查询等。
13
IP交换的基本原理（1）
1）从默认信道上传来数据包 2）要求上游节点在所分配的VC上传送分组 3）从下游节点收到改向消息 4）在ATM直通连接上传送分组
第8章路由器与IP交换技术
网络层 网络层包括：IP协议、ICMP控制报文协议、ARP地址转
换协议、RARP反向地址转换协议。
IP是网络层的核心，通过路由选择将下一条IP封装后交 给接口层。IP数据报是无连接服务。 ICMP是网络层的补充，可以回送报文。用来检测网络是 否通畅。Ping命令就是发送ICMP的echo包，通过回送的
•fragment offset（13bit）：表示分片报文在原IP报 文的位置。分片报文的大小是64bit的倍数，第一个分 片报文的offset为0。每个分片报文的格式有和原报文 一样的IP报文格式。 • TTL（8bit）：IP报文的在网络中的存活时间。当IP 报文经过一台路由器，IP报文的TTL值将减一。当IP报 文的TTL值为0，设备将丢弃该报文，并发送一个错误 消息给源。推荐的值为64。
最大网络数
第一个可用 网络号码
最后一个可 用网络号码
每个网络中 最大主机数
A B C
126 16382 2097150
0 128.0 192.0.0
126 191.255 223.255.255
16777214 65534 254
子网掩码（Subnet-Mask) 问题：若A企业分配到了Class B的IP地址，如果将6万多计 算机连接在同一个网络中，势必导致网络效能下降，因此实 际上是不可能的。
3、数据的发送和接收
应用层 应用层
应用数据 传输头
传输头
应用数据
IP净荷
IP包头
IP包头
IP净荷
帧尾
帧净荷
帧头
帧头
帧净荷
帧尾
以太网
发送端
接收端
4、TCP/IP协议族
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4.1.1 交换转发技术
从表面看，一个交换机很简单，只是一个具有一定数量端口的机箱，交换机通过这些端
口可与多种不同的设备如工作站、路由器或其他交换机等连接。当某个分组到达一个输入端
口时，交换机的任务就是决定要么丢弃这个分组，要么将其移动到正确的输出端口上进行发
送。正确的输出端口是根据分组中所携带的信息来确定，在某些情况下可能根据交换机本身
传输层 IP
交换机
交换机
传输层 IP
或其他网络层协议及任何应用程
2层
2层
2层
2层
序都是透明的。图 4-1说明了两
个IP终端节点通过一条 2层交换
图4-1 协议栈中的2层交换
通路相互通信的情况。 • 交换由硬件实现。交换机把从一个输入端口上接收到的数据分组交换发送到一个输出端
口，这个工作过程不受其他处理器的干预。将此功能用硬件（或固件）来实现通常可以带来 更高的性能及更低的延迟、复杂度和费用。
内部的信息决定。包含在分组中的信息由下列之一构成：
• 目的地址。
• 源路由向量（source-route vector）。
• 连接标识符。
在第一种情况下分组包含一个目的地址字段，该字段的意义很明确，就是分组所要到达
的目的终端（主机）的地址。通过采用下面将讨论的各种技术中的一种，交换机建立一个地
址和端口的对应表，对应表由目的地址入口和与该地址相关的输出端口构成。当分组到达输
原因。交换技术，特别是与局域网结合的交换技术，可以用比传统共享的 LAN技术低得多的
价格来提供比传统技术高得多的性能。在现在和可预见的未来，半导体技术的进步可以把更
多的网络处理集成到一个廉价的芯片中，这可以使价格不断下降，同时使性能比老式的、基
于软件的处理方法提高几个数量级。因此交换广泛流行的根源就是其高速和廉价的事实。
目的地址“ aaa”的分组到达交换机，交
图4-2 目的地址交换
换机查找地址端口对应表后，将该分组转
发到端口4。
另一项技术利用了包含在分组中的源路由向量（ source-route vector）。源路由向量是一个
网络中拓扑元素的序列，分组必须按照该序列给出的通路才能到达目的地。拓扑元素的范围
包括通路上交换机的输出端口号，通路上每个交换机的地址或是在令牌环源选路的情况下的
入端口时，交换机将检查分组中的目的地址，并用其在地址端口对应表的表项中寻找匹配，
然后将分组发送到其正确的路由上。当然，如果寻找不到匹配的入口，交换机就可能将该分
组丢弃。或者交换机会将其发送到所有的输出端口上，以希望分组能通过其中的一个端口到
达目的端。如果在地址端口对应表中，分
组中的目的地址与该分组的输入端口匹
交换的过程可以从两个不同的方面来观察：本地和端到端。从本地的出发点来看，我们 需要研究的问题是，一个交换机是怎样根据接收到的数据分组来决定将其交换到哪一个输出 端口上去。换句话说，就是数据分组及交换机内部有哪些信息可以用来使交换机能快速地将 数据分组从输入端移动到输出端。这个问题称为交换转发问题。交换过程的第二个方面的问 题是如何在交换网络中的两个端点之间建立和维护交换通路。这方面技术称为交换通路控制。
第4章 交换的概念和LAN交换技术
前面几个章节给出 IP的一个总体框架，特别是详细介绍了构成 TCP/IP的体系结构和协议。 为了更深入地进行关于 IP交换技术及其基础的讨论，我们首先讨论交换转发（ switch forwarding）和交换通路控制（ switch path control）。交换转发技术利用了保存在分组中及交 换机中的信息来将分组通过交换机转发出去。交换通路控制用于在交换机构成的网络中建立 和维护交换通路。
其在网络方面做了一定工作，并且由于发送者向外发布了准确的构造源路由向量的必须信息，
当然会使我们听起来感觉更好（例如将千兆位以太网变成交换式千兆位以太网）。但是，为了
赶时髦，也使一些与交换技术明显毫不相关的或至少是表面上无关的东西，也纷纷与“交换”
拼凑在一起，形成了一些新的、千奇百怪的网络技术，例如应用层交换等。
什么是交换，为什么交换如此流行呢？第二个问题的答案很简单，就是价格和性能上的
DA 端口
配，那么该分组将被丢弃。这种思想基于
一个端口上。
另一个需要注意的是分组总是以其固 有的格式到达交换机，这就隐含地说明了
DA=aaa
发送源可以只关心发送分组，剩下的工作 都由交换机来完成。这种技术通常使用在
交换机
DA=aaa
以太网 LAN交换中，如图 4-2所示。具有
一个或多个环编号桥接器及环编号的组合。需要再次说明，采用这种技术时，一个源路由向
量被插入到分组中，交换机就利用这个信息将分组转发到适当的输出端口上。应该注意，交
换机在本质上不需要建立和维护像我们在前面所给的例子中那样的一个额外的交换表。在源
路由向量中已经包含了通往目的地通路的所有信息，交换机只需要处理该向量就行了。由于
那么交换到底是什么呢？在这个数据互连的世界上，交换可以有多种形式。 LAN交换可
用于在位于相同或不同网段上的工作站之间传递分组。广域网（ WAN）交换通常采用的形式
是在两个终端节点（如一对路由器）之间提供一条虚连接。不管其所处的环境如何，所有的
交换形式都有如下共同的基本属 性：
应用层
应用层
• 工作于任何协议栈的第二 层和二层以下。这意味着 LAN或 WAN的交换对于运行在高层的 IP
4.1 交换的概念
在任何一个网络和应用技术中的术语后面加上“交换”这个词，好像就会得到一种极具
吸引力的、可带来高性能、低费用、低复杂性的新技术。这种例子有很多，如以太网变成交
换式以太网、令牌环变成交换式令牌环交换、 IP变成IP交换等等。很多网络新技术已经能比
我们现在所使用的网络设施速度快几个数量级了，把这些新技术与“交换”术语结合起来，
在数据网中，交换技术的应用可以有多种不同的形式，用交换技术可以定义一种在不同 LAN网段之间快速传递数据包的技术，也可以用交换技术实现一个端到端的交换体系结构， 例如ATM。本章将回顾局域网交换的基本要素。下一章将会讨论帧中继和 ATM，我们希望这 两章的内容能为本书中后面章节中所讨论的 IP交换方案奠定基础。