第七章 宽带 ISDN的关键技术 ATM
7.1 ATM的基本概念
7.2 ATM协议结构
7.3 IP/ATM集成交换
7.1 ATM的基本概念
7.1.1 ATM的发展背景
窄带 ISDN的发展主要存在以下局限,
（ 1）窄带 ISDN的信息传输速率有限 。
（ 2）窄带 ISDN是在数字电话网的基础上发展起来的，
网络内部的交换是基于 64 kbit/s的电路交换方式，而电路交
换方式对技术发展的适应性较差。
（ 3）窄带 ISDN虽然也综合了分组交换业务，但是这种
综合仅在用户 — 网络接口上实现 。
7.1.2 ATM的基本工作原理
ATM是英文 Asynchronous Transfer Mode（异步
转送方式）的缩写。
1,信元
2,复用
图 7-1 ATM多路复用
3．交换
图 7-2 ATM交换的基本原理
7.1.3 ATM信元的
结构 图 7-3 ATM信元的格式
① GFC（ Generil Flow Control） 用于控制用户向网
上发送信息的流量 。
② VPI（ Virtual Path Identifer）和 VCI（ Virtual
Channel Identifier）用来将一条传送 ATM信元的信道划
分为多个子信道。
③ PTI（ Payload Type Indicator）
④ CLP（ Cell Loss Priority）
⑤ HEC（ Header Error Check）
7.1.4 与电路交换方式和分组交换方式的比较
1．电路交换方式
图 7-4 同步时分复用中的帧和时隙
电路交换方式具有如下特点,
① 在通信开始时应首先建立连接 。
② 一个连接在通信期间始终占用某一固定的数字子信
道, 这些数字子信道是依据其在时间轴上的位置确定的 。
③ 建立连接以后, 信息在系统中的传输时延基本上是
一个恒定值 。
④ 同步时分复用系统中的各个子信道的速率是固定分
配的, 不可能在不改变此系统的情况下临时调配各个子信
道的速率 。
⑤ 交换节点对传输中出现的错误不进行校正, 对节点
的处理要求简单 。
2．分组交换方式
通信网中传输、复用和交换的基本单位。
分组交换方式具有如下特点,
① 分组交换采用统计复用方法, 可以将信道按照需要
动态地分配给各个用户, 信道利用率较高 。
② 在分组交换中普遍采用逐段反馈重发的措施，以保
证数据传输是无差错的。
③ 分组数据在通信网中传送的时延是随机的, 这主要
是因为数据分组在交换节点有可能要排队等待, 另外, 逐
段反馈也可能引入附加的时延 。
④ 由于要进行逐段差错控制, 交换节点的处理负担较
重 。
3,ATM兼具电路交换方式和分组交换方式的优点
ATM与分组交换方式的基本差别是,
① ATM信元的长度固定，并使用了空闲信元填
充信道，这使信道被划分为等长的时间小段，为提
供固定比特率和固定时延的电信业务创造了条件。
② 取消了逐段的差错控制，减轻了交换节点的
处理负担。
7.1.5 ATM的特点
1．采用统计时分复用方式
2．取消了逐段的差错控制和流量控制
（ 1）适当的资源分配和队列容量设计使队列溢
出的概率很低，信元丢失率可压低到 10-8~10-12；
（ 2）在呼叫建立时审查用户申请的带宽，当确
信网络中有足够的资源时才接受这个呼叫。
3,采用面向连接的方式
4,信头的功能被简化
5,信元长度固定, 信息段长度短
7.2 ATM协议结构
7.2.1 B-ISDN的协议参考模型
图 7-5 ATM协议参考模型
?用户平面主要用于用户信息的传输，采用分层结构。
?控制平面负责呼叫控制和连接控制。
?管理平面包括面管理和层管理两类功能。
1．物理层
（ 1） 物理媒体子层
（ 2） 传输会聚子层
① 传输帧的产生和恢复
② 信元定界
③ 产生信头错误检验码（ HEC）
④ 传输帧自适应
⑤ 信元速率解耦
2,ATM层
ATM层负责交换、选路由和信元复用。
① 信头的产生／提取
② 信元交换
③ 信元的复用和分路
④ ATM层管理
3,ATM适配层（ AAL）
4,高层
7.2.2 物理层规范
物理层是 ATM协议参考模型的最下面一层，负责在
相邻的节点之间为 ATM层传输 ATM信元，使 ATM层能独
立于传输介质，能够在多种物理链路上运行。
1,物理媒体子层
物理媒体子层（ PM）的功能接近于在传统网络中的
物理层。
物理媒体子层在发送方向上从传输会聚子层取得比
特流，并把比特流在链路上透明地传输。
物理媒体子层和传输会聚子层之间交换数据流时需
要互相同步。
物理媒体子层的另一个功能是线路编码和解码。
2,传输会聚子层
（ 1） 传输帧自适应
（ 2） 信元头差错检测 （ HEC）
图 7-6 接收端差错控制过程
（ 3）信元定界和扰码
（ 4）信元速率解耦
7.2.3 ATM层规范
1,ATM层连接
图 7-8 ATM网络中逻辑连接的等级结构
（ 1） 虚信道和虚信道连接
（ 2） 虚通道和虚通道连接
（ 3） VC,VP及传输通道的关系
图 7-9 虚信道 VC、虚通道 VP及传输通道之间的关系
（ 4） VP交换和 VC交换
图 7-10 VP交换
图 7-11 VC和 VP交换
（ 5） ATM连接的建立和释放
（ 6） 连接的服务质量
（ 7） 在 ATM网络中采用 VP和 VC两级交换的原因
图 7-12 虚信道连接示例
图 7-13 虚通道连接 +虚信道连接示例
2,流量控制和拥塞控制
（ 1） ATM网络流量和拥塞控制的复杂性
流量控制的目的是防止拥塞的发生 。 拥塞控制的目的
是在拥塞发生时尽量减小拥塞的影响和持续时间, 使网络
能尽快恢复运行到可接受的性能水平上 。
① ATM网络要支持各种不同类型的业务，包括恒
定位速率业务（ CBR）和可变位速率（ VBR）有的业
务还具有实时性要求。当前对各种类型的业务流量特征
的研究还不够深入。
② 单个源可能产生具有不同业务流量特征的业务，
例如多媒体业务就同时包括话音、数据和图像。
③ 具有不同业务流量特征（如 CBR和 VBR）的业
务进入同一传输链路一起多路统计复用，使对网络性能
的可预测性变得十分复杂。
④ 高传输速率限制了网络节点进行处理的时间。
（ 2） ATM层流量控制的目标
① 灵活性
② 简单性
③ 强壮性
（ 3） ATM网络流量控制措施
① 连接准许控制 （ CAC）
? 业务流量参数
? 业务质量参数
? 信元时延变化容限 CDV
② 用户／网络参数控制。
图 7-15 遵守约定和不遵守约定的信元
3,ATM层的管理
图 7-16 F4和 F5信元的信息段的格式
（ 1）故障管理信元
（ 2） 性能管理信元
图 7-17 性能管理信元的功能域格式
MSN TUC TS BIP-16 BER L/M
4,激活 ／ 去活信元
图 7-18 激活／去活信元的功能域格式
7.2.4 ATM适配层 AAL
1,AAL概述
? 在源点和目的地之间是否需要明确的定时；
? 传送所需的位速率是固定的还是可变的；
? 采用的是面向连接的工作方式还是无连接工作方式 。
图 7-19 当前定义的 AAL适配层
2,AAL-1
图 7-20 AAL层的一般结构
图 7-21 AAL1协议数据单元
（ 1） SAR子层
图 7-22 AAL-1的 SAR-PDU格式
（ 2） CS子层
① 处理 ATM信元延迟的变化
② 处理顺序计数。
③ 提供传送定时信息的机制。
图 7-23 AAL-1的非 P格式和 P格式的示意图
3,AAL-2
? 拆装用户信息；
? 处理信元时延的变化；
? 处理丢失了的或误插入的信元；
? 在接收端恢复源时钟频率；
? 在接收端恢复源数据结构；
?监视误码, 并进行可能的纠错 。
（ 1） AAL-2的基本结构
（ 2） CPS数据单元
图 7-24 AAL-2各层及 ATM层的数据单元的相互关系
① CPS-Packet（ CPS分组）
图 7-25 CPS-Packet的格式
CPS-Packet由 CPS-PH和 CPS-PP两大部分组成 。 CPS-PH
占 3个字节, 包括以下四个部分：信道标识 （ CID）, 长度指
示 （ LI）, 用户至用户指示 （ UUI）, 信息头差错控制
（ HEC） 。
② CPS-PDU
图 7-26 CPS-PDU的格式
CPS-PDU的起始段 STF包含以下 3个部分,
? 偏移段（ OSF） 序号（ SN） 奇偶校验位（ P）
4,AAL-3/4
图 7-27 AAL-3/4中各子层的协议数据单元之间的关系
下面介绍 AAL-3/4的 SAR子层和 CS子层协议 。
（ 1） SAR子层
图 7-28 AAL-3/4的 SAR-PDU的格式
AAL-3/4的 SAR子层功能是,
?完成 CPCS-PDU的拆装
? 错误检测及处理
?复用／分路
?丢弃传送过程中的 CPCS-PDU
（ 2） 会聚子层 （ CS） 协议
图 7-29 CPCS-PDU的格式
5,AAL-5
（ 1） CPCS子层
图 7-30 ALL-5的 CPCS-PDU格式
（ 2） SAR子层
7.3 IP/ATM集成交换
1,TCP/IP协议结构
（ 1） TCP/IP分层模式
图 7-31 TCP/IP和 OSI网络体系结构
① 应用层
② 传输层
③ 网络层
④ 网络接口层
图 7-32 IP数据报头部的格式
（ 2） IP地址
图 7-33 IP地址的格式
2,IP/ATM结合的两种模型
图 7-34 数据报转发示例
7.3.2 MPLS的基本原理
1,MPLS的网络结构
图 7-35 MPLS的基本结构
2,MPLS传送示例
图 7-36 IP数据包通过 MPLS网络示例
① 边缘标签交换路由器（ LERl）在转发信息库中按传
统的最长匹配算法进行 L3层查找，根据网络地址 172.4/16
（其中 172.4为网络地址,16为网络地址的长度）在转发信息
库中查到标签 5，进行标签的压入操作（ Push），向 IP头压
入一个标签 5，称为 FTN（转发等价类 FEC到下一站点标签转
发入口 NHFEC的映射）。
② 标签交换路由器 （ LSR2） 根据顶层入标签 5查找标签
信息库 （ LIB）, 进行标签的交换操作 （ Swap）, 用标签 9
替换标签 5,这称为入标签映射 ILM（ Incoming Label Map） ；
③ 倒数第二跳 LSR3所做的和 LSR2一样, 用标签 2替代
标签 9；
④ LER4根据入标签 2查找标签信息库 （ LIB）, 进行标
签的弹出操作 （ Pop）, 得到目的地址为 172.4.2.1的 IP包, 然
后按 L3层转发给下一站点 。
7.3.3 标签分配协议 （ LDP） 和基于限制路由的标签分配
协议 （ CR-LDP）
1,标签分配协议 （ LDP）
（ 1） 转发等价类 FEC
? IP地址前缀, 提供一个含有一个或多个 IP地址前缀
的集合, 符合其中一个或多个 IP地址前缀的包被映射到相
应的 LSP；
? 主机地址, 以一个 32位的 IP地址作为单元 。
图 7-37 LDP消息格式
（ 2） LDP消息
LDP消息有四大类,
发现消息（ Discovery Messages）
会话消息（ Session Messages）
公布消息（ Advertisement Messages）
通知消息（ Notification Messages）
下面简要介绍几条常见的 LDP消息。
① 问候消息
② 初始化消息
③ 地址消息
④ 标签映射消息
⑤ 标签请求消息
⑥ 标签释放消息
（ 3）标签分配协议
① LDP发现过程
a）基本发现过程
b） 扩展发现过程
② LDP会话的建立和维护
a） LDP会话的建立
? 传输连接的建立。
? 会话的初始化。
b） LDP会话的维护
③ 标签的分配和管理
a）标签分配控制
? 在独立标签分配控制方式下,LSR可以在任何时候向
对等节点发出标签映射通告。
? 使用有序标签分配控制时,LSR只能将已经存在下一
跳标签映射的 FEC 在本节点分配的标签绑定分发给上游,
b） 标签保留
? 保守标签保留方式,
? 自由标签保留方式,
c） 标签通告
2．基于限制路由的标签分配协议 CR-LDP
? 基本和／或扩展的发现机制；
? 有序控制下游按需标签通告模式中使用的标
签请求消息；
? 有序控制下游按需标签通告模式中使用的标
签映射消息；
? 通知消息；
? 标签撤销和释放消息；
? 环路检测机制 。
（ 1）严格／非严格显式路由
（ 2）业务特征描述
图 7-38 显示路由 TLV
（ 2）业务特征描述
① 峰值速率表征了最大可以何种速率向 CR-LSP
提交业务 。 峰值速率可用于进行资源分配, 由两个流
量参数 PDR和 PBS定义 。
② 协定速率定义了 MPLS域划分给 CR-LSP使用的
速率, 可以由两个流量参数 CDR和 CBS定义 。
③ 超标突发长度可以用于 MPLS域边界上的流量
调节，可以用于测定一个 CR-LSP上发送的流量超过协
定速率的程度。
④ 频率指定以何种粒度到达 CR-LSP的恒定业务
速率 （ CDR） 可用 。
⑤ 权值确定各 CR-LSP在其协定速率以上对可能
的额外带宽的相对共享程度, 这种共享程度要取决于
不同的 MPLS域 。
（ 3）路由锁定
（ 4） 抢占
（ 5） 资源分类
7.3.4 MPLS标记捆绑的驱动方式
1,数据驱动
? 标记捆绑和发布的开销是数据流量特征函数。
? 整个数据流的时延及其经过标记交换或转发后的
流量特征，与标记捆绑处理过程密切相关,
? 数据驱动要求高性能的数据流分类能力, 很多情
况下出于特定需要, 要求能够灵活使用各种流合并和
流分类策略 。
2．控制驱动
（ 1）基于拓扑的控制驱动
? 标记捆绑和标记发布过程中网络资源和处理器
资源的消耗与网络规模有关, 网络规模越大, 路由
器维护的路由表越长, 相应的资源消耗也就越多 。
? 只要有路由存在, 就存在相应的标记捆绑, 所
以一般情况下, 标记是预先分配的, 当数据到达路
由器后就可以立即进行标记交换, 相对于数据驱动
而言, 不存在标记捆绑过程的时延 。
? 标记捆绑能够和路由具有相同的粒度，例如可
以将具有相同目的子网地址的 IP分组作为转发同等
类（ FEC），而在分配标记时统一进行考虑，从而
能够像 IP网络一样很好地支持流合并功能。
? 由于网络拓扑结构的变动，目前的路由协议都
不可避免地可能会出现暂态路由环路，从而产生
LSP环路，有可能使大量数据滞留在网络中消耗络
带宽资源甚至造成网络阻塞。
（ 2）基于请求的控制驱动
? 标记捆绑和标记发布过程中网络资源和处理器资源
的消耗与请求消息的多少密切相关。
? 由于标记交换路径和标记捆绑是通过类似信令的方
式预先建立的，所以一般情况下，标记是预先分配的，
数据到达路由器后就可以立即进标记交换。
? 所需标记的数量与流的数量有关, 类似 ATM网络,
这种方式难以支持流合并, 网络扩展性差, 当网络规模
较大时, 相对于拓扑驱动要消耗更多的标记资源 。
? 利用 CR-LDP等信令, 并结合 QoS路由, 显示路由等
手段, 能很好地支持集成服务, 区分服务, 虚拟专用网
VPN和流量工程 。
7.1 ATM的基本概念
7.2 ATM协议结构
7.3 IP/ATM集成交换
7.1 ATM的基本概念
7.1.1 ATM的发展背景
窄带 ISDN的发展主要存在以下局限,
（ 1）窄带 ISDN的信息传输速率有限 。
（ 2）窄带 ISDN是在数字电话网的基础上发展起来的，
网络内部的交换是基于 64 kbit/s的电路交换方式，而电路交
换方式对技术发展的适应性较差。
（ 3）窄带 ISDN虽然也综合了分组交换业务，但是这种
综合仅在用户 — 网络接口上实现 。
7.1.2 ATM的基本工作原理
ATM是英文 Asynchronous Transfer Mode（异步
转送方式）的缩写。
1,信元
2,复用
图 7-1 ATM多路复用
3．交换
图 7-2 ATM交换的基本原理
7.1.3 ATM信元的
结构 图 7-3 ATM信元的格式
① GFC（ Generil Flow Control） 用于控制用户向网
上发送信息的流量 。
② VPI（ Virtual Path Identifer）和 VCI（ Virtual
Channel Identifier）用来将一条传送 ATM信元的信道划
分为多个子信道。
③ PTI（ Payload Type Indicator）
④ CLP（ Cell Loss Priority）
⑤ HEC（ Header Error Check）
7.1.4 与电路交换方式和分组交换方式的比较
1．电路交换方式
图 7-4 同步时分复用中的帧和时隙
电路交换方式具有如下特点,
① 在通信开始时应首先建立连接 。
② 一个连接在通信期间始终占用某一固定的数字子信
道, 这些数字子信道是依据其在时间轴上的位置确定的 。
③ 建立连接以后, 信息在系统中的传输时延基本上是
一个恒定值 。
④ 同步时分复用系统中的各个子信道的速率是固定分
配的, 不可能在不改变此系统的情况下临时调配各个子信
道的速率 。
⑤ 交换节点对传输中出现的错误不进行校正, 对节点
的处理要求简单 。
2．分组交换方式
通信网中传输、复用和交换的基本单位。
分组交换方式具有如下特点,
① 分组交换采用统计复用方法, 可以将信道按照需要
动态地分配给各个用户, 信道利用率较高 。
② 在分组交换中普遍采用逐段反馈重发的措施，以保
证数据传输是无差错的。
③ 分组数据在通信网中传送的时延是随机的, 这主要
是因为数据分组在交换节点有可能要排队等待, 另外, 逐
段反馈也可能引入附加的时延 。
④ 由于要进行逐段差错控制, 交换节点的处理负担较
重 。
3,ATM兼具电路交换方式和分组交换方式的优点
ATM与分组交换方式的基本差别是,
① ATM信元的长度固定，并使用了空闲信元填
充信道，这使信道被划分为等长的时间小段，为提
供固定比特率和固定时延的电信业务创造了条件。
② 取消了逐段的差错控制，减轻了交换节点的
处理负担。
7.1.5 ATM的特点
1．采用统计时分复用方式
2．取消了逐段的差错控制和流量控制
（ 1）适当的资源分配和队列容量设计使队列溢
出的概率很低，信元丢失率可压低到 10-8~10-12；
（ 2）在呼叫建立时审查用户申请的带宽，当确
信网络中有足够的资源时才接受这个呼叫。
3,采用面向连接的方式
4,信头的功能被简化
5,信元长度固定, 信息段长度短
7.2 ATM协议结构
7.2.1 B-ISDN的协议参考模型
图 7-5 ATM协议参考模型
?用户平面主要用于用户信息的传输，采用分层结构。
?控制平面负责呼叫控制和连接控制。
?管理平面包括面管理和层管理两类功能。
1．物理层
（ 1） 物理媒体子层
（ 2） 传输会聚子层
① 传输帧的产生和恢复
② 信元定界
③ 产生信头错误检验码（ HEC）
④ 传输帧自适应
⑤ 信元速率解耦
2,ATM层
ATM层负责交换、选路由和信元复用。
① 信头的产生／提取
② 信元交换
③ 信元的复用和分路
④ ATM层管理
3,ATM适配层（ AAL）
4,高层
7.2.2 物理层规范
物理层是 ATM协议参考模型的最下面一层，负责在
相邻的节点之间为 ATM层传输 ATM信元，使 ATM层能独
立于传输介质，能够在多种物理链路上运行。
1,物理媒体子层
物理媒体子层（ PM）的功能接近于在传统网络中的
物理层。
物理媒体子层在发送方向上从传输会聚子层取得比
特流，并把比特流在链路上透明地传输。
物理媒体子层和传输会聚子层之间交换数据流时需
要互相同步。
物理媒体子层的另一个功能是线路编码和解码。
2,传输会聚子层
（ 1） 传输帧自适应
（ 2） 信元头差错检测 （ HEC）
图 7-6 接收端差错控制过程
（ 3）信元定界和扰码
（ 4）信元速率解耦
7.2.3 ATM层规范
1,ATM层连接
图 7-8 ATM网络中逻辑连接的等级结构
（ 1） 虚信道和虚信道连接
（ 2） 虚通道和虚通道连接
（ 3） VC,VP及传输通道的关系
图 7-9 虚信道 VC、虚通道 VP及传输通道之间的关系
（ 4） VP交换和 VC交换
图 7-10 VP交换
图 7-11 VC和 VP交换
（ 5） ATM连接的建立和释放
（ 6） 连接的服务质量
（ 7） 在 ATM网络中采用 VP和 VC两级交换的原因
图 7-12 虚信道连接示例
图 7-13 虚通道连接 +虚信道连接示例
2,流量控制和拥塞控制
（ 1） ATM网络流量和拥塞控制的复杂性
流量控制的目的是防止拥塞的发生 。 拥塞控制的目的
是在拥塞发生时尽量减小拥塞的影响和持续时间, 使网络
能尽快恢复运行到可接受的性能水平上 。
① ATM网络要支持各种不同类型的业务，包括恒
定位速率业务（ CBR）和可变位速率（ VBR）有的业
务还具有实时性要求。当前对各种类型的业务流量特征
的研究还不够深入。
② 单个源可能产生具有不同业务流量特征的业务，
例如多媒体业务就同时包括话音、数据和图像。
③ 具有不同业务流量特征（如 CBR和 VBR）的业
务进入同一传输链路一起多路统计复用，使对网络性能
的可预测性变得十分复杂。
④ 高传输速率限制了网络节点进行处理的时间。
（ 2） ATM层流量控制的目标
① 灵活性
② 简单性
③ 强壮性
（ 3） ATM网络流量控制措施
① 连接准许控制 （ CAC）
? 业务流量参数
? 业务质量参数
? 信元时延变化容限 CDV
② 用户／网络参数控制。
图 7-15 遵守约定和不遵守约定的信元
3,ATM层的管理
图 7-16 F4和 F5信元的信息段的格式
（ 1）故障管理信元
（ 2） 性能管理信元
图 7-17 性能管理信元的功能域格式
MSN TUC TS BIP-16 BER L/M
4,激活 ／ 去活信元
图 7-18 激活／去活信元的功能域格式
7.2.4 ATM适配层 AAL
1,AAL概述
? 在源点和目的地之间是否需要明确的定时；
? 传送所需的位速率是固定的还是可变的；
? 采用的是面向连接的工作方式还是无连接工作方式 。
图 7-19 当前定义的 AAL适配层
2,AAL-1
图 7-20 AAL层的一般结构
图 7-21 AAL1协议数据单元
（ 1） SAR子层
图 7-22 AAL-1的 SAR-PDU格式
（ 2） CS子层
① 处理 ATM信元延迟的变化
② 处理顺序计数。
③ 提供传送定时信息的机制。
图 7-23 AAL-1的非 P格式和 P格式的示意图
3,AAL-2
? 拆装用户信息；
? 处理信元时延的变化；
? 处理丢失了的或误插入的信元；
? 在接收端恢复源时钟频率；
? 在接收端恢复源数据结构；
?监视误码, 并进行可能的纠错 。
（ 1） AAL-2的基本结构
（ 2） CPS数据单元
图 7-24 AAL-2各层及 ATM层的数据单元的相互关系
① CPS-Packet（ CPS分组）
图 7-25 CPS-Packet的格式
CPS-Packet由 CPS-PH和 CPS-PP两大部分组成 。 CPS-PH
占 3个字节, 包括以下四个部分：信道标识 （ CID）, 长度指
示 （ LI）, 用户至用户指示 （ UUI）, 信息头差错控制
（ HEC） 。
② CPS-PDU
图 7-26 CPS-PDU的格式
CPS-PDU的起始段 STF包含以下 3个部分,
? 偏移段（ OSF） 序号（ SN） 奇偶校验位（ P）
4,AAL-3/4
图 7-27 AAL-3/4中各子层的协议数据单元之间的关系
下面介绍 AAL-3/4的 SAR子层和 CS子层协议 。
（ 1） SAR子层
图 7-28 AAL-3/4的 SAR-PDU的格式
AAL-3/4的 SAR子层功能是,
?完成 CPCS-PDU的拆装
? 错误检测及处理
?复用／分路
?丢弃传送过程中的 CPCS-PDU
（ 2） 会聚子层 （ CS） 协议
图 7-29 CPCS-PDU的格式
5,AAL-5
（ 1） CPCS子层
图 7-30 ALL-5的 CPCS-PDU格式
（ 2） SAR子层
7.3 IP/ATM集成交换
1,TCP/IP协议结构
（ 1） TCP/IP分层模式
图 7-31 TCP/IP和 OSI网络体系结构
① 应用层
② 传输层
③ 网络层
④ 网络接口层
图 7-32 IP数据报头部的格式
（ 2） IP地址
图 7-33 IP地址的格式
2,IP/ATM结合的两种模型
图 7-34 数据报转发示例
7.3.2 MPLS的基本原理
1,MPLS的网络结构
图 7-35 MPLS的基本结构
2,MPLS传送示例
图 7-36 IP数据包通过 MPLS网络示例
① 边缘标签交换路由器（ LERl）在转发信息库中按传
统的最长匹配算法进行 L3层查找，根据网络地址 172.4/16
（其中 172.4为网络地址,16为网络地址的长度）在转发信息
库中查到标签 5，进行标签的压入操作（ Push），向 IP头压
入一个标签 5，称为 FTN（转发等价类 FEC到下一站点标签转
发入口 NHFEC的映射）。
② 标签交换路由器 （ LSR2） 根据顶层入标签 5查找标签
信息库 （ LIB）, 进行标签的交换操作 （ Swap）, 用标签 9
替换标签 5,这称为入标签映射 ILM（ Incoming Label Map） ；
③ 倒数第二跳 LSR3所做的和 LSR2一样, 用标签 2替代
标签 9；
④ LER4根据入标签 2查找标签信息库 （ LIB）, 进行标
签的弹出操作 （ Pop）, 得到目的地址为 172.4.2.1的 IP包, 然
后按 L3层转发给下一站点 。
7.3.3 标签分配协议 （ LDP） 和基于限制路由的标签分配
协议 （ CR-LDP）
1,标签分配协议 （ LDP）
（ 1） 转发等价类 FEC
? IP地址前缀, 提供一个含有一个或多个 IP地址前缀
的集合, 符合其中一个或多个 IP地址前缀的包被映射到相
应的 LSP；
? 主机地址, 以一个 32位的 IP地址作为单元 。
图 7-37 LDP消息格式
（ 2） LDP消息
LDP消息有四大类,
发现消息（ Discovery Messages）
会话消息（ Session Messages）
公布消息（ Advertisement Messages）
通知消息（ Notification Messages）
下面简要介绍几条常见的 LDP消息。
① 问候消息
② 初始化消息
③ 地址消息
④ 标签映射消息
⑤ 标签请求消息
⑥ 标签释放消息
（ 3）标签分配协议
① LDP发现过程
a）基本发现过程
b） 扩展发现过程
② LDP会话的建立和维护
a） LDP会话的建立
? 传输连接的建立。
? 会话的初始化。
b） LDP会话的维护
③ 标签的分配和管理
a）标签分配控制
? 在独立标签分配控制方式下,LSR可以在任何时候向
对等节点发出标签映射通告。
? 使用有序标签分配控制时,LSR只能将已经存在下一
跳标签映射的 FEC 在本节点分配的标签绑定分发给上游,
b） 标签保留
? 保守标签保留方式,
? 自由标签保留方式,
c） 标签通告
2．基于限制路由的标签分配协议 CR-LDP
? 基本和／或扩展的发现机制；
? 有序控制下游按需标签通告模式中使用的标
签请求消息；
? 有序控制下游按需标签通告模式中使用的标
签映射消息；
? 通知消息；
? 标签撤销和释放消息；
? 环路检测机制 。
（ 1）严格／非严格显式路由
（ 2）业务特征描述
图 7-38 显示路由 TLV
（ 2）业务特征描述
① 峰值速率表征了最大可以何种速率向 CR-LSP
提交业务 。 峰值速率可用于进行资源分配, 由两个流
量参数 PDR和 PBS定义 。
② 协定速率定义了 MPLS域划分给 CR-LSP使用的
速率, 可以由两个流量参数 CDR和 CBS定义 。
③ 超标突发长度可以用于 MPLS域边界上的流量
调节，可以用于测定一个 CR-LSP上发送的流量超过协
定速率的程度。
④ 频率指定以何种粒度到达 CR-LSP的恒定业务
速率 （ CDR） 可用 。
⑤ 权值确定各 CR-LSP在其协定速率以上对可能
的额外带宽的相对共享程度, 这种共享程度要取决于
不同的 MPLS域 。
（ 3）路由锁定
（ 4） 抢占
（ 5） 资源分类
7.3.4 MPLS标记捆绑的驱动方式
1,数据驱动
? 标记捆绑和发布的开销是数据流量特征函数。
? 整个数据流的时延及其经过标记交换或转发后的
流量特征，与标记捆绑处理过程密切相关,
? 数据驱动要求高性能的数据流分类能力, 很多情
况下出于特定需要, 要求能够灵活使用各种流合并和
流分类策略 。
2．控制驱动
（ 1）基于拓扑的控制驱动
? 标记捆绑和标记发布过程中网络资源和处理器
资源的消耗与网络规模有关, 网络规模越大, 路由
器维护的路由表越长, 相应的资源消耗也就越多 。
? 只要有路由存在, 就存在相应的标记捆绑, 所
以一般情况下, 标记是预先分配的, 当数据到达路
由器后就可以立即进行标记交换, 相对于数据驱动
而言, 不存在标记捆绑过程的时延 。
? 标记捆绑能够和路由具有相同的粒度，例如可
以将具有相同目的子网地址的 IP分组作为转发同等
类（ FEC），而在分配标记时统一进行考虑，从而
能够像 IP网络一样很好地支持流合并功能。
? 由于网络拓扑结构的变动，目前的路由协议都
不可避免地可能会出现暂态路由环路，从而产生
LSP环路，有可能使大量数据滞留在网络中消耗络
带宽资源甚至造成网络阻塞。
（ 2）基于请求的控制驱动
? 标记捆绑和标记发布过程中网络资源和处理器资源
的消耗与请求消息的多少密切相关。
? 由于标记交换路径和标记捆绑是通过类似信令的方
式预先建立的，所以一般情况下，标记是预先分配的，
数据到达路由器后就可以立即进标记交换。
? 所需标记的数量与流的数量有关, 类似 ATM网络,
这种方式难以支持流合并, 网络扩展性差, 当网络规模
较大时, 相对于拓扑驱动要消耗更多的标记资源 。
? 利用 CR-LDP等信令, 并结合 QoS路由, 显示路由等
手段, 能很好地支持集成服务, 区分服务, 虚拟专用网
VPN和流量工程 。
