ＩＰ和ＡＴＭ的融合_ＭＰＯＡ的研究與實(shí)現(xiàn)

妥艷君　康玉文

　　摘要：介紹了ＩＰ與ＡＴＭ的融合技術(shù)_ＡＴＭ多協(xié)議技術(shù)（ＭＰＯＡ）的基本功能、系統(tǒng)組成及工作原理，在此基礎(chǔ)上闡述了ＬＡＮＥ、ＭＰＯＡ在ＡＴＭ交換機(jī)上具體研究與實(shí)現(xiàn)，包括ＭＰＳ、ＮＰＣ、ＮＨＳ、路由器以及ＬＥＣＳ、ＬＥＳ、ＬＥＣ的研究與實(shí)現(xiàn)。

　　關(guān)鍵詞：ＡＴＭ多協(xié)議技術(shù)（ＭＰＯＡ）　局域網(wǎng)仿真（ＬＡＮＥ）

　　隨著互連網(wǎng)在全球范圍內(nèi)的日前普及，多媒體ＩＰ業(yè)務(wù)對(duì)傳輸信道的要求越來(lái)越寬，對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求越來(lái)越高，用寬帶ＡＴＭ網(wǎng)絡(luò)承載ＩＰ業(yè)務(wù)成為重要的技術(shù)發(fā)展方向。ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)提供了最廣泛的應(yīng)用支持，而ＡＴＭ技術(shù)則為共享媒體類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送能力低的問(wèn)題提供了一個(gè)較好的解決方案，所以ＩＰ與ＡＴＭ的融合已成為今后網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。ＩＰ與ＡＴＭ的融合技術(shù)主要分為兩類(lèi)：重疊模型和集成模型。重疊模型有基于ＡＴＭ的傳統(tǒng)ＩＰ技術(shù)（ＣＩＰＯＡ）、基于ＡＴＭ的多協(xié)議技術(shù)（ＭＰＯＡ）。由于集成模型在標(biāo)準(zhǔn)的制定方面還處于完善階段，所以我們?cè)冢粒裕徒粨Q機(jī)上前期實(shí)現(xiàn)了ＭＰＯＡ、ＬＡＮＥ技術(shù)。

　　1　ＭＰＯＡ的基本原理

　�。停校希聊苤С侄喾N網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，除支持ＩＰ協(xié)議之外，還支持所有可進(jìn)行路由的協(xié)議，如ＩＰＸ、ＡＰＰＬＥＴＡＬＫ等，它直接把網(wǎng)絡(luò)層地址映射為ＡＴＭ地址，它引入了虛擬路由器的概念，使主機(jī)間能建立直接的ＡＴＭ虛電路，從而利用ＡＴＭ網(wǎng)絡(luò)為ＩＰ（或其它）用戶(hù)提供高速直達(dá)數(shù)據(jù)鏈路，既可以充分利用ＡＴＭ網(wǎng)絡(luò)資源，發(fā)展ＡＴＭ上的ＩＰ用戶(hù)業(yè)務(wù)，又可以解決目前ＴＣＰ／ＩＰ技術(shù)在路由器中遇到的瓶頸。ＭＰＯＡ系統(tǒng)是基于客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的。其中，ＭＰＯＡ包括：ＭＰＯＡ客戶(hù)機(jī)（ＭＰＣ）和ＭＰＯＡ服務(wù)器（ＭＰＳ）以及下一跳解析協(xié)議（ＮＨＲＰ），它們通過(guò)局域網(wǎng)仿真（ＬＡＮＥ）相連。

　　ＭＰＯＡ和ＬＡＮＥ、ＮＨＲＰ結(jié)合在一起通過(guò)ＡＴＭ網(wǎng)絡(luò)提供第二層和第三層的集成，允許ＩＰ與其它協(xié)議在ＡＴＭ上運(yùn)行，且改變了由于網(wǎng)上的傳輸連接需要多個(gè)傳統(tǒng)路由器逐段轉(zhuǎn)發(fā)造成的瓶頸狀態(tài)，使網(wǎng)上的傳輸連接只需經(jīng)過(guò)一個(gè)跳頻，實(shí)現(xiàn)了直通，避免了網(wǎng)中使用多個(gè)路由器帶來(lái)的弊端，加快了傳輸速度。

　　1.1�。停校希料到y(tǒng)組成

　　在ＡＴＭ交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)ＭＰＯＡ技術(shù)，需由ＭＰＯＡ邊緣設(shè)備、ＭＰＯＡ路由服務(wù)器和仿真局域網(wǎng)ＥＬＡＮ三大部分完成。ＭＰＯＡ系統(tǒng)由ＭＰＣ和ＭＰＳ、傳統(tǒng)路由功能、ＥＬＡＮ組成，ＭＰＳ一般包含ＮＨＳ。

　　1.2�。停校希粱�本功能

　�。停校希料到y(tǒng)包含兩個(gè)基本邏輯部件，即ＭＰＣ和ＭＰＳ。ＭＰＣ的主要功能是建立和釋放互連網(wǎng)間的直連通路，ＭＰＣ具有網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)發(fā)功能，但不具有網(wǎng)絡(luò)層尋徑功能。ＭＰＳ的主要功能是為ＭＰＣ提供數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)所需的信息，負(fù)責(zé)向ＭＰＣ提供網(wǎng)絡(luò)層最優(yōu)路由信息。ＭＰＳ中包含ＮＨＲＰ協(xié)議體制中的ＮＨＳ。ＭＰＳ與ＮＨＳ和路由器完成ＭＰＣ接入直連路由請(qǐng)求，并給出口ＭＰＣ提供ＤＬＬ封裝信息，并將該封裝信息存到該ＭＰＣ之中。

　　ＭＰＯＡ使用ＡＴＭ模擬多協(xié)議路由器。多協(xié)議路由器的路由功能是通過(guò)運(yùn)行ＲＩＰ（路由信息協(xié)議）或ＯＳＰＦ（最短路徑優(yōu)先協(xié)議）而實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō)，在多協(xié)議路由器中應(yīng)能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)路由器的路由功能。另外，此傳統(tǒng)的路由器也應(yīng)能完成ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議、ＡＲＰ協(xié)議、ＩＣＭＰ協(xié)議、ＵＤＰ協(xié)議。

　�。停校希猎O(shè)備采用的是標(biāo)準(zhǔn)的ＬＡＮＥ連接，同一ＥＬＡＮ內(nèi)的數(shù)據(jù)通信是直達(dá)的，而只有當(dāng)不同ＥＬＡＮ間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)方啟動(dòng)ＭＰＣ、ＭＰＳ等。ＬＡＮＥ包括局域網(wǎng)仿真配置服務(wù)器（ＬＥＣＳ）、局域網(wǎng)仿真服務(wù)器（ＬＥＳ）、局域網(wǎng)仿真客戶(hù)機(jī)（ＬＥＣ）。ＬＥＣＳ負(fù)責(zé)保存仿真局域網(wǎng)中ＬＥＣ以及ＭＰＯＡ的ＭＰＳ和ＭＰＣ的配置信息，并向新安裝的ＬＥＣ發(fā)送ＬＥＳ的ＡＴＭ地址。每個(gè)管理域只有一個(gè)ＬＥＣＳ，它為本域中的所有ＥＬＡＮ服務(wù)。ＬＥＳ提供ＭＡＣ地址與ＡＴＭ地址的映射功能。每個(gè)ＥＬＡＮ只有一個(gè)ＬＥＳ。每個(gè)ＬＥＳ用一個(gè)專(zhuān)用的ＡＴＭ地址來(lái)標(biāo)識(shí)。ＬＥＣ是所仿真的局域網(wǎng)的客戶(hù)機(jī)，它向現(xiàn)有的局域網(wǎng)提供媒體訪問(wèn)控制子層（ＭＡＣ）的服務(wù)接口，代理原ＬＡＮ的所有終端與ＡＴＭ網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，完成地址解析，實(shí)現(xiàn)ＥＬＡＮ中的所有終端間的通信。每個(gè)ＬＥＣ由一個(gè)唯一的ＡＴＭ地址來(lái)標(biāo)識(shí)，而且與一個(gè)或多個(gè)可通過(guò)該ＡＴＭ地址到達(dá)的ＭＡＣ地址相連。

　　1.3�。停校希凉ぷ髟�理

　�。停校希料到y(tǒng)的過(guò)程包括ＭＰＣ和ＭＰＳ的配置過(guò)程；ＭＰＣ和ＭＰＳ的登記過(guò)程；ＭＰＯＡ地址解析過(guò)程；ＭＰＣ和ＭＰＳ建立和維護(hù)Cache的過(guò)程。另外ＭＰＯＡ地址解析過(guò)程還包括一般的地址解析過(guò)程；重發(fā)Ｒｅｔｒｙ機(jī)制；Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ機(jī)制。ＭＰＯＡ一般的地址解析過(guò)程概括如下：

　　首先ＬＥＣ分析收到的數(shù)據(jù)包為出子網(wǎng)的時(shí)，就送給Ｉ＿ＭＰＣ。Ｉ＿ＭＰＣ一收到數(shù)據(jù)包，就判斷是否要為發(fā)送數(shù)據(jù)端和接收數(shù)據(jù)端建立一條直連通道，如需要，它就向Ｉ＿ＭＰＳ發(fā)送ＭＰＯＡ解析請(qǐng)求，請(qǐng)求解析接收數(shù)據(jù)端的ＡＴＭ地址；Ｉ＿ＭＰＳ收到請(qǐng)求皇，把它轉(zhuǎn)變?yōu)椋危龋遥薪馕稣?qǐng)求，發(fā)給ＮＨＳ；ＮＨＳ來(lái)尋路由，轉(zhuǎn)發(fā)給適當(dāng)?shù)模牛撸停校�；Ｅ＿ＭＰＳ根�?jù)情況把ＮＨＲＰ解析請(qǐng)求轉(zhuǎn)變?yōu)椋停校希痢。茫幔悖瑁鍙?qiáng)置請(qǐng)求發(fā)給數(shù)據(jù)接收端相連的Ｅ＿ＭＰＣ（通過(guò)ＩＰ＿ＡＲＰ和ＬＥ＿ＡＲＰ找到Ｅ＿ＭＰＣ）；Ｅ＿ＭＰＣ收到此請(qǐng)求后，把自己的ＡＴＭ地址解析結(jié)束。發(fā)送數(shù)據(jù)端的Ｉ＿ＭＰＣ可以在它和接收數(shù)據(jù)端的Ｅ＿ＭＰＣ之間建立直連通道Ｓｈｏｒｔｃｕｔ，以后這兩端的數(shù)據(jù)可在此直連通道上發(fā)送。

　　2�。停校希恋难芯颗c實(shí)現(xiàn)

　�。停校希淋浖�主要遵循ＡＴＭ�。疲铮颍酰淼摹叮停酰欤簦椋�Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｏｖｅｒ�。粒裕汀。郑澹颍螅椋铮�1.0》標(biāo)準(zhǔn)完成，主要分為四大部分軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)：ＭＰＯＡ客戶(hù)（ＭＰＣ）軟件、ＭＰＯＡ服務(wù)器（ＭＰＳ）軟件、下一跳解析協(xié)議服務(wù)器（ＮＨＳ）軟件及路由器軟件。

　�。蹋粒危啪钟蚓W(wǎng)仿真軟件主要遵循ＡＴＭ　Ｆｏｒｕｍ的《ＬＡＮ�。牛恚酰欤幔簦椋铮睢。希觯澹颉。粒裕汀。郑澹颍螅椋铮�1.0》標(biāo)準(zhǔn)完成，主要分為兩部分軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)：局域網(wǎng)仿真客戶(hù)（ＬＥＣ）軟件和局域網(wǎng)仿真服務(wù)器（ＬＥ　Ｓｅｒｖｅｒ）軟件。

　�。停校�、ＮＨＳ、路由器軟件、ＬＥＳ、ＬＥＣＳ軟件運(yùn)行于ＡＴＭ交換機(jī)的主控板上，采用Ｖｘｗｏｒｋｓ實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，編程采用ＳＤＬ語(yǔ)言和Ｃ語(yǔ)言，軟件編程工具采用ＳＤＴ及ＶＣ++。ＭＰＣ、ＬＥＣ軟件運(yùn)行于ＡＴＭ交換機(jī)的前端處理器上，自編調(diào)度程序，編程采用Ｃ語(yǔ)言。

　　2.1　ＭＰＳ功能研究與實(shí)現(xiàn)

　�。停校拥闹饕�功能是為ＭＰＣ提供數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)所需的信息，即ＭＰＳ轉(zhuǎn)換ＭＰＯＡ請(qǐng)求為ＮＨＲＰ請(qǐng)求，使得請(qǐng)求能使用ＮＨＲＰ協(xié)議經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)目的點(diǎn)，負(fù)責(zé)向ＭＰＣ提供網(wǎng)絡(luò)層最優(yōu)路由信息。ＭＰＳ響應(yīng)維護(hù)終端的命令實(shí)現(xiàn)了軟件初始化、啟動(dòng)處理、刪除處理等功能，和ＬＡＮＥ共同完成了ＭＰＳ配置、注冊(cè)，和ＭＰＣ共同實(shí)現(xiàn)了ＭＰＯＡ地址解析功能、ＭＰＯＡ的保持機(jī)制、ＭＰＯＡ的Ｋｅｅｐ�。幔欤椋觯鍣C(jī)制和各種原因引起的Ｐｕｒｇｅ的處理。

　　在ＳＤＴ環(huán)境下，它包括ＭＰＳ控制、人口ＭＰＳ（ＩＭＰＳ）、出口ＭＰＳ（ＥＭＰＳ）和Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ模塊。另外實(shí)現(xiàn)ＭＰＳ功能，它還必須包括控制管理模塊、維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊及硬件接口驅(qū)動(dòng)程序�？刂乒芾砟�塊完成消息的接收和分發(fā)，維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊完成ＭＰＯＡ及ＬＡＮＥ靜態(tài)數(shù)據(jù)的保存和維護(hù)。ＭＰＳ完成的主要功能為：ＭＰＳ配置功能；ＭＰＳ注冊(cè)功能；ＭＰＳ的ＭＰＯＡ地址解析功能；Ｃａｃｈｅ　管理；Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ機(jī)制；Ｒｅｔｒｙ重發(fā)機(jī)制。

　　2.2�。停校霉δ苎芯颗c實(shí)現(xiàn)

　�。停校玫闹饕�功能是建立和釋放子網(wǎng)間的直連通路（Ｓｈｏｒｔｃｕｔ），ＭＰＣ具有網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸功能，ＭＰＣ響應(yīng)維護(hù)終端的命令實(shí)現(xiàn)了軟件初始化、啟動(dòng)處理、刪除處理等功能，和ＬＡＮＥ共同完成了ＭＰＣ配置、注冊(cè)，和ＭＰＳ共同實(shí)現(xiàn)了ＭＰＯＡ地址解析功能、ＭＰＯＡ的保持機(jī)制、ＭＰＯＡ的Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ機(jī)制和各種原因引起的Ｐｕｒｇｅ的處理，同時(shí)ＭＰＣ軟件通過(guò)Ｃａｃｈｅ管理機(jī)制、Ｒｅｔｒｙ機(jī)制實(shí)現(xiàn)了對(duì)直連通路（ｓｈｏｒｔｃｕｔ）的管理。

　�。停校猛獠磕�塊的接口包括ＭＰＣ控制、入口ＭＰＣ（ＩＭＰＣ）、出口ＭＰＣ（ＥＭＰＣ）和Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ模塊。另外還有ＯＳ調(diào)度程序和硬件接口驅(qū)動(dòng)程序。ＭＰＣ完成的主要功能為：ＭＰＣ配置功能；ＭＰＣ注冊(cè)功能；ＭＰＣ的ＭＰＯＡ地址解析功能；ＭＰＣ的數(shù)據(jù)傳輸功能；Ｃａｃｈｅ管理；Ｋｅｅｐ－Ａｌｉｖｅ機(jī)制；Ｒｅｔｒｙ重發(fā)機(jī)制；Ｐｕｒｇｅ機(jī)制。

　　2.3�。危龋庸δ苎芯颗c實(shí)現(xiàn)

　�。危龋禹憫�(yīng)維護(hù)終端的命令實(shí)現(xiàn)了軟件初始化、啟動(dòng)處理、刪除處理等功能，ＮＨＳ通過(guò)對(duì)路由器軟件的一個(gè)函數(shù)的調(diào)用可以得到訪問(wèn)某個(gè)網(wǎng)段的下一跳路由ＩＰ地址，即和路由器共同完成對(duì)目的站的下一跳的ＩＰ地址及ＡＴＭ地址的確定。ＮＨＳ完成的主要功能為：ＮＨＳ尋經(jīng)功能；ＮＨＳ解析功能。

　　2.4　路由器功能研究與實(shí)現(xiàn)

　　在ＭＰＯＡ系統(tǒng)中，路由器軟件的主要功能是負(fù)責(zé)發(fā)出或響應(yīng)ＩＰ＿ＡＲＰ請(qǐng)求，尋徑與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，包就是傳統(tǒng)路由器的功能。

　　路由器軟件是通過(guò)ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統(tǒng)和其應(yīng)用組件ＲＩＰ（Ｒｏｕｔｉｎｇ�。桑睿妫铮颍恚幔簦椋铮睢。校颍铮簦铮悖铮欤﹣�(lái)實(shí)現(xiàn)的。路由器軟件包括ＩＰ、ＴＣＰ、ＵＤＰ、ＡＲＰ、ＲＡＲＰ、ＲＩＰ幾種協(xié)議軟件包。它是一個(gè)虛擬路由器，它用軟件模擬一個(gè)傳統(tǒng)路由器，負(fù)責(zé)在不同子網(wǎng)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。它通過(guò)ＰＶＣ與ＬＥＣ模塊交換信息，并通過(guò)ＰＶＣ與其它的路由器連接，負(fù)責(zé)ＡＲＰ地址解析和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。路由器軟件模擬了傳統(tǒng)路由器的端口_以太網(wǎng)接口，通過(guò)這些端口與ＬＥＣ和其它路由器交換信息。

　　2.5�。蹋粒危殴δ苎芯颗c實(shí)現(xiàn)

　　本次開(kāi)發(fā)的局域網(wǎng)仿真軟件主要遵循ＡＴＭ�。疲铮颍酰怼〉摹叮蹋粒巍。牛恚酰欤幔簦椋铮睢。希觯澹颉。粒裕汀。郑澹颍螅椋铮�1.0》標(biāo)準(zhǔn)完成，同時(shí)為了支持ＡＴＭ上的多協(xié)議傳輸（ＭＰＯＡ）業(yè)務(wù)，增加了部分《ＬＡＮ�。牛恚酰欤幔簦椋铮睢。希觯澹颉。粒裕汀。郑澹颍螅椋铮�2-ＵＮＮＩ�。樱穑澹悖椋妫椋悖幔簦椋铮睢分械膬�(nèi)容。主要分為兩大部分軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)：局域網(wǎng)仿真客戶(hù)（ＬＥＣ）軟件和局域網(wǎng)仿真服務(wù)器（ＬＥ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）軟件。局域網(wǎng)仿真服務(wù)器軟件又分為：ＬＥＣＳ軟件、ＬＥＳ軟件和ＢＵＳ軟件。ＬＥＣＳ、ＬＥＳ、ＬＥＣ、ＢＵＳ均接收和響應(yīng)維護(hù)終端的命令，對(duì)自身數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置、更新、上報(bào)。

　�。蹋牛茫榆浖�完成的功能為：負(fù)責(zé)各ＥＬＡＮ中ＬＥＣ的初始配置，按照指定的分配策略將ＬＥＣ分配到合適的ＥＬＡＮ中，負(fù)責(zé)維護(hù)其管理范圍內(nèi)所有ＥＬＡＮ的信息，此外，ＬＥＣＳ需要為ＭＰＯＡ部件進(jìn)行初始配置。

　�。蹋牛榆浖�完成的功能為：完成仿真局域網(wǎng)的控制、協(xié)調(diào)功能。記錄加入到該仿真局域網(wǎng)的ＬＥＣ的信息，提供ＭＡＣ地址及其對(duì)應(yīng)的ＡＴＭ地址的注冊(cè)及地址解析服務(wù)，維護(hù)該ＥＬＡＮ中的所有ＬＥＣ的信息。

　�。拢眨榆浖�完成的功能為：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)廣播、點(diǎn)到多點(diǎn)數(shù)據(jù)和未知目的的ＡＴＭ地址的注冊(cè)及未知目的ＡＴＭ地址數(shù)據(jù)的傳送功能。

　　ＬＥＣ軟件完成的功能為：ＬＥＣ模塊和ＬＡＮＥ�。樱澹颍觯澹蚰�塊共同完成局域網(wǎng)仿真功能，主要是完成局域網(wǎng)仿真功能，主要是完成ＬＡＮＥ的配置、加入、本地ＭＡＣ地址注冊(cè)以及地址解析。ＬＥＣ還為ＭＰＯＡ系統(tǒng)服務(wù)，主要包括對(duì)ＭＰＣ模塊的啟動(dòng)和刪除，對(duì)ＭＰＣ、ＭＰＳ模塊的配置參數(shù)傳遞，以及處理ＭＰＳ模塊的地址解析請(qǐng)求，ＬＡＮＥ系統(tǒng)與ＭＰＯＡ系統(tǒng)之間的所有接口操作，最終目的是為了不同子網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通信，為高層應(yīng)用軟件提供一個(gè)ＭＡＣ層的仿真以太網(wǎng)接口。

　　3　結(jié)語(yǔ)

　�。粒裕图夹g(shù)和ＩＰ技術(shù)均是當(dāng)前通信領(lǐng)域中發(fā)展的熱點(diǎn)，因此二者的結(jié)合也就成為今后發(fā)展的一個(gè)重要方向，ＭＰＯＡ技術(shù)為二者的結(jié)合提供了一個(gè)較理想的解決方案。因此對(duì)ＭＰＯＡ系統(tǒng)的研究具有比較重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，我們開(kāi)發(fā)的具有ＭＰＯＡ、ＬＡＮＥ系統(tǒng)軟件的ＡＴＭ交換機(jī)已經(jīng)通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試，并聯(lián)網(wǎng)使用。

摘自《無(wú)線電通信技術(shù)》2002.1