ATM上的多协议(MPOA)模型

　　1. MPOA模型概述

　　为了克服LANE和IPOA的缺点,ATM 论坛推出了一个新的规范——ATM上的多协议规范(MPOA)。MPOA集成了LANE、IPOA、下一跳解析协议(NHRP)和Mars规范的功能,能支持多种网络协议,直接把网络层地址映射为ATM地址,能支持可变长度的最大传输单元(MTU:Maximum Transmission Unit)。同时还引入了虚拟路由器的概念,从而使主机间能建立直接的ATM虚电路,解决了LANE和IPOA的路由器瓶颈问题。

　　MPOA是充分利用了已有的协议和标准,在ATM交换网络上提供路由功能。通过引入"交换路由器"的概念,MPOA试图提供好的网络伸缩性和灵活性。"交换路由器"仿真了传统路由器网络的功能,同时消除了经过多"跳"所带来的性能限制。在MPOA中,不论是否属于相同或不同的子网,任何具有MPOA功能的主机和边缘设备都可以和另一台设备在ATM交换中建立直接(Shortcut)连接。MPOA能辨识数据流,并将这些数据流直接映射到ATM交换虚电路上。这种跨越ATM建立直接连接的技术有时被称为"直通"或"零"跳路由。相比在纯粹基于路由器的子网间的路由方案,在ATM交换结构上建立直接连接能显著提高性能,数据包是在直接连接上传输,而不像在传统网络中,每个包都要经过多个路由器一个跳接另一个跳地处理,端到端之间的延时减少。

　　MPOA的基本思想是将传统多协议路由器中的数据包转发功能和路由功能分开到MPOA客户端和MPOA服务器中。例如,地址管理和拓扑结构检测由MPOA服务器(MPS)处理,而数据转发由MPOA客户端(MPC)通过ATM交换结构实现。MPS通常是由连接到ATM交换机上的传统路由器实现,或由一台独立的、连接到ATM交换机的路由服务器实现。MPC存在于边缘设备和连接到ATM上的主机中,从物理上将计算网络互联路由的功能与转发数据包的功能分开。传统的路由器受到其专用背板速度的限制,而基于MPOA的路由系统充分利用了基于标准的ATM交换结构,产生出一个性能极高的路由体系结构,非常理想地满足了今天所有在基于路由的局域网或广域网上运行的高带宽应用系统的需求。

　　数据传输是通过将网络层协议如IP和IPX直接映射到ATM,在基于标准的ATM结构上进行,这样就可以将网络层协议中的QOS机制对应到低层的ATM交换结构中。最终对时间敏感的流量可以充分利用ATM体系结构的QOS能力,同时融合已经大量安装的低成本技术,如连接到桌面的以太网和TCP/IP。这样可以允许低成本、高性能的多媒体应用(如视频会议、视频点播和远程教学)在网络上运行。

　　可见，MPOA解决了以下三个问题:

　　?定义了一种高效、低延迟的寻径方法,在ATM网络中对IP或其它协议进行寻径。

　　?能让网络管理员建立网络层的虚拟子网,扩展路由边界,因此作为虚拟网络的一部分,用户可以被组织到一起,而不管它在网络中的实际物理位置。

　　?允许应用程序充分利用ATM网络的QOS。

　　2. MPOA模型的体系结构

　　(1)基本组成

　　MPOA采用了LANE、NHRP、交换路由器(Switched Router)三种互补的技术。LANE是在ATM上仿真第二层的局域网技术,如以太网或令牌环,使得ATM透明于上层应用;而NHRP则提供了一种基于网络层地址进行寻址机制,在ATM骨干上建立一种直接连接;交换路由器可将传统路由器的功能分离到网络中不同的组成成分中,从而降低了成本,提高了效率。

　　(2)逻辑组成部件

　　MPOA协议定义了其逻辑组成部件,它们可以在不同的硬件配置上实现。包括：

　　* 边缘设备: 边缘设备是一种价格低廉的设备,它可以根据IP数据包的网络层目的地址和MAC层目的地址在传统的LAN接口与ATM接口间传输数据。

　　* MPOA客户(MPC): MPC驻留在边缘设备或连接到ATM交换机的主机上,主要功能是充当互联网络上直接连接通信的出口点和入口点。一个MPC一旦检测到通信流,那么会请求为其服务的MPS提供目的地的有关信息,并检测直接连接是否可以建立。如果可能,那么MPC就会建立一条SVC,并沿着这条路径向目的地发送数据。MPC和MPS使用NHRP协议进行通信,MPC能够保留与MPS相互通信时取得的直接连接信息。没有数据流的SVC在超过一个预先设置好的时间后将被自动拆除。

　　* MPOA路由器: MPOA路由器是网络层子层映射到ATM的一组功能的集合。MPOA路由器可以作为一个独立的产品来实现,也可以构建在现有的路由器和交换器中,负责维护本地的网络层、MAC层和ATM地址信息以及路由表。MPOA路由器通过NHRP进行通信,解析目的地址,使MPC可以建立直接连接,路由机构运行路由协议(例如RIP和OSPF)和传统路由器通信,这样使得MPOA系统能够与现有的路由局域和广域互联网络交互操作。

　　* MPOA服务器: MPS是MPOA路由器的逻辑元素,它将第三层转发信息提供给MPC。它也包含了NHRP服务器(NHS)的功能。MPS充分利用其路由和NHS的功能,确定路由。路径信息由目的地ATM地址和第二层封装信息表示,回应来自MPC的地址解析请求。

　　* 缓存: 由于在路由互联网络中,用户经常使用重复和惯用的外部地址,如访问特定的文件服务器或远程的公司站点,因此边缘设备可以保存(缓存)这些虚拟的通道信息,以便重复使用,而不用为每个数据流都发出地址解析请求。MPOA的目标之一就是将边缘设备必须访问路由服务器以获取地址信息的次数最少化。

　　* 虚拟子网: MPOA采用网络层构成来确定"虚拟" 网络。它们同时指示第三层协议和一个地址范围。在使用IP的情况下,它们可以被认为是"虚拟子网"。MPOA模型支持所有现存的LAN互联网络数据流,其中包括子网内部(Intra-subnet)的和子网(Inter-subnet)之间的数据流。

　　3. MPOA模型的工作过程

　　MPOA模型将路由功能分散到了含有MPC的边缘设备、连接的ATM主机和MPS中,MPC负责转发数据包,而MPS则提供路由信息,MPC检查从传统LAN段上接收到的数据包的目的地址,以便做出正确的转发决定。如果数据包需要路由,它所包含的目的MAC地址就是MPOA路由器接口的MAC地址,那么MPC会查找数据包的网络层目的地址,并向MPS查询,解析网络层地址所对应的ATM地址,或者直接使用缓存中的地址映射信息,建立一条到正确地址的直通虚拟通道。如果数据包的目的地是在同一个子网的主机上,那么它可以采用桥接技术,MPC将会采用LANE解析ATM地址,并且建立一条到目标主机的虚拟通道连接。

　　如果本地的MPS不知道正确的ATM地址,那么它将会通过NHRP功能,将查询传送到其它的MPS或路由器。MPS的目的地ATM地址可以是主机的地址(如果主机是直接连接ATM的),也可以是相应边缘设备的ATM地址。

　　(1)网络层映射

　　MPOA工作在网络层,它可以识别数据传输的起始阶段,以一个网络路由目的地ATM地址作回应,并建立一条直接连接的SVC,使用标准的第二层交换技术传输数据。MPOA模型同时具备了第二层和第三层的功能,包含了路由和交换两种技术。

　　网络层映射使ATM的QOS特性可以在网络应用中使用,如IEFT的RSVP协议运行在网络层,提供了为上层应用保留特定服务质量的机制。MPOA框架保证第三层的服务质量,保证需求映射到底层的ATM交换结构中。

　　(2)建立直接连接

　　MPOA支持多协议的LAN与LAN通信。在大多数情况下,数据传输通常只发生在相对稳定的数据流中,即发送的一个文件或信息通常由多个帧组成。根据第一个数据帧中包含的目的地址建立一条SVC,所有数据帧的ATM信元在建立好的SVC上传输。整个数据流沿着预先建立的直接连接传输,避免了传统的先传输到缺省通道,再由路由转发的情况。在诸如视

　　频信号等具有固定的数据流传输的情况下,会大大优于简单的路由器到路由器的操作方式。

　　(3)数据包的封装与传输

　　数据包从入口点MPC(Ingress MPC)进入MPOA系统。在缺省情况下,数据包通过LANE桥接到缺省路由器(在MPS中),再经MPS中的路由器转发到目的地边缘设备或主机。如果数据包是一个数据流的一部分,并且已经为这个数据流建立了一个直接连接,那么入口点MPC就会丢掉这个数据包的第二层封装信息,并沿直接连接发送。

　　如果没有检测到数据流,每个发送到MPS的数据包在通过LANE转发时,要按照数据包的第三层目的地址进行计数。当超过阀值时,MPC就会给MPS发送一个MPOA地址解析请求,从而获得一个目的地ATM地址,建立直接到出口点MPC(Egress MPC)的连接。

　　数据包经过直接连接到达出口点MPC时,要接受检查,如果在出口缓存中找不到匹配信息,那么数据包就会被丢掉。如果找到了合适的匹配,那么使用缓存中的地址信息对数据包进行第二层封装,然后通过LAN接口,将数据包发送到目的地的设备。

　　直接连接就是一条为特定数据流建立的ATM SVC。

　　4. MPOA模型的优点与不足

　　MPOA模型的优点在于：

　　* 用高效可扩展的方式支持基于ATM网络上的多网络协议运行。它还定义了网络层上能够跨越地理位置边界的虚拟子网。

　　* 允许流量通过一跳虚电路直接传送到目的地。通过将网络层协议直接映射到ATM,从而降低了网络上的开销和广播流量,支持可变容量的MTU,为现有的应用业务能利用ATM固有的QoS功能铺平道路。

　　* 定义了虚拟路由的标准,为基于ATM的路由提供了一种高效可扩展的方法。

　　MPOA模型现在面临的问题在于：

　　* 路由体系间的互操作性问题。整个MPOA 虚拟路由器——包括边缘设备、路由服务器和ATM基础结构——都设计成能够工作在使用现存路由协议的路由器环境中。因此,对于网管员来说只能是利用MPOA使之与现有的路由网络协同工作而不是取代后者。

　　* 必须和仿真局域网并存, 仿真局域网中的适配卡和边缘设备等还需要通过路由器集成到MPOA环境中。

　　* 作为一种园区网的解决方案,它不适用于解决广域网的问题。

　　* MPOA1.0版本远未解决人们企盼的网络服务质量(QoS)和源安全问题。