最新精品Cisco路由器手册第6 章ATM 网络互联设计

第6章ATM 网络互联设计

异步传输模式（AT M ）是第一个专为支持多服务而开发的网络体系。AT M 网络有能力同时支持音频（声音）、视频和数据。AT M 现在最多支持2 .5G b p s 的带宽。当数据网络转向AT M 时，由于增加的存储器而使性能立即得到增强。音频网络可以节约开销，部分是由于与数据共享同一网络，并通过音频压缩、静音压缩、重复模式压缩和动态带宽分配。AT M 固定尺寸的5 3字节信元，允许AT M 支持时分复用（T D M ）的专用网络，达到公共交换数据网（Pu b l i c Switched Data Networks, PSDN ）的效率。

大多数网络设计人员的首要挑战是将AT M 与数据网络集成。数据网络集成需要将传统网络协议转换到基于信元的交换网络。AT M 可通过多种途径做到这点，首先是L A N 仿真。

6.1 LAN 仿真

AT M 运用基于标准的规范，允许在AT M 网络上安装传统L A N 和传统的网络协议，以在这些L A N 上通信。这一标准称为L A N 仿真（L A N E ）。L A N E 使用O S I 第二层数据链路控制的介质访问控制（M A C ）子层。使用M A C 封装技术，使得AT M 能够处理第二层和第三层的网络协议。ATM LANE 逻辑上扩展了L A N 的表现，提供相同性能性质的传统协议，如同传统的L A N 环境中一样。图6 -1显示典型的支持L A N E 的AT M 拓扑。

图6-1 ATM LANE 拓扑

ATM

上行

分发交换机LEC 、LECS 、LES 、BUS

访问交换机ATM 服务器群

ATM

核心

分发/访问交换机

分发交换机/路由器

LEC 、LECS 、LES 、

BUS

LECS 、LES 、

BUS LEC

ATM 上行

LEC LEC

LEC 100 Mbps 以太网LECS 、LES 、BUS 100 Mbps 以太网100 Mbps

以太网10 Mbps 以太网LEC 、LECS 、

LES 、BUS LEC 10 Mbps

以太网LECS 、LES 、

BUS

L A N E使用AT M的仿真L A N（Emulated LAN, ELAN）。使用E L A N，一个地点的L A N逻辑上连接到另一个地点的L A N。这就允许网络设计人员在ATM WA N上扩展L A N，以避免在两个地点之间需要路由报文。L A N E服务可由附接AT M的服务器或工作站，边缘设备如交换机以及当E L A N之间需要路由时的路由器提供。

ATM LANE使用四个组件为传统协议和设备建立端到端的连接：

■L A N仿真客户机（LAN Emulation Client, LEC）。

■L A N仿真配置服务器（LAN Emulation Configuration Server, LECS）。

■L A N仿真服务器（LAN Emulation Server, LES）。

■广播和未知服务器（Broadcast and Unknown Server, BUS）。

6.1.1 LAN仿真客户机

任何使用AT M连接的系统需要L A N仿真客户机。L E C支持传统L A N所需的仿真。一个L E C完成如下功能：

■数据转发。

■地址解析。

■向L A N E服务器注册M A C地址。

■使用AT M虚通道连接（Vi r t u a l Channel Connection, VCC）与其他L E C通信。

支持L E C功能的端系统充当：

■附接AT M的工作站。

■附接AT M的服务器。

■ATM LAN交换（Cisco Catalyst家族）。

■AT M附接的路由器（Cisco 12000、7 500、7 000、4 700、4 500和4 000系列）。

6.1.2 LAN仿真配置服务器

E L A N数据库由L A N仿真配置服务器（LAN emulation configuration server, LECS）维护，并由路由器管理员手工更新。另外，L E C S构建和维护L E S的AT M地址数据库。L E C S将E L A N 名称映射为L E S的AT M地址。L E C S完成下列L A N E功能：

■接受L E C发出的询问。

■以该E L A N的L E S的AT M地址回应L E C询问。

■为多个E L A N服务。

■手工定义和维护。

L E C S指引客户机到负责该E L A N的L E S，从而为每个客户机归类到一个E L A N。

6.1.3 LAN仿真服务器

L E C被一个称为L A N仿真服务器（L E S）的集中控制点控制。L E C通过使用直接控制（Control Direct）虚通道连接（V C C）与L E S通信。直接控制V C C被用来转发注册和控制信息。L E S使用控制分发（Control Distribute）V C C，一种点到多点的V C C，允许L E S转发控制信息到所有的L E C。L E S提供L A N仿真地址解析协议（LAN Emulation Address Resolution Protocol, LE-ARP）请求的服务，它用来构建和维护L A N目的地M A C地址的列表。

6.1.4 广播和未知服务器

AT M基于网络是点对点的概念。但是，这就没有传统的对广播和多对多服务的先天支持。利用在广播和未知服务器（B U S）上集中广播和组播功能，L A N E在AT M上提供这种类型的支持。每个同B U S通信的L E C使用多点发送（Multicast Send）V C C。B U S同所有L E C通信使用点对多点V C C，称为多点转发（Multicast Forward）V C C。B U S按顺序组装每个多点发送V C C接收到的信元，形成完整的帧。一旦形成帧，就将通过多点转发V C C发送给所有L E C。这样就保证了L E C之间数据的正常顺序。

6.1.5 LANE设计考虑

下面是在C i s c o路由器上设计L A N E服务的指导方针：

■Cisco AIP双向限制每秒钟报文数（packets per second, pps）为6万个。

■C i s c o路由器上的AT M接口最多有能力支持2 55个子接口。

■只有一个活跃的L E C S能支持所有E L A N。其他的L E C S工作在备份模式。

■每个E L A N有一对L E S/B U S和一个或更多的L E C。

■L E S和B U S必须定义在路由器A I P的同一个子接口。

■每个E L A N只允许一对L E S/B U S。

■每个子接口只允许一对活跃的L E S/B U S。

■LANE Phase 1标准不提供L E S/B U S冗余。

■L E C S可以位于和L E S/B U S对不同的路由器。

■V C C由交换虚电路（S V C）或永久虚电路（P V C）提供。

■一个子接口只支持一个L E C。

■比如A p p l e T a l k、I P和I P X的协议，如果在A I P子接口定义，则对L E C可路由。

■一个E L A N对于I P只应在一个子网。

6.1.6 网络支持

在Cisco IOS中的L A N E支持，允许传统的L A N协议将AT M作为L A N间通信的传输介质。下列是Cisco IOS对L A N E的支持特性。

■只支持对L A N的以太网仿真。现在还没有支持令牌环L A N仿真。

■支持使用I P、I P X或A p p l e T a l k在E L A N之间路由。

■支持E L A N之间的桥接。

■支持E L A N和L A N之间的桥接。

■L A N E服务器使用简单服务器冗余协议（S S R P）冗余支持。

■I P网关使用热备份路由协议（H S R P）冗余支持。

■D E C n e t、Banyan VINES和X N S路由协议。

6.1.7 编址

L A N E需要每个客户机的M A C地址。定义在同一接口或子接口的L A N E客户机自动拥有同样的M A C地址。该M A C地址用作AT M地址的端系统标识（End Sy s t e m Id e n t i f i e r, ESI）值。

虽然M A C地址是重复的，但表示每个L A N E客户机的结果AT M地址是唯一的。对正常AT M操作，所有的AT M地址必须是唯一的。每个L A N E服务组件都有和其他AT M地址唯一区别的AT M地址。

6.1.8 LANE ATM地址

L A N E使用NSAP AT M地址规则。L A N E使用的地址格式如下：

■1 3字节前缀，包括AT M论坛定义的如下字段：

? 认证和格式标识（Authority and Format Identifier，A F I）字段（1个字节）。

? 数字国家代码（Data Country Code，D C C）或国际代码标识（International Code

D e s i g n a t o r，I C D）字段（2个字节）。

? 域特定部分格式标识（Domain Specific Part Format Identifier，D F I）字段（1个字节）。

? 管理认证（Administrative Authority）字段（3个字节）。

? 保留字段（2个字节）。

? 路由域（Routing Domain）字段（2个字节）。

? 区域（A r e a）字段（2个字节）。

■6个字节的端系统标识（E S I）。

■1个字节的选择字段。

6.1.9 Cisco自动分配ATM地址的方法

在L E C S数据库中，Cisco IOS支持一种自动定义AT M和M A C地址的功能。自动处理赋给每个路由器AT M接口的8个M A C地址的池。Cisco IOS将这些地址按下列方法使用到L A N E组件中：

■在路由器上的所有L A N E组件使用同样的前导值，它标识一个交换并必须在交换之中定义。

■M A C地址池的第一个地址成为接口上的每个L A N E客户机的E S I字段值。

■M A C地址池的第二个地址成为接口上的每个L A N E服务器的E S I字段值。

■M A C地址池的第三个地址成为接口上的L A N E广播和未知服务器的E S I字段值。

■M A C地址池的第四个地址成为接口上的L A N E配置服务器的E S I字段值。

■L A N E配置服务器的选择字段设置为0值。所有其他组件使用定义它们的接口的子接口号作为选择字段。

要求L A N E组件必须定义在一个AT M接口的不同子接口，以产生唯一的AT M地址，原因在于选择字段值要设置为子接口号。

6.1.10 使用ATM地址模板

AT M地址的定义通过使用地址模板而得到极大简化。但是， E.164 AT M地址格式并不支持这些模板。用来LANE AT M编址的地址模板可使用星号（*）或省略号（…）。星号用于匹配任意单个字符，而省略号用于匹配前导或后继字符。表6 -1列出了决定的地址模板值。

AT M地址模板可以是前缀或E S I模板。当使用前缀模板，开始1 3个字节匹配交换定义的前缀，但模糊匹配E S I和选择字段。E S I模板匹配E S I字段，但使用模糊匹配前缀和选择字段。

表6-1 决定AT M地址模板值

未指定数字在结果值是

前缀（前1 3个字节）通过Interim Local Management Interface(ILMI)从AT M交换中获取

E S I（下6个字节）使用M A C地址池的第一个M A C地址填充，加上：

0—L A N E客户机

1—L A N E服务器

2—L A N E广播和未知服务器

3—L A N E配置服务器

选择字段（末字节）子接口号，范围从0～2 55

6.1.11 分配组件到接口和子接口的规则

L A N E组件能被分配到主AT M接口或子接口。下列是在 C i s c o路由器AT M接口上使用L A N E组件的指导方针：

■L E C S通常运行在主接口上。

■分配组件到主接口就是定义子接口0。

■同一个仿真L A N的L E S和L E C可以配置在路由器的同一个子接口上。

■两个不同的仿真L A N的L E C必须定义在路由器的不同子接口上。

■两个不同的仿真L A N的L E S必须定义在路由器的不同子接口上。

6.1.12 LANE环境中的冗余

ATM LANE V1.0规范中并不提供L A N E组件的冗余。高可用性通常是网络设计人员的目标，而L A N E规范中的单失效点则要求冗余技术。Cisco IOS通过实现简单服务器复制协议（Simple Server Replication Protocol，S S R P）支持L A N E冗余。

S S R P支持L E C S和L E S/B U S服务的冗余。L E C S冗余由在AT M交换机中配置多个L E C S地址来提供。每个定义的L E C S带等级定义，在表中作为L E C S地址的索引（L E C S地址表的入口号）。

初始时L E C S从AT M交换机请求L E C S地址表。在接收到L E C S地址表之后，请求的L E C S 试图连接到所有较低等级的L E C S。按这种方法，L E C S得知自己在冗余层次中的角色。与较高等级L E C S相连接的L E C S工作在备份模式。连接到所有其他L E C S且没发现有比自己等级高的L E C S，则担任主L E C S。

在这一层次中，如图6 -2所示，主L E C S的失效不会导致L A N E失效。那时，第二高等级的L E C S成为主L E C S角色。在主和最高等级的从之间V C C的丢失，意味着最高等级的从L E C S现在是主L E C S。

理论上讲，可以使用S S R P设计任意多的L E C S。但是C i s c o推荐，在S S R P中，设计不应超过3个L E C S。这一推荐是考虑到：对网络设计复杂性级别的增加，会导致解决问题的时间增加。

L E S/B U S冗余使用S S R P与主从体系相似，但是主L E S/B U S对由主L E C S分配。L E C S根据测定有最高优先级V C C连接到主L E C S的L E S/B U S对，来决定主L E S/B U S对。L E S/B U S对的优先级在L E C S数据库配置中赋值。

下列指导方针对设计L E C S冗余模式和保证正常运行的S S R P配置，应着重推荐：

图6-2 对LECS 冗余的SSRP 配置

访问

访问分发

主

备份

核心

核心备份分发

主VC 断开，LECS B

成为新主LECS

备份HSRP 路由器

备份HSRP 路由器

主HSRP 路由器主HSRP 路由器网关

网关

网关

网关

图6-3 对LANE 客户机IP 冗余的HSRP 配置

LECS 从高到

低建立VC 备份LECS

■每个L E C S必须维护同样的E L A N数据库。

■网络中每个AT M交换机上，按同样顺序在L E C S地址表中配置L E C S地址。

■当使用周知地址（Well Known Address）时，不要在同一AT M交换机定义两个L E C S。

只有一个L E C S可在交换机上注册周知地址，否则会导致初始问题。

使用在L A N E中的冗余机制第二种类型是使用I P协议的E L A N。热备份路由器协议（H S R P）为传统IP LAN拓扑开发，使用虚拟I P地址分配给虚拟接口，允许两个路由器共享一个普通虚拟I P地址。这样使得两个路由器对I P终端工作站而言，就像是单个I P网关。图6 -3中表明了L A N E中H S R P的使用。

主和从路由器接口，由在接口或子接口上的H S R P定义来决定。H S R P在两个路由器之间交换定义信息，以决定哪个接口是主网关地址。从路由器则发送H E L L O消息到主路由器，以测试其活跃。当从路由器没有收到主H S R P路由器发回的H E L L O消息，就成为主角色。

6.2 数据交换接口

AT M网络实现AT M数据交换接口（Data Exchange Interface, DXI）规范，以连接到附接串口的路由器。D X I规范允许C i s c o路由器与AT M网络之间的AT M“用户-网络接口”（Us e r-Network Interface, UNI）连接只使用一个串行接口。它由使用AT M数据服务单元（ATM Data Service Unit, ADSU）实现。

如图6 -4所示，路由器R 1使用高速串行接口（H S S I）连接到A D S U。A D S U从路由器以ATM DXI格式接收数据。然后A D S U将数据转换成AT M信元，再转发到AT M网络。A D S U对发往路由器的数据进行相反的处理。

帧中继WAN

图6-4 Cisco路由器的ATM DXI连接

6.2.1 支持的模式

虽然ATM DXI有3种模式，但Cisco IOS支持的只有模式1 a。这3种模式是：

■模式1 a，只支持A A L5，最大字节9 232，1 6位F C S，最多1 023条虚电路。

■模式1 b，支持A A L3/4和A A L5，最大字节9 224，1 6位F C S。A A L5支持最多1 023条虚电路，而A A L3/4只支持一条虚电路。

■模式2，支持A A L3/4和A A L5，16 777 215条虚电路，最大字节6 5535，3 2位F C S。

6.2.2 DXI编址

D X I编址使用与帧中继数据链路连接标识相等的值。在D X I中，该字段称为D F A。A D S U 映射D F A到相应的AT M虚拟路径标识（Virtual Path Identifier, VPI）和虚拟连接标识（Vi r t u a l

Connection Identifier, VCI ）。图6 -5显示DXI DFA 地址到AT M 信元V P I 和V C I 值的字节和位置映

射。图6-5 DXI 地址到ATM VPI/VCI 值的映射

6.3 传统IP

C i s c o 路由器支持传统I P （Classical IP ），可以配置成I P 客户机和I P 服务器。传统I P 使得路由器能将AT M 网络看作逻辑I P 子网（Logical IP Subnet, LIS ）。配置路由器作为ATM ARP 服务器，使传统I P 网络能在AT M 网络上通信。这样的好处是简化配置。传统I P 支持使用ATM ARP 服务器，减轻路由器配置中的负担，不必定义连接通过路由器的每个端设备的I P 网络地址和AT M 地址。

AT M 使用P V C 和S V C ，而ATM ARP 服务器的传统I P 特性只使用S V C 。使用ATM ARP 特性，每个端设备只须配置自己的AT M 地址和ATM ARP 服务器地址。由于RFC 1577只允许一个ATM ARP 服务器地址，在传统I P 中不能使用冗余。

如图6 -6所示，ATM ARP 服务器地址可以指向C i s c o 路由器。使用传统I P 的I P 客户机，连接到其配置的ATM ARP 服务器地址。然后服务器发送一个AT M 逆向A R P （Inverse ARP,I n A R P ）请求到客户机。客户机回应以I P 网络地址和AT M 地址。ATM ARP 服务器将这些地址放在缓冲中，用以解析I P 客户机提出的ATM ARP 请求。I P 客户机按照ATM ARP 服务器回应提供的I P -A T M

地址建立连接。图6-6 Cisco 路由器支持传统IP

6.4 ATM 上的多协议

AT M 上的多协议（M P O A ）为在AT M 网络传送所有协议提供一个解决方案。MPOA V1.0同L A N E “用户-网络接口”（U N I ）V 2 . 0一起，允许路由器和其他AT M 网络设备充分体会V L A N 、Q o S 和高可用性。这些网络增强使得设计人员在处理流量拥塞时，增加设备和网络灵

信元头

服务器

地址回应网络ATM IP-ATM

IP-ATM IP-ARP

ATM

ARP

活性。M P O A 的关键优点如下：

■V L A N 内部“直通（c u t -t h r o u g h ）”，最大化带宽和网段。

■强健的第3层Q o S 特性，支持报文流量如视频或音频，保证数据服务等级。

■只须软件升级，能最小化开销和简化实现。

M P O A 规范建立在4个组件之上：

■M P O A 客户机（MPOA Client, MPC ）。

■M P O A 服务器（MPOA Server, MPS ）。

■下一跳解析协议（Next Hop Resolution Protocol, NHRP ）。

■L A N 仿真（L A N E ）。

M P C 和M P S 功能在C i s c o 路由器都支持。M P O A 在内部（界内）和外部（界外）两边或主机设备之间使用直接虚通道连接（V C C ）。直接V C C 还连同快捷V C C 。直接V C C 允许转发第3层报文，通常在源和目的主机之间通过内部路由器路由，这样增加性能且减少延迟。

图6 -7显示M P C 、M P S 和N H R P 的使用，以在服务两个端设备的两边建立起直接V C C 。

图6-7 在端工作站之间建立直接VCC 的MPOA 流

6.4.1 多协议客户机

一般说来，多协议客户机（M P C ）位于一个AT M 边缘设备，比如Cisco Catalyst 交换机家族。但是，C i s c o 路由器能完成M P C 或M P S 的功能。M P C 提供如下功能：

■内部和边缘缓冲管理。

■AT M 数据和控制V C C 管理。

■M P O A 帧处理。

子网

子网询问和响应

客户机

客户机结果直接

网络

■M P O A协议和流量检测。

■发送到支持M P O A的路由器的报文标识。

■同边缘M P C建立直接V C C。

6.4.2 多协议服务器

多协议服务器（M P S）提供M P C所用的转发信息。M P S使用下一跳解析协议（N H R P）维护信息。M P S和N H R P模块交互运行在路由器中。M P S按如下方式与N H R P交互：

1) MPS将M P O A解析请求转换为N H R P请求。然后M P S发送N H R P请求到下一跳M P S或下一跳服务器（N H S），基于从M P S表中查找得到下一跳信息。M P S保证依赖于N H S类型使用正确封装。

2) 如果下一跳选择为一个L A N E，则N H S向M P S发送解析请求。同样，当报文目标地址未知时，N H S也发送解析请求。M P S还能请求N H S中止请求或丢弃报文。

3) 如果答复在路由器得到，或者下一跳接口使用L A N E，则解析答复从N H S发送到M P S。

4) 在从N H S接收到解析答复之后，M P S向M P C发送一个M P O A解析答复。

M P S使用网络I D。缺省所有M P S的网络I D为1。使用不同的网络I D，可以允许设计人员划分流量。这样使得设计人员允许L E C组间的直接V C C，并且禁止其他的直接V C C。同一路由器上的M P S和N H R P的网络I D必须是同样的，以用于请求、答复和快捷传送通过M P S和N H R P。

6.4.3 MPOA指导方针

下列是设计M P O A的指导方针：

■每个E L A N必须定义一个E L A N标识。

■一个M P C/M P S可作为单个L E C或多个L E C。

■一个L E C可与任何M P C/M P S关联。

■一个L E C一次只能附接一个M P C和一个M P S。

■L E C在附接到另一个M P C或M P S之前，必须断开对当前M P C或M P S的附接。

■一个主AT M接口使用不同的控制AT M地址，可以定义多个M P C和M P S。

■多个M P C或M P S可以附接到同一接口。

■附接到M P C或M P S的接口必须对通过AT M网络绑定的所有L E C是可访问的。

6.5 路由器上的带宽支持

在Cisco 7500和7 000系列路由器上，使用AT M接口处理器支持AT M。在设计支持L A N E的互联网络中，对于整个路由器支持的AT M总带宽在全双工模式下不应超过2 00M b p s。使用下列可能的硬件配置可以达到：

■两条透明异步发送/接收接口（Transparent Asynchronous Transmitter/Receiver Interface ，TA X I)连接。

■一条OC-3 SONET和一条E 3连接。

■一条OC-3 SONET和一条不常使用的OC-3 SONET连接。

■5条E 3连接。

6.6 配置流量参数

A I P提供强大的可变流量能力。它支持最多8个速率队列。每个队列可编程为不同的峰值速率。AT M虚电路可以赋给8个速率队列之一。虚电路可定义有一个平时速率和突发尺寸。

A I P支持下列配置流量速率参数：

■转发峰值信元速率。

■返回峰值信元速率。

■转发正常信元速率。

■返回正常信元速率。

■转发最大突发。

■返回最大突发。