IP交換

1996年美國Ipsilon公司提出了一種專門用於在ATM網上傳送IP分組的技術，稱之為IP交換（IP Switch）。它只對數據流的第一個數據包進行路由地址處理，按路由轉發，隨後按已計算的路由在ATM網上建立虛電路VC。以後的數據包沿着VC以直通（Cut-Through）方式進行傳輸，不再經過路由器，從而將數據包的轉發速度提高到第2層交換機的速度。IP交換基於IP交換機，可被看做是IP路由器和ATM交換機組合 ^[2]  而成，其中的“ATM交換機”去除了所有的ATM信令和路由協議，並受“IP路由器”的控制。

IP交換可提供兩種信息傳送方式：一種是ATM交換式傳輸；另一種是基於hop-by-hop方式的傳統IP傳輸。對於連續的、業務量大的數據流採用ATM交換式傳輸，對於持續時間短的、業務量小的數據流採用傳統IP傳輸，IP交換是基於數據流驅動的。IP交換的核心思想就是對用户業務流進行分類。對持續時間長、業務量大、實時性要求較高的用户業務數據流直接進行交換傳輸，用ATM虛電路來傳輸；對持續時間短、業務量小、突發性強的用户業務數據流，使用傳統的分組存儲轉發方式進行傳輸。

實現IP與ATM融合 ^[3]  的模型主要有重疊模型和集成模型兩大類。

在重疊模型中，IP運行在ATM之上，IP選路和ATM選路相互獨立，系統需要IP和ATM兩種選路協議，使用IP和ATM兩套地址，並要求地址解析功能，重疊模型使用標準的ATM論壇/ITU-T的信令標準，與標準的ATM網絡及業務兼容。但需要維護兩個獨立的網絡拓撲結構，地址重複，路由功能重複，因此網絡擴展性不強，不便於管理，IP分組的傳輸效率較低。IETF推薦的IPOA、ATM Forum推薦的LANE 和MPOA等都屬於重疊模型。

集成模型只需要一套地址和一種選路協議，不需要地址解析協議，將逐跳轉發的信息傳送方式變為直通連接的信息傳送方式，因而傳送IP分組的效率高，但它與標準的ATM融合較為困難。Ipsilon公司的IP交換、Cisco公司的標記交換、IBM的ARIS和IETF的MPLS都屬於集成模型 ^[4]  。

IP交換機 ^[5]  的結構是由IP交換控制器和ATM交換器兩部分構成。

IP交換控制器實際上就是運行了標準的IP選路軟件和控制軟件的高性能處理機，其中控制軟件主要包括流的判識軟件、Ipsilon流管理協議和通用交換機管理協議。

（1）流的判識軟件

流的判識軟件用於判定數據流，以確定是採用ATM交換式傳輸方式，還是採用傳統的IP傳輸方式。

（2）Ipsilon流管理協議（IFMP）

在IP交換機之間通信所使用的協議是IFMP（Ipsilon流管理協議），用於IP交換機之間分發數據流標記，即傳遞分配標記（VCI）信息和將標記與特定IP流相關聯的信息。

（3）通用交換機管理協議（GSMP）

在IP交換控制器和ATM交換器之間所使用的控制協議是GSMP,是一個主/從協議，此協議用於IP交換器對ATM交換器的控制，以實現連接管理、端口管理、統計管理、配置管理和事件管理等。

ATM交換器實際上就是去掉了ATM高層信令（AAL以上）、尋址、選路等軟件，並具有GSMP處理功能的ATM交換機。它們的硬件結構相同，只存在軟件上的差異。

IP交換的工作過程 ^[6]  可分為四個階段。

（1）對默認信道上傳來的數據分組進行存儲轉發

在系統開始運行時，IP數據分組被封裝在信元中，通過默認通道傳送到IP交換機。當封裝了IP分組數據的信元到達IP交換控制器後，被重新組合成IP數據分組，在第三層按照傳統的IP選路方式，進行存儲轉發，然後再被拆成信元在默認通道上進行傳送。

（2）向上遊節點發送改向消息

在對從默認信道傳來的分組進行存儲轉發時，IP交換控制器中的流判識軟件要對數據流進行判別，以確定是否建立ATM直通連接。對於連續的、業務量大的數據流採用ATM交換式傳輸，對於持續時間短的、業務量小的數據流採用傳統IP存儲轉發方式。當需要建立ATM直通連接時，則從該數據流輸入的端口上分配一個空閒的VCI，並向上遊節點發送IFMP的改向消息，通知上游節點將屬於該流的IP數據分組在指定端口的VC上傳送到IP交換機。上游IP交換機收到IFMP的改向消息後，開始把指定流的信元在相應VC上進行傳送。

（3）收到下游節點的改向消息

在同一個IP交換網內，各個交換節點對流的判識方法是一致的，因此IP交換機也會收到下游節點要求建立ATM直通連接的IFMP改向消息，改向消息含有數據流標識和下游節點分配的VCI。隨後，IP交換機將屬於該數據流的信元在此VC上傳送到下游節點。

（4）在ATM直通連接上傳送分組

IP交換機檢測到流在輸入端口指定的VCI上傳送過來，並受到下游節點分配的VCI後，IP交換控制器 通過GSMP消息指示ATM控制器，建立相應輸入和輸出端口的入出VCI的連接，這樣就建立起ATM直通連接，屬於該數據流的信元就會在ATM連接上以ATM交換機的速度在IP交換機中轉發。

開放——對於任何想要採納必備的公共IPX 技術和商業原則並簽約的固網運營商、移動網絡運營商以及其它服務提供商都開放

質量——通過使用網絡中的技術特性的組合，以及能夠確保所牽涉的所有參與方的之前的合同的執行的模式（端到端SLA），來提供對 QoS 的支持。

級聯支付—— IPX 中的級聯責任是指，傳輸鏈中的每一方都對下一方的性能負責。因為所有的參與者都做出這個承諾，因此，對該服務的提供所涉及的財務收益是順着這個價值鏈而級聯的，使得所有的前設防都能夠因為它們的參與而獲得一個商業上的回報。

高效連通性—— 連接到 IPX 的運營商可以選擇一個多邊網間互聯模式，這種模式下，一個多邊網間互聯合同可以開放多個網間互聯合作夥伴

全 IP—— 生來就支持基於 IP 的協議（例如 SIP、RTP、GTP、SMTP、SIGTRAN 等）

安全——不論是邏輯的還是物理的，都完全獨立於公共的互聯網。IPX 在互聯網上無法尋址或可見。

全球性——不侷限於某一個特定的地理區域

後向兼容——IPX 規範符合現存的規範和建議。不需要為，例如，一個符合 3GPP 的 IMS 核心網，去更新它的接口為一個符合 IPX 的網絡到網絡接口（NNI）

僅 NNI——IPX 需求僅處理 NNI。用户到網絡接口（User-to-Network Interface，簡稱：UNI）不在它的範圍內。

公共技術規範——端到端地被使用

網間互聯和漫遊——IPX 同時覆蓋網間互聯和漫遊場景。

競爭環境Competitive environment ——IPX 服務由很多個相互競爭的國際 IP 運營商來提供，它們通過一個專用的 IPX 對等點來相互連接。

IPX 的原則 ^[7]  已經由 GSMA 成功網地測試和驗證。在 2004 年以前， GSMA SIP 實驗局用多個基於 IMS 的業務測試了基於 IP 的 NNI。IPX 預商用實現實驗局從 2007 年 4 月開始運行，特別專注於分組交換語音業務。

2008 年的 GSMA 通稿聲明，IPX 實驗局完全成功。很多國際運營商都準備推出 IPX 業務，例如 IPX 語音（IPX Voice）、比利時電信國際運營商業務（Belgacom International Carrier Services）、英國電信（BT）、中信國際電訊（CITIC 1616）、德國電信（Deutsche Telekom ICSS）、iBasis、Reach、SAP 移動服務, Syniverse, 塔塔電信等等。這些公司都面向固定和移動運營商和其它服務提供商類型做為 IPX 提供商。

GSMA 公開地按需支持進一步的實驗。