ip交换技术课件

第三层交换机的工作原理
当发送站A对默认网关的IP地址广播出一个ARP请求时， 如果第三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B 站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。
否则，第三层交换模块根据路由信息向B站广播一个 ARP请求，B站得到此ARP请求后向第三层交换模块回 复其MAC地址，B站得到此ARP请求后向第三层交换模 块回复其MAC地址，第三层交换模块保存此地址并回 复给发送站A，同时将B站的MAC地址发送到第二层交 换功能模块的MAC地址表中。之后，A再向B发送的数 据包便全部交给第二层交换处理，信息因此得以高速 交换。
2个子层： 汇聚子层 (CS) 分段和重组 (SAR)
为了提高交换网络的速率， 对ATM层作了尽可能的简 化，而ATM层未提供处理 的信元丢失、误传、时延、 时延抖动等与业务服务质
量密切相关的功能，由 AAL层完成。
ATM适配层-AAL1
•AAL1主要适用于信源和信宿间有严格定时关系且面向连接的CBR 类业务； •CSI标识不同的应用，如时钟信号传递和结构化数据传递等； •SC放置每个信元的序号，用于检测信元丢失及误插入。 •CRC-3和奇偶校验位用来保证序号域中信元序号的正确传输；
2008.4
交换式连接组网
表明了交换型局域网中交换 机所实现的功能，站点A和E，站 点B和F，站点C和D之间分别建立 起三条独立连接，从而实现站点 A和E、B和F、C和D之间数据包的 互发。很明显，交换式连接的局 域网以数据链路层的帧为数据交 换单位，围绕局域网交换机构成 网络，从根本上解决了共享以太 网所带来的问题。
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1 51
2
3 39
ATM适配层
AAL位于ATM层之上，这一层是和业务相关的，即针对不同 的业务，采用不同的适配方法。但都要将上层传来的信息流（长 度、速率各异）分割成48字节长的ATM业务数据单元，同时将

•首部的最小长度为20字节，其中包含用于 路由选择的地址信息。
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• 净荷部分的最大长度接近64KB，不过由 于物理子网对最大传输单元（MTU）的 限制（比如以太网的MTU为1500字节）， IP分组在传输时可能会被分为更小的单 元，到达终点后再进行重装。
• IP分组的格式如图7-6所示。
③ 环回地址。 127网段的所有地址，用于测试网络协
议是否工作正常。
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（3）子网编址。
① 掩码（Mask）。 ② 子网掩码（Subnet Mask） ③ 超网（Supernetting）。
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（4）无类别编址。 如：192.168.120.28/21
21位网络地址，11位主机地址。
第7章 IP交换技术
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整体 概述
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一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
•局域网交换技术仍然无法解决广播风暴和 大型组网中存在的异构互联问题，因此需要 从更高层面引导和路由网络的流量，为此， 引入了路由器。
•局域网通过通信子网与路由器互联便构成 了广域网，TCP/IP协议体系结构中的网际 协议（IP，Internet Protocol）是实现网络 互连的基础。
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• UDP的主要特点如下。
（1）UDP是无连接的，发送数据之前 不需要建立连接；且不保证可靠交付。
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（2）UDP没有拥塞控制。
• 在网络出现拥塞时不会降低源主机的发送 速率。
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（3）支持一对一、一对多、多对一 和多对多的通信。
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3.3 配置广播包处理
例 在以太网接口0上启用IP定向广播。
Router(config)# interface etherent 0 Router(config-if)# ip directed-broadcast
如果在接口上配置了no ip directed-broadcast 命令，到达接口所在子网的定向广播包将被丢弃， 不是被广播。
例 启用帧中继服务
Router(config)# interface ethernet 0 Router(config-if)# arp frame-relay
3.3 配置广播包处理
功能： 启用定向广播到物理广播的转换
前提模式：
在接口模式下
命令格式：
ip directed-broadcast
[access-list-number | extended access-list-number]
（可选项）标准访
问控制列表号
（可选项) 扩展访问
为禁用该功能，使用该命令的控n制o列形表式号。
no ip directed-broadcast
[access-list-number
| extended access-list-number]
3.3 配置广播包处理
功能： 指定路由在转发广播包时转发的协议和端口
前提模式：
在全局配置模式下
命令格式：
ip forward-protocol udp [port]
转发UDP包
为了移除协议和端口，使用该命令 的no形式。
(可选项) 端口号
目的
no ip forward-protocol udp [port]
例 转发默认端口上UDP包。

同LSR。
（1）标记分组的转发，包括标记交换（出口 标记代替入口标记）与标记分组的封装。 （2）网络层分组的转发。
入口LER： （1）数据分组到LSP的映射。 （2）给数据分组加标记封装成标记分组。 （3）作为标记分组转发到下一个LSR。 出口LER： （1）将标记从分组中删除。 （2）作为网络层分组转发到下一跳。 （3）入口LER和出口LER均可实现网络层分 组的转发。
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CIP——Classical IP over ATM
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IP 与ATM融合的两种模式（2）
集成模式 o 单一的IP地址空间 o 单一的IP选路协议 o 需要控制协议（将3层的选路信息映射到2层直 通交换机制） Ipsilon的IP交换、Tag交换、MPLS是集成模式
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特性
重叠模型
集成模型
地址 选路协议 地址解析功能
段：
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1）从默认信道上传来数据包
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2）要求上游节点在所分配的VC上传送分组
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3）从下游节点收到改向消息
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4）在ATM直通连接上传送分组
IP交换的整个过程请按 观看
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IP 交 换 的 两 种 路 由
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3. Tag交换技术
Tag交换的组件 Tag交换的基本原理
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Tag交换组件
Tag交换节点由转发组件和控制组件构成。
（对应于IP交换中的ATM交换器和IP交换控制器）
转发组件：可以进行标签交换的Tag交换器。
Tag交换器中具有标签转发信息库。其信息是在控制驱动时将 路由映射到标签而形成的。
转发组件的转发机制是基于对固定长度的短标签的精确匹配算 法，而不是在网络层采用传统的最长匹配算法，并且转发机制独立 于网络层协议。

简单邮件传送协议（Simple Mail Transfer Protocol） 电子邮件地址：收信人邮箱名@邮箱所在主机 域名 当发送电子邮件时，邮件传输程序只使用地址 的后一部分，即目的主机的域名，只有邮件到 达目的主机后，接收方计算机服务器才根据地 址的前一部分，将邮件送往收件人的邮箱。
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8.2.6 SMTP
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8.4.2 LANE
当某个LEC A要向另一个LEC B传送数据 时，由LEC A向LES发送LANE地址解析 协议(LANE-ARP)消息，以得到LEC B的 ATM地址。LEC A得到LEC B的ATM地址 后，就可以在其间建立VCC并传送数据。 如果LES不能完成所要求的地址解析， LEC A要向BUS求助，由BUS将请求消 息向所有的LEC广播。
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8.4.1 Classical IPOA
LIS的成员要在ATM ARS中进行登记，LIS成员 可从ARS获得其它成员的IP地址，并可请求 ARS将IP地址映射为ATM地址。一旦获得对方 的ATM地址．即可与该成员建立SVC连接。 属于不同LIS的成员之间的分组传送要通过路 由器的转发，采用下一跳解析协议(Next Hop Resolution Protocol－NHRP)。
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8.2.4 TCP协议
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8.2.5 用户数据报协议(UDP)
UDP提供无连接的数据报服务,广泛用于倾向直 接使用数据报服务的应用程序。 UDP处理开销很小，由于简单,它很适合那些不 需要TCP全部特性的应用。 UDP不提供有保证的数据传送, 也不保证数据 的传输顺序。
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8.2.6 SMTP
通信的三个阶段： （1）连接建立：在发送主机的SMTP客户

8.3.2 路由器组网结构
8.3.2 路由器组网结构 组网时一般是通过路由器将多个局域网通过
传输网连接起来。
8.4 IP电话网
8.4.1 IP电话网概念 8.4.2 IP电话通信流程 8.4.3 IP电话网与PSTN的比较
8.4.1 IP电话网概念
1．IP电话的含义及实现原理 IP电话指在IP网上传送的具有一定服务质量的语 音业务。 IP电话是通过IP网络以分组交换的方式 传输信令数据和语音数据的，因此TCP/IP协议是 其所应遵守的基本协议。针对IP电话要求可以简 化TCP/IP协议。图8.11是一个简化了的TCP/IP协 议的分层结构示意图。
（1）路由器的功能 ①翻译功能 ②选择信息传送的线路 ③自动发现复杂网络（即第三层）的拓扑结构，并且根据数
据帧或分组头信息中所包含的网络地址把帧或包选路到目 的地。
8.3.1 路由器
（2）路由器的组成要素 ✓ 输入端口:物理链路和输入包的进出口处 ✓ 输出端口:在包被发送到输出链路之前由输出端口
存贮。输出端口可以实现复杂的调度算法以支持 优先级等要求。 ✓ 交换开关:可以使用多种不同的技术来实现。 ✓ 路由处理器:计算转发表，实现路由协议，并运行 对路由器进行配置和管理的软件。
8.2.3 IPv4向IPv6过渡
8.2.3 IPv4向IPv6过渡 在IPv4向IPv6过渡时，要解决两种场合下的通信 问题。一是被现有IPv4路由体系相隔的局部IPv6 网络之间该如何通信，称之为在IPv4海洋中的 IPv6孤岛间的通信问题；二是如何使新配置的局 部IPv6网络能够无缝地访问现有IPv4资源，反之 亦然。针对以上两类问题，有三种技术可以分别 予以解决：隧道技术和双栈技术作为第一个问题 的解决方案，采用地址头翻译技术解决第二个问 题。

DIP
Next-hop interface
E0 RTA
RTC S0
A
C
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IP路由协议介绍
• 指导网络层寻址和转发的工具－IP路由表。 • IP路由表由各种路由协议发现的路由优选后产生。 • 路由协议主要分类：
• 内部网关协议（IGP）：自治系统内部使用 • RIP • OSPF • IS-IS
• 物理网段（冲突域）：连接在同一导线上所有工作站的集合。连接的节 点越多，发生冲突的可能性就越大。
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数据通信工作的主要分层－数据链路层
• 数据链路层功能： • 物理地址（MAC）定义 • 链路参数、流控参数定义 • 差错验证
• 数据链路层主要设备： • 以太网交换机（L2） • 网桥（Bridge）
• VLAN虚拟局域网把物理网络划分成多个逻辑网络，使用不同的 VLAN ID表示。
• 相同VLAN内主机可以任意通信－－二层交换 • 不同VLAN内主机二层流量完全隔离
• 阻断广播包，减小广播域 • 提供了网络安全性 • 提供二层服务质量QoS的保证
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虚拟工作组
•虚 拟 工 作 组 可 以 把 物 理 网 络 划 分 成 多 个 逻 辑 的 网 络 ， 增 强 移 动 性 和 灵活性的需求。 •使用VL AN的另一个目的就是建立虚拟工作组模型 。
通
中
信
央
控
处
制
理
器
机
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数据通信网络
• 数据通信网络特点： • 连接不同地域的数据通信 终端设备 • 实现了资源的共享 • 信息处理的集中化

流的判别：用来判别通过ATM连接传送的数据流。 Ipsilon流管理协议（IFMP）：IP交换节点之间的协议，用于2 层标记（VCI）的分配，一个节点通过该协议通知相邻节点将某一标 记与特定的IP流相关联。 通用交换机管理协议（GSMP）：是IP交换机内部IP交换控制器 与ATM交换器之间的通信协议，用于IP交换控制器控制ATM交换器 的工作。 ATM交换器：ATM交换结构+输入/输出端口
控制组件：选路功能、生成标签和网络层路由的捆合信息、在 Tag交换器之间传送标签捆合信息。
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Tag交换的基本原理
电气工程学院
1）传统路由协议hop-by-hop方式基于目的地址的选路
2）标签分配和标签的捆合，形成标签信息库TIB 3）基于标签的数据转发 4）通信结束，标签清除 Tag交换具有面向连接的特性。
特点：技术简单，可扩展性好，灵活性高 存在问题：传输效率低，无法保证服务质量 ATM网络技术： 特点：可满足多业务需求，传输效率高，保证服务质 量，有流量控制 存在问题：技术复杂，可扩展性不好
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IP 与ATM融合的两种模式（1）
电气工程学院
重叠模式 o IP层运行在ATM层之上 o 2个地址空间（IP地址与ATM地址） o 2种选路协议（IP选路协议与ATM选路协议） o 需要地址解析功能 CIP、LANE、MPOA是重叠模式
Tag交换的组件 Tag交换的基本原理
电气工程学院
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Tag交换组件
电气工程学院
Tag交换节点由转发组件和控制组件构成。
（对应于IP交换中的ATM交换器和IP交换控制器）
转发组件是可以进行标签交换的Tag交换器。
Tag交换器中具有标签转发信息库。其信息是在控制驱动时将路 由映射到标签而形成的。

维护前面例子中那样的一个额外的交换表。在源路由向量中已经
包含了通往目的地通路的所有信息，交换机只需要处理该向量就 行了。由于其在网络方面做了一定工作，并且由于发送者向外发 布了准确的构造源路由向量的必须信息，因此很显然，在通过网 络交换分组时源选路方法是十分高效的。
第三种技术利用了装载在分组中的一个连接标识符来确定输出端
换句话说，就是某交换机上的一些端口处于“转发”状态，而其
他的交换机或该交换机上的其他端口处于“阻塞”状态。处于转
发状态的端口和链路就组成了生成树。
生成树算法在IEEE 802.1d LAN桥接标准中定义。它被用于
以太网透明桥接器和令牌环源选路桥接器中。在采用桥接器或交
换机互连来对L A N环境进行扩展时，生成树是十分有用的。但 是生成树在可扩展性和健壮性方面有一定的限制。首先，依据拓 扑结构，数据流量可能会集中在网络中少数的几个链路和交换机 上。即使是在活动链路和交换机上存在可用的替换通路，生成树
配，就将该分组发送到除了其输入端口以外的所有输出端口上。
如果目的地址对应的输出端口就是该分组的输入端口，交换机将 丢弃该分组。经过一段时间，交换机就会使缓存器中的表项超时， 以便使高速缓存中的信息不会因为过时而变得无用。
地址学习十分易于实现，并且在互相通信的主机上不需要作
任何修改或处理过程。但是，它需要交换机能在其缓存器中存储
广播和发现技术就可以提供在源L A N到目的L A N的多条通路之 间的统计负载平衡。由于源选路被用作了一种交换转发的机制， 在交换部分的开销极小；但另一方面，探测分组也消耗了带宽资 源，在网络初起阶段可能导致网络拥塞。
假定交换机运行了一个链路状态（或拓扑状态）路由协议。交换
机同与之相邻的交换机交换链路状态信息，并利用这些信息建立

移动IP的优势和不足
优势
具有高的连通性和可靠性，能够实现无缝漫游和远 程接入。
不足
容易受到网络拥塞、信号干扰、数据丢失等问题的 影响，需要不断改进优化。
移动IP的发展历程
1
1996：移动IPv4首次提出
解决单一IP地址约束下的异构网络问题。
2
2002: IPv6移动IPv6（MIPv6）
解决地址耗尽等IPv4无法解决的问题，并提出网络迁移的相关技术方案。
为何重要？
可以解决异构网络环境下移动设备无法实现网络连接、无法连续使用网络服务的问题。
移动IP的原理和基本概念
基本原理
从底层体系结构（网络层、数据链路层）出发，通 过路由表、代理、隧道、IP地址管理等基本机制进 行实现。
基本概念
包括主机移动性、端到端数据传输、安全性保障、 服务质量监测、网络拓扑管理等概念。
通过移动IP技术创新，实现远程诊断、数据互通 等重大突破。
相关特征
移动IP具有可扩展性、互操作性、安全性、灵活性
移动IP的应用场景
1
物联网应用
2
通过移动IP技术，物联网设备可以随时停
留在不同网络并维持端到端的通讯质量。
3
移动办公
借助移动IP技术，可以实现移动设备远程 接入企业内部网络，并进行高效的工作 协同。
流媒体传输
移动IP技术支持流媒体实时传输、保证音 视频数据的业务质量。
《移动IP技术》PPT课件
探讨移动IP技术的发展历程、应用案例以及研究前景，并深入了解其定义、原 理和基本概念。
移动IP技术的定义
什么是移动IP？
移动IP是一种可以在不同网络环境下实现移动设备网络连接的技术。
如何实现？

图所示为把标记交换操作应用于基本的按照目的地选路的实例。网络由三 个内部TSR设备、输入TSR设备和输出TSR设备构成。每个TSR都包含目的网 络184.16/16的路由表表项。通往目的网络沿途的下游TSR在输入端口分配 一个标记，然后向上游TSR设备发送标记关联〈184.16/16,tag〉。上游 TSR设备接到该消息并在输出端口上设置相应的标记。标记关联交换是各 自执行的，可以创建入口到出口的直通路径，传送所有去往网络 184.16/16的业务流。
播的方式传送，由出口ISR到达每个转发去往网络X
的分组的入口ISR。沿着路由通路到达出口ISR的中
间ISR设备将处理通路建立消息，在每个交换机组
件中分配标记（与出口ID相联系）。在入口ISR，
标准FIB配置了出口ID的参数，以便当分组进入网
络时，标准路由表查询能够体现出出口ID的存在。
该出口ID与到达出口ISR的交换通路相联系。然后
▪ 另一种解释ARIS的方法是：它把许多IP目的端映射为一个 出口ID，该出口ID与一组标签联系在一起，形成穿越ISR
（运行IP选路协议、ARIS控制协议以及能够在第三层转发分组同时能
够在第二层交换分组的第二层交换机）设备网络的交换通路。
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出口标识符（出口ID）
ARIS操作和理解的核心是出口标识符（出口 ID）。出口ID是一个可配置的值，用来标识 在某个多点到点树上传送到出口ISR的IP业 务流。出口ID配置在出口ISR，可以用现有 选路协议的信息动态创建或者人工配置。在 出口ISR设置出口I D将引发从出口I S R建 立交换通路。ARIS从网络的边缘（出口和入 口ISR）开始建立交换通路，而不是像标记 交换那样局部的建立。

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6.2 生成树协议Spanning Tree Protocol (STP)
STP的主要任务是阻止在第2层网络(网桥或交换机)上产生网络环路。它警惕地监视着 网络中的所有链路，通过关闭任何冗余的接口来确保在网络中不会产生环路。STP采 用生成树算法(STA)，它首先创建一个拓扑数据库，然后搜索并破坏掉冗余的链路。运 行了STP算法之后，帧就只能被转发到保险的由STP挑选出来的链路上。
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6.1.4 避免环路
交换机之间存在冗余链路是一件好事，这是因为，万一某条链路出了故障的话，它们 就可以用来防止整个网络失效。
如果网络中没有采取避免环路的措施， 交换机将通过互联网络无止境地扩散 广播帧。这有时被称为广播风暴。左 图演示了广播是怎样通过互联网络传 播的。可以观察到帧是怎样通过互联 网络的物理网络介质不断地进行广播 的。
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6.2 生成树协议Spanning Tree Protocol (STP) 在左图所示的交换式网络中，存在 着冗余的拓扑(交换环路)。如果没有 (采取)一些第2层的机制来阻止网络 环路，就会遇到前面讨论过的问题： 广播风暴和多帧复制。
13Байду номын сангаас
6.2.1 生成树术语
根桥(Root bridge):根桥是桥ID最低的网桥。对于STP来说，关键的问题是为网络中所有 的交换机推选一个根桥，并让根桥成为网络中的焦点。在网络中，所有其他的决定— 比如哪一个端口要被阻塞，哪一个端口要被置为转发模式—都是根据根桥的判断来做 出选择的。 BPDU(桥协议数据单元):所有的交换机相互之间都交换信息，并利用这些信息来选出 根交换机，也根据这些信息来进行网络的后续配置。每台交换机都对桥协议数据单元 (Bridge Protocol Data Unit)中的参数进行比较，它们将BPDU传送给某个邻居，并在其中 放入它们从其他邻居那里收到的BPDU。 桥ID(Bridge ID):STP利用桥ID来跟踪网络中的所有交换机。桥ID是由桥优先级(在所有的 Cisco交换机上，默认的优先级为32768)和MAC地址的组合来决定的。在网络中，桥ID 最小的网桥就成为根桥。

二、IP与ATM融合的交换技术
主要内容
IP与ATM的比较 IP与ATM融合模型 Ipsilon 的IP交换
分组的两种转发技术
传统IP的路由技术
采用最长匹配算法对分组头信息和路由表项进 行匹配，路由判决过程复杂
ATM、FR的交换技术
采用精确匹配算法对分组头中已知位置、固定 长度的域和转发表项进行匹配，转发判决过程 相对简单
3.0.0.1 3.0.0.2
F
主机 路由器
路由器工作原理
IP 节点
TCP UDP
路由协议
Y YY
路由表本地地址Fra bibliotekN修改 路由表
队列
N 出错？
输出操作
队列
到达数据包
发送数据包
骨干路由器结构
交换核心与线路卡簇分离的结构，标签交换
M40交换机举例
Juniper Network公司推出的IP交换机，可用于 Internet的骨干路由器、以太交换机、ATM交换机等。
IP与ATM的融合——集成模式
后期的integrated model 特点
单一的IP地址空间 单一的IP选路协议 需要控制协议（将3层的选路信息映射到2层直
通交换机制）
实例
Ipsilon的IP交换 Cisco的Tag交换 IETF推荐的MPLS
Ipsilon的IP交换机的结构（1）
控制平面
MPLS的信令和路由，负责LSP的建立、拆除、 维护、重建等
FEC—LSP 标记分配协议LDP协议
保存转发一个打标分组所需要的信息
Ingress LER (Label Edge Router)
129.88.1.1