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12-3 IP over ATM 連結
既然 ATM 主要應用於架設網路骨幹，而目前網路中的應用程式還是以 TCP/IP 為主要架構。因此ATM 如何連結上現有的 IP 網路，乃是 ATM 網路最主要的課題，於是 ITEF 便制定 RFC 1483 和 RFC 1577 來規範 IP over ATM 的製作標準。RFC 1483（Muiltiprotocol Encapsulation over AAL 5）主要是規範封包格式；而 RFC 1577（Classical IP and ARP over ATM）是制定分級 IP，和 ARP 在 ATM 網路上如何轉換的運作程序。以下分別說明之： 12-3-1 IP over ATM 協定堆疊 以 OSI 參考模式而言，ATM 網路是介於第一、二層次的通訊功能，因此區域網路仿效軟體之中，必須處理 MAC 和 ATM 位址之間的轉換問題。如果以 IP over ATM 架構而言，那就牽涉到三種位址：IP 位址、MAC 位址和 ATM 位址之間的轉換問題。因此 RFC 1483 建議兩種連接方式：一種是架設在 LLC之上，稱之為 LLC/SNAP 封裝（Logical Link Control/Sub-Network Attachment Point Encapsulation）；另一種是直接連結到 AAL 5，稱之為 VC 多工（Multiplexing Virtual Channel），如圖 12-13 所示。兩者最大的區別是可否插入 LLC 層的連接，因 LLC/SNAP 封裝有經過 LLC 層的連接，則可以連接多種通訊協定（Multiprotocol over ATM），也稱之為『多重協定封裝』（Multiprotocol Encapsulation）；又 VC 多工沒有經過 LLC 層連接，因此只能適用於 IP 協定（IP over ATM）。目前 VC 多工已甚少使用，本節以介紹 LLC/SNAP 為主（SNAP 為 IEEE 802.1 標準）。
圖 12-13 IP over ATM 通訊協定堆疊 基本上，IP over ATM 都是架設在 AAL 5 之上，因 AAL 5 的 CS-PDU 所能承載的資料單元較大，而且額外承擔（Overhead）也較少。為了要讓 IP over ATM 之 LLC 封包能夠和 IP 網路相容，因此，在 LLC-PDU（Protocol Data Unit）上必須有一定的標準包裝格式，也稱之為『LLC/SNAP 封裝格式』，如圖 12-14 (a) 所示。各欄位功能如下： ● LLC 標頭（LLC Header）：包含有 DASP（Destination Access Service Point）、 SSAP（Source SAP）和控制（Control）欄位。其運作方式也如同一般 LLC 連線方式，可分為非連接導向、連接導向和非連接負確認等三種服務。 ● SNAP 標頭：包含組織標示號碼（Organizationally Unique Identifier, OUI）和協定標示號碼（Protocol Identifier, PID）。OUI 和 PID 表示後面訊息欄位所承載封包之通訊協定的型態。 ● 訊息（Information）：上層通訊協定單元（Protocol Data Unit）。
圖 12-14 LLC/SNAP 封包格式 12-3-2 IP over ATM 網路特性 在 IP over ATM 環境裡，我們希望將一個 ATM 網路區分為若干個子網路（Sub-network），並且能結合多個傳統之次網路（即是 IP 次網路）的功能。因此，在每部工作站除了需要有一個 IP 位址外，還需要一個 ATM 位址。 當同一網路上工作站之間連線時，需要從 IP 位址得到 ATM 位址，但跨越不同次網路之間連線，就需要路由器來連接，這就是 IP 的基本組態（Classical IP）的功能。我們將 IP over ATM 的特性歸類如下： (1) IP over ATM 之『邏輯 IP 子網路』（Logical IP Subnet, LIS）保持原來 IP 網路的模型。 (2) 邏輯 IP 子網路（LIS）內的工作站之間限定『點對點』連線方式。 (3) 在 LIS 內所有VC 的最大傳輸量（Maximum Transmission Unit, MTU）為 9180 位元組，再加上 8 位元組的 LLC/SNAP 標頭為 9188 位元組。（RFC 1626 規範可達 65536 位元組） (4) IP 封包經 LLC/SNAP 封裝後成為 AAL 5 的 CS-PDU。 (5) 在 LIS 內有關 IP/ATM 位址的解析是由 ATMARP（ATM Address Resolution Protocol）伺服器負責。 (6) 工作站之間通訊可透過 ATM PVC 或 SVC 連線。 12-3-3 IP over ATM 運作程序 任何一部工作站啟動時，都必須向 ATMARP（ATM Address Resolution Protocol）伺服器登錄其 ATM 和 IP 位址。ATMARP 伺服器維護一個 IP/ATM 對照表，以供其它工作站查詢。因此，在每一個邏輯 IP 子網路（Logical IP Subnet, LIS）內都必須具備一部 ATMARP 伺服器，其運作程序如下：（依圖 12-15 程序）。 (1) 位址登錄：工作站（如 A）啟動後，便以自己的 ATM 位址（如 ABCD）向 ATMARP 建立 VCC 連線。ATMARP 循所建立之連線，發送 InATMARP req 訊號詢問工作站 A 之 IP 位址，其訊號內攜帶本身 ATM 位址、IP 位址和對方的 ATM 位址。工作站 A 以 InATMARP replay 回應自己的 ATM 和 IP 位址。（以 ILMI 協定之運作程序） (2) 位址解析：工作站 A 欲知道 163.15.2.3 的 ATM 位址，便發送 ATMARP req 訊號給 ATMARP 伺服器。ATMARP 伺服器以 ATMARP replay 回應 163.15.2.3 之工作站的 ATM 位址給工作站 A。 (3) 連線：工作站 A 到 163.15.2.3 的 ATM 位址後，便可以直接和工作站 B 連線。
圖 12-15 IP over ATM 運作程序 如果在單一個 IP over ATM 之次網路（LIS）下，每部工作站啟動時，便向 ATMARP 伺服器登錄 IP 和 ATM 位址的對照表，整個運作程序也算單純。但如果由一個 LIS 網路連結多個傳統 IP 子網路（IP Subnet），在傳統 IP 子網路下的工作站，就無法向 ATMARP 伺服器登錄，因為它們沒有 ATM 位址，因此該 IP 子網路所跨接的路由器，便要負起『代理者』（Proxy）的責任。如圖 12-16 中，IP over ATM 的 LIS 網路（163.15.1.X）連結 3 個 IP subnet，ATMARP 伺服器只登錄 LIS 網路下工作站的 IP/ATM 位址對照表，所有路由器除了必須維護『路徑選擇表』（Routing Table）外，還必須建立 IP/ATM 位址的對照表（又稱 Cache Table）。例如，163.15.2.3 之工作站欲連接 163.15.4.4 工作站，當該封包進入路由器（163.15.2.1）時，路由器由路徑選擇表上，得知必須將封包轉送到 163.15.1.2 之路由器，再由它本身之 Cache Table 上查詢出，163.15.2.1 工作站的 ATM 位址（ABF），再利用 ABF 之位址連結到 163.15.2.1，並將封包轉送給它。以下再由 163.15.2.1 將封包轉送給 163.15.4.4 之工作站。
圖 12-16 IP over ATM 範例 12-3-4 IP over ATM 跨接網路 在圖 12-16 中，只有一個 LIS 網路，如果跨越多個 LIS 網路之間通訊，就牽涉到 LIS 之間路徑選擇的問題。基本上，每一個 LIS 網路有一部 ATMARP 伺服器紀錄有關本網路內 IP/ATM 位址對照表，但在跨越不同網路之間，也許需要透過其他網路上的 ATMARP 伺服器來查詢 IP/ATM 的對照位址。然而，不同 LIS 網路之間的工作站欲相互通訊時，大多是必須透過路由器連接，因此路由器很容易成為 ATM 網路終點對終點連接的瓶頸。『下一跳躍解析協定』（Next Hop Resolution Protocol, NHRP）是用來讓這些路由器之間互相通訊，來達到位址解析的目的，NHRP 並不是路徑選擇功能，而是希望在訊問者和被詢問者之間，跨接多個 LIS 網路之間，建立一條直接的捷徑連線，以作為查詢位址之用。有關於路徑選擇功能，還是必須仰賴原來 IP 之路徑選擇功能。 在一個 LIS 網路下，處理 NHRP 協定之伺服器，稱之為『下一跳躍伺服器』（Next Hop Server, NHS）。NHS 伺服器同樣保有 IP/ATM 對照表的維護能力，工作站啟動時，也必須向 NHS 伺服器登錄，以做查詢之用。如圖 12-17 中，工作站 A 欲連接到 LIS 3 網路上的工作站 B。 首先工作站 A 向 NHS 查詢工作站 B 的 ATM 位址（攜帶工作站 B 的 IP 位址和自己的 IP 及 ATM 位址），NHS 1 透過路由器連結到 NHS 2，NHS 2 也透過路由器連結到 NHS 3，並得到工作站 B 的 ATM 位址。再依照原來路徑回應給工作站 A。工作站 A 得到工作站 B 的 ATM 位址後，便可以直接和它建立連線。我們可以發現 NHS 伺服器比 ATMARP 伺服器增加了伺服器之間的通訊協定（即是 NHRP 協定），因此可以將 NHS 和 ATMARP 整合成一個完整的伺服器，功能就非常完整了。
圖 12-17 IP over ATM 跨接網路
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