LANE仿真原理和网络组成

 

以下内容摘自笔者的《网络工程师必读——接入网与交换网》一书：

 

1. LANE仿真基本原理

顾名思义， LANE （ Emulated 　 LAN ）的功能是在 ATM 网络上仿真 LAN ， 所得的局域网称之为 ELAN （ Emulated LAN ，仿真局域网）。 LANE 协议定义了仿真 IEEE 802.3 以太网或 IEEE 802.5 令牌环网的机制。 LANE 协议定义了与现有 LAN 给网络层提供的服务相同的接口，在 ATM 网络中传输的数据以相应的 LAN MAC 分组格式封装。

在 ATM 网上模拟传统局域网，通过 ATM 网将多个传统局域网和终端设备互联。在 ATM 网上构造新的局域网，这些局域网接点间的通信行为与传统局域网完全相同。局域网仿真对局域网隐藏了 ATM 交换结构，局域网终端感觉不到 ATM 网络的存在，因此无需修改终端设备的软硬件，就可以利用 ATM 网络的各种优点。

 

仿真协议主要在 ATM 主机和 ATM LAN 桥上实现。 ATM LAN 桥是局域网和 ATM 网间的转换器，采用 ALL5 协议对局域网数据作适配。它的作用是产生 ATM 信元，或重组 ATM 信元，恢复局域网的数据帧。 ATM 主机在 ATM 适配层与高层协议间加入局域网仿真功能，使 ATM 主机模拟传统局域网设备的行为，与局域网通信。 ATM LANE 是专为 LAN 接入而设置的，对传统 IP 终端而言， ATM 网络就像是一个局域网，其中包含若干由路由器连接起来的 IP 子网。

 

在 ELAN 中， LANE 协议为高层定义了与现有 LAN 相同的业务接口，这样，通过 ATM 网络传送的数据可仍以相应的 LAN MAC 信息包格式封装。 LANE 协议的这样一种解决方案，可使得 ATM 网络原来的所有方面，包括连接的建立、信元分割和重组（ SAR ）等都对结点完全透明，也就是说与 ATM 网络连接的 LAN 结点可以完全不必关心 ATM 网络中的以上这些操作。 LANE 使任何网络较高层协议不需要进行修改，就可在 ATM 网络上运行，因为 LANE 协议为网络层驱动程序提供与现有 MAC 协议相同的服务接口（如网络驱动器接口规范 NDLS 或开放数据链路接口 ODI 的驱动程序接口），不需要对这些驱动程序进行任何修改。

 

LANE 协议规定了单个仿真 LAN （ ELAN ）的运行，一个 ATM 上可以同时存在多个 ELAN ，每个 ELAN 仿真的是以太网，或令牌环网。 LANE 协议需要在以下两种 ATM 设备（这两种设备就是在上面所说的 ATM LAN 桥）上运行：

 

l              ATM 网络按口卡（ NIC ）

ATM NIC （也就是通常所说的 ATM 网卡）执行 LANE 协议，把 LAN 终端连接到 ATM 网络上（当然不是直接连接，而是要连接到下面将介绍的支持 LANE 协议的 ATM 局域网交换机，或者支持 LANE 协议的 ATM 路由器）。在连接的终端系统上， ATM 网卡将为在 ATM 层上运行 LAN 高层协议提供服务接口。这样，连接在 ATM 网络的终端系统可以继续使用原来的高层网络协议进行通信，当然，连接到 ATM 网络中后，终端系统就可以享受到 ATM 网络自身所带的各种优势，如高带宽支持，灵活的广域网应用等。

 

l              网络互连和 LAN 交换设备

这类设备主要指连接 ATM 的局域网专用交换机和路由器，用于连接各种 LAN 结点，或通过支持 LANE 协议的 ATM 网卡连接到 ATM 网络的 LAN 终端系统，当然也可以直接连接安装有 ATM 网络卡的 ATM 主机系统。 LAN 设备连接在 ATM 局域网交换机和路由器上后，本质上就相当于在 ATM 网络与 LAN 网络之间的互联建立了一个桥梁， LANE 协议就相当于一个桥接协议，它把 LAN 网络中设备的 MAC 地址改变为 ATM 地址，以便 LAN 设备连接到 ATM 网络后仍能被识别。

 

2. LANE网络组成

LANE 基于客户端 / 服务器模式（ Client/Server ），一个 LANE 服务器可对多个 LANE 客户端。 LANE 支持多种协议（ Multi-ProtocoloverATM ， MPOA ）传送，允许不同的 LANE 之间的互联；支持 LAN 中的无连接特性和单播、多播、广播传送 。支持 LANE 的各个 LANE 客户（ LEC ）就是 LANE 协议的客户端，负责在 ATM 网络中运行 LAN 高层协议的就是 LANE 协议服务器（ LE ）。

 

LEC 除了可以是一个通过支持 LANE 协议的 ATM 网卡连接 到 ATM 网络的终端系统外，还可以是作为 ATM 主机代理的网桥和路由器。 LEC 为 ELAN 中的单个终端系统执行数据传送、地址分析和其它控制功能，同时还为自己与任何高层协议提供标准的服务接口。综合起来， LEC 的主要功能有如下几个方面：

 

l              实现局域网的 MAC 帧和 ATM 信元地址的相互转换；

l              保存 MAC 地址、 ATM 地址和 VPI/VCI 的对应关系表；

l              与局域网仿真服务器共同完成地址解析功能；

l              启动信令建立 ATM 虚连接，为传送数据提供通路；

l              与 ATM 层管理接口，实现管理功能。

 

与 ELAN 接口的 ATM 网卡，或 ATM 局域网交换机在每个连接的 ELAN 上支持一个 LEC ，也就是说， LEC 可是单一个 LANE 客户机，也可以是一个 ELAN 网络。而且每个 LEC 由一个独立的 ATM 地址来标识。

LANE 服务器从功能上可以划分为三种：

 

l              局域网仿真服务器（ LANE Server ， LES ）

LANE 服务器负责为成功的操作仿真 LAN 提供必需的控制功能。 LES 服务器可以在连接到 ATM 的服务器、路由器或交换机上实现，可以通过网络集中或分散。

LES 服务器管理申请加入 VLAN 的 LEC 客户机。 LES 服务器也注册 MAC 地址，并将 MAC 地址分解为 ATM 地址。当 LEC 客户机加入仿真 LAN （ ELAN ）后，就与 LES 服务器一起注册它的 LAN 目的地址，将 MAC 地址映射为 ATM 地址。

 

LES 服务器在它的 ELAN 上为所有的 LEC 客户机保持 MAC 到 ATM 的地址变换。例如，如果一个 LEC 客户机需要传输点对点数据，它会产生一个对 LE 服务器的 LE-APR 请求。 LE-APR 协议将 LEC 客户机的 MAC 目的地址分解为 ATM 地址。 LES 服务器通过传送 LE-APR 响应直接响应 LEC 客户机的请求，或者将请求向前传送到其它的 LEC 客户机以使其能够直接响应该请求。在接收到 LE-APR 响应后， LEC 客户机用该响应所包含的 ATM 目的地址建立到 ELAN 网络中目的客户机的连接，并使用 UNI 信号。建立 ATM 连接后， LEC 客户机就开始数据传输。 一个 ELAN 中只有一个 LES 。

 

l              广播与未知地址服务器（ Broadcast&&UnknownServer ， BUS ）

当源 LEC 客户机不能将 MAC 地址解析为 ATM 地址时， BUS 负责转发包含点对多点 MAC 地址（群地址、广播地址和功能地址）的数据，也就是 仿真传统 LAN 的广播机制，在 LEC 间直接链路建立前单播 LEC 数据。 LEC 客户机将所有的广播业务、点对多点业务和未解析的 MAC/ATM 地址业务转发到 BUS 。 BUS 将点对多点数据传送到每个已与 BUS 建立连接的客户机，通过这种方式仿真 IEEE 802x 局域网的广播性能。 一个 ELAN 中也只有一个 BUS 。

 

每个 LEC 在 ELAN 上只与一个 BUS 相连，但在一特定的 ELAN 上可能有多个 BUS ，它们以厂商确定的方式通信和协调。 LEC 连接的 BUS 由自己专有的一个 ATM 地址标识，连接在 LES 的 BUS ，其 ATM 地址与广播 MAC 地址相关联，映射关系通常在 LES 中配置。 LECS 通过将各个 LANE 客户机分配到 ELAN 相应的 LES ，把客户机指定给特定的 ELAN 。

 

l              局域网仿真结构服务器（ LANE Configuration Server ， LECS ）

ATM 网络中可以连接多个 ELAN ，如果连接了多个 ELAN ，则需要配置 LECS 。 LECS 保存了各个 LANE 的结构信息，将 LEC 配置到 ELAN 中。负责维护一个 ATM 网络中多个 ELAN 内的 LEC 、 LES 和 BUS 的配置信息，为每个 LEC 提供其所属 LES 的 ATM 地址。每个管理域只有一个逻辑 LECS ，为本域中所有的 ELAN 服务。

以上 这三个服务实体可以各自存在，但通常位于同一设备。