MPLS技術(shù)及其在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

MPLS(多協(xié)議標(biāo)簽交換)是一種在開放的通信網(wǎng)上利用標(biāo)簽引導(dǎo)數(shù)據(jù)高速、高效傳輸?shù)男?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/技術(shù)">技術(shù)。

它的價(jià)值在于具有在一個無連接的網(wǎng)絡(luò)中引入連接模式的特性;其主要優(yōu)點(diǎn)是降低了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性。兼容現(xiàn)有各種主流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能降低50%網(wǎng)絡(luò)成本，在提供IP業(yè)務(wù)時能確保QoS和安全性，具有流量工程能力。此外，MPLS能解決VPN(虛擬專用網(wǎng))擴(kuò)展問題和維護(hù)成本問題。MPLS技術(shù)是最具競爭力的下一代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

一、MPLS技術(shù)的產(chǎn)生

隨著Internet的不斷發(fā)展，各種新興業(yè)務(wù)以及迎合其需求的專有網(wǎng)絡(luò)也在不斷發(fā)展，但是原先針對不同業(yè)務(wù)、同時處理多種網(wǎng)絡(luò)連接的運(yùn)營方式已經(jīng)束縛了企業(yè)的發(fā)展，它們希望通過一個單一、靈活的接入設(shè)備來提供多種混合業(yè)務(wù)，并在將來執(zhí)行統(tǒng)一的接入?yún)f(xié)議，如IP，然而，不同的業(yè)務(wù)(如語音、數(shù)據(jù)和多媒體應(yīng)用等)對網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的要求差別很大，如果ISP(因特網(wǎng)服務(wù)提供商)依舊基于傳統(tǒng)路由器發(fā)展大規(guī)模的IP網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)問題(如路由器轉(zhuǎn)發(fā)部件的軟件操作，構(gòu)造高速路由器組件的開銷，傳統(tǒng)路由尋徑機(jī)制在傳輸時難以預(yù)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)性能，網(wǎng)絡(luò)無法提供針對特定業(yè)務(wù)的QoS等)將變得日益突出。

相對于IP路由技術(shù)，基于ATM和幀中繼的快速交換技術(shù)可利用多種轉(zhuǎn)發(fā)算法(其本質(zhì)就是標(biāo)簽交換算法)。由于這些轉(zhuǎn)發(fā)算法簡單有效，因而被直接固化到交換機(jī)硬件內(nèi)部。與傳統(tǒng)的IP路由機(jī)制相比，L2的快速交換技術(shù)具有很高的性能價(jià)格比。

為解決上述IP網(wǎng)絡(luò)存在的問題，每個ISP都渴望尋求一種能夠結(jié)合快速交換技術(shù)和IP路由技術(shù)中各自優(yōu)勢的網(wǎng)絡(luò)解決方案，由此標(biāo)簽交換技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。標(biāo)簽交換技術(shù)就是致力把L2交換技術(shù)的最優(yōu)屬性(通常由ATM或幀中繼具體實(shí)現(xiàn))，與L2路由技術(shù)的最優(yōu)屬性(由IP具體實(shí)現(xiàn))緊密結(jié)合起來，其中MPLS是目前標(biāo)準(zhǔn)最統(tǒng)一、最具發(fā)展前景的標(biāo)簽交換技術(shù)。MPLS由因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)制定，始于1997年初，它被設(shè)計(jì)成為能夠符合大規(guī)模電信級網(wǎng)絡(luò)所必須遵循的各種屬性。其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在大規(guī)模IP網(wǎng)內(nèi)，通過ATM和幀中繼等多種媒介實(shí)現(xiàn)有QoS保證的快速交換，因而MPLS的出現(xiàn)對于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展具有革命性的意義。

二、MPLS的技術(shù)優(yōu)勢

MPLS在解決網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性、實(shí)施流量工程、同時支持多種要求特定QoS保障的IP業(yè)務(wù)等諸多方面具有得天獨(dú)厚的技術(shù)優(yōu)勢。

*滿足了ATM傳送IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)總體技術(shù)要求。ATM支持IP的網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)制性要求包括以下方面：網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方案必須獨(dú)立于所支持的IP協(xié)議版本;必須具備支持大型網(wǎng)絡(luò)的足夠的可擴(kuò)展性;必須包括在ATM網(wǎng)絡(luò)上支持高效而且具有可擴(kuò)充性的IP組播的能力;必須具有足夠的捆綁性以便支持大型網(wǎng)絡(luò)。

*適用于較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。眾所周知，MPOA(ATM上的多協(xié)議規(guī)范)非常適用于小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，然而它應(yīng)用于較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)就要受到限制。而MPLS正是為滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的各種要求(如靈活性、可擴(kuò)充性與可管理性等要求)而設(shè)計(jì)的。

*適用于多種承載網(wǎng)絡(luò)。大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)可以使用包括ATM在內(nèi)的多種承載技術(shù)。從一個較寬的范圍來講，應(yīng)該選取一種對于IPOA(IP over ATM)是最優(yōu)，而且對于其它的鏈路層技術(shù)也是最優(yōu)的技術(shù)，而MPLS則可能正是能夠適應(yīng)這一范圍的惟一技術(shù)。

*路由控制的靈活性。從選路的角度來講，MPLS技術(shù)可以使我們獲得同時選擇使用固定路由或者是動態(tài)路由方式的可能性。具體使用哪種方式取決于網(wǎng)絡(luò)操作者的選擇。

*能同時支持MPLS和ATM控制協(xié)議。較理想的情況是有一種獨(dú)立于鏈路層協(xié)議的控制技術(shù)，同時，同一交換機(jī)上也可以使用ATM控制方式。

*IP業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)量工程。目前，ATM擁有最完整的業(yè)務(wù)量工程能力。然而，IPOA的重疊模型無法高效地使用所有的ATM能力，而且在使用全連通的PVC(永久虛電路)方式時，其應(yīng)用的可擴(kuò)充性將受到“N平方”問題的限制。MPLS借用了一些ATM技術(shù)的功能，如QoS、選路、資源管理等方面，而且引入了顯式路由的概念，它有助于將業(yè)務(wù)量要求映射到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲稀＿@樣，使用MPLS可以獲得新的、更多的業(yè)務(wù)量管理功能。

*利用現(xiàn)有投資?？紤]到現(xiàn)有的ATM與其它技術(shù)的投資，另外，在各種鏈路層技術(shù)上傳輸IP的需求也是顯而易見的，所以需要有一種統(tǒng)一的交換技術(shù)。當(dāng)前的承載網(wǎng)絡(luò)中，ATM硬件對于IP業(yè)務(wù)量的傳輸使用的是一種固定方式，而MPLS則被認(rèn)為是CIPOA(ATM上的傳統(tǒng)IP技術(shù))近期的演進(jìn)方向，因?yàn)轱@式選路可以建立在現(xiàn)有的固定PVC的基礎(chǔ)上，而且MPLS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活性足以滿足潛在的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需求。

*支持VPN業(yè)務(wù)。MPLS的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠以無連接方式或者是顯式路由方式提供面向連接的業(yè)務(wù)，這種特點(diǎn)使得MPLS尤其適用于動態(tài)隧道技術(shù)。而動態(tài)隧道技術(shù)是目前支持VPN業(yè)務(wù)的有效傳送手段。但目前由于提供基于MPLS的VPN的方式不是惟一的，這使得將它同其它IPOA技術(shù)進(jìn)行比較較為困難。

*OoS方面。IP DiffServ(IP區(qū)分服務(wù))與MPLS有明顯的默契，因?yàn)樗鼈兊脑O(shè)計(jì)中都滿足了業(yè)務(wù)提供商的需求。由于標(biāo)記的擴(kuò)展語義可以攜帶DiffServ信息，借助于標(biāo)記與端到端的標(biāo)記交換路徑及一定的資源預(yù)留機(jī)制，將可以保證QoS機(jī)制在特定MPLS域中的一致性。

三、內(nèi)嵌MPLS的MSTP技術(shù)

1.MPLS在MSTP中的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

內(nèi)嵌MPLS的基于SDH的MSTP可以利用引入MPLS后增加的封裝開銷，解決現(xiàn)有技術(shù)開銷能力不足的問題：同時引入了MPLS協(xié)議簇具有的網(wǎng)絡(luò)交換、選路和流量工程等功能，解決現(xiàn)有基于SDH的MSTP節(jié)點(diǎn)承載ETH業(yè)務(wù)時應(yīng)用能力不足的問題。

MPLS標(biāo)簽位置(圖1)在第二層頭信息與第三層頭信息之間，由4字節(jié)構(gòu)成。

標(biāo)簽：標(biāo)簽真實(shí)值，20 bit。

TTL：分組在網(wǎng)絡(luò)中生存時間值的編碼，8 bit，分組第一次打標(biāo)簽時標(biāo)簽TTL設(shè)為IP TTL域的值，當(dāng)最后一個標(biāo)簽被彈出堆棧時，將標(biāo)簽TTL值拷貝到IP TTL域。

服務(wù)類型：3bit實(shí)驗(yàn)用bit，可用于QoS。

標(biāo)簽堆棧指示：1bit，為1時表明本條目為標(biāo)簽堆棧中最后一條，否則值為0。

烽火通信的Citrans系列MSTP設(shè)備，在以太網(wǎng)盤中內(nèi)嵌了MPLS功能，不僅能靈活地支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的調(diào)度和組網(wǎng)，而且能有效地保護(hù)用戶的原有投資。

2.RPR和MPLS在MSTP中的應(yīng)用

隨著城域以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)與光傳送網(wǎng)技術(shù)逐漸融合，城域傳送網(wǎng)承載無連接數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)的需求正在不斷增長。近年來，RPR和MPLS技術(shù)已成為城域光傳送網(wǎng)的一個亮點(diǎn)，國內(nèi)外相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制訂和產(chǎn)品研發(fā)工作進(jìn)行得如火如荼，兩種技術(shù)的融合將更快地促進(jìn)新一代城域MSTP技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。