寬帶信息傳輸交換技術的發展與MPLS摘要 本文詳細分析了當前互聯網絡技術的發展趨勢，研究了一些新興的寬帶互聯網絡信息傳輸交換的新技術，指出了各自的優缺點。在此基礎上重點分析研究了MPLS技術的原理和應用，在分析比較了各自的優缺點后指出MPLS是未來網絡傳輸交換技術的融合點，它將成為未來最有競爭力的寬帶網絡信息傳輸交換技術之一。關鍵詞 多協議標簽交換（MPLS） ip ATM SDH WDM1寬帶網絡信息傳輸交換技術的發展 本世紀末的最后10年中，計算機、電信、電視、無線電和衛星等領域的信息傳輸技術正在迅速地融合。信息的獲取、傳送、存儲和處理之間的孤島隨著計算機網絡和多媒體技術的發展而逐漸消失。曾經獨立發展的電信網、電視網和計算機網，無論是技術上還是所提供的服務上都在相互滲透、融合。在這融合過程中，以計算機界倡導的IP和以電信界倡導的ATM在信息的傳輸交換上扮演著重要的角色。 IP由計算機網演變而來，是一種面向尤連接的網絡層通信協議。它具有簡單、靈活和已廣泛應用于桌面的特點。以IP協議為基礎的Internet的迅猛發展，已使IP成為當前計算機網絡應用環境中的“既成事實”標準和開放系統平臺。其優點在于：①易于實現異種網絡互聯；②對延遲、帶寬、QOS等要求不高，適于非適時的信息通信；③具有統一的尋址體系，易于管理。 ATM則是電信界為實現BISDN而提出的面向連接的技術。它集中了電路交換和分組交換的優點，具有可信的QOS來保證語音、數據、圖像和多媒體信息的傳輸。它還具有無級帶寬分配、安全和自愈能力強等特點；缺點在于控制復雜，成本高，一般的桌面用戶無力承受。 原先的計算機網絡是為少數科研機構、大公司、政府部門等共享應用數據，并實現簡單數據傳輸而設計；隨著網上主機量的膨脹和各種網上新業務的出現，原有的IP方式已無法滿足要求。于是從1997年開始，美國各著名大學和IT研究部門著手研究下一代Internet（NGI），以支持實時高速信息傳輸的需要。NGI研究主題包括以下六個主要方面：（1）網絡應用；（2）中間部件；（3）服務質量；（4）Internet流量工程；（5）安全件；（6）網絡體系結構；整個網絡要滿足的性能要求是： *大數百Mbit/s以上的傳輸速率； *集成現有的所有服務，并能智能化的適應新業務的加入； *提供用戶所需的Qos； *靈活高效的網絡管理與維護。 由于IP在Internet上的巨大成功，使得電信界和計算機界都對IP的研究投入極大的熱情。他們探索“Everything over IP”，力圖將語音、實時數據、圖像及多媒體通信與IP捆綁，并先后制定了RSVP、RTP、IPng等協議。可IP本質上是“盡可能做得最好”的天連接技術，使得其在帶寬分配。流控和QOS方面無法達到ATM的境界。 如何把最先進的信息傳輸交換技術和最普及的IP技術有機地結合起來呢？IT業界研究人員提出了種種模型，主要有IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM。1.1IP over ATM ATM和IP的相互交融有多種技術方案，大致可分為兩種模型：重疊模型和集成模型。重疊模型是指IP協議在ATM上運行，主要有IETF推薦的CIPOA（Classsic（IP over ATM）、ATM Forum推薦的LANE（LAN Emulation）和MPOA（Muti－PRotocol over ATM），這種模型需要定義兩套地址結構及選路協議，ATM網上的端系統除了需要分配IP地址外，還需要分配ATM地址。集成模型是指ATM端系統僅需要標識IP地址，網絡不再需要ATM的地址解析規程，而采用IP的選路，其實現技術主要有：Ipsilon公司的IP交換技術、Cisco公司提出的標記交換（Tagswitch）技術。 IP over ATM有以下一些優缺點。優點：（1）由于ATM本身具有良好的QOS，使得IP業務的服務質量得到大大提高；（2）IP在ATM上具有了更完備的流量控制和網絡管理能力，加強了網絡的韌性。缺點：（1）IP和ATM技術原則上的固有差異，使目前兩者還未能做到完美結合，當前出臺的產品和標準都只限于一些基本應用；（2）IP數據包到ATM信元的轉化割結所加入的信頭造成大量帶寬浪費；（3）加劇了ATM本身的復雜性。1.2IP over SDH IP over SDH實質上是路由器加專線的傳統組網模式，它使用鏈路及PPP協議對IP數據包進行封裝，把IP分組根據RFC1662規范簡單地加入到PPP幀中的信息段中，并最終映射到SDH。其優點在于：（1）符合傳統互聯網業務特點，組網簡單；（2）對IP路由的支持能力強，省略了ATM層，簡化了網絡結構；缺點是：（1）仍未解決傳統龐大的路由表如何高效檢索的問題；（2）只支持IP，并且沒有ATM那樣的QOS保證。1.3 IP over WDM IP over WDM是將IP直接落在光層上，中間不經SDH；它是一個真正的鏈路層數據網，它充分利用了WDM的巨大容量，適于經濟地建設大容量長途網絡。該技術充分利用了光纖的帶寬資源，可以與現有網絡兼容。缺點是：WDM本身的組網技術還處于初級階段，它在光信號的損耗與監視。光通路的保護切換以及網絡配置管理等方面的問題均未解決。 從上面的三種流行主要技術的相互比較上我們可以看到：幾種方案都存在這樣或那樣的缺陷，同時還有一點是它們只主要支持IP，適應性和擴展能力不強，不能有效保護用戶現有的投資；而現有網絡類型的多樣性和未來市場的要求是要有一個易擴展。絕對可靠的既具有電信級的網絡管理又具有傳統路由尋址靈活性的高效綜合業務網；于是多協議標簽交換技術（MultiProtocol Label Swithing：MPLS）便應運而生。2 MPLS概述 MPLS是由Cisco提交的由IETF MPLS工作組研制的標準協議，它將第三層技術（如IP路由）與第二層技術（如ATM，FR）有機地結合起來，使得在同一個網絡上允許各種消息傳遞，既能提供單點傳輸，也可以提供多點投遞；既能提供盡力而為的無特殊服務質量要求的無連接信息傳遞服務，也能提供具有很高QOS要求的實時交互服務。MPLS寬帶互聯網信息傳輸交換技術已被當前網絡界認為是未來網絡發展的趨勢，是多種網絡技術的最終融合點。眾多通信和計算機產商（如IBM，Cisco，Nortel，Lucent，Alcatel，EriCSSon）都在密切關注MPLS的標準化進程，并積極參與討論標準的制定。其中，Ericsson公司已經推出具有MPLS功能的ATM交換機。加拿大的北方電信以及美國Cisco公司等都有類似于MPLS功能的專用交換機出廠。3 MPLS的工作原理 MPLS網絡由核心部分的標簽交換路由器（LSR）和接入部分的標簽邊緣交換路由器（LESR）組成。當數據包（可為以太網、令牌環、ATM、幀中繼等產生的數據）進入LESR時，LESR先進行數據包頭的分析，根據一定的規則和協議（如 LDP、OSPF、BGP4、IGP等）決定相應的傳送級別。傳送路徑。QOS要求，根據所做決定給數據包加上一個本地標簽交換路徑標識符后，將數據包沿標簽所標識的路徑傳送給相應的LSR。后續的LSR節點只需沿著由標簽所確定的標簽交換路徑（LSP）轉發數據包即可，無需再做其它的工作，從而顯著提高了網絡的性能。4 MPLS網絡的性能 MPLS通過交換標簽，網絡中所有節點都會知道每個節點對應的標簽，這樣就可以根據這些標簽快速地與目的地建立一條標簽交換路徑來傳輸數據。由于MPLSR的轉發機制與控制機制相互獨立，路由屬于控制機制的一部分，所以整個MPLS網路由信息的維護十分靈活。MPLS使用CLDR機制（Classless Domain Routing），從而滿足了互聯網用戶快速增長的需要。MPLS采用流合并的機制，這一特性有利于組播的實現。此外，MPLS從本質上支持多種網絡協議，從而極大保護了已有的投資，同時它固定長度的標簽頭格式（20bit）非常便于硬件實現，有利于設計專用的高速MPLS交換網絡；這些都使得MPLS成為當前最有效的網絡信息傳輸交換技術。5 MPLS服務 從MPLS的工作原理我們知道，它具有支持不同網絡業務的能力，這是網絡供應商所追求的；但這還不是選擇MPLS作為組網技術的主要原因。關鍵還是在于MPLS有一個簡單固定長度的標簽，它不是網絡層信息，卻通過網絡層來轉發分組。它可以靈活地運送任何用戶業務量，申請一個缺省或非缺省的業務，把它與一組標簽相關聯，然后采用相同的、高性能、高容量的標簽交換機制運送業務量。它使得網絡供應商可以開發并提供網絡層新服務，并維持一個單一的高性能傳輸網絡。因為數據轉發路徑是脫離開網絡層服務而完全獨立的，于是MPLS使得網絡供應商可以開發和提供有創見僅吸引力、客戶也愿意付錢的網絡服務。6結束語 本文詳細分析了當前互聯網絡技術發展趨勢，介紹了一些新興的寬帶互聯網絡信息傳輸交換的新技術。并重點分析研究了MPLS技術的原理和應用，在分析比較了各自的優缺點后指出MPLS是未來網絡傳輸交換技術的融合點，它將成為最有競爭力的寬帶網絡交換技術。
