多協(xié)議標簽交換的基本概念

2019-11-03 10:14:24

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供稿：網(wǎng)友

多協(xié)議標簽交換的基本概念（鄒靜嫻吳征）一、概述近年來Internet以字前的速度發(fā)展，不僅原響的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流量大大增加，而且出現(xiàn)了許多新業(yè)務(wù)。各種業(yè)務(wù)，特別是寬帶業(yè)務(wù)，對網(wǎng)絡(luò)性能加轉(zhuǎn)發(fā)速度、流量控制以及網(wǎng)絡(luò)的可擴展性等提出了較高的要求、隨著主干網(wǎng)鏈路傳輸速度的不斷提高，ip網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點上的包轉(zhuǎn)發(fā)成了網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。除了開發(fā)使用高速ASIC的路由器或采用新的高效算法，人們還提出了新的轉(zhuǎn)發(fā)模型，結(jié)合第二層交換的高速優(yōu)勢，實現(xiàn)高效的IP轉(zhuǎn)發(fā)，如IP交換、標記交換、多協(xié)議標簽交換（MPLS）等。 IETF提出的MPLS是一種用于IP主干網(wǎng)的高效轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。與傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)手段相比，MPLS的主要優(yōu)勢在于：（1）使用定長的端標簽，簡化的轉(zhuǎn)發(fā)算法。（2）可與任何現(xiàn)有的下層協(xié)議協(xié)同工作，使用通用的MPLS封裝或嵌入到下層協(xié)議中。（3）可提供流量控制和QoS保證。（4）可以充分利用現(xiàn)有的ATM網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，以集成模型實現(xiàn)IP與ATM的融合。傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)過程中，路由器通過路由選擇協(xié)議維護一個地址前綴與下一跳轉(zhuǎn)發(fā)方向的映射表，路由器從收到的包頭中取出目的地址，與路由表中的地址前綴進行最長匹配運算，得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)方向，然后將包發(fā)向下一跳。在到達目的之前，包途經(jīng)的每一跳路由器都進行這樣較為復(fù)雜的地址匹配算法，效率較低，造成轉(zhuǎn)發(fā)性能瓶頸。而MPIS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，標簽交換路由器（LSR）只在包進入網(wǎng)絡(luò)時分析目的地址，給包打上一個短標簽，其后各跳上的標簽交換路由器只在根據(jù)包所攜帶的標簽決定其轉(zhuǎn)發(fā)方向。由于只有一次地址分析，并且轉(zhuǎn)發(fā)時只對短標簽進行簡單的定長匹配運算，所以能夠提高轉(zhuǎn)發(fā)速度。二、MPLS轉(zhuǎn)發(fā) MPLS根據(jù)標簽來決定轉(zhuǎn)發(fā)。標簽是一個20bit的定長標識，只在一跳鏈路上具有本地效力．標簽所標識的是被稱為轉(zhuǎn)發(fā)等效類（FEC）的一組包，可以是到達同一目的地址前綴的所有的包，也可以在其中引入QoS,使具有相向業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的包屬于同一FEC。屬工同一FEC的包通過相同的轉(zhuǎn)發(fā)策略轉(zhuǎn)發(fā)。當一個不帶標簽的包進入某個MPLS域時，邊緣LSR將分析包頭內(nèi)攜帶的目的地址，并根據(jù)QoS要求將包劃歸某個FEC,給包加上這個FEC對應(yīng)的標簽，然后向下一跳轉(zhuǎn)發(fā)。中間LSR維護一個人標簽、出標簽和轉(zhuǎn)發(fā)方向的映射關(guān)系表，當它收到帶有標簽的包時，將包所攜帶的入標簽作為索引，在映射關(guān)系表中檢索得到出標簽以及轉(zhuǎn)發(fā)方向，將包攜帶的入標簽替換成有效出標簽后發(fā)往下一跳。在包離開這個MPLS域的邊緣LSR上，標簽將被去掉，恢復(fù)成不帶標簽的包，發(fā)往域外的下一跳。在轉(zhuǎn)發(fā)過程中，標簽也可以以棧的形式來處理。標簽棧頂部的標簽值為有效標簽，LSR根據(jù)棧頂標簽轉(zhuǎn)發(fā)包。包在進入某個MPLS域時，向標簽棧中壓入一個標簽，占據(jù)棧頂位置，這時棧深度增1；在這個MPLS域內(nèi)的LSR只查看和替換棧頂?shù)臉撕灒瑢τ跅Ｖ衅渌臉撕烅梽t忽略；包離開這個MPLS域時，則執(zhí)行出棧操作，標簽棧恢復(fù)原來進入MPLS域之前的深度。可以把不帶標簽的包看作標簽棧為空，第一次進入MPLS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時加上標簽也可以看成壓棧操作。這樣，MPLS就可以容易地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分層，標簽棧的深度表示網(wǎng)絡(luò)的層次：包通過tunnel或某個低一層MPLS網(wǎng)絡(luò)的時候，標簽棧的深度將增加；反之，包回到上層網(wǎng)絡(luò)時，深度減小。三、MPLS標簽發(fā)布標簽的分配和發(fā)布由標簽分配協(xié)議（ LDP）完成。LDP負責標簽的分配、綁定、發(fā)布和回收。某個LSR上運行的LDP從空閑的標簽中選定新的標簽值，將它與某個FEC綁定在一起，并向其對等節(jié)點發(fā)布這個綁定信息，在這個綁定無效時也要向相關(guān)的對等節(jié)點通告這個標簽和FEC的對應(yīng)關(guān)系已經(jīng)失效，在重新分配這個值的標簽之前，該標簽值是無效的。 MPLS中采用的是順序的下游按需分配，即由上游節(jié)點向下游發(fā)出標簽分配請求，由下游節(jié)點分配這段鏈路上的標簽。比如，針對某個FEC，路由器R1向其下游節(jié)點R2發(fā)出分配標簽的請求，R2在收到請求后分配一個本地空閑的標簽L1作為入標簽。然后R2再向其下游節(jié)點R3發(fā)出請求，像這樣直到目的節(jié)點或該MPLS域的出節(jié)點R。R收到請求同樣分配一個本地的入標簽，并將這個標簽發(fā)布給上游節(jié)點，作為上游節(jié)點的出標簽，以這樣的順序向上游回朔到勝。R2收到下游節(jié)點分配的標簽L2后，將L2作為與L1對應(yīng)的出標簽，并把L1發(fā)布到R1。R1就將L1作為與某個FEC對應(yīng)的出標簽。四、MPLS與ATM的結(jié)合由于MPLS的標簽交換與ATM交換有十分相似的地方，因此在IP和ATM結(jié)合的模型中，MPLS將標簽填入到ATM信元的VPI／VCI域中，利用ATM交換網(wǎng)絡(luò)的硬件實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)。這樣的模型屬于集成模型，標簽的分配和發(fā)布與ATM網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議相結(jié)合，不需要重疊模型中的ATM和IP地址的映射解析，中間LSR上只根據(jù)ATM信元中VPI／VCI中的標簽來轉(zhuǎn)發(fā)，而不是重組IP包后根據(jù)目的地址轉(zhuǎn)發(fā)。這樣要求ATM交換機和IP路由器設(shè)備合而為一，現(xiàn)在很多ATM廠商采用在現(xiàn)有ATM交換機上加軟件補丁的辦法提供MPLS支持。五、前景展望隨著Internet上各種寬帶業(yè)務(wù)的引入，對Internet的帶寬以及保證QoS的要求不斷增加，MPLS作為一種主干網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)在一定程度上滿足了這些要求，它提供了高效的轉(zhuǎn)發(fā)過程、QoS保證以及對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的可利用性，已經(jīng)為業(yè)界認可為將來寬帶IP網(wǎng)最具前途的主干網(wǎng)技術(shù)之一。摘自《現(xiàn)代通信》

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