本文概括介紹了一種稱為標記交換的技術，該技術是一種用于網絡層信息包轉發的新方法。本文主要描述這種標記交換體系結構的兩個主要部件：轉發與控制。轉發通過應用簡單的標簽交換技術來完成實施，而現有的網絡層路由協議則與聯編和分配標記的機制一同進行用于控制。標記交換能夠保持ip的擴展屬性，并有助于提高IP網的伸縮能力。標記交換并不依賴于ATM，它能直接應用于ATM交換機。本文同時還介紹了一系列標記交換的應用與部署場合。
引言
Internet的持續發展日益要求Internet服務提供商（ISPs）提供更高帶寬。不過，Internet的發展并不是更高帶寬的唯一驅動因素─對更高帶寬的需求，還來源于日漸蓬勃發展的多媒體應用。
而更高帶寬的需求又要求：路由器對多播與單播流量都具有更高的轉發性能（每秒信息包數）。
Internet的發展也要求Internet路由系統改善其擴展性能。由單個路由器維護大量路由信息的能力與建立一個路由知識層的能力對支持一個高質量、可擴展的路由系統是必不可少的。
我們已經意識到有必要改善轉發性能，同時，增加路由功能支持多點廣播，從而能夠更靈活地控制流量路由，并提供建立一個路由知識層的能力。不僅如此，擁有一個能支持適度發展以適應新的需要的路由系統，正變得越來越重要。
標記交換是針對這些挑戰而提供的一種有效解決方案。標記交換可以將網絡層路由的靈活性及豐富功能與標簽交換轉發模式的簡易性緊密融合在一起。標記交換轉發模式（標簽交換）的簡易性改進了轉發性能，同時保持了極具競爭力的性能價格比。通過將大范圍的轉發粒度與標記聯系起來，同一轉發模式可以用于支持各種各樣的路由功能，比如：基于目的地的路由，多點廣播，路由知識層與靈活的路由控制。最后，在保持同樣轉發模式的情況下把簡單的轉發，大范圍的轉發粒度與發展路由功能的能力結合起來，便產生了可以確保適度發展以適應新涌現需求的路由系統。
標記交換部件
標記交換包括兩個部件：轉發與控制。轉發部件運用信息包所攜帶的標記信息（tags）和標記交換機所維護的標記轉發信息來完成信息包的轉發。控制部件負責在一組互連的標記交換機中維護正確的標記轉發信息。
轉發部件
標記交換所用的基本轉發模式是以標簽交換的構想為基礎的。當一個帶有標記的信息包被標記交換機收到時，該交換機用這個標記作為其Tag Information Base（TIB）中的一個索引。TIB的每一個項都包括一個進站標記，一個或多個表單子項（出站標記、出站接口、出站鏈路級信息）。如果交換機發現一個項的進站標記與該信息包所攜帶的標記相同，那么交換機就會對該項的每個子項（出站標記，出站接口、出站鏈路級信息）進行處理，即用出站標記替換信息包中的標記，用出站鏈路級信息替換信息包中的鏈路級信息（如：MAC地址）。并通過出站接口，將此信息包轉發出去。
從以上對轉發部件的介紹中，我們可以發現如下幾點：第一，轉發決策是以精確匹配算法為基礎的，該算法用一個固定長度、相當短的標記作為索引。相對于傳統的用于網絡層的最長匹配轉發而言，它使用了一個簡化的轉發過程。
反過來，這確保了更高的轉發性能（每秒更多的信息包數）。這個轉發過程，簡單到足以允許直接的硬件實施。第二點發現是：轉發決策與標記的轉發粒度無關。例如，同一轉發算法適用于多路廣播與單路廣播─一個單路廣播項只會有一個單一的（出站標記、出站接口，出站鏈路級信息）子項，而一個多路廣播會有一個或許多個（出站標記，出站接口，出站鏈路級信息）子項。（對于多訪問鏈路，在這種狀況下，出站鏈路級信息將包括一個多路廣播MAC地址）。這就說明了同一轉發模式是如何運用標記交換來支持不同的路由功能的（如多路廣播、單路廣播、等等）。
這一簡單的轉發過程必須與標記交換的控制部件不相耦合。新的路由（控制）功能可以被方便地部署，而無需干擾轉發模式。這就意味著：當增添新的路由功能時，沒必要重新優化轉發性能（通過修改硬件或軟件）。
標記封裝
標記信息可以以多種途徑的方式封裝在信息包中：
以一個小"楔子"標記頭，填加在層與Network Layer頭之間；
如果層頭提供了足夠的語義（例如，下面討論的ATM），可作為層頭的部分；
作為Network Layer頭的部分（如：以適當修改的語義，來使用Ipv6中的Flow Label域）。因此通過虛擬的任何介質類型（包括點到點鏈路，多訪問鏈及ATM）實施標記交換是可能的。
還應注意到：標記轉發部件與網絡層無關。使用特定于某個Network Layer協議的控制部件，實現以不同的Network Layer協議應用標記交換。
控制部件
標記交換所必需的是標記與網絡層路由之間的聯編概念。為了提供良好的伸縮性能，同時適應多種路由功能，標記交換可支持很大范圍的轉發粒度。在一個極端上，一個標記可能被關聯（聯編）到一組路由上（更具體地說，是與這個組內路由的Network Layer Reachability有聯系在另一個極端上，一個標記可能被聯系到一個單獨的應用流上（例如，一個RSVP流）。一個標記也可能被聯系到一個多路廣播樹上。
控制部件負責產生標記聯編信息，然后在標記交換機中將這個標記聯編信息進行分配。
控制部件是一系列模塊的集合，每個模塊均可支持一項特定的路由功能。為了支持新的路由功能，可隨時增添新的模塊。下面，對這些模塊進行簡要介紹。
基于目的地的路由
在本節中，我們將介紹標記交換如何支持基于目的地的路由。回憶一下，用基于目的地的路由，一個路由器是根據信息包中攜帶的目的地址和轉發信息庫（FIB）中存貯的信息（由路由器維護）來作轉發決策的。路由器是用其從路由協議（例如，OSPF，BGP）中接到的信息來構造其FIB的。
為了以標記交換支持基于目的地的路由，一個標記交換機可以象一個路由器一樣參與路由協議（例如，OSPF，BGP），并用從這些協議中接到的信息來構造其FIB。
進行標記分配及標記信息庫（TIB）管理的三種許可方法為：（a）下行標記分配，（b）下行按需標記分配及（c）上行標記分配。
在所有情況下，交換機分配標記并將它們聯編到其FIB的地址前綴碼上。在下行分配中，信息包中攜帶的標記是由鏈路的下行端的交換機（就數據流的方向而言）產生并取編到前綴碼上的。在上行分配中，標記是在鏈路的上行端，被分配和聯編的。"按需"分配意味著只有在上行交換機要求去做時，標記方才由下行交換機分配和分布。方法（b）與（c）在ATM網絡中最有用（參見第5節）。請注意，在下行分配中，交換機負責：生成應用于進站數據信息包的標記聯編，并從其毗鄰的交換機接收出站信息包的標記聯編。在上行分配中，交換機負責：為出站標記生成標記聯編，如：應用于離開此交換機的數據信息包的標記，并從其毗鄰交換機接收進站信息包的聯編。
下行標記分配方案操作如下：交換機為其FIB中的每一個路由分配一個標記。用設置給這個分配標記的進站標記，在其標記信息庫（TIB）中生成一項，然后把這個（進站）標記與這個路由之間的聯編通知給其它的領接標記交換機。這個通知，或者通過將此聯編置于現有的路由協議上或者通過使用一個獨立的標記分配協議（TDP）來實現。當一個標記交換機接收到一個路由的標記聯編信息，并且那個信息是由那個路由的下一次跳轉所生成，則這個交換機就把這個標記（作為聯編信息的一部分攜帶）放入與此路由關聯的那個TIB項的出站標記中。這就產生了出站標記與路由之間的聯編。下行按需標記配置方案操作如下：交換機為其FIB中每個路由指定下一次跳轉。然后向下一次跳轉發布一個請求（通過TDP）：索要那個路由的標記聯編。當下一個跳轉接收到這個請求時，它就分配一個標記，以設置給這個被分配標記的進站標記，在其TIB中產生一項，然后再把這個（進站）標記與這個路由之間的聯編返回至發出此原始請求的那個交換機。當那個交換機接收到這個聯編信息后，它就會在其TIB中生成一項，并將此項中的出站標記設置成從下一個跳轉接收到的值。
上行標記分配方案如下使用：如果一個標記交換機有一個或多個點到點接口，則它為其FIB中那些下一個跳轉通過這些接口之一可及的每一個路由，分配一個標記，用設置給此被分配標記的出站標記，在其TIB生成一項，然后把這個（出站）標記與這個路由之間的聯編通知給下一個跳轉（通過TDP）。當一個正是下一個跳轉的標記交換機接收到這個標記聯編信息時，這個交換機將把這個標記（作為聯編信息的一部分被攜帶）放在與這個路由相關聯的那個TIB項的進站標記之中。
當一個標記交換機，任一個出站標記與一個路由間生成了一個聯編，這個交換機除了填充其TIB之外，還要用這個聯編信息來修改其FIB。這就可以確保讓這個交換機為原先未標記的信息包增加標記。為了理解帶有基于目的地路由功能的標記交換機的伸縮性能，應注意到一個標記交換機不得不維護的標記的總數，不能超過這個交換機FIB中路由的數目。然而，某些情況下，一個單一標記可能與一組路由相聯，而非與一個單一路由。這樣，所需要的狀態，就要比標記被分配給單一流的情況要少得多。
一般來說，一個標記交換機將試圖以它可達的所有路由的進站和出站標記來填充其TIB，從而實現所有的信息都能由簡單的標簽交換轉發。因此，標記分配是由拓撲結構（路由）驅動的，并非流量－－這是由于引起標記分配的FIB項的存在，而并非由于數據信息包的到達。
使用與路由相關聯的標記而非流也意味著：沒有必要為所有的流執行的分類過程，以決定是否合為一個流指派一個標記。反過來，這也簡化了整體方案，并使其在流量方式出現改變時，更加強健與穩定。請注意，當標記交換被用于支持基于目的地的路由功能時，標記交換并不完全消除執行正常的網絡層轉發的需求。首先，向一個先前未標記的信息包增加一個標記，需要正常的網絡層轉發。這個功能可能由第一個跳轉路由器執行，或者由能夠參與標記交換路徑上的第一個路由器執行。另外，一個標記交換機無論何時把一個路由聚合（通過使用層次路由技術）到一個單一標記中，并且這些路由不共享一個公共的下次跳轉，則這個交換機需要為攜帶此標記的信息包執行網絡層轉發。然而，有人可能會發現：路由被聚合的地點數目比必須做轉發決策的地點數目要少。此外，十分常見的聚合是只應用于標記交換機所維護路由的一個子集。作為結果，通常大多數情況下，信息包轉發要交換算法。路由知識層
IP路由體系結構把網絡建模為：一個路由功能域的集合。在一個域內，路由是通過內部路由功能（例如：CSPF）來提供的，而跨域的路由是通過外部路由功能（例如BGP）來提供的。然而，承載傳輸流量的域（如Internet Service PRovider形成的域）內所有路由器，必須要維護不僅由內部路由提供的，還有外部路由提供的信息。這就產生了一定的問題。
首先，這種信息的數量并非無關緊要。因此，它使路由器增添了額外的資源需求。此外，路由信息容量的增加很常見地增加了路由的收斂時間。反過來，這又降低了系統的整體性能。
標記交換允許內部與外部選路功能不相耦合，這樣，只要求處于一個域邊界上的標記交換機維護外部路由提供的路由信息，而其它域內的交換機只需維護該域的內部路由所提供的路由信息（它通常要比外部路由信息小得多）。反過來，這又減小了非邊界交換機上的選路由負載，并縮短了選路收劍時間。
為了支持這項功能，標記交換允許一個信息包攜帶并非一個，而是一個組織為棧的標記集合。一個標記交換機，即可以交換棧頂的標記，也可以退棧，還可以交換標記并且把一個或多個標記壓入棧。學一個信息在不同域的兩個（邊界）標記交換機之間被轉發時，此信息包的標記棧只包含一個標機之間被轉發時，此信息包的標記棧只包含一個標記。
然而，當一個信息包在一個域內被轉發時，此信息包中的標記棧將包含不是一個而是兩個標記（第二個標記是被此域的入口邊界標記交換機壓入的）。棧頂的標記提供到一個適當的出口邊界標記交換機的信息包轉發，同時棧中的第二個標記提供在此出口交換機處正確的信息包轉發。此棧由出口交換機或由倒數第二個（相對于出口交換機而言）交換機來退棧。
用于此情況的控制部件與基于目的地路由所用到的部件極為類似。實際上，僅有的實值差別就是：在此情況中，標記聯編信息將分布于：在物理領接的標記交換中及在一個單一域內的邊界標記交換中。有人可能還發現后者（在邊界交換機中分布）可能被BGP的非常小的擴充（通過一個獨立的標記聯編BGP屬性）來輕易包容。
摘自《天極網》新聞熱點
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