多協(xié)議標(biāo)志交換MPLS技術(shù)
2019-11-03 10:17:41
供稿：網(wǎng)友
中國電信集團(tuán)數(shù)據(jù)通信事業(yè)部 殷一平 摘 要 分析了ＩＰ與ＡＴＭ技術(shù)的發(fā)展趨勢，闡述了多協(xié)議標(biāo)志交換（ＭＰＬＳ）技術(shù)的起因、原理及優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞 ＩＰ ＡＴＭ 路由 交換 ＭＰＬＳ ＬＳＲ ＬＳ
１ 多協(xié)議標(biāo)志交換的提出
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ業(yè)務(wù)的持續(xù)快速增長，尤其是在多媒體業(yè)務(wù)的支持上，對Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服務(wù)提供商（ＩＳＰ）的網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)不僅是對高帶寬的要求，也是對目前Ｉｎｔｅｒｎｅｔ所基于的傳統(tǒng)路由交換模式的要求。此外，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的增長還要求Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的現(xiàn)有路由系統(tǒng)擁有更好的擴(kuò)展性能。
ＭＰＬＳＭｕｌｔｉｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｃｈｉｎｇ技術(shù)的提出主要是為了能更好地將ＩＰ與ＡＴＭ的高速交換技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，充分利用目前ＡＴＭ網(wǎng)絡(luò)的各種資源，實(shí)現(xiàn)ＩＰ分組的快速轉(zhuǎn)發(fā)交換。多協(xié)議標(biāo)志交換（ＭＰＬＳ）技術(shù)與其他技術(shù)相比具有以下３個特點(diǎn)。
１ＭＰＬＳ的轉(zhuǎn)發(fā)表可以由路由表產(chǎn)生，也可以從源頭顯式建立。
２ＭＰＬＳ中所使用的標(biāo)志（ｌａｂｅｌ）沒有固定的格式，它隨著下層媒體的變化而不同，對于ＡＴＭ媒體，標(biāo)志為ＡＴＭ的ＶＣＩ／ＶＰＩ，對于幀中繼則為ＤＬＣＩ。
３ＭＰＬＳ的路由控制管理是一種面向網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膶?shí)現(xiàn)，只有當(dāng)整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時，ＭＰＬＳ的路由轉(zhuǎn)發(fā)表才會發(fā)生變化。
從Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的維護(hù)及應(yīng)用角度考慮，如何對Ｉｎｔｅｒ ｎｅｔ實(shí)行流量工程（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ），實(shí)現(xiàn)基于ＩＰ業(yè)務(wù)的虛擬專網(wǎng)（ＶＰＮ），保證ＩＰ級的服務(wù)質(zhì)量（ＩＰ＿ｌｅｖｅｌ ＱｏＳ），也對目前基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼埃桑新酚上到y(tǒng)的ＩＳＰ骨干網(wǎng)絡(luò)提出了挑戰(zhàn)。 ２ ＭＰＬＳ協(xié)議和功能
２．１ 路由和交換
路由協(xié)議（如ＲＩＰ、ＯＳＰＦ）是使網(wǎng)絡(luò)中的每臺設(shè)備都知道在將一個分組送向其目的地時，傳送這個分組的下一跳級（Ｎｅｘｔ－Ｈｏｐ）是哪里的一種機(jī)制。路由器使用路由協(xié)議構(gòu)建路由表，當(dāng)它們接收到一個分組而必須進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)判決時，路由器用分組中的目的地址作為索引（Ｉｎｄｅｘ）查尋路由表，利用特定算法獲得下一跳機(jī)器的地址。路由表的構(gòu)造和它們在轉(zhuǎn)發(fā)時的查尋基本上是兩個獨(dú)立的操作。
交換概念通常用來描述從一個設(shè)備內(nèi)的輸入端口到輸出端口的數(shù)據(jù)傳遞，這種傳送一般是基于第２層的信息（如ＡＴＭ ＶＰＩ／ＶＣＩ）。
控制部件為一個節(jié)點(diǎn)建造并維護(hù)一個路由轉(zhuǎn)發(fā)表。它與其他節(jié)點(diǎn)的控制部件共同協(xié)作，持續(xù)并正確地交換分布路由信息，同時在本地建立轉(zhuǎn)發(fā)表。標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議（如ＯＳＰＦ、ＢＧＰ和ＲＩＰ）用于在控制部件之間交換路由信息。
轉(zhuǎn)發(fā)部件執(zhí)行分組轉(zhuǎn)發(fā)功能。它使用轉(zhuǎn)發(fā)表、分組所攜帶的地址等信息及本地的一系列操作來進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)判決。在傳統(tǒng)路由器中，最長匹配算法將分組中的目的地地址與轉(zhuǎn)發(fā)表中的條項(xiàng)進(jìn)行對比，直到獲得一個最優(yōu)的匹配。更為重要的是，從源到目的地的沿路節(jié)點(diǎn)都要重復(fù)這一操作。在一個標(biāo)志交換路由器中，（最佳匹配）標(biāo)志交換算法使用分組的標(biāo)志和基于標(biāo)志的轉(zhuǎn)發(fā)表來為分組獲取一個新的標(biāo)志及輸出端口。
路由轉(zhuǎn)發(fā)表包含若干條項(xiàng)，提供信息給轉(zhuǎn)發(fā)部件，執(zhí)行其交換功能。轉(zhuǎn)發(fā)表必須將每個分組與一個條項(xiàng)（傳統(tǒng)條項(xiàng)為目的地址）相關(guān)聯(lián)起來，以便為分組的下一步路由提供指引。
轉(zhuǎn)發(fā)同等類（ＦＥＣ）定義了這樣一組分組，從轉(zhuǎn)發(fā)的行為來看，它們都具有相同的轉(zhuǎn)發(fā)屬性。一種是一組播分組，其目的地地址均與一個ＩＰ地址前綴相匹配；另一種是分組的源及目的地地址都相同的一組分組。ＦＥＣ可在不同的級別上進(jìn)行定義。
２．２ 標(biāo)志交換和轉(zhuǎn)發(fā)
標(biāo)志與分組的綁定有若干種方式。對于一些網(wǎng)絡(luò)可以將標(biāo)志嵌入到鏈路層的頭端（ＡＴＭ ＶＣＩ／ＶＰＩ和幀中繼的ＤＬＣＩ），有時也可以將它嵌入至位于數(shù)據(jù)鏈路頭端和數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ＰＤＵ）之間的小標(biāo)志頭端（如位于第２層頭端與第３層數(shù)據(jù)負(fù)載之間），稱之為“Ｓｈｉｍ”。
這種標(biāo)志信息能夠在鏈路層進(jìn)行承載，“Ｓｈｉｍ”結(jié)構(gòu)可以用于Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ＩＥＥＥ８０２．３或點(diǎn)對點(diǎn)（ＰＰＰ）鏈路，其中一個為單目廣播（Ｕｎｉｃａｓｔ），另一個則為多目廣播（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ）。
在ＭＰＬＳ骨干網(wǎng)絡(luò)邊緣，邊界ＬＳＲ對進(jìn)來的無標(biāo)志分組（正常情況下）按其ＩＰ頭端進(jìn)行歸類劃分（Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）及轉(zhuǎn)發(fā)判決，這樣ＩＰ分組在邊界ＬＳＲ被打上相應(yīng)的標(biāo)志，并被傳送至目的地地址的下一跳。
在后續(xù)的交換過程中，由ＬＳＲ所產(chǎn)生的固定長度的標(biāo)志替代ＩＰ分組頭端，大大簡化了以后的節(jié)點(diǎn)處理操作。后續(xù)節(jié)點(diǎn)使用這個標(biāo)志進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)判決。一般情況下，標(biāo)志的值在每個ＬＳＲ中交換后改變，這就是標(biāo)志轉(zhuǎn)發(fā)。
２．３ 標(biāo)志交換控制
標(biāo)志由標(biāo)志交換路徑（ＬＳＰ）的上游ＬＳＲ（Ｕｐｓｔｒｅａｍ ＬＳＲ）節(jié)點(diǎn)來附加至分組中，下游ＬＳＲ（Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ＬＳＲ）收到標(biāo)志分組后進(jìn)行判決處理，這些都由標(biāo)志交換的控制部件來完成。它使用標(biāo)志轉(zhuǎn)發(fā)表中的條項(xiàng)內(nèi)容作為引導(dǎo)。
標(biāo)志交換控制部件除了基本的表的建立和維護(hù)外，還負(fù)責(zé)以一種連續(xù)的方式在ＬＳＲ之間進(jìn)行路由的分布及將這些信息生成為轉(zhuǎn)發(fā)表的操作。標(biāo)志交換控制部件包括所有的傳統(tǒng)路由協(xié)議（如ＯＳＰＦ、ＢＧＰ、ＰＩＭ等）。這些路由協(xié)議為ＬＳＲ提供了ＦＥＣ與下一跳地址的映射。綁定技術(shù)有多種選擇，建立標(biāo)志流的決定可以基于多個標(biāo)準(zhǔn)（如數(shù)據(jù)源地址）。數(shù)據(jù)驅(qū)動的標(biāo)志綁定技術(shù)僅當(dāng)有需求時才建立激活的標(biāo)志綁定。
２．４ 標(biāo)志交換路由器
ＭＰＬＳ的設(shè)備按其在ＭＰＬＳ路由網(wǎng)絡(luò)中所處的位置可分為邊界標(biāo)志交換路由器（Ｅｄｇｅ Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｒｏｕｔｅｒｓ）和中間標(biāo)志交換路由器（Ｔｒａｎｓｉｔ ＬＳＲ）。邊界標(biāo)志交換路由器有進(jìn)口／出口邊界交換路由器，進(jìn)口邊界ＬＳＲ負(fù)責(zé)在標(biāo)志交換路徑（ＬＳＰ）的起始處對正常分組封裝標(biāo)志；出口邊界ＬＳＲ在ＬＳＰ的末端負(fù)責(zé)對標(biāo)志分組剝除封裝標(biāo)志，并還原為正常ＩＰ分組，向目的地傳送。而網(wǎng)絡(luò)中的其他ＬＳＲ僅負(fù)責(zé)基于到達(dá)分組的標(biāo)志進(jìn)行快速準(zhǔn)確的路由選擇。
邊界ＬＳＲ除對分組的標(biāo)志進(jìn)行附加或移除外，還負(fù)責(zé)對流量進(jìn)行分類。標(biāo)志的分配除了基于目的地地址外還有其他很多因素。邊界ＬＳＲ判定流量是否為一個長持續(xù)流，可采取管理政策和訪問控制，并在可能的情況下將普通業(yè)務(wù)流匯聚成較大的數(shù)據(jù)流。這些都是在ＩＰ與ＭＰＬＳ的邊界處所要具有的功能，因此邊界ＬＳＲ的能力將會是整個標(biāo)志交換環(huán)境能否成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于服務(wù)提供者而言，這也是一個管理和控制點(diǎn)。
３ ＭＰＬＳ在ＣｈｉｎａＮＥＴ上的實(shí)施
鑒于ＭＰＬＳ較傳統(tǒng)ＩＰ轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)越性，中國電信考慮在ＣｈｉｎａＮＥＴ上實(shí)現(xiàn)與ＭＰＬＳ相關(guān)的技術(shù)。首先由于ＢＧＰ／ＭＰＬＳ ＶＰＮ在安全性和可擴(kuò)展性方面的優(yōu)點(diǎn)，ＣｈｉｎａＮＥＴ正積極實(shí)施基于ＭＰＬＳ的ＩＰ－ＶＰＮ，目前已經(jīng)初步完成了一期６個省的實(shí)施工作，正進(jìn)入第二階段６省的實(shí)施工作。中國電信的ＭＰＬＳ ＶＰＮ采取與現(xiàn)網(wǎng)整合的思路，即將ＭＰＬＳ ＶＰＮ整合在統(tǒng)一的ＩＰ骨干網(wǎng)上，而不是額外構(gòu)建獨(dú)立的業(yè)務(wù)網(wǎng)，為此，目前在ＣｈｉｎａＮＥＴ網(wǎng)上的部分區(qū)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)記交換，至今運(yùn)行情況良好。此外，ＣｈｉｎａＮＥＴ還計(jì)劃針對重點(diǎn)地區(qū)，采取基于ＭＰＬＳ的流量工程等技術(shù)，對重要電路、重要用戶進(jìn)行保護(hù)。
４ ＭＰＬＳ技術(shù)總結(jié)
ＭＰＬＳ技術(shù)也為一些目前ＩＰ網(wǎng)絡(luò)急需提供的應(yīng)用服務(wù)如流量控制（ｔｒａｆｆｉｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、虛擬專網(wǎng)（ＶＰＮ）和服務(wù)類別質(zhì)量保證等提供了一套更為合理有效的解決方案。
各網(wǎng)絡(luò)廠商紛紛推出基于各自特點(diǎn)的ＭＰＬＳ的技術(shù)及設(shè)備，比較成功的有Ｃｉｓｃｏ、Ｊｕｎｉｐｅｒ和Ｌｕｃｅｎｔ等廠商。看其發(fā)展趨勢，ＭＰＬＳ必然會在不久的幾年內(nèi)完成各方面的標(biāo)準(zhǔn)制定，真正成為下一代Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的路由技術(shù)主流。
摘自《電信技術(shù)》
