MPLS網絡技術及其應用前景

2019-11-04 22:39:59

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　　　MPLS (Multiprotocol Label Switching-多協議標簽交換技術)是一種在開放的通信網上利用標簽引導數據高速、高效傳輸的新技術。它的價值在于能夠在一個無連接的網絡中引入連接模式的特性；其主要優點是減少了網絡復雜性，兼容現有各種主流網絡技術，能降低50%網絡成本，在提供IP業務時能確保QoS和安全性，具有流量工程能力。此外，MPLS能解決VPN擴展問題和維護成本問題。MPLS技術是下一代最具競爭力的通信網絡技術。
　　
　　MPLS技術發展背景
　　
　　　　互聯網的迅猛增長對當前基于IP的干線網提出了挑戰。這表現在：
　　
　　　　1）新的應用層出不窮，如語音傳送、視頻服務、多媒體信息傳輸等。這些新應用業務要求網絡能保證將它們按各應用的特性正確予以傳送，但傳統的IP網絡沒有數據屬性的判別能力，也就談不上按數據屬性進行區別服務；
　　
　　　　2）目前的IP路由技術采取基于目的地址的最優數據傳輸通路查找法，而不考慮所要傳送數據的其它性能要求；
　　
　　　　3）網絡規模迅速增長，但現有的IP路由技術及組網方式不適應網絡的擴展和許多增值服務的提供。
　　
　　　　網絡的發展正向寬帶化、智能化和一體化方向演進。目前在世界范圍內存在兩大核心網絡技術：一個是計算機界倡導的IP網絡技術，另一個是電信界推祟的ATM技術。IP技術的優點是有靈活的路由體系，采用非面向連接的盡力而為的服務方式，適合于非實時信息的傳輸，但傳統的IP技術對時延、帶寬等QoS無法保證，也就不能滿足語音、視頻等實時信息的傳輸要求。ATM是寬帶通信網的核心技術，是一種面向連接的傳輸技術，它綜合了分組交換和電路交換的優點，具有良好的QoS保證，支持語音、數據和圖像通信。缺點是，其連接建立信令過于復雜，路由靈活性不高，在傳輸較短的一般數據時，其效率不高。例如，在Internet Web連接中，用戶每點擊一個連接，就需啟動一個與遠端服務器的連接，而每個HTTP傳輸的數據量平均為2K，若鏈路的傳輸速率為155Mb/s，則整個傳輸時間約為100微秒，但最先進的ATM交換機建立連接的時間都以幾個毫秒計，可見鏈路建立時間占了整個數據吞吐量的99%。因此如何把IP和ATM的優點結合起來，在滿足新的業務需求的同時，維護現有的投資，成了業界探索的一個方向。
　　
　　　　各種IP與ATM融合的技術，如LANE、IPOA、MPOA、ARIS、TAG SWITCH等都只能解決局部的問題。這些技術雖說利用了ATM高速交換的特性，但要么沒有充分利用ATM的QoS特性，要么過于復雜和標準不完善。例如，LANE只能應用于較小規模的網絡，不能支持像Internet這樣的大型網絡。IPOA在不同子網間的互連仍需使用傳統的路由器，因而吞吐量和時延問題仍然存在，此外，它只限于處理ATM上的IP業務，只支持較小規模的網絡。MPOA經實驗證實也只能支持中小型網絡。
　　
　　　　目前數據傳輸的承載技術具有多樣性的特點。如ATM、幀中繼、PPP、SDH、SONET等。因此，如何實現多種不同傳輸承載鏈路技術的網絡互連、互通是一個迫切需要解決的問題。
　　
　　　　未來的業務以突發性數據業務為主，ATM對此顯得效率不足，傳輸成本和交換成本較高，網絡資源浪費，而IP又顯得能力不足。
　　
　　　　VPN是提供新一代電信業務的基石。據Yankee Group（1998）預計，到2002年，美國IP VPN總市場將與幀中繼的市場規模相當，其潛在的收入和利潤非常驚人，但是當前的網絡技術在實現VPN擴展性、安全性、治理性方面都有很大的、先天的缺陷，急需加以改造以適應VPN市場增長的需求。
　　
　　　　為了解決上面的問題，1997年，以Cisco公司為主的幾家公司[包括Ipsilon(已被Nokia并購)、IBM、Cascade(已被LUCent并購)、Toshiba]提出了MPLS技術。
　　
　　　　所謂MPLS就是：(1) 在LDP協議控制下，LSR根據IP路由技術產生具有一定語義的代表數據傳輸路徑及屬性的標簽; （2）應用本地標簽與媒介（ATM、FR、PPP…）；（3）多層的標簽置換傳輸（標簽堆棧）；（4）轉發基于標簽，入口壓入標簽，出口剝去標簽，分組QoS、CoS等分析只在入口做一次，中間節點只分析標簽的含義。
　　
　　MPLS技術的主要特點
　　
　　　　* MPLS在網絡中的分組轉發是基于定長標簽，由此簡化了轉發機制，使得轉發路由器容量很輕易擴展到太比特級；
　　
　　　　* 充分采用原有的IP路由，在此基礎上加以改進；保證了MPLS網絡路由具有靈活性的特點；
　　
　　　　* 采用ATM的高效傳輸交換方式，拋棄了復雜的ATM信令，無縫地將IP技術的優點融合到ATM的高效硬件轉發中；
　　
　　　　* MPLS網絡的數據傳輸和路由計算分開，是一種面向連接的傳輸技術，能夠提供有效的QoS保證；
　　
　　　　* MPLS不但支持多種網絡層技術，而且是一種與鏈路層無關的技術，它同時支持X.25、幀中繼、ATM、PPP、SDH、DWDM……，保證了多種網絡的互連互通，使得各種不同的網絡傳輸技術統一在同一個MPLS平臺上；
　　
　　　　* MPLS支持大規模層次化的網絡拓撲結構，具有良好的網絡擴展性；
　　
　　　　* MPLS的標簽合并機制支持不同數據流的合并傳輸；
　　
　　　　* MPLS支持流量工程、CoS、QoS和大規模的虛擬專用網；
　　
　　　　* MPLS的標準化進程十分迅速，這是它能迅速普及成功的要害。
　　
　　MPLS的優勢
　　
　　　　* MPLS在定長標簽的嚴格匹配下簡化了轉發過程，而且這個轉發的硬件基礎是便宜、成熟的ATM交換技術，這大大減少了設備制造商的研發投資，加快了MPLS設備的面市時間和產品的成熟穩定性；
　　
　　　　* 由于MPLS將路由與分組轉發從IP網中分隔開來，這使得在MPLS網中可以通過修正轉發方法來推動路由技術的演進；新的路由技術可以在不間斷網絡運行的情況下直接應用到網絡中，而不必改動現有路由器上的轉發技術，這是以前的各種網絡技術不易做到的；
　　
　　　　* MPLS簡化了ATM與IP的集成技術，推動了它們的統一，從而起到平衡用戶在ATM和IP網上的巨大投資，消除了現有網絡的限制，由此減少了網絡維護成本和擴展性問題；
　　
　　　　* 在MPLS網中可以直接使用顯式路由，這使得流量工程的應用變得簡單，增強了IP網絡流控和自愈恢復能力，為支持更多的新業務提供了保障；同時MPLS在保證連接可靠性的條件下取消了專線連接的要求，使得各種新業務可以在基于MPLS的IP網上實現；
　　
　　　　* MPLS技術進一步促進了網絡功能的劃分，它將復雜的事務處理推到網絡邊緣去完成，核心網只負責完成傳送功能；這有利于在一個大的網絡中維護IP協議的擴展性；
　　
　　　　* MPLS網絡中標簽堆棧的使用將龐大的路由表變得很小，極大地改善了路由擴展能力；
　　
　　　　* MPLS可用于多種鏈路層技術，做到對下層與上層的多協議，最大限度地兼顧了原有的各種技術，保護了現有投資和網絡資源，促進了網絡互連互通和網絡的融合；
　　
　　　　* MPLS能夠以無連接方式或顯式路由的方式提供面向連接的業務；這使得MPLS適用于動態遂道技術，并保障數據傳輸業務的QoS需求，而遂道技術是目前支持VPN業務的有效手段，QoS的保障是IP網上實現語音、實時多媒體信息傳輸的基礎。
　　
　　　　* 作為綜合平臺，在語音方面，VoIP on MPLS實驗十分成功；在數據方面，它先天就能承載IP業務；在視頻方面，它已能承載多媒體應用。
　　
　　* 與ATM相比，MPLS標準能更快地被接受是因為它是以軟件為主，運行在各種不同的網絡上，而ATM網則需要極大的軟、硬件投資。
　　
　　MPLS的標準化現狀
　　
　　　　1997年IETF提出MPLS以后，到目前為止，有關MPLS技術的協議標準草案和規范已經約有140個，并且在1999年就有廠商推出MPLS設備。這種進展速度是以前任何一種技術所沒有的。
　　
　　　　互聯網絡工程組（IETF）
　　
　　　　在2000年以前，MPLS的標準化制定工作僅由IETF MPLS工作組完成。MPLS工作組成立于1997年3月，當時的主要任務和工作重點是研究制定MPLS技術的實現規范，使得這種新的網絡技術能夠達到：
　　
　　　　* 靈活的網絡層路由選擇；
　　
　　　　* 高效的分組交換轉發(QoS保障)；
　　
　　　　* 有效的網絡治理；
　　
　　　　* 強大的網絡擴展能力；
　　
　　　　* 有效的增值服務提供能力；
　　
　　　　* 兼容性好。
　　
　　　　這些目標現在看來由MPLS技術實現已基本沒有問題。目前，MPLS工作組的工作重點已從原來技術的基本實現轉移到MPLS技術的應用上來。主要是MPLS如何更有效地提供增值服務、MPLS在局域網中的應用、MPLS與光纖傳輸網（OTN）的融合、MPLS網流量工程的具體應用等。
　　
　　國際電信聯盟（ITU-T）
　　
　　　　IP技術到現在已經在Internet上占了絕對的領導地位，MPLS技術的提出又使得IP可以為用戶提供如語音傳輸、視頻會議、多媒體等實時業務，并且其QoS保障可以達到電信級；因此，ITU-T各研究組在1999年底的總結會上進行了未來研究工作的戰略轉移，全面開展有關IP標準化方面的研究工作，其中作為全球信息基礎設施（GII）和B-ISDN的主導研究組——ITU-T SG13小組將MPLS列為2000～2003年的重點研究課題,并一致同意將LDP/CR-LDP作為公網傳輸標準信令。
　　
　　MPLS論壇
　　
　　　　為了更好地研究發展MPLS技術，協調各廠商之間的利益和統一思想，2000年3月以Lucent公司為首的有關機構聯合成立了MPLS論壇。論壇的基本成員為計算機網絡及電信通信軟件、設備制造商和 ISP及研究開發機構。論壇的工作重點主要在以下四個方面：
　　
　　　　* 流量工程；
　　
　　　　* 服務等級（CoS）；
　　
　　　　* 服務質量（QoS）；
　　
　　　　* 虛擬專用網（VPN）。
　　
　　　　進入2000年以后，各標準化組織更進一步加快

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