技術新知——關于IP的出路-MPLS簡介

2019-11-04 22:40:46

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　　隨著Internet的蓬勃發展,人們對應用也提出了更高的需求。由于Internet缺乏有效的流量和網絡帶寬治理手段，網絡經常會發生擁塞。無法提供服務質量（QoS）保證，使得很多應用如語音和視頻等，對于目前的ip技術來說是力不從心。而新興的多協議標記交換技術(MPLS)有望解決這一問題。
　　
　　MPLS的工作原理
　　
　　按照當前的定義，MPLS是基于標記的IP路由選擇方法。這些標記可以被用來代表逐跳式或者顯式路由，并指明服務質量（QoS）、虛擬專網以及影響一種特定類型的流量（或一個非凡用戶的流量）在網絡上的傳輸方式的其它各類信息。
　　
　　目前，路由協議在一個指定源和目的地之間選擇最短路徑，不論該路徑是否超載。利用顯式路由選擇，服務提供商可以選擇非凡流量所經過的路徑，使流量能夠選擇一條低延遲的路徑。
　　
　　MPLS協議實現將第三級的包交換轉換成第二級的交換。MPLS可以使用各種第二層的協議，MPLS工作組到目前為止已經把在幀中繼、ATM和PPP鏈路以及IEEE 802.3局域網上使用的標記實現了標準化。MPLS在幀中繼和ATM上運行的一個好處是它為這些面向連接的技術帶來了IP的任意連通性。目前MPLS的主要發展方向是在ATM方面。這主要是因為ATM具有很強的流量治理功能，能提供QoS方面的服務，ATM和MPLS技術的結合能充分發揮在流量治理和QoS方面的作用。
　　
　　標記是用于轉發數據包的報頭。報頭的格式取決于網絡特性。在路由器網絡中，標記是單獨的32位報頭。在ATM中，標記置于虛電路標識符/虛通道標識符(VCI/VPI)信元報頭。在核心，只解讀標記，而不讀數據包報頭。對于MPLS可擴展性非常要害的一點是標記只在通信的兩個設備之間有意義。
　　
　　IP包進入網絡核心時，邊緣路由器給它分配一個標記。自此，MPLS 設備就會自始至終查看這些標記信息，將這些有標記的包交換至其目的地（參見原理圖）。由于路由處理減少，網絡的等待時間也就隨之減少，而可伸縮性卻有所增加。
　　
　　MPLS數據包的服務質量類型可由MPLS邊緣路由器根據IP包的各種參數來決定，如IP的源地址、目的地址、端口號、TOS值等參數。如對于到達同一目的地的IP包，可根據其TOS值的要求來建立不同的轉發路徑，以達到其對傳輸質量的要求。同時，通過對非凡路由的治理，還能有效的解決網絡中的負載均衡和擁塞問題。如當網絡中出現擁塞時，MPLS可實時的建立新的轉發路由來分擔其流量，以緩解網絡擁塞。
　　
　　目前，廠商采用的協議有兩種，一種是基于限制的路由標記分配協議(Constraintbased Routing Label Distribution PRotocol,CRLDP)，另一種是資源保留協議（Resource Reservation Protocol，RSVP)。標記分配協議(LDP)在邊沿和核心設備之間提供通信，與路由選擇協議，如OSPF、ISIS、EIGRP(增強的內部網關路由選擇協議)或BGP等相結合在邊沿和核心設備之間分配標記，建立標記交換路徑。目前，MPLS工作組對這兩種方法都使用。雖然選擇經常是件積極的事情，但在解決同一問題有兩個標準,顯然將會帶來嚴重的互操作性問題。許多廠商同樣也發現自己肩負著實施兩套協議的擔子。
　　
　　廠商期待著市場來決定哪種方法將會成功，但過去的經驗證實，用戶經常因為面臨不穩定而推遲采用新的技術。
　　
　　MPLS的應用
　　
　　MPLS將幫助運營商提供更好的IP 服務。像AT ＆ T、Level 3、MCI WorldCom和UUNET已經開始布署和營銷他們的MPLS網絡了。而運營商們也面臨著一個大問題，這就是：是用MPLS簡化他們現存的ATM網絡，還是建立沒有ATM的MPLS網絡。問題的答案取決于要傳輸什么類型的數據。包網絡用MPLS 結構體系就較好，而語音和位同步數據則用ATM最為理想。
　　
　　MPLS將會帶來更多的帶寬控制、吞吐量保證和虛擬專用網功能性。在MPLS的網絡內，甚至象IP語音這樣的包語音服務也會得到改進，因為等待時間縮短了，擁塞控制加強了。總而言之，所有這一切的結果都是為了讓用戶從服務提供商享受到更好的服務。因此，當選擇供給商或評估合同時，要留意對方提供MPLS的情況。
　　
　　很明顯，MPLS主要是面向服務提供商和運營商。不過，它也擁有將會使企業用戶受益的許多特征，不論這些企業是使用公共的還是專用的WAN服務。
　　
　　虛擬專用網
　　
　　MPLS對服務提供商具有很大潛在好處的一項應用就是對VPN服務的支持。將MPLS用于VPN是通過使用ATM或幀中繼永久虛擬電路（PVC）或各種形式的隧道來建立VPN，以將客戶的路由器互連起來。
　　
　　使用MPLS的VPN可以提供基于PVC模式的許多有利條件。客戶可以選擇自己的定址計劃，這些計劃可能會也可能不會與其它客戶或服務提供商的計劃重疊。每個客戶都可以相信，數據只會被發送到該客戶的VPN內的站點上。正因如此，加密經常是不需要的，這點不同于許多隧道方式。不過，和PVC模式不同，MPLS VPN模式隨著站點和客戶的不斷增加可以達到很高的可伸縮性。它也支持一個VPN內的站點中任意兩點之間的通信模式，而無需安裝一個完整的PVC網格或者在服務提供商網絡上將流量往回傳輸。對于每一個MPLS VPN 客戶，服務提供商的網絡似乎提供了一個虛擬專用骨干網，客戶可以通過它與機構內的其它站點取得聯系，而不能與任何其它客戶的站點取得聯系。
　　
　　從客戶的角度而言，MPLS VPN模式的一個重要有利條件是，在很多情況下，相對于PVC模式，路由選擇可以得到大大簡化。MPLS VPN客戶不是通過一個由許多PVC組成的技術復雜的虛擬骨干網來治理路由選擇，而是可以使用服務提供商作為通往該公司的所有站點的默認路線。
　　
　　VPN服務提供商經常需要向客戶提供一系列服務質量（QoS）。MPLS VPN利用新的差分服務技術來支持QoS。這些技術根據各種策略如源站點、應用類型等，答應客戶流量在進入提供商網絡時被分類。在這個網絡內，流量類型由標題位或者由不同的標記來識別，路由器利用它們來確定排隊待遇，并因此確定時延和損失之類的QoS參數。
　　
　　流量工程
　　
　　MPLS為服務提供商提供的另一好處是在流量工程領域。流量工程一詞指控制網絡中的通信流的能力，目的在于減少擁塞并充分利用可用的功能。
　　
　　例如，在下圖所示的這個流量工程例子中，有兩條從路由器C到路由器E的路徑。假如一個路由器選擇了其中一條從C到E的最短路徑，那么它就會傳送所有預定前往那些通過E可以抵達的網絡通信。因而在該路徑上帶來的流量可能會造成擁塞，而另一條路徑則負載不足。為了最大限度地提高整個網絡的性能，將一部分流量從一條鏈路轉移到另一條鏈路也許是可取的辦法。
　　
　　雖然人們在這個簡單的例子中可以設定C－D－E路徑的成本等于C－F－G－E路徑的成本，但這種負載均衡方法在復雜的拓撲網絡中會變得十分麻煩（雖然這種方法不是不可能）。使用MPLS實現的顯示路徑可用作解決這一問題的一種更加簡單和靈活的方式，以便讓一條擁擠的路徑上的一部分流量被轉移到一條不太擁擠的路徑上。
　　
　　流量工程問題的解決方案即通過各種不同的控制模塊建立標記和標記交換路徑。例如，流量控制模塊可以建立一條從A 到C到D到E的標記交換路徑，另一條從B到C到F到G到E的路徑。通過定義一些選擇某些信息包來跟隨這些路徑的策略，可以對網絡上的通信流進行治理。
　　
　　MPLS今后將會利用基于限制的路由選擇來確定流量工程策略。在這種環境中，只需指定網絡的不同點之間預計流動的負載量（一個流量矩陣）,路由選擇系統將會計算出傳送該負載的最佳路徑，并因此確定顯式路徑。
　　
　　IP與ATM集成
　　
　　MPLS能夠讓ATM交換機執行IP路由器的幾乎所有的功能。它之所以擁有這一能力，是因為MPLS的轉發模式——標記交換——與ATM交換機硬件提供的轉發模式完全相同。傳統的ATM交換機與ATM標記交換機之間的主要差別在于用來建立交換機上的VCI表項的控制軟件。ATM標記交換機使用IP路由選擇協議和標記分配協議（LDP）來建立這樣的標記項。
　　
　　一個ATM標記交換機可以同時作為一個傳統的ATM交換機。在這種環境中，交換資源（如VCI空間或帶寬）在傳統的ATM控制面和MPLS控制面之間被劃分。MPLS控制面可以用來提供基于IP的服務，而ATM控制面則提供像電路仿真這樣的面向ATM的服務或者PVC服務。
　　
　　MPLS是一項能夠為服務提供商實現許多新的服務的通用技術。它帶來了一種利用QoS（包括內部網和外部網）來提供虛擬專網服務的靈活方法，這樣為服務提供商提供了良好的可伸縮性，答應使用各種QoS，并減少了VPN客戶的治理負擔。MPLS的流量工程特征作為一種治理路由網絡的流量和鏈路利用率的方式是很有用的。最后，作為一種集成ATM和IP技術的方法，它對希望使用ATM骨干網來建立一個多服務網絡的提供商來說是有利的。
　　
　　Cisco
　　
　　Cisco已向服務提供商和大型企業網絡推出了多款提供標簽交換（Tag Switching）技術的產品。當前的產品具備以下兩種基本功能：
　　
　　與一種IGP協議——如Open Shortest Path First（OSPF）——相結合，使用標簽分配協議（TDP），實施基于目的地的單播路由的能力；
　　
　　流量工程能力，平衡流量負載，以便更好地利用骨干網中的所有鏈路。
　　
　　當前的MPLS產品
　　
　　MPLS網絡的邊緣和中心都可以使用Cisco的MPLS產品：邊緣設備，或者說邊緣交換路由器（Edge LSR）是一種全功能的第三層設備，而中心設備，即標記交換路由器（LSR），則可以是第二層交換機或第三層路由器。
　　
　　Cisco公司將會不斷增加MPLS功能，如創建無需隧道和加密的、高度可伸縮的虛擬專用網（VPN），提供服務級別（CoS）功能，從而，服務商可以向不同種類的業務提供優先等級，甚至是在VPN內。基于約束的路由能力還將增強流量工程功能，使網絡治理人員能夠優化骨干網上POP間流量的路由，同時自動設置隧道

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