MPLS技術的應用與發展

2019-11-04 11:01:18

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

　　大唐電信科技股份有限公司艾明陳山枝

　　一、MPLS的幾個實際網絡部署

　　 2001年，隨著MPLS技術的初步成熟，各運營商紛紛開始采用MPLS新建或升級其網絡。比如，NetStream用MPLS技術部署其屬于Greenfield領域的網絡，用于傳送話音、視頻和數據業務，并向企業用戶提供VPN、高性能視頻點播、遠程數據存儲和電信級Vo
　　 2002年，中國電信在中國大陸建立其高密度的IP/MPLS網絡。該網絡在同一物理網絡上支持對傳統業務和IP/MPLS新業務，并可快速提供用戶業務。比如對等接入、IPVPN、城域以太網，通過二層VPN的方式承載FR、ATM、DDN業務的等。中國電信美國公司則將向在中國有業務的美國公司提供MPLSVPN、通達中國內地各處的專線業務和到CHINANET的直接IP接入等業務。

　　 2003年，MPLS技術得到更為廣泛的應用。印度的最大的INTERNER網絡和電子商務提供商Sify有限公司，建成了印度最大的MPLS網絡，提供安全VPN業務并作為連接到美國的INTERNET網關。日本的NTTCommunications建成了其全國范圍、寬帶多業務MPLS網絡，并在這一個平臺上提供IP、Ethernet、FR和ATM業務。此外，NTTCommunications還將面向全球提供其MPLSVPN與IPSecVPN互為備份的VPN業務，使得用戶的專網可以覆蓋到全球的124個國家或地區，并可在網絡受到攻擊時，通過在MPLSVPN和IPSec之間的切換，保證用戶VPN業務的傳輸。

　　 BellSouth最近公布其將采用一個地區范圍、interLATA的MPLS骨干網，用于提供IP和下一代網絡方案。在BellSouth的服務區的大部分區域部署了BellSouth區域IP骨干網（BRIB）。該BRIB采用了遵從RFC2547的網絡結構和MPLS機制，使得BellSouth加強端到端業務控制和具備迅速擴充能力。通過使用BRIB，BellSouth提供先進的端到端信息服務，比如BellSouth治理的網絡VPN服務、VoIP解決方案、Internet專線接入和承載DSL方式接入的Internet業務。AT&T目前正在加快將其傳統網絡演進為一個單一的全球性的IP架構，希望能在2005年時建成一個架構在智能光網絡上的MPLS網絡。

　　 BT現有的MPLS網絡已經擴展到70個國家，包括1000個PoP點，19000多個端口，正為1200多個大客戶提供服務。

　　上述幾個案例是MPLS實際部署的典型案例，表明了用MPLS技術組建的網絡，能夠在同一網絡平臺上同時支持全球范圍內的VPN業務、具有QoS保證的VoIP業務和視頻業務、承載ATM、FR、Ethernet業務。

　　二、MPLS和現有網絡的互通

　　現有的ATM、FR、DDN、PSTN還將在很長的過程中存在，并發揮作用，給運營商帶來收入和利潤。因此就出現MPLS要支持FR、ATM、TDM電路和電話、IP、Ethernet等需求，保護投資，并實現平滑過渡與升級。因而存在ATM-MPLS互通,Voice-MPLS（MPLS上的語音承載）,TDM-MPLS互通和 FR-MPLS互通等。

　　 MPLS與其它網絡互通類似于過去的ATM與其它網絡互通，其一般參考網絡結構如圖1所示。其中IWF是一個功能模塊，可以是一個獨立的物理設備，也可以集成在其它設備（如MPLSLER）中，通常商用中后者更多些。

MPLS技術的應用與發展（圖一）

圖1MPLS互通的一般參考網絡結構

　　 MPLS與現有網絡間的互通主要涉及通信網中的三個平面：用戶平面、控制平面、治理平面間的互通。用戶平面的互通涉及用戶數據包間的封裝及可能映射功能等?？刂破矫娴幕ネㄉ婕安煌帕铋g的互通和映射功能等，如用于連接的建立/釋放及用戶面參數的協商等。治理平面間的互通涉及運營維護數據流（OAM）間的封裝及可能映射功能等。表1列出了MPLS與ATM、FR、TDM網絡互通時，上述三個平面需實現的具體的功能。

MPLS技術的應用與發展（圖二）

表1MPLS與ATM、FR、TDM互通時不同網絡平面實現的具體功能

　　用戶平面控制平面治理平面

　　 ATM-MPLS互通信元模式LSP中直接封裝ATM信元，透明地支持所有AAL類型。支持ATM的SVC、PVC和SPVC，透明傳送ATM信令協議（如：DSS2、ATM-F UNI、PNNI等），在IWF間交換標記。在MPLS OAM流和ATM OAM流間透明傳送性能/缺陷/切換的信息，將ATM OAM信息封裝在MPLS包中傳送，在端到端的OAM功能中要支持兩者的相關性及報告等。

　　幀模式LSP中封裝并傳送AALPDU或SDU。

　　 FR-MPLS幀模式序列號的處理程序；FRVC雙向與MPLS LSP單向間的映射（兩個LSP為不同方向）；支持FR中的流量參數和QoS承諾等。支持FR的SVC、PVC，透明傳送FR信令協議，在IWF間交換標記等。

　　 TDM-MPLS流模式一個LSP能傳送多個TDM流；通過綁定兩個單向且對稱帶寬的LSP來支持雙向連接；支持多種的TDM類型，如：結構化和非結構化E1/T1、部分化E1/T1、同步的串行數據（如V.35,V.36, V.37等）、非結構化E3/T3等；支持帶CAS的TDM，支與中繼相關的CCS的TDM；順從G.823和G.824的時鐘恢復等。在IWF間交換標記、指明TDM業務的速率和類型（如結構化和非結構化、帶不帶CAS等）、通過MPLS控制協議建立LSP。在MPLS OAM流和TDM OAM流間透明傳送性能/缺陷/切換的信息、將TDM OAM信息封裝在MPLS包中傳送、在端到端的OAM功能中要支持兩者的相關性及報告等。

　　在網絡演進過程中，MPLS作為承載網要支持話音業務，包括支持現有的PSTN和ISDN，也要支持軟交換網絡下的話音業務。MPLS支持話音業務有以下形式，VoiceoverIPover MPLS、Voice over ATM over MPLS、Voice over TDM over MPLS和直接的Voice over MPLS。前三種方式實際上通過ATM、TDM、IP與MPLS的網絡互通實現。ITU-T 關于Voice over MPLS建議草案Y.vsmpls對Voice over MPLS網絡結構、網絡互通的傳送平面協議棧、通用封裝格式以及在MPLS的LSP上承載多個話音呼叫四個方面進行了規范。因Voice over MPLS需要將各種的電話網信令直接映射到MPLS層，故這種方式的實際應用將晚于Voice over TDM over MPLS等方式。

　　 MPLS網絡可以作為現有的ATM、DDN、FR和電話網的骨干網，各種業務流匯集到統一的MPLS網絡平臺上進行高速交換。對于運營商而言，利用MPLS技術作為多業務網絡平臺的能力，可以充分利用已有設備資源，保護現有網絡(ATM、DDN和FR)投資，并在MPLS網絡基礎上實現擴容，擴大業務覆蓋面，還能同時實現其ATM、DDN或FR用戶互通。這樣既節省投資和又降低運營維護費用。圖2是MPLS以專線形式的網絡互通應用（MPLS承載以太網在本文VPLS部分介紹）。

MPLS技術的應用與發展（圖三）

圖2MPLS網絡互通的專線應用

　　三、MPLS技術實現各種VPN

　　 1.Layer3MPLS VPN

　　用MPLS協議實現VPN的方式，又可分為Layer2MPLSVPN和Layer3MPLS VPN 。

　　 Layer3MPLSVPN即BGP/MPLSVPNs，使用類似傳統路由的方式進行IP分組的轉發。在路由器接收到IP數據包以后，通過在轉發表查找IP數據包的目的地址，然后使用預先建立的LSP進行IP數據跨運營商骨干網的傳送。運營商網絡通過其路由器（包括PE）和客戶路由器（CE）間的RIP、OSPF、BGP等路由協議，獲得用戶站點的可達信息，并用這些信息來建立上述LSP。圖3是Layer 3 MPLS VPN的網絡結構。

　　 PE路由器上基于每個VPN具有屬于其自己的VPN路由表轉發（VRF），故可隔離路由信息，實現地址重疊的支持，即不同的VPN可以使用相同的地址空間而不會導致沖突。對于一個站點可以屬于多個VPN情況，即重疊VPN，PE路由器使用相互獨立的VRF表存儲來自該站點所屬VPN的路由信息。為使PE路由器區分來自不同VPN的路由信息，來自每不同VPN的路由信息都被不同且唯一BGP的團體屬性值所標示。比如，當PE接收到一條BPG路由信息時，需先檢查該路由的團體屬性，假如該屬性和該PE上承載的VPN的擴展屬性相同PE將接收該路由；否則，丟棄該路由信息。

MPLS技術的應用與發展（圖四）

圖3Layer3MPLSVPN的網絡

　　 2.Layer2MPLS VPN

　　 Layer2VPN大致分為三類，第一種叫做VPWS(Virtual PRivateWireService),用點對點連接方式實現VPN內每個站點之間的通信。這種方式多用于正在使用ATM、FR連接的用戶，用戶和網絡提供商之間的連接保持不便，但業務經封裝后在網絡提供商的IP骨干網上傳輸。在第二種叫做VPLS（Virtual Private LAN Service），運營商網絡仿真LAN SWITCH或橋接器的功能，連接用戶所有的LAN稱為一個簡單的橋接的LAN。VPLS和VPWS的主要不同在于VPWS只提供點到點業務，而VPLS提供點到多點業務。即VPWS中的CE設備選擇某一條虛擬線，將數據發送到某一用戶站點；而VPLS中的CE設備只是簡單的到所有目的地的數據發送到連接到其的PE設備即可。第三種叫做IPLS（IP-only LAN-like Service）,用二層封裝轉發用戶IP路由器（不是Layer2Switch）的純IP數據。雖然IPLS僅傳輸IP數據，但卻不是三層VPN，因為數據轉發基于二層報頭。

　　（1）VPWS

　　最直接的創建Layer2VPN的方法是在CE和PE之間建立ATM或FR連接，運營商網絡中采用MPLS的LSP分別承載這些連接，如圖4。并且可以采用MPLS流量工程滿足用戶的QoS需求。這種方案中配置CE和PE之間的PVC和承載用的MPLSLSP工作量很大，其大量的LSP將占用LSR很多資源，降低了網絡擴展性。為解決上述擴展性等問題，許多專家向IETF提出了許多關于MPLSLayer2 VPN的協議草案，基本可以劃分為兩類：Martini草案和Kompella草案。

MPLS技術的應用與發展（圖五）

圖4一條LSP承載一條VC

　　 Martini草案針對上述擴展性問題，建議在PE和網絡設備之間建立固定數量的MPLSLSP，當用戶CE設備和PE之間的VC承載業務需要穿越網絡時，即進入MPLSLSP中點對點的子隧道（即“偽線”），即該LSP可以看作是多條VC的承載通道。這和ATM網絡的VC通路和VP通道之間的關系類似。IETF相關草案定義了用于建立子隧道的信令和在子隧道上轉發ATM、FR、以太網數據包的封裝格式。雖然這種方法節約了部分網絡資源（比如LSP的數量），但是在創建大規模MPLSVPN時，仍需手工建立所有的子隧道，故配置工作量巨大。

　　 Kompella草案也采用這種“偽線”的方式減少過多網絡資源的消耗，但引入了一種創建“偽線”的新機制，即采用BGP協議作為VPN自動發現協議和信令協議。其工作原理是：在網絡開始部署VPN業務時，對所有的VPN的所有站點進行相關配置（建立CE和PE設備之間的連接、用MPLS協議建立PE間的全網狀連接的LSP、PE為連接到它的CE指定標簽范圍），然后自動發現協議使用BGP在PE之間建立全網狀的IBGP會話，交換VPN成員信息（VPN各成員PE和CE的標簽范圍），然后建立“偽線”后即可傳輸業務。此后只需對新添加的VPN站點做必要配置即可保證整個MPLSVPN的正常運行。該工作過程體現了該草案最重要優點，即配置工作比Martini草案簡單且工作量也少，降低了VPN業務開通的復雜度。

　　 Kompella草案更具靈活性。比如，MartiniMPLSVPN中所有CE和PE之間的二層協議必須相同；但采用Kompella草案時，假如用戶傳輸的業務是IP，則該VPN內的CE和PE之間的二層傳輸協議可以是不同的。

　　雖然兩種草案的數據封裝格式基本相同，網絡構成基本相同，業務流“偽線”穿越LSP的方式也相同（見圖5），但Martini草案比Kompella草案的機制簡單，實現起來相對輕易，故MPLS設備提供商基本都支持Martini草案，能支持Kompella草案的較少。

MPLS技術的應用與發展（圖六）

圖5Martini草案和Kompella草案網絡結構圖

　　（2）VPLS

　　 Lasserre-vkompella草案描述了VPLS的核心思想：在一VPLS所有站點連接到的PE設備之間建立全網狀連接，PE設備實現類似標準以太網交換機的數據包復制和MAC地址學習功能，PE設備負責將來自連接到它的CE的數據報正確轉發到目的地。此方案也利用自動發現機制自動發現新加入的PE、建立PE間的MPLS通道，大幅度降低了配置的工作量。但是，PE路由器需要同時執行路由功能、保持MPLSLSP和“偽線”和學習連接到它的VPLS的MAC地址，這就意味者PE需要足夠的處理能力完成這些工作。對此，已有草案建議把MAC地址學習功能和VPLS治理等功能分別在不同的設備上實現。隨著以太網業務數量的快速增長和向城域網范圍內的延伸，用戶對VPLS的需求是明確的。VPLS的優勢在于網絡運營商不但可以向用戶提供超過4095個VLAN站點VPN業務、保證用戶業務端到端QoS、在和SDH網完成保護切換所需的相同時間內完成業務通路的切換。這些優勢使得運營商通過與其用戶簽署SLA（ServiceLevelAgreement），并獲得比從網絡普通接入業務稍高的收益。并且，這一商業模型將是MPLS的一個長時期可贏利的商業模型。

　　（3）IPLS

　　關于IPLS（IP-onlyLAN-likeService）的研究還在起步階段，目前的草案集中如何支持CE設備上聯接口是以太網的IPLS。IPLS和VPLS的相同之處是兩者采用基本相同的方法建立PE間全網狀連接的“偽線”，不同之處在其IP包的轉發過程。IPLS中的CE設備具備路由功能，并分析來自其負責的用戶網絡的IP分組包頭中的下一跳的IP地址，并向其連接的PE查詢該下一跳IP設備（即目標CE設備）的MAC地址（這就要求PE具備proxyARP功能），然后將IP和該MAC地址封裝成MAC幀發給PE，PE根據該MAC地址查找到應的MPLS“偽線”后將該MAC幀發送至目的CE設備，由目的CE設備解開該MAC幀并將該IP包按路由方式發送。IPLS方式還支持組播IP數據業務。IPLS中的PE只需要存儲CE設備的IP地址和MAC地址，而VPLS則需要PE存儲大量的用戶站點的MAC地址；IPLS中的PE能自動學習CE設備和其它PE設備的信息。故與VPLS相比，IPLS網絡具有良好的擴展性且更輕易配置。

　　 3．Layer2MPLS VPN方案分析

　　表2分析比較上面幾中Layer2MPLSVPN在業務支持、網絡資源和擴展性、配置工作等方面的異同。

MPLS技術的應用與發展（圖七）

表2Layer2MPLSVPN 比較

　　四、MPLS技術的幾個發展方向

　　 1.MPLS技術在傳輸網和光網絡中的發展－GMPLS

　　 GeneralisedMPLS對MPLS的中路由和信令協議并做了適當增補后，具備為網絡各層提供一個基于IP的公共控制平面的能力。在GMPLS的路由協議中，新增了以下關于鏈路的屬性：類型（用于區分鏈路是支持光交換、波長交換、TDM交換還是包交換），鏈路終結數據的能力，鏈路上帶寬分配的粒度，鏈路的保護能力等。在GMPLS的信令協議中，新增了建立雙向LSP、發布失敗通知。通用標簽請求則新增了鏈路類新要求、鏈路保護能力和可選建議標簽組。為滿足傳輸網的需求，GMPLS增加了控制通道用于節點間交換控制平面信息，鏈路治理協議用于校驗承載通道的有效性、自動提供業務和故障隔離，多鏈路綁定和嵌套LSP等新特性。GMPLS的優勢在于能提供跨網絡層次的流量工程，業務恢復和保護的集成和快速業務部署。

　　傳輸網絡的帶寬隨著用戶的需求不斷增增加，越來越多的DWDM設備和光交換設備（OXC，無需處理電信號的光交叉設備）將被部署在網絡核心，原有的SDH、IP和ATM設備將被遷移到網絡邊緣并向用戶提供業務。這些設備將實時地動態地要求網絡核心建立波長粒度的帶寬的點到點連接。顯然，GMPLS能很好的滿足上述傳輸網絡演進需求。目前，WDM技術能在一根光纖上提供多個通道，IP業務成為將來網絡的主導業務，SDH設備仍將在網絡邊緣長期存在（因終端用戶的帶寬需求在很長時期內達不到一個波長能提供的帶寬），傳輸網絡核心設備OXC將向WDM和IP結和的方向演進，網絡控制平面必須兼顧SDH層和光層需求，網絡結構將向ASTN（AutomaticallySwitchedTransportNetworks）演進。因GMPLS能向所有的傳輸層提供一個統一的簡單的解決方案，并能簡化多個傳輸層面的集成工作，故將成為ASTN網控制層面的重要組成部分。ASON（Automatically Switched Optical Networks）ITU-T SG15組制訂的ASTN光控制平面的組成部分、組成部分之間的相互操作方面的架構性建議。ASON將和IETF制訂的GMPLS，在傳輸網絡控制平面協議應用和ASTN實際組網中競爭。

　　 2.MPLS在無線移動通信網的發展－WMPLS

　　 WirelessMPLS(WMPLS)協議是MPLS協議在無線網絡中的擴展，其原理和MPLS相同。在無線移動通信網絡中（本文指無線接入網部分），WMPLS采用流控和差錯控制機制，新增了可靠性和傳輸效率保證功能。該功能基于空中信道的實際情況，控制數據包的傳輸，保持約定的流量參數和降低比特誤碼率和包丟失率。在無線移動通信網絡和骨干網絡的邊界處，WMPLS引入一種翻譯功能，移除WMPLS添加的額外包頭和控制信息，并把標準格式的MPLS包發送至骨干網。目前，WMPLS協議的標注化過程仍在進行中，且支持WMPLS的設備很少。WMPLS能提供可靠的高速數據傳輸，保證業務的QoS并支持DIFFERV和流量工程，必將成為無線通信網絡支持實時流媒體業務的最優解決方案

　　 3.MPLS支持移動IP

　　移動IP協議的IP-in-IP隧道技術用于轉發的報頭開銷大，對網絡的負荷重；且要查找兩次路由表，無法實現快速轉發；其它節點（關聯節點）發往移動節點的數據包是經由歸屬代理、外地代理，然后才轉發到移動節點，嚴重浪費帶寬網絡資源（此問題被為“三角路徑問題”。經過優化的移動IPv4標準，可使由關聯節點發往移動節點的數據包直接發往移動節點的移交地址，這種經過優化的路由在時延和資源消耗方面都優于三角路徑，并且減少了歸屬代理與外地代理之間隧道的負荷。其實最好的解決方案是通過向移動IP網絡增加MPLS功能，在任一關聯節點和任一移動節點之間建立有相應QoS保障的MPLSLSP，實現了數據包快速交換并可避免IP-in-IP開銷和“三角路徑”問題，并能夠很好地滿足未來的實時和多媒體移動業務對不同服務等級要求的需要。故向移動IP網絡引入MPLS功能將成為構造移動IP網絡的重要解決方案之一。

　　五、結束語

　　 MPLS技術將ATM交換技術和IP動態路由協議有機結合起來，具備面向連接、簡單高速交換、支持QoS和流量工程等優點。MPLS技術可靈活組建出各種極具擴展性的網絡。但是，MPLS技術和MPLS網絡的演進是逐步的，是受網絡運營商和用戶的需求共同驅動的。比如，為實現對現有網絡的承載支持、保護現有網絡的投資、實現網絡和業務的平滑升級，MPLS已經能從技術上很好地保證MPLS和現有的ATM、FR、TDM網互通。為實現承載各種不同類型的VPN業務，在保證用戶數據的安全性、端到端的QoS,并同時保證運營商的網絡不但可運營、可維護、可治理、可贏利，MPLS能提供面向Layer2和Layer3的VPN組網技術，組建承載ATM、FR、Ethernet、IP等各種業務的VPN。隨著傳輸網絡向全光網絡、接入網向無線通信網絡的演進，基于MPLS技術的GMPLS和WMPLS也在研究之中。隨著IPv4向IPv6的演進，具有固定IPv6地址的移動終端必將成為主流網絡終端設備，向移動IP網絡引入MPLS功能將成為構造移動IP網絡的重要解決方案之一。MPLS作為新技術，不但能支持已有的ATM、FR、IP、TDM業務和各種新業務如具有QoS保證的VPN和實時視頻等，還能很好地適應網絡的演進趨勢，并逐漸走向成熟，必將成構建現有網絡和未來網絡的要害技術之一

上一篇：VoIP在基于MPLS集成模型中QoS技術

下一篇：GMPLS助光網絡向前發展