MPLS的工作原理

目前，路由協(xié)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(wù)提供商可以選擇非凡流量所經(jīng)過的路徑，使流量能夠選擇一條低延遲的路徑。

MPLS協(xié)議實現(xiàn)將第三級的包交換轉(zhuǎn)換成第二級的交換。MPLS可以使用各種第二層的協(xié)議，MPLS工作組到目前為止已經(jīng)把在幀中繼、ATM和PPP鏈路以及IEEE 802.3局域網(wǎng)上使用的標(biāo)記實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)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(shù)帶來了IP的任意連通性。目前MPLS的主要發(fā)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(wù)，ATM和MPLS技術(shù)的結(jié)合能充分發(fā)揮在流量治理和QoS方面的作用。

標(biāo)記是用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的報頭。報頭的格式取決于網(wǎng)絡(luò)特性。在路由器網(wǎng)絡(luò)中，標(biāo)記是單獨的32位報頭。在ATM中，標(biāo)記置于虛電路標(biāo)識符/虛通道標(biāo)識符(VCI/VPI)信元報頭。在核心，只解讀標(biāo)記，而不讀數(shù)據(jù)包報頭。對于MPLS可擴(kuò)展性非常要害的一點是標(biāo)記只在通信的兩個設(shè)備之間有意義。

IP包進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)核心時，邊緣路由器給它分配一個標(biāo)記。自此，MPLS 設(shè)備就會自始至終查看這些標(biāo)記信息，將這些有標(biāo)記的包交換至其目的地（參見原理圖）。由于路由處理減少，網(wǎng)絡(luò)的等待時間也就隨之減少，而可伸縮性卻有所增加。

MPLS數(shù)據(jù)包的服務(wù)質(zhì)量類型可由MPLS邊緣路由器根據(jù)IP包的各種參數(shù)來決定，如IP的源地址、目的地址、端口號、TOS值等參數(shù)。如對于到達(dá)同一目的地的IP包，可根據(jù)其TOS值的要求來建立不同的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，以達(dá)到其對傳輸質(zhì)量的要求。同時，通過對非凡路由的治理，還能有效的解決網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載均衡和擁塞問題。如當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)擁塞時，MPLS可實時的建立新的轉(zhuǎn)發(fā)路由來分擔(dān)其流量，以緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞。

目前，廠商采用的協(xié)議有兩種，一種是基于限制的路由標(biāo)記分配協(xié)議(Constraintbased Routing Label Distribution PRotocol,CRLDP)，另一種是資源保留協(xié)議（Resource Reservation Protocol，RSVP)。標(biāo)記分配協(xié)議(LDP)在邊沿和核心設(shè)備之間提供通信，與路由選擇協(xié)議，如OSPF、ISIS、EIGRP(增強的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議)或BGP等相結(jié)合在邊沿和核心設(shè)備之間分配標(biāo)記，建立標(biāo)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(jīng)常是件積極的事情，但在解決同一問題有兩個標(biāo)準(zhǔn),顯然將會帶來嚴(yán)重的互操作性問題。許多廠商同樣也發(fā)現(xiàn)自己肩負(fù)著實施兩套協(xié)議的擔(dān)子。

廠商期待著市場來決定哪種方法將會成功，但過去的經(jīng)驗證實，用戶經(jīng)常因為面臨不穩(wěn)定而推遲采用新的技術(shù)。

MPLS的應(yīng)用

MPLS將會帶來更多的帶寬控制、吞吐量保證和虛擬專用網(wǎng)功能性。在MPLS的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，甚至象IP語音這樣的包語音服務(wù)也會得到改進(jìn)，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(jié)果都是為了讓用戶從服務(wù)提供商享受到更好的服務(wù)。因此，當(dāng)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(wù)提供商和運營商。不過，它也擁有將會使企業(yè)用戶受益的許多特征，不論這些企業(yè)是使用公共的還是專用的WAN服務(wù)。

虛擬專用網(wǎng)

MPLS對服務(wù)提供商具有很大潛在好處的一項應(yīng)用就是對VPN服務(wù)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(wù)提供商的計劃重疊。每個客戶都可以相信，數(shù)據(jù)只會被發(fā)送到該客戶的VPN內(nèi)的站點上。正因如此，加密經(jīng)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(dá)到很高的可伸縮性。它也支持一個VPN內(nèi)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(wǎng)格或者在服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)上將流量往回傳輸。對于每一個MPLS VPN 客戶，服務(wù)提供商的網(wǎng)絡(luò)似乎提供了一個虛擬專用骨干網(wǎng)，客戶可以通過它與機構(gòu)內(nèi)的其它站點取得聯(lián)系，而不能與任何其它客戶的站點取得聯(lián)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(shù)復(fù)雜的虛擬骨干網(wǎng)來治理路由選擇，而是可以使用服務(wù)提供商作為通往該公司的所有站點的默認(rèn)路線。

VPN服務(wù)提供商經(jīng)常需要向客戶提供一系列服務(wù)質(zhì)量（QoS）。MPLS VPN利用新的差分服務(wù)技術(shù)來支持QoS。這些技術(shù)根據(jù)各種策略如源站點、應(yīng)用類型等，答應(yīng)客戶流量在進(jìn)入提供商網(wǎng)絡(luò)時被分類。在這個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，流量類型由標(biāo)題位或者由不同的標(biāo)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(shù)。

流量工程

MPLS為服務(wù)提供商提供的另一好處是在流量工程領(lǐng)域。流量工程一詞指控制網(wǎng)絡(luò)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(yù)定前往那些通過E可以抵達(dá)的網(wǎng)絡(luò)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(fù)載不足。為了最大限度地提高整個網(wǎng)絡(luò)的性能，將一部分流量從一條鏈路轉(zhuǎn)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(shè)定C－D－E路徑的成本等于C－F－G－E路徑的成本，但這種負(fù)載均衡方法在復(fù)雜的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中會變得十分麻煩（雖然這種方法不是不可能）。使用MPLS實現(xiàn)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(zhuǎn)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(biāo)記和標(biāo)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(biāo)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(wǎng)絡(luò)上的通信流進(jìn)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(huán)境中，只需指定網(wǎng)絡(luò)的不同點之間預(yù)計流動的負(fù)載量（一個流量矩陣）,路由選擇系統(tǒng)將會計算出傳送該負(fù)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(zhí)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(zhuǎn)發(fā)模式——標(biāo)記交換——與ATM交換機硬件提供的轉(zhuǎn)發(fā)模式完全相同。傳統(tǒng)的ATM交換機與ATM標(biāo)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(biāo)記交換機使用IP路由選擇協(xié)議和標(biāo)記分配協(xié)議（LDP）來建立這樣的標(biāo)記項。

一個ATM標(biāo)記交換機可以同時作為一個傳統(tǒng)的ATM交換機。在這種環(huán)境中，交換資源（如VCI空間或帶寬）在傳統(tǒng)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(wù)，而ATM控制面則提供像電路仿真這樣的面向ATM的服務(wù)或者PVC服務(wù)。

MPLS是一項能夠為服務(wù)提供商實現(xiàn)許多新的服務(wù)的通用技術(shù)。它帶來了一種利用QoS（包括內(nèi)部網(wǎng)和外部網(wǎng)）來提供虛擬專網(wǎng)服務(wù)的靈活方法，這樣為服務(wù)提供商提供了良好的可伸縮性，答應(yīng)使用各種QoS，并減少了VPN客戶的治理負(fù)擔(dān)。MPLS的流量工程特征作為一種治理路由網(wǎng)絡(luò)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(shù)的方法，它對希望使用ATM骨干網(wǎng)來建立一個多服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的提供商來說是有利的。

Cisco

Cisco已向服務(wù)提供商和大型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)推出了多款提供標(biāo)簽交換（Tag Switching）技術(shù)的產(chǎn)品。當(dāng)前的產(chǎn)品具備以下兩種基本功能：

1. 與一種IGP協(xié)議——如Open Shortest Path First（OSPF）——相結(jié)合，使用標(biāo)簽分配協(xié)議（TDP），實施基于目的地的單播路由的能力；
2. 流量工程能力，平衡流量負(fù)載，以便更好地利用骨干網(wǎng)中的所有鏈路。

MPLS網(wǎng)絡(luò)的邊緣和中心都可以使用Cisco的MPLS產(chǎn)品：邊緣設(shè)備，或者說邊緣交換路由器（Edge LSR）是一種全功能的第三層設(shè)備，而中心設(shè)備，即標(biāo)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(chuàng)建無需隧道和加密的、高度可伸縮的虛擬專用網(wǎng)（VPN），提供服務(wù)級別（CoS）功能，從而，服務(wù)商可以向不同種類的業(yè)務(wù)提供優(yōu)先等級，甚至是在VPN內(nèi)。基于約束的路由能力還將增強流量工程功能，使網(wǎng)絡(luò)治理人員能夠優(yōu)化骨干網(wǎng)上POP間流量的路由，同時自動設(shè)置隧道和將流量映射到隧道。

LUCent

朗訊科技公司已推出了基于MPLS技術(shù)的產(chǎn)品IP Navigator。IP Navigator 與B－STDX、CBX 500和GX 550 交換機可構(gòu)建多業(yè)務(wù)解決方案，除提供ATM、幀中繼業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)的IP業(yè)務(wù)外，還可提供基于IP具有服務(wù)質(zhì)量保證的服務(wù)。

1.提供具有絕對服務(wù)質(zhì)量的Voice Over IP服務(wù)

IP Navigator具有絕對服務(wù)質(zhì)量功能(Absolute QoS)，即能建立端到端的滿足語音服務(wù)質(zhì)量的連接。使用朗訊科技公司的MultiVoice網(wǎng)關(guān)和IP Navigator能建成具有絕對服務(wù)質(zhì)量的Voice Over IP服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。MultiVoice網(wǎng)關(guān)在PSTN和基于IP的網(wǎng)絡(luò)之間提供一個接口，使語音呼叫能進(jìn)出IP網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)語音信號經(jīng)過MultiVoice網(wǎng)關(guān)后轉(zhuǎn)換成VoIP分組語音流。MultiVoice網(wǎng)關(guān)將語音分組中的服務(wù)類型(ToS)字節(jié)設(shè)定為特定值，向IP Navigator 說明IP數(shù)據(jù)包為語音分組。IP Navigator接收到語音分組后，看信源和信宿之間是否存在一條交換虛電路(SVC)，假如信源和信宿之間已存在一個SVC，則通過該SVC自動傳送分組。假如SVC不存在，IP Navigator 會根據(jù)要求，使用端到端的符合語音傳輸質(zhì)量要求的連接，為語音分組提供低時延、低抖動的傳輸通路，從而保證語音的服務(wù)質(zhì)量。由于采用ATM作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，能提供大規(guī)模的話音通信，適合于組建大規(guī)模的語音通信網(wǎng)絡(luò)。

2.基于IP的VPN業(yè)務(wù)

IP Navigator的VPN技術(shù)能夠在一個MPLS的網(wǎng)絡(luò)上同時提供多個VPN網(wǎng)絡(luò)，支持多種應(yīng)用，如局域網(wǎng)的遠(yuǎn)程接入、企業(yè)網(wǎng)的互聯(lián)及Internet的應(yīng)用等。

IP Navigator的VPN功能對每一個VPN用戶分配一個路由域和一個ID號。每個VPN用戶可有自己獨立的路由協(xié)議、路由表。不同的VPN用戶使用的IP地址可以重疊，這樣用戶在通過IP Navigator互聯(lián)時，可以不改變其IP地址規(guī)劃。IP Navigator 支持的路由協(xié)議包括BGP－4、OSPF、RIP－2以及其他的路由協(xié)議。IP Navigator在VPN上采取了安全措施，保證不同的VPN之間不能建立起IP連接，相當(dāng)于從物理上將兩個網(wǎng)絡(luò)隔離開。IP Navigator利用ATM網(wǎng)絡(luò)的QoS服務(wù)機制保證對VPN用戶的帶寬、傳輸質(zhì)量、時延等服務(wù)質(zhì)量。IP Navigator通過用戶代理網(wǎng)關(guān)提供用戶VPN的治理，便于用戶實時的獲得全面的配置、性能和故障信息

Marconi

(原FORE系統(tǒng)公司)

長期以來Marconi通信(FORE系統(tǒng)公司)在MPLS技術(shù)的發(fā)展中起到了至關(guān)重要的作用,對MPLS技術(shù)提供了全面支持。

1. 在一個設(shè)備（譬如ASX－4000 骨干交換機)中讓MPLS同時提供對ATM、POS（Packet over SDH)、DWDM和以太網(wǎng)的支持，實現(xiàn)IP端到端的面向連接。而且在連接上充分利用Marconi的特色技術(shù)，這些特色包括TE（流量工程）、TM（流量治理）、CR（容量感知型路由選擇）和QoS（服務(wù)質(zhì)量）。
2. 在一個控制面內(nèi)實現(xiàn)面向連接的鏈路層（COLL）。過去的IP和ATM融合技術(shù)需要兩套控制面協(xié)議，現(xiàn)在Marconi的MPLS技術(shù)只需要一個控制面就可以實現(xiàn)完善的COLL（Connection Oriented Link Layer）。
3. 提供“午夜航船”工作模式。Marconi的設(shè)備能在同一種物理端口上提供ATM和IP兩種控制面功能，使同一種物理網(wǎng)絡(luò)同時支撐多種控制機制，實現(xiàn)ATM和MPLS之間的平滑過渡。
4. 提供支撐MPLS的高速智能化的硬件平臺。Marconi的標(biāo)記交換硬件提供基于連接和連接組以及端口和端口組的排隊、緩沖、調(diào)度和整形功能。保證MPLS軟件和硬件實現(xiàn)最佳匹配。
5. 按照用戶需求靈活升級。Marconi提供純ATM工作模式、純IP工作模式和MPLS工作模式，并且能實現(xiàn)這些模式的并存和切換。而且所有這些都是采用軟件升級實現(xiàn)的。
6. 提供大型隧道或連接分層結(jié)構(gòu)。Marconi的MPLS提供靈活的標(biāo)記堆棧機制，支持多級虛擬連接和多級VPN，即多級虛擬連接嵌套和VPN嵌套。
7. 解決N2的IP鄰接問題。Marconi的MPLS采用IGP（Interior Gateway Protocol）提供直接的IP鄰接，避免了耗時、費力的路由更新問題。
8. 簡化IP查表過程。Marconi的全線MPLS產(chǎn)品保證只在連接的出入端設(shè)備進(jìn)行IP查表、轉(zhuǎn)發(fā)和分類，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的效率。
9. 支持面向連接數(shù)據(jù)流的合并功能。

   Marconi通信(FORE系統(tǒng)公司)的MPLS不僅具有IETF標(biāo)準(zhǔn)要求的一切功能，而且其在實現(xiàn)上也十分靈活，安全，可靠。

Internet工程任務(wù)小組提出的MPLS規(guī)范將ATM的可靠性、交付機制和QoS性能置于大型IP網(wǎng)絡(luò)。MPLS為多供給商環(huán)境中的可靠和快速的IP包交付定義由標(biāo)記驅(qū)動的連接。

1. 將IP包傳送至MPLS設(shè)備
   
2. MPLS設(shè)備為包定義最佳線路，并在WAN上進(jìn)行傳送。同時，它還給每個包貼上MPLS標(biāo)記。在WAN上的每一跳，路由器或交換機只查看MPLS標(biāo)記并將包繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)下去。
   
3. MPLS設(shè)備將包轉(zhuǎn)至另一個合適的目的地，或?qū)匦沦N上標(biāo)記后傳遞至新的目的地