詞語解釋
MPSL是Message Passing Socket Library的縮寫，是一種消息傳遞庫，它可以讓程序員在不同的機器之間進行消息傳遞。它可以讓程序員實現(xiàn)進程間的通信，比如客戶端和服務器之間的通信，或者在多臺機器上的多個程序之間的通信。 MPSL使用套接字（socket）來實現(xiàn)消息傳遞，它支持多種協(xié)議，包括TCP/IP，UDP，HTTP等，它可以讓程序員在不同的機器之間傳遞消息，而無需關心底層的網(wǎng)絡協(xié)議。 MPSL提供了一個統(tǒng)一的接口，可以讓程序員使用它來實現(xiàn)進程間的通信。它可以實現(xiàn)客戶端和服務器之間的消息傳遞，也可以實現(xiàn)多臺機器之間的多個程序之間的消息傳遞。 MPSL可以用于實現(xiàn)分布式系統(tǒng)，它可以讓多臺機器之間的程序之間實現(xiàn)消息傳遞，從而實現(xiàn)分布式系統(tǒng)的功能。它可以讓多臺機器之間的程序可以實現(xiàn)遠程調(diào)用，從而實現(xiàn)分布式系統(tǒng)的功能。 MPSL還可以用于實現(xiàn)網(wǎng)絡編程，它可以讓程序員實現(xiàn)客戶端和服務器之間的通信，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡編程的功能。它可以讓程序員實現(xiàn)客戶端和服務器之間的通信，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡編程的功能。 總之，MPSL是一種消息傳遞庫，它可以讓程序員在不同的機器之間進行消息傳遞，它可以用于實現(xiàn)分布式系統(tǒng)和網(wǎng)絡編程。它提供了一個統(tǒng)一的接口，可以讓程序員使用它來實現(xiàn)進程間的通信。 MPSL概述 MPSL概述 MPLS（Multi-Protocol Label Switching）即多協(xié)議標記交換。 MPLS屬于第三代網(wǎng)絡架構(gòu)，是新一代的IP高速骨干網(wǎng)絡交換標準，由IETF（Internet Engineering Task Force，因特網(wǎng)工程任務組）所提出，由Cisco、ASCEND、3Com等網(wǎng)絡設備大廠所主導。 MPLS是集成式的IP Over ATM技術，即在Frame Relay及ATM Switch上結(jié)合路由功能，數(shù)據(jù)包通過虛擬電路來傳送，只須在OSI第二層（數(shù)據(jù)鏈結(jié)層）執(zhí)行硬件式交換（取代第三層（網(wǎng)絡層）軟件式routing），它整合了IP選徑與第二層標記交換為單一的系統(tǒng)，因此可以解決Internet路由的問題，使數(shù)據(jù)包傳送的延遲時間減短，增加網(wǎng)絡傳輸?shù)乃俣�，更適合多媒體訊息的傳送。因此，MPLS最大技術特色為可以指定數(shù)據(jù)包傳送的先后順序。MPLS使用標記交換（Label Switching），網(wǎng)絡路由器只需要判別標記后即可進行轉(zhuǎn)送處理。 MPLS的運作原理是提供每個IP數(shù)據(jù)包一個標記，并由此決定數(shù)據(jù)包的路徑以及優(yōu)先級。與MPLS兼容的路由器（Router），在將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)送到其路徑前，僅讀取數(shù)據(jù)包標記，無須讀取每個數(shù)據(jù)包的IP地址以及標頭（因此網(wǎng)絡速度便會加快），然后將所傳送的數(shù)據(jù)包置于Frame Relay或ATM的虛擬電路上，并迅速將數(shù)據(jù)包傳送至終點的路由器，進而減少數(shù)據(jù)包的延遲，同時由Frame Relay及ATM交換器所提供的QoS（Quality of Service）對所傳送的數(shù)據(jù)包加以分級，因而大幅提升網(wǎng)絡服務品質(zhì)提供更多樣化的服務。 MPLS發(fā)展簡史 IP交換技術 由于多種原因，包括更為完整的技術規(guī)則說明、更高的時間效率以及有效的市場運作方式，IP交換技術經(jīng)Ipsilon公司在1996年推出。IP交換技術能使具有ATM 交換機性能的設備執(zhí)行路由器的功能。當時Ipsilon公司將他們的IP交換技術做成很多Internet RFC文檔，這使Ipsilon公司將自己的技術標榜為“開放的”。另外，通過對簡單交換控制協(xié)議（GSMP）的具體定義，能夠通過一個外加的擴展控制器將任何的>ATM 交換機轉(zhuǎn)變?yōu)椤癐P交換機”。 標簽交換（Tag Switching） 就在Ipsilon宣布他們的IP交換不久，Cisco公司就宣布了其標記交換技術，不過當時的叫法是“標簽交換（Tag Switching）”。標簽交換技術和IP交換以及CSR相比，在技術上差別很大。例如，在交換機上，它并不以數(shù)據(jù)流量來設置前向表，并且不同于ATM 網(wǎng)絡的是，對于很多的連接層技術來說，它提供了詳盡具體的說明。和Ipsilon公司相同的是，Cisco公司也做了描述的技術的RFC。但是，Cisco公司準備通過IETF將他們的技術最終實現(xiàn)標準化。正是為了實現(xiàn)這一目標，他們起草了大量的Internet 文件用來說明標簽交換技術的各個方面。正是通過Cisco的不斷努力，最終才有了我們現(xiàn)在所知道的MPLS工作組，并且現(xiàn)在MPLS成為標記交換的通用術語。 IBM的ARIS 也是在Cisco公司宣布他們的標簽交換技術，并努力在IETF中使之成為標準化不久，IBM公司起草了一些文檔來描述另外一種新的標記交換技術，他們稱之為集中式基于路由的IP交換技術（ARIS）。和其他幾種標記交換技術相比，ARIS與Cisco公司的標簽交換技術更為相近。兩者都是采用控制流量而不是采用數(shù)據(jù)流量來設置前向表，但是，ARIS在一些方面與標簽交換也有明顯的不同。許多ARIS的思想也進入到了MPLS標準之中。 MPLS工作組 在Cisco宣布他們的標簽交換技術的同時，他們也宣稱將要使之標準化。在他們提出了一系列有關標簽交換的Internet草案以后不久，在1996年10月份召開了一個BOF會議。當時Cisco、IBM、Toshiba均參加了這次會議。BOF會議成了IETF歷史上一次比較重要的會議。 由于已經(jīng)有多個公司生產(chǎn)出現(xiàn)非常相似的產(chǎn)品來解決當時網(wǎng)絡中出現(xiàn)的新問題，因此將這一技術標準化成為當時會議的一個主要議題。盡管當時還有人在懷疑這些技術能否解決網(wǎng)絡中的新問題（例如，有人認為快速路由器將會使這個問題變得更為混亂），但是，毋庸置疑的是，如果沒有一個標準化工作組，將會出現(xiàn)更多的互不兼容的標記交換產(chǎn)品，從而使市場變得更為混亂。于是草擬籌備工作組章程的工作開始了，到1997年初，終于有了一個能被IETF接受的章程，工作組的第一次會議在1997年4月份召開。 MPLS的意義 提高網(wǎng)絡使用率 目前，中國的骨干網(wǎng)帶寬的利用率在10%以下，因而，如何吸引更多的用戶使用網(wǎng)絡資源，是運營商、服務商關心的話題。路由器制造商都看到MPLS的最佳用武之地是，把承載多種不同類型服務的網(wǎng)絡集成為一個單一的網(wǎng)絡。網(wǎng)絡運營商和服務商大多認為，用MPLS統(tǒng)一各種服務不失為一種長遠的發(fā)展方向。 簡化IPv6實施 現(xiàn)在，IPv4的地址非常缺乏，該到實施IPv6的時候了。如果先在IPv4上實現(xiàn)MPLS，會減小IPv6的實現(xiàn)難度，因為MPLS把對數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)完全脫離開來。IPv6對IPv4最主要的能力是地址空間的擴展，那么相應的路由算法都沒有什么改變，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的控制協(xié)議上也沒有什么改變。因而，在一個把轉(zhuǎn)發(fā)和控制都清楚分開的平臺上，只需改變相應的控制協(xié)議，轉(zhuǎn)發(fā)方面根本就不用改變。這樣做了之后，隨著現(xiàn)在的光傳輸技術的發(fā)展，網(wǎng)絡的帶寬幾乎是無限制地在增長，比如一根光纖上可以傳到幾個T這樣的速度，這樣的話，要求網(wǎng)絡中的轉(zhuǎn)發(fā)設備（即路由器設備）同樣要適應傳輸技術的發(fā)展，要提高得非�？��；镜氖侄问抢糜布D(zhuǎn)發(fā)。而專門的轉(zhuǎn)發(fā)和控制協(xié)議脫離的體系結(jié)構(gòu)也更加方便了做硬件轉(zhuǎn)發(fā)。因為只看一個包的標記的格式是固定的，也非常容易在硬件中實現(xiàn)，這種趨勢是MPLS在非常高速的網(wǎng)絡中也有他的一些好處之一。因此，MPLS的實現(xiàn)簡化了IPv6的一些新功能。 為新廠商帶來商機 其實，MPLS的出現(xiàn)，給了新的廠商、新的產(chǎn)品很多機會，讓它們有了新的生存空間。傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡的割據(jù)戰(zhàn)已經(jīng)結(jié)束，在新出現(xiàn)的戰(zhàn)場上，正好適合起點高的廠商在其中扮演角色。傳統(tǒng)廠商如果不是從硬件平臺上有改變，在這么寬的網(wǎng)絡處理速度上，根本就來不及處理高速轉(zhuǎn)發(fā)。因此，在寬帶的前提條件下，必須有新的硬件平臺，這就是新廠商的機會。 MPLS技術及標準化進展 多協(xié)議標記交換（MPLS）技術作為一種新興的路由交換技術，越來越受到業(yè)界的關注。MPLS技術是結(jié)合二層交換和三層路由的L2/L3集成數(shù)據(jù)傳輸技術，它不僅支持網(wǎng)絡層的多種協(xié)議，還可以兼容第二層上的多種鏈路層技術。采用MPLS技術的IP路由器以及ATM、FR交換機統(tǒng)稱為標記交換路由器（LSR），使用LSR的網(wǎng)絡相對簡化了網(wǎng)絡層復雜度，兼容現(xiàn)有的主流網(wǎng)絡技術，降低了網(wǎng)絡升級的成本。此外，業(yè)界還普遍看好用MPLS提供VPN服務，實現(xiàn)負載均衡的網(wǎng)絡流量工程。 一、MPLS的基本原理 （1）MPLS基礎 MPLS將面向非連接的IP業(yè)務移植到面向連接的標記交換業(yè)務之上，實現(xiàn)上將路由選擇層面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面分離。MPLS網(wǎng)絡中，在入口LSR處分組按照不同轉(zhuǎn)發(fā)要求劃分成不同轉(zhuǎn)發(fā)等價類（FEC），并將每個特定FEC映射到下一跳，即進入網(wǎng)絡的每一特定分組都被指定到某個特定的FEC中。每一特定FEC都被編碼為一個短而定長的值，稱為標記，標記加在分組前成為標記分組，再轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳。在后續(xù)的每一跳上，不再需要分析分組頭，而是用標記作為指針，指向下一跳的輸出端口和一個新的標記，標記分組用新標記替代舊標記后經(jīng)指定的輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)。在出口LSR上，去除標記使用IP路由機制將分組向目的地轉(zhuǎn)發(fā)。 選擇下一跳的工作可分為兩部分：將分組分成FEC和將FEC映射到下一跳。在面向非連接的網(wǎng)絡中，每個路由器通過分析分組頭來獨立地選擇下一跳，而分組頭中包含有比用來判斷下一跳豐富得多的信息。傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)中，每個路由器對相同F(xiàn)EC的每個分組都要進行分類和選擇下一跳；而在MPLS中，分組只在進入網(wǎng)絡時進行FEC分類，并分配一個相應的標記，網(wǎng)絡中后續(xù)LSR則不再分析分組頭，所有轉(zhuǎn)發(fā)直接根據(jù)定長的標記轉(zhuǎn)發(fā)。有些傳統(tǒng)路由器在分析分組頭的同時，不但決定分組的下一跳，而且要決定分組的業(yè)務類型（COS：Class of Service），以給予不同的服務規(guī)則。MPLS可以（但不是必須）利用標記來支持COS，此時標記用來代表FEC和COS的結(jié)合。MPLS的轉(zhuǎn)發(fā)模式和傳統(tǒng)網(wǎng)絡層轉(zhuǎn)發(fā)相比，除相對地簡化轉(zhuǎn)發(fā)、提高轉(zhuǎn)發(fā)速度外，并且易于實現(xiàn)顯式路由、流量工程、QoS和VPN等功能。 （2）標記棧操作與標記交換路徑 標記是一個長度固定（20bit/s）、具有本地意義的標識符，和另外12bit/s控制位構(gòu)成MPLS包頭，也成為墊層（shim）。MPLS包頭位于二層和三層之間，通常的服務數(shù)據(jù)單元是IP包，也可以通過改進直接承載ATM信元和FR幀。 MPLS分組上承載一系列按照“后進先出”方式組織起來的標記，該結(jié)構(gòu)稱作標記棧，從棧頂開始處理標記。若一個分組的標記棧深度為m，則位于棧底的標記為1級標記，位于棧頂?shù)臉擞洖閙級標記。未打標記的分組可看作標記棧為空（即標記棧深度為零）的分組。標記分組到達LSR通常先執(zhí)行標記棧頂?shù)某鰲＃╬op）操作，然后將一個或多個特定的新標記壓入（push）標記棧頂。如果分組的下一跳為某個LSR自身，則該LSR將棧頂標記彈出并將由此得到的分組“轉(zhuǎn)發(fā)”給自己。此后，如果標記彈出后標記棧不空，則LSR根據(jù)標記棧保留信息做出后續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)決定；如果標記彈出后標記棧為空，則LSR根據(jù)IP分組頭路由轉(zhuǎn)發(fā)該分組。 LSR是MPLS網(wǎng)絡的基本單元，軟件框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。LSR主要由控制單元與轉(zhuǎn)發(fā)單元兩部分構(gòu)成，這種功能上的分離有利于控制算法的升級。其中，控制單元負責路由的選擇，MPLS控制協(xié)議的執(zhí)行，標記的分配與發(fā)布以及標記信息庫（LIB）的形成。而轉(zhuǎn)發(fā)單元則只負責依據(jù)標記信息庫建立標記轉(zhuǎn)發(fā)表（LFIB），對標記分組進行簡單的轉(zhuǎn)發(fā)操作。其中，LFIB是MPLS轉(zhuǎn)發(fā)的關鍵，LFIB使用標記來進行索引，相當于IP網(wǎng)絡中的路由表。LFIB表項的內(nèi)容包括：入標記、轉(zhuǎn)發(fā)等價類、出標記、出接口、出封裝方式等。 MPLS功能的本質(zhì)是將分組業(yè)務劃分為FEC，相同F(xiàn)EC的業(yè)務流在標記交換路徑（LSP）上交換。一般來說，由下游節(jié)點向上游節(jié)點分發(fā)標記，連成一串的標記和路由器序列就構(gòu)成了LSP。LSP的建立可以使用兩種方式：獨立方式（Independent）和有序方式（Ordered）。在獨立方式中，任何LSR可以在任何時候為每個可識別的FEC流進行標記分發(fā)，并將該綁定分發(fā)給標記分發(fā)對等體；而在有序方式中，一個流的標記分發(fā)從這個FEC流所屬的出口節(jié)點開始，由下游向上游逐級綁定，這樣可以保證整個網(wǎng)絡內(nèi)標記與流的映射完整一致。 LSP有序控制方式和獨立控制方式應能夠相互操作。一條LSP中，如果并非所有LSR均使用有序控制，則控制方式的整體效果為獨立控制。LSR應支持兩種控制方式之一，控制方式由LSR本地選擇。 �。�3）MPLS路由選擇 這里的路由選擇是指為特定FEC選擇LSP的選路方法，MPLS使用兩種路由方法：逐跳路由和顯式路由。逐跳路由使用傳統(tǒng)的動態(tài)路由算法來決定LSP的下一跳，每個節(jié)點獨立地為FEC選擇下一跳，對于下一跳的改變由本地決定，發(fā)生故障時路徑的修復也由本地完成。顯式路由則使用流量工程技術或者手工制定路由，不受動態(tài)路由影響，路由計算中可以考慮各種約束條件（如策略、CoS等級），每個LSR不能獨立地選擇下一跳，而由LSP的入口/出口LSR規(guī)定位于LSP上的LSR。 逐跳路由實現(xiàn)上比較簡單，可以利用傳統(tǒng)路由協(xié)議（如OSPF、IS-IS）以及現(xiàn)有設備中的路由功能，但對于故障路徑的恢復有賴于路由協(xié)議的匯聚時間，并且不具備流量工程能力。顯式路由可以根據(jù)各種約束參數(shù)來計算路徑，可以賦予不同LSP以不同的服務等級，可以為故障的LSP進行快速重路由，適于實現(xiàn)流量工程與QoS業(yè)務，能夠更好的滿足ISP的特定要求。 二、標記分發(fā)協(xié)議 LSP實質(zhì)上是一個MPLS隧道，而隧道建立過程則是通過標記分發(fā)協(xié)議的工作實現(xiàn)的。標記分發(fā)協(xié)議是LSR將它所做的標記/FEC綁定通知到另一個LSR的協(xié)議族，使用標記分發(fā)協(xié)議交換標記/FEC綁定信息的兩個LSR被稱為對應于相應綁定信息的標記分發(fā)對等實體。標記分發(fā)協(xié)議還包括標記分發(fā)對等實體為了獲知彼此的MPLS能力而進行的任何協(xié)商。 目前主要研究三種標記分發(fā)協(xié)議：基本的標記分發(fā)協(xié)議（LDP）、基于約束的LDP（CR-LDP）和擴展RSVP（RSVP-TE）。LDP是基本的MPLS信令與控制協(xié)議，它規(guī)定了各種消息格式以及操作規(guī)程，LDP與傳統(tǒng)路由算法相結(jié)合，通過在TCP連接上傳送各種消息，分配標記、發(fā)布<標記，F(xiàn)EC>映射，建立維護標記轉(zhuǎn)發(fā)表和標記交換路徑。但如果需要支持顯式路由、流量工程和QoS等業(yè)務時，就必須使用后兩種標記分發(fā)協(xié)議。CR-LDP是LDP協(xié)議的擴展，它仍然采用標準的LDP消息，與LDP共享TCP連接，CR-LDP的特征在于通過網(wǎng)管制定或是在路由計算中引入約束參數(shù)的方法建立顯式路由，從而實現(xiàn)流量工程等功能。RSVP本來就是為了解決TCP/IP網(wǎng)絡服務質(zhì)量問題而設計的協(xié)議，將該協(xié)議進行擴展得到的RSVP-TE也能夠?qū)崿F(xiàn)各種所需功能，在協(xié)議實現(xiàn)中將RSVP作用對象從流轉(zhuǎn)變?yōu)镕EC，降低了顆粒度，也就提高了網(wǎng)絡的擴展性�？梢钥吹�，CR-LDP和RSVP-TE在功能上比較相似，但在協(xié)議實現(xiàn)上有著本質(zhì)的區(qū)別，難以實現(xiàn)互通，故而必須做出選擇。 三、MPLS技術應用 �。�1）MPLS VPN MPLS的一個重要應用是VPN，MPLS VPN根據(jù)擴展方式的不同可以劃分為BGP MPLS VPN 和LDP擴展VPN，根據(jù)PE（Provider Edge）設備是否參與VPN 路由可以劃分為二層VPN 和三層VPN。 BGP MPLS VPN 主要包含骨干網(wǎng)邊緣路由器（PE），用戶網(wǎng)邊緣路由器（CE）和骨干網(wǎng)核心路由器（P）。PE上存儲有VPN的虛擬路由轉(zhuǎn)發(fā)表（VRF），用來處理VPN-IPv4 路由，是三層MPLS VPN 的主要實現(xiàn)者；CE上分布用戶網(wǎng)絡路由，通過一個單獨的物理/邏輯端口連接到PE；P路由器是骨干網(wǎng)設備，負責MPLS 轉(zhuǎn)發(fā)。多協(xié)議擴展BGP（MP-BGP）承載攜帶標記的IPv4/VPN 路由，有MP-IBGP 和MP-EBGP之分。 BGP MPLS VPN中擴展了BGP NLRI中的IPv4 地址，在其前增加了一個8字節(jié)的RD（Route Distinguisher）來標識VPN的成員（Site）。每個VRF 配置策略規(guī)定一個VPN 可以接收來自哪些Site的路由信息，可以向外發(fā)布哪些Site 的路由信息。每個PE根據(jù)BGP擴展發(fā)布的信息進行路由計算，生成相關VPN的路由表。 PE-CE之間交換路由信息可以通過靜態(tài)路由、RIP、OSPF、IS-IS以及BGP等路由協(xié)議。通常采用靜態(tài)路由，可以減少CE設備管理不善等原因造成對骨干網(wǎng)BGP路由產(chǎn)生震蕩影響，保障了骨干網(wǎng)的穩(wěn)定性。 目前運營商網(wǎng)絡規(guī)劃現(xiàn)狀決定現(xiàn)有城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)可能自成一個自治域，這時就需要解決跨域互通問題。在三層BGP MPLS VPN中引入了自治系統(tǒng)邊界路由器（ASBR），在實現(xiàn)跨自治系統(tǒng)的VPN互通時，ASBR同其它自治系統(tǒng)交換VPN 路由�，F(xiàn)有的跨域解決方案有VRF-to-VRF、MP-EBGP和Multi-Hop MP-EBGP三種方式。 對于二層MPLS VPN，運營商只負責提供給VPN用戶提供二層的連通性，不需要參與VPN用戶的路由計算。在提供全連接的二層VPN時與傳統(tǒng)的二層VPN一樣，存在N方問題，即每個VPN的CE到其它的CE都需要在CE與PE之間分配一條物理/邏輯連接，這種VPN的擴展性存在嚴重問題。 用LDP擴展實現(xiàn)的二層VPN，也可以承載ATM、幀中繼、以太網(wǎng)/VLAN以及PPP等二層業(yè)務，但它的主要應用是以太網(wǎng)/VLAN，實現(xiàn)上只需增加一個新的能夠標識ATM、幀中繼、以太網(wǎng)/VLAN或PPP的FEC類型即可。相對于BGP MPLS VPN，LDP擴展在于只能建立點到點的VPN，二層連接沒有VPN的自動發(fā)現(xiàn)機制；優(yōu)點是可以在城域網(wǎng)的范圍內(nèi)建立透明LAN服務（TLS），通過LDP 建立的LSP進行MAC地址學習。 �。�2）GMPLS 隨著智能光網(wǎng)絡技術以及ＭＰＬＳ技術的發(fā)展，自然希望能將二者結(jié)合起來，使ＩＰ分組能夠通過MPLS的方式直接在光網(wǎng)絡上承載，于是出現(xiàn)了新的技術概念多協(xié)議波長交換（ＭＰλＳ）。隨著對未來網(wǎng)絡發(fā)展的的研究，MPLS的外延和內(nèi)涵不斷擴展產(chǎn)生了通用MPLS（GMPLS）技術，其中也包含ＭＰλＳ相關內(nèi)容。 GMPLS也是MPLS的擴展，更準確地說，是MPLS-TE的擴展。由于GMPLS主要是擴展了對于傳輸網(wǎng)絡的管理，而傳輸網(wǎng)絡的主要業(yè)務為點到點業(yè)務，這與MPLS-TE的業(yè)務模型非常相似，因此GMPLS主要借助MPLS-TE的協(xié)議棧，將其加以擴展而形成。 與MPLS完全相同，GMPLS網(wǎng)絡也由兩個主要元素組成：標記交換節(jié)點和標記交換路徑。但GMPLS的LSR包括所有類型的節(jié)點，這些ＬＳＲ上的接口可以細分為若干等級：分組交換能力（PSC）接口、時分復用能力（TDM）接口、波長交換能力（LSC）接口和光纖交換能力（FSC）接口。而LSP則既可以是一條傳遞IP包的虛通路，也可以是一條TDM電路，或是一條DWDM的波道，甚至是一根光纖。GMPLS分別為電路交換和光交換設計了專用的標記格式，以滿足不同業(yè)務的需求。在非分組交換的網(wǎng)絡中，標記僅用于控制平面而不用于用戶平面。一條TDM電路（TDM-LSP）的建立過程與一條分組交換的連接（PSC-LSP）的建立過程完全相同，源端發(fā)送標記請求消息后，目的端返回標記映射消息。所不同的是，標記映射消息中所分配的標記與時隙或光波一一對應。 傳統(tǒng)網(wǎng)絡模型中，傳輸層、鏈路層、網(wǎng)絡層在控制層面上相互獨立，各自使用本層協(xié)議在本層內(nèi)的設備之間互通，也形成了各自的標準體系。而在GMPLS的體系結(jié)構(gòu)中，沒有語言的差異，只有分工的不同，GMPLS成了各層設備的共同語言。 四、MPLS的標準化進展 MPLS技術的標準化工作仍在進行之中，主要的組織有IETF、ITU和MPLS Forum。最有影響力的當數(shù)IETF的MPLS工作組，它獨立于各個設備實現(xiàn)廠家，現(xiàn)有的MPLS相關協(xié)議基本上來自于這個工作組，以及該組織后來派生出流量工程工作組和MPLS VPN工作組，該工作組前后公布了超過300個RFC和相關草案。 IETF MPLS工作組確定了MPLS的工作機制（底層轉(zhuǎn)發(fā)、支持多種網(wǎng)絡層協(xié)議），解決多種交換式路由技術的兼容性問題，提供彈性、擴展性好的交換式路由技術，同時加強了MPLS應用技術的研究（提供增值服務、與光纖傳輸網(wǎng)的融合、流量工程等）。其中比較重要的幾個標準有RFC3031（MPLS體系結(jié)構(gòu)）、RFC3032（MPLS標記棧編碼）、RFC3036（LDP規(guī)范）以及RFC3037（LDP可行性）。 ITU-T將工作重點由ATM MPLS轉(zhuǎn)移到IP MPLS的標準化；MPLS Forum則將工作重點在放在流量工程、服務類型、服務質(zhì)量以及VPN方面。 由于MPLS標準制定尚未完成，MPLS設備的研發(fā)、試驗當然也存在許多分歧。以MPLS流量工程采用什么標簽分發(fā)協(xié)議為例，目前以Nortel為代表的廠商主張使用CR-LDP協(xié)議作為MPLS流量工程的信令協(xié)議，而以Cisco為代表的廠商則主張使用RSVP-TE流量工程擴展。雖然ITU-T等標準化組織推薦使用LDP/CR-LDP協(xié)議作為公網(wǎng)傳輸?shù)臉藴市帕�，但二者都有很強的企業(yè)支持，最終將只能由市場決定勝負。 為推動我國IP多媒體數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡標準化的發(fā)展，1999年由國內(nèi)電信研究機構(gòu)聯(lián)合諸多通信企業(yè)成立了中國IP和多媒體標準研究組。研究組成立后，便將MPLS系列標準作為該研究組的一項重要標準進行研究和制訂。截至目前，已經(jīng)制訂并發(fā)行《MPLS總體技術要求》，《MPLS測試規(guī)范》也已經(jīng)完成征求意見稿，有望在2002年10月研究組會議中對該規(guī)范征求意見稿進行審查。 《MPLS總體技術要求》適用于MPLS邊緣節(jié)點設備、MPLS域內(nèi)節(jié)點設備以及MPLS與特定鏈路層技術相結(jié)合的設備。該標準規(guī)定了MPLS的基本技術、控制協(xié)議以及MPLS在網(wǎng)絡層和鏈路層的功能、性能參數(shù)、標記封裝與分發(fā)以及流量工程等各方面的要求。尤其需要指出的是在總體技術要求中，根據(jù)我國電信網(wǎng)建設的實際情況，選擇了LDP/CR-LDP作為MPLS設備必須支持的信令協(xié)議。RSVP-TE協(xié)議只作為可選，在附錄中進行了描述。 《MPLS測試規(guī)范》的制定將為我國多協(xié)議標記交換設備的研制、生產(chǎn)、檢驗和工程應用提供統(tǒng)一的依據(jù)，也為進口該類品提供統(tǒng)一的檢驗標準。該標準主要規(guī)定了MPLS設備的標記交換功能測試、標記分發(fā)協(xié)議一致性測試、MPLS設備性能測試以及MPLS CoS功能性能測試等內(nèi)容。 由于MPLS VPN、GMPLS、MPLS TE等技術受到業(yè)界的廣泛關注，在研究組內(nèi)也加強了對這些熱點問題的跟蹤研究，MPLS相關標準也在緊張制訂中。 MPLS的概念 MPLS是一種標記（label）機制的包交換技術，通過簡單的2層交換來集成IP Routing 的控制。對IPOA（IP OVER ATM）的改進是MPLS產(chǎn)生的源動力。目前MPLS還沒有成為最后正式的標準，在MPLS成為標準的過程中，許多公司都推出了自己的標記技術，比如CISCO公司的Tag交換技術。 MPLS中涉及了很多基本的概念： 1．FEC（轉(zhuǎn)發(fā)等價類） MPLS實際上是一種分類轉(zhuǎn)發(fā)的技術，它將具有相同轉(zhuǎn)發(fā)處理方式（目的地相同、使用的轉(zhuǎn)發(fā)路徑相同、具有相同的服務等級等）的分組歸為一類，這種類別就稱為轉(zhuǎn)發(fā)等價類。屬于相同轉(zhuǎn)發(fā)等價類的分組在MPLS網(wǎng)絡中將獲得完全相同的處理。在LDP（后面講到）過程中，各種等價類對應于不同的標記，在MPLS網(wǎng)絡中，各個節(jié)點將通過分組的標記來識別分組所屬的轉(zhuǎn)發(fā)等價類。 2．多協(xié)議標記交換 （1）多協(xié)議 MPLS位于傳統(tǒng)的第二層和第三層協(xié)議之間，其上層協(xié)議與下層協(xié)議可以是當前網(wǎng)絡中的各種協(xié)議。如：IPX，APPLETALK等。 �。�2）標記 一個長度固定，只具有本地意思的標志。它用于唯一地表示一分組所屬的FEC，決定標記分組的轉(zhuǎn)發(fā)方式。 （3）交換 通過FEC的劃分與標記的分配，MPLS的標記在網(wǎng)絡中進行交換，建立一條虛電路。 3．標記棧 是一組標記的級聯(lián)。 4．標記分組 包含了MPLS標記封裝的分組。標記可以使用專用的封裝格式，也可以利用現(xiàn)有的鏈路層封裝如：ATM的VCI和VPI。 5．標記交換路由器(LSR) 支持MPLS協(xié)議的路由器，是MPLS網(wǎng)絡中的基本元素。 6．標記交換路徑（LSP） 使用MPLS協(xié)議建立起來的分組轉(zhuǎn)發(fā)路徑，由標記分組源LSR與目的LSR之間的一系列LSR以及它們之間的鏈路構(gòu)成，類似于ATM中的虛電路。 7．上游LSR與下游LSR，一個分組由一個路由器發(fā)往另一個路由器時，發(fā)送方的路由器為上游路由器，接收方為下游路由器。 8．標記信息庫（LIB） 類似于路由表，包含各個標記所對應的各種轉(zhuǎn)發(fā)信息。 9．標記分發(fā)協(xié)議（LDP） 該協(xié)議是MPLS的控制協(xié)議，相當于傳統(tǒng)網(wǎng)絡的信令協(xié)議，負責FEC的分類，標記的分配，以及分配結(jié)果的傳輸及LSP的建立和維護等。 10．標記分發(fā)對等實體（LDP PEERS） 進行LDP*作的LSR為標記分發(fā)對等實體。 11．標記合并 對于某一相同F(xiàn)EC的標記分組，將不同的入標記替換為相同的一個出標記繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)的過程，減少標記資源的消耗。 12．TLV（Type Length Value） MPLS消息中的子結(jié)構(gòu)，類似于其它協(xié)議中各種消息內(nèi)的對象。 MPLS的研究發(fā)展及其關鍵技術綜述 一、概述 近年來，隨著WWW的巨大成功和日益普及，Internet在全球范圍內(nèi)呈爆炸性增長，Internet上的主要業(yè)務由傳統(tǒng)的文件傳送、電子郵件和遠程登錄等轉(zhuǎn)向多媒體應用豐富的WWW。網(wǎng)上信息流的持續(xù)增加，由多層路由器構(gòu)成的傳統(tǒng)網(wǎng)絡趨向飽和，多媒體通信的迅猛發(fā)展（如網(wǎng)絡電話、電子商務、視頻會議等），要求網(wǎng)絡能提供具有不同QOS等級的綜合業(yè)務（如時延、帶寬、分組丟失率的保證），由于Internet采用面向無鏈接的IP協(xié)議，只能提供盡力而為（best－effort）服務，因此無法提供QOS保證。當現(xiàn)有Internet規(guī)模擴充到一定限度后，將在許多方面（帶寬、路由、網(wǎng)絡擴展性、QOS）面臨挑戰(zhàn)。 ATM技術的出現(xiàn)為解決Internet困境帶來了契機，IETF制定了經(jīng)典的IPOA（Classic IP overATM），ATM論壇制定了局域網(wǎng)仿真和MPOA（MultiProtocol over ATM），有的已經(jīng)得到了廣泛的應用。但這些方案均不夠理想。由于在早期的方案中，所采用的是疊加式（Overlay）模型。其優(yōu)點是減少了ATM與IP的相互限制，有利于它們獨立地發(fā)展并向未來的B-ISDN過渡；但缺點是IP技術和ATM技術不能有效地結(jié)合，無論是分組的封裝效率、建鏈的時延、對組播的支持以及對QOS的支持都不理想。 近幾年的發(fā)展已清楚表明IP將是下一個世紀網(wǎng)絡的主宰。因此，如何使ATM技術融入IP，如何將路由和交換結(jié)合起來，如何解決IP無連接和ATM面向連接的矛盾，以支持規(guī)模日益增長的Internet和多媒體業(yè)務，成為目前研究的熱點。眾多廠商和學者提出了許多新方案、概念和名詞，如IP交換、CSR、Tag交換、ARIS、MPLS等。 二、MPLS的總體框架 1997年，由多家公司聯(lián)合向IETF提交了MPLS（多協(xié)議標記交換：Multiprotocol Label Switching）框架及體系結(jié)構(gòu)兩個草案文檔，它以Cisco公司的Tag交換為基礎而又綜合各家之長。MPLS中引入了非常多的新概念和術語，其中比較關鍵的有：①Label（標記）：用于表示FEC的固定長度的標識符，僅具有局部意義；②LSR（標記交換路由器）：支持第三層前傳的MPLS節(jié)點；③FEC（等效前傳類）：以相同方式（如：通過同一條路徑，受到LSR相同的前傳處理）進行前傳的一組IP分組；④Label Stack（標記堆棧）：一組有序的標記，不同位置的標記代表著不同的層次；⑤LSP（標記交換路徑）：一個特定的FEC在同一層次上經(jīng)過LSRS所形成的路徑；③LDR（標記分發(fā)協(xié)議）：一個 LSR通知其它LSRS關于標記／FEC綁定信息的一系列過程。 在面向無連接的網(wǎng)絡中，每個路由器通過分析分組頭來獨立地選擇下一跳；而分組頭中含有比需要用來判斷下一跳多得多的信息。選擇下一跳的工作可分兩部分：將分組分成FECs和為FEC選擇下一跳；在傳統(tǒng)IP前傳中，每個路由器對同一個FEC的每個分組都要進行分類和選擇下一跳；而在MPLS中，對于一分組，只是在它進入網(wǎng)絡時進行FEC分類，并分配一個相應的標記；網(wǎng)絡中的LSR則不再需要對網(wǎng)絡層頭進行分析，直接根據(jù)標記進行處理。有些傳統(tǒng)路由器在分析分組頭時，不但決定分組的下一跳，而且要決定分組的業(yè)務類型（COS：Class of Service），以給予不同的服務規(guī)則。MPLS可以（但不是必須）利用標記來支持COS，此時標記用來代表FEC和COS的結(jié)合。MPLS可以支持任何網(wǎng)絡層協(xié)議，但實際上，MPLS工作組僅考慮IP協(xié)議。 來自路由協(xié)議的信息用于分配和分發(fā)標記。一般來說，由下游節(jié)點向上游節(jié)點分發(fā)標記，連成一串的標記就構(gòu)成了LSP。在單播中，LDP有兩種方式產(chǎn)進行標記的分發(fā)：獨立方式（Independent）和受控方式（Ordered）。在獨立方式中，任何節(jié)點可以在任何時候為每一個它認識的流進行標記分發(fā)；受控方式中，一個流的標記分發(fā)從這個流所屬的出口節(jié)點開始，這樣可以保證整個網(wǎng)絡內(nèi)標記與流的映射是完整一致的。 標記分配由下游執(zhí)行，而下游節(jié)點由路由決定，也有兩種發(fā)配方式：下游（downstream）分配和下游按需（downstream－on－demand）分配。前者由下游分配標記，并分發(fā)到鄰近的LSRS；后者則由上游LSR為一個流向下游LSR提出標記分配請求，這在ATM網(wǎng)絡中很有用，因為ATM不能進行LSPs的合并。 不論是獨立還是受控方式，可以采用自由模式（liberal mode）或保守模式（conservative mode）分發(fā)標記。在自由模式中，向所有鄰近的LSRS分發(fā)一個FEC的標記，而不管自己是否是這些節(jié)點在此FEC上的下一跳。這樣做的優(yōu)點是當路由發(fā)生變化時，可以立即使用預先分發(fā)好的標記，但這將消耗更多的標記。保守模式只分發(fā)給下一跳是自己的那些節(jié)點，這樣可以節(jié)省標記空間。 MPLS中一個關鍵部分就是可以將同一個標記（或LSP）分配到多個流上。MPLS支持標記的不同層次的顆�；╣ranularity）。根據(jù)對共享標記和最大程度獲得交換的好處之間的折中，可以選擇不同的顆�；３Ｓ玫念w�；校� ●IP地址前綴（IP Prefix）：具有相同的目的網(wǎng)絡地址將共用同一個LSP，與自由方式配合使用，可以使標記一次性完成分配； ●出口路由器（Egress Router）：有同一個出口路由器的所有IP地址共用相同的LSP，擴展性最好； ●應用流（Application Flow）：擴展性最差，但保證了端到端的交換。 因此，典型的LSP是一棵多點到點的樹，多個流在某些節(jié)點上匯聚成一個流，這使得MPLS可以用O（n）數(shù)量級的標記來進行流量交換，極大地增加了擴展性；但前提是LSRs必須支持流合并，這在ATM網(wǎng)絡中存在問題。 MPLS通用頭（shim）可以靈活地封裝到不同的位置，可以在第二層頭或第三層頭中，甚至可以在第二層與第三層頭之間，而且根據(jù)不同的數(shù)據(jù)鏈路層將有不同的格式：例如在點到點網(wǎng)絡中，就封裝到PPP頭的后面；而在ATM網(wǎng)絡中，則將標記映射到VPI／VCI中。Shim的格式支持標記堆棧，進入網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)可以攜帶多個標記；這些標記采用先進先出的難棧方式，這使得MPLS支持層次化操作。例如在域內(nèi)（intra-domain）用第一個標記，而在域間（inter-domain）用第二個標記；而且LSRs對于標記的處理方式與標記堆棧完全無關，它永遠是對最上面一個標記進行操作。 三、MPLS的關鍵技術 1.VC合并（VC Merging） MPLS通過對標記不同粗細程度的分類和流合并兩種方法將網(wǎng)絡的連接數(shù)從0（n2）降到0（n），從而極大地增加網(wǎng)絡的可擴展性。當MPLS運行在基于幀的媒質(zhì)上時，流合并很簡單，所要做的僅僅是要求節(jié)點將多個上游標記對應到同一個下游標記，這也稱為幀合并。但是在ATM上就會產(chǎn)生問題。在ATM中，MPLS的標記對應于ATM信元中的VPI／VCI域，因此流合并意味著VPI／VCI合并。但是標準的ATM交換機不支持VC合并。如果直接將不同的VC合并成同一個出口 VC，不同分組的信元就會交錯在一起，而且接收方?jīng)]有辦法能分辨出來。一種可行的方法是用VP而不是VC來進行流合并，通過對每個VP分配不同的VC空間來解決信元交錯問題；但這樣將極大地降低VPI／VCI的利用率，而且需要機制來進行VC空間的分配。 VC合并要求ATM交換機對不同人口 VC進來的分組先進行串行化，這就要求ATM交換機中有額外的緩存。對此MPLS工作組在1999年9月指定的標準中提出了一種解決方案，并初步研究了在輸出緩存采用FIFO時它的性能。研究結(jié)果表明，這種方案十分可行。 2.路由環(huán)（Loop）的防止與檢測 由于LSP的建立基于路由信息，因此LSP有可能也形成環(huán)路。在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡中，IP通過TTL域來減輕進入路由環(huán)的分組對整個網(wǎng)絡的影響。但是ATM和Frame Relay均不支持TTL。因此MPLS工作組提出：“必須要有某種機制，防上路由環(huán)產(chǎn)生，或者（并且）保留一些網(wǎng)絡資源可以用于路由環(huán)所產(chǎn)生的消耗�！庇袃煞N方法來處理路由環(huán)：檢測和防止。對于檢測方式，允許路由環(huán)存在，但MPLS將會檢測到它并進行刪除或棄用；對于防止方式，MPLS將提供機制來杜絕路由環(huán)的生成。 可以通過在MPLS消息中加入路徑矢量域來檢測路由環(huán)。路徑矢量域中包含了前傳某個流的每個節(jié)點的標識符。當某個節(jié)點收到這個域時，就檢查自己的標識符是否已經(jīng)在路徑矢量域中：如果已經(jīng)有了，則表明產(chǎn)生了回路；如果沒有，則將自己的標識符加到路徑矢量域中并前傳MPLS消息。 ARIS提出了一種擴散算法（diffusion）來防止路由環(huán)。對于某個流，當某個節(jié)點的下一跳發(fā)生變化時，首先用diffusion算法來判斷是否會產(chǎn)生路由環(huán)。在執(zhí)行完畢之前，仍沿用舊的路徑來發(fā)送數(shù)據(jù)。MPLS工作組也在考慮其它擴展性更好的機制。在1999年5月提出的Internet草案中提出了一種線程機制（Threads Mechanism）。當一個節(jié)點（比如入口節(jié)點）想建立LSP或它的下一跳發(fā)生改變時，它向下游節(jié)點發(fā)送一個thread，thread由唯一的顏色（color）、跳數(shù)（hop count）和TTL三部分組成。如果節(jié)點收到了由它先前發(fā)出的thread，則說明有回路產(chǎn)生；如果它收到出口節(jié)點發(fā)回的確認消息，則說明不會形成回路。雖然線程機制功能強大，但操作過于復雜，而且節(jié)點必須保留經(jīng)過它的所有thread的信息。由于目前的LDP（標記分配協(xié)議）有路由環(huán)的檢測功能，因此1999年6月提出的Internet草案中提出了一種簡單的防止機制來配合LDP：其工作原理與數(shù)據(jù)流的流向和樹的類型無關，可以很好地支持組播。通過向樹的根節(jié)點發(fā)送標記合并消息（label splice message），并等待根節(jié)點的確認消息來判斷是否存在環(huán)路。它沒有提供檢測控制消息的環(huán)路的方法，不過LDP已有相應的解決辦法。MPLS工作組目前仍未決定究竟選哪種機制。 3.RSVP與MPLS 已有人提出通過直接路由將RSVP和MPLS結(jié)合起來，并可以用于流量工程（trafficengineering）。草案規(guī)定了如何對RSVP流進行標記的分配和綁定，并通過RSVP的消息（PATH和RESV消息）來傳送相應信息。其中需要解決的問題有：當ATM不支持流合并時，要為每個發(fā)送方分配一個標記，此時如何將一組標記作為整個來進行資源預留；如何在ATM中進行TTL處理；如何在共享煤質(zhì)上進行標記分區(qū)等。 當RSVP路徑因某種原因發(fā)生故障時，RSVP將采用普通的best－effort路由來前傳，而這與流量工程的目的相矛盾：因為當一部分流量采用預定的路徑時，另一部分流量卻采用動態(tài)路由。而且，當一條路徑的一部分采用預定的路徑，而其它部分采用動態(tài)逐跳路由時，有可能出現(xiàn)永久路由環(huán)。 4.MPLS在共享媒質(zhì)中 現(xiàn)已提出兩種方案，一種是將shim頭放在MAC頭和網(wǎng)絡層頭之間，當數(shù)據(jù)在共享媒質(zhì)中前傳時，不使用shim頭，而僅在共享媒質(zhì)的邊界路由器使用；另一種機制是通過重新定義目的MAC地址的語義，將標記編碼到MAC頭中，這樣就不需要象第一種方案那樣要對幀進行分段，而且網(wǎng)橋可以具有路由功能。但它的缺點是無法和現(xiàn)有的LAN互通。 四、結(jié)束語 除了以上提到的，MPLS工作組對一些方面的問題還沒有充分涉及到。例如與其它許多已比較成熟的IP over ATM技術之間的互操作性等�？傊�，MPLS還是一項非常不成熟的技術，許多方面仍在進行標準化過程，僅有草案。到目前為止，在1999年3月通過了RFC2547（提出了一種ISP如何利用MPLS和BGP在主干網(wǎng)上為企業(yè)提供VPN的方案）；1999年9月通過了RFC2682（提出一個實現(xiàn)VC合并的簡單模型，并進行了初步性能分析）、FRC2702（給出了在MPLS中提供流量管理的要求）。對許多關鍵問題僅提出粗略的解決方案，也沒有任何性能上的測試和驗證；有些則還處于初步階段，如：組播、路由跟蹤（traceroute）、O&M、用于政策路由的直接路由以及安全性等方面。預計相應的標準要到2000年才能制定出來。 基于MPLS技術的流量工程 服務提供商在支持IP服務方面面臨著挑戰(zhàn)，這需要他們能夠使現(xiàn)有的網(wǎng)絡具有流量工程管理。服務提供商要求IP over ATM這種方式下的流量工程在純IP結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡中也要得到體現(xiàn)。MPLS正是一種 ATM和純IP網(wǎng)共存情況下提供流量工程，并且避免兩個分立網(wǎng)絡的管理技術。 全世界的服務提供商都在尋求更可靠的、有差異性的服務，以跟上互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展以及不斷增長的用戶需求，這就需要服務提供商能夠嚴格地控制網(wǎng)絡資源的分配和網(wǎng)絡吞吐量。對于在網(wǎng)絡的物理拓撲結(jié)構(gòu)上映射通信流量的過程，以及為這些通信流量的資源定位就叫做流量工程。它是當今服務提供商最難處理的任務之一。 理想的流量工程解決方案是根據(jù)業(yè)務需要分配網(wǎng)絡資源，它應該具有將通信流量映射到特殊路徑和專用資源上以實現(xiàn)負載均衡的方法。一個具有流量工程的網(wǎng)絡可以利用面向連接的技術來實現(xiàn)，如 ATM和 幀中繼。然而，將多種技術混合起來的網(wǎng)絡,需要各自的網(wǎng)管系統(tǒng)來管理，操作上帶來很大的不便。 一個純的IP網(wǎng)絡可以基于MPLS協(xié)議實施流量工程，通過提供不同的業(yè)務和可控性的網(wǎng)絡獲取利益。我們迫切需要一個具有流量工程設計的網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡應能夠根據(jù)流量需求進行網(wǎng)絡資源的排隊管理，以較低的成本創(chuàng)建一個確定性的網(wǎng)絡，以及通過SLA提供不同的業(yè)務類型。因此，在下一代的IP網(wǎng)絡中，流量工程會成為MPLS協(xié)議最廣泛的應用之一。 MPLS多協(xié)議標記交換融合了IP路由技術、 ATM的QoS及第二層的交換技術，使得以上的流量工程模式可以部署在基于IP的網(wǎng)絡，其中包括 ATM網(wǎng)上承載IP業(yè)務的模式。它允許為網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流預先建立一條路徑。這些預留的路徑占用特殊的網(wǎng)絡資源，既可被手工設定為顯式路徑，也可根據(jù)需要自動生成最佳的路徑。 基本上講，MPLS類似于 ATM技術，它是專門為IP設計的，但同時又支持 ATM和PoS等不同的傳輸媒體。標記交換路徑（LSP）的路徑建立，根據(jù)流量需要和鏈路承載能力，數(shù)據(jù)流被映射到相應的路徑上。數(shù)據(jù)流通過哪條路徑轉(zhuǎn)發(fā)取決于該數(shù)據(jù)流被分配了什么樣的標記。因此，不同于傳統(tǒng)的IP目的地址，MPLS中的標記被用于將數(shù)據(jù)包沿著選好的路徑在網(wǎng)絡中傳送。目前，MPLS可用兩種控制協(xié)議CR-LDP和RSVP建立路徑，他們在支持流量工程時具有同等的效力。另外，這兩種控制協(xié)議均支持隱式和顯式路由。 流量工程的骨干具備管理路由器資源的能力，這對于網(wǎng)絡中每臺路由器是必需的。另外，網(wǎng)絡中每一臺路由器的容量及性能必須能在全網(wǎng)中共享，以便通過集成在具有MPLS功能的邊緣路由器（LER）或者是邊緣標簽交換路由器（edge-LSR）中的集中式流量工程處理功能進行LSP的計算。需要明確指出的是，流量工程處理功能必須能訪問以下信息：LSP終端節(jié)點（也就是目的IP地址），一個完整的網(wǎng)絡拓撲以便計算潛在路徑，以及網(wǎng)絡中所有路由器的資源可用性以便計算路徑的容量。 MPLS：ATM與IP結(jié)合新模方式 面對Internet的諸多制約，如何實現(xiàn)端到端的轉(zhuǎn)發(fā)和控制、如何實現(xiàn)QoS機制困擾著人們�；跇擞浗粨Q，不斷有公司提出自己的方案。然而，這一切不僅未解決IP問題，反而使網(wǎng)絡本身變得更加復雜。直到多協(xié)議標記交換（MPLS）的出現(xiàn)，提出了將ATM特性與IP結(jié)合的新模式，終于——MPLS為網(wǎng)絡帶來轉(zhuǎn)機 作為七家運營商之一的中國網(wǎng)通推出了其基于MPLS技術的IP-VPN服務。網(wǎng)通與實達集團在福州正式簽約，網(wǎng)通將為實達集團在全國的11個辦公地點提供MPLS VPN接入服務。在剛剛結(jié)束的電信展上，加拿大環(huán)球電訊公司也全面展示了其MPLS IP VPN業(yè)務。一時間，MPLS成為業(yè)界倍受矚目的焦點。 網(wǎng)絡的需求 多協(xié)議標記交換（Multiprotocol Label Switching，MPLS）是一種介于第二層和第三層之間的標記交換技術，是專門為IP設計的，可以將第二層的高速交換能力和第三層的靈活特性結(jié)合起來，使IP網(wǎng)具備高速交換、流量控制、QoS等性能。它的產(chǎn)生伴隨著網(wǎng)絡的發(fā)展。 多年以前，人們期盼ATM能做任何事情，隨著Internet的發(fā)展，人們試圖通過ATM傳語音、傳圖像，但由于ATM自身的一些限制，使得它無法適應Internet高速發(fā)展的今天。同時，由于點到點的連接，人們難以承受其高昂價格以及對帶寬資源的嚴重浪費。然而，由于IP網(wǎng)的開放性，人們又很難實現(xiàn)端到端的連接，同時，語音數(shù)據(jù)包的傳輸也帶來了很多問題。因而，將ATM網(wǎng)和IP網(wǎng)合二為一是人們早期的一個初衷。 主要技術的支持率 當時最早采用的方式是IP over ATM，但遇到了非常多的問題和困難，如IP地址與ATM地址之間的映射問題。ATM的優(yōu)點在于其固定長度的包，主要特點用硬件實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)，因為固定長度的包，只看到包頭的這些轉(zhuǎn)發(fā)信息就可直接轉(zhuǎn)發(fā)。因此，硬把兩個協(xié)議捆綁在一起不能成功，也不能真正推廣。后來，另外一些人試圖嘗試把兩種協(xié)議的優(yōu)勢結(jié)合起來，即將傳統(tǒng)的ATM網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)機制和IP網(wǎng)的尋址和路由的機制結(jié)合起來，這就產(chǎn)生了IP交換技術，進而通過IETE組織推出了MPLS協(xié)議。 運營商的需要 盡管網(wǎng)絡需求與日俱增，但由于帶寬價格大幅下滑，因而服務商的收入越來越少。對于新的服務商來說，要想找到一家投資，困難自不必說，而對那些負債在身的運營商們，也很難有新的資金進行網(wǎng)絡建造。盡管如此，人們并沒有因此就停止對新服務的要求，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡最終還要繼續(xù)發(fā)展。如果服務商們還想從網(wǎng)絡中得到新的經(jīng)濟增長點，則必須尋求新的服務和技術，然后才能為用戶提供更好的、更智能化的服務。因此，盡管遇到了種種困難，服務商還在繼續(xù)投資網(wǎng)絡技術廠商。另一方面，服務商們已投入了大量的資金建設骨干網(wǎng)絡，但這些骨干網(wǎng)并沒有被充分利用，網(wǎng)絡最后一公里的的限制阻礙了網(wǎng)絡入戶的速度，從而成為網(wǎng)絡發(fā)展中的一個瓶頸。 多數(shù)的服務商表示，在選擇新的骨干網(wǎng)時，MPLS將是他們的首選。因此，在未來的一段時間內(nèi)，MPLS將會和ATM、SDH、DWDM一起，并駕齊驅(qū)在骨干網(wǎng)絡的大軍中，并在未來的幾年內(nèi)在眾多的技術中脫穎而出。有調(diào)查顯示，在未來的幾年內(nèi)，在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的骨干網(wǎng)中，只有MPLS技術表現(xiàn)出極好的發(fā)展前景，并在未來的歐洲網(wǎng)絡市場中占有中心地位，如圖所示。之所以會出現(xiàn)這樣的情形，是因為MPLS通過分層次服務和新服務為IP網(wǎng)絡帶來巨大的效益。同時，利用MPLS能夠使網(wǎng)絡變得更為簡單，將IP和ATM合并在一起。 MPLS應用領域 MPLS對網(wǎng)絡的影響主要在三個方面： 在IP網(wǎng)絡的QoS方面； 在IP網(wǎng)絡的流量工程方面； 在IP網(wǎng)絡的服務功能方面，如VPN。 VPN 由于地區(qū)和運營商各不相同，因而人們對MPLS上述三方面的需求也會有所側(cè)重。在美國，發(fā)展較快、應用較多的是MPLS在流量工程方面的應用。因為美國的網(wǎng)絡歷史比較長，從很老的產(chǎn)品到現(xiàn)在最新的產(chǎn)品都用在網(wǎng)絡上。整個網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)就像蜘蛛網(wǎng)一樣，比較復雜。在這種情況下，怎么利用已有的資源、已有的通路，就需要仔細地調(diào)整在不同通路上的流量分配，充分利用網(wǎng)絡。MPLS在流量工程方面的功能恰好可以得到很好的利用。 但是在歐洲、中國等地區(qū)，由于IP網(wǎng)發(fā)展相對較晚，但發(fā)展速度很快，在這種情況下建立起來的網(wǎng)絡帶寬較高，如中國現(xiàn)在新建的網(wǎng)絡帶寬都在2.5G左右。因此，流量工程對網(wǎng)絡的益處相對來說不如美國那么明顯。另一方面，網(wǎng)絡服務供應商把對在MPLS提供的增值服務需求提到了議事日程，其中最迫切的就是VPN業(yè)務。網(wǎng)絡服務商希望在IP網(wǎng)上開出類似幀中繼、ATM這種虛擬專網(wǎng)的服務。 運營商要想開展VPN業(yè)務就需要好的平臺、好的技術，運營商也在等待MPLS的開放性。對服務商而言，MPLS能對Internet產(chǎn)生巨大的影響，它將減少網(wǎng)絡阻塞并提供更好的端到端服務。而將來利用MPLS建成的公眾IP數(shù)據(jù)網(wǎng)，不僅僅是Internet，更主要的是為許多企業(yè)提供服務質(zhì)量(QoS)和穩(wěn)定性更好的VPN應用。MPLS能夠在不同的網(wǎng)絡的站點間建立起有保證的帶寬連接以及其它的QoS特征服務。其中最基本的一點是，通過流量控制，能夠使網(wǎng)絡有效地減少擁塞、使流量平均分配。 MPLS發(fā)展前景 骨干走向邊緣 隨著MPLS應用的不斷升溫，無論是產(chǎn)品還是網(wǎng)絡，對MPLS的支持已不再是額外的要求，而應該是必備的功能。此外，MPLS從骨干網(wǎng)走向邊緣網(wǎng)也是一種越來越明顯的趨勢，這一進程將給邊緣網(wǎng)帶來更多的帶寬、更高的智能和更多的服務。在接入網(wǎng)中，利用MPLS的技術承載以太網(wǎng)，會使網(wǎng)絡更易升級和富有彈性。普通的以太網(wǎng)在每個骨干網(wǎng)中只能處理4000個VLAN，MPLS能使每個路由器支持最多100萬個標記。因此，核心路由器廠商支持MPLS自然是毫無疑問的，邊緣路由器廠商此時也開始關注MPLS。 替代ATM 當初，人們是在ATM網(wǎng)上提供IP的服務。目前，從發(fā)展趨勢來看，人們只是希望在IP網(wǎng)上提供類似ATM的服務。因此，MPLS將在IP網(wǎng)上發(fā)展，因為目前完全替代ATM還不可能。因此，人們將逐漸把ATM限制在一小部分有特殊需求的地方，如一些像專網(wǎng)用戶租特定的帶寬，并在該線路上實現(xiàn)電話和電視會議。 結(jié)合底層光設備 從整個網(wǎng)絡發(fā)展方向來看，在未來的核心網(wǎng)上，所有新的運營商在第一時間內(nèi)建立的骨干Internet網(wǎng)都是光結(jié)點。MPLS不再單一存在，它將與底層的光設備相輔相成。以前的IP是第一層、第二層、第三層在一起，現(xiàn)在，利用MPLS的基礎，IP與底層的光設備結(jié)合起來，讓光去識別IP路由，即光是基于IP來驅(qū)動，將來的網(wǎng)絡核心是波長路由，外面是一種大路由，這是以后大網(wǎng)核心的必然。對運營商來講，今天的網(wǎng)絡與以后的網(wǎng)絡的關系是，所有今天的電信的其他網(wǎng)，如DDN專線網(wǎng)、ATM的中繼網(wǎng)等，都是將來整個大網(wǎng)絡的接入結(jié)點。這個網(wǎng)不會摒棄以前所有的技術和產(chǎn)品，而是把它們結(jié)合進來，只是所有的應用都要以IP的形式來做，所有的東西都會以IP的形式終結(jié)在Internet和路由階層中去。 早在1995年，IBM就提出IP over Everything，即IP可以跑在任何第二層的載體上。2000年是Everything over IP，即網(wǎng)絡從上三層到下三層都是IP界面。從應用角度來看，根據(jù)將來用戶的不同的接入形式，不論企業(yè)大小，都會以不同的形式找到網(wǎng)址。總之，掌握IP就等于掌握未來。
MPSL概述 MPSL概述 MPLS（Multi-Protocol Label Switching）即多協(xié)議標記交換。 MPLS屬于第三代網(wǎng)絡架構(gòu)，是新一代的IP高速骨干網(wǎng)絡交換標準，由IETF（Internet Engineering Task Force，因特網(wǎng)工程任務組）所提出，由Cisco、ASCEND、3Com等網(wǎng)絡設備大廠所主導。 MPLS是集成式的IP Over ATM技術，即在Frame Relay及ATM Switch上結(jié)合路由功能，數(shù)據(jù)包通過虛擬電路來傳送，只須在OSI第二層（數(shù)據(jù)鏈結(jié)層）執(zhí)行硬件式交換（取代第三層（網(wǎng)絡層）軟件式routing），它整合了IP選徑與第二層標記交換為單一的系統(tǒng)，因此可以解決Internet路由的問題，使數(shù)據(jù)包傳送的延遲時間減短，增加網(wǎng)絡傳輸?shù)乃俣�，更適合多媒體訊息的傳送。因此，MPLS最大技術特色為可以指定數(shù)據(jù)包傳送的先后順序。MPLS使用標記交換（Label Switching），網(wǎng)絡路由器只需要判別標記后即可進行轉(zhuǎn)送處理。 MPLS的運作原理是提供每個IP數(shù)據(jù)包一個標記，并由此決定數(shù)據(jù)包的路徑以及優(yōu)先級。與MPLS兼容的路由器（Router），在將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)送到其路徑前，僅讀取數(shù)據(jù)包標記，無須讀取每個數(shù)據(jù)包的IP地址以及標頭（因此網(wǎng)絡速度便會加快），然后將所傳送的數(shù)據(jù)包置于Frame Relay或ATM的虛擬電路上，并迅速將數(shù)據(jù)包傳送至終點的路由器，進而減少數(shù)據(jù)包的延遲，同時由Frame Relay及ATM交換器所提供的QoS（Quality of Service）對所傳送的數(shù)據(jù)包加以分級，因而大幅提升網(wǎng)絡服務品質(zhì)提供更多樣化的服務。 MPLS發(fā)展簡史 IP交換技術 由于多種原因，包括更為完整的技術規(guī)則說明、更高的時間效率以及有效的市場運作方式，IP交換技術經(jīng)Ipsilon公司在1996年推出。IP交換技術能使具有ATM 交換機性能的設備執(zhí)行路由器的功能。當時Ipsilon公司將他們的IP交換技術做成很多Internet RFC文檔，這使Ipsilon公司將自己的技術標榜為“開放的”。另外，通過對簡單交換控制協(xié)議（GSMP）的具體定義，能夠通過一個外加的擴展控制器將任何的>ATM 交換機轉(zhuǎn)變?yōu)椤癐P交換機”。 標簽交換（Tag Switching） 就在Ipsilon宣布他們的IP交換不久，Cisco公司就宣布了其標記交換技術，不過當時的叫法是“標簽交換（Tag Switching）”。標簽交換技術和IP交換以及CSR相比，在技術上差別很大。例如，在交換機上，它并不以數(shù)據(jù)流量來設置前向表，并且不同于ATM 網(wǎng)絡的是，對于很多的連接層技術來說，它提供了詳盡具體的說明。和Ipsilon公司相同的是，Cisco公司也做了描述的技術的RFC。但是，Cisco公司準備通過IETF將他們的技術最終實現(xiàn)標準化。正是為了實現(xiàn)這一目標，他們起草了大量的Internet 文件用來說明標簽交換技術的各個方面。正是通過Cisco的不斷努力，最終才有了我們現(xiàn)在所知道的MPLS工作組，并且現(xiàn)在MPLS成為標記交換的通用術語。 IBM的ARIS 也是在Cisco公司宣布他們的標簽交換技術，并努力在IETF中使之成為標準化不久，IBM公司起草了一些文檔來描述另外一種新的標記交換技術，他們稱之為集中式基于路由的IP交換技術（ARIS）。和其他幾種標記交換技術相比，ARIS與Cisco公司的標簽交換技術更為相近。兩者都是采用控制流量而不是采用數(shù)據(jù)流量來設置前向表，但是，ARIS在一些方面與標簽交換也有明顯的不同。許多ARIS的思想也進入到了MPLS標準之中。 MPLS工作組 在Cisco宣布他們的標簽交換技術的同時，他們也宣稱將要使之標準化。在他們提出了一系列有關標簽交換的Internet草案以后不久，在1996年10月份召開了一個BOF會議。當時Cisco、IBM、Toshiba均參加了這次會議。BOF會議成了IETF歷史上一次比較重要的會議。 由于已經(jīng)有多個公司生產(chǎn)出現(xiàn)非常相似的產(chǎn)品來解決當時網(wǎng)絡中出現(xiàn)的新問題，因此將這一技術標準化成為當時會議的一個主要議題。盡管當時還有人在懷疑這些技術能否解決網(wǎng)絡中的新問題（例如，有人認為快速路由器將會使這個問題變得更為混亂），但是，毋庸置疑的是，如果沒有一個標準化工作組，將會出現(xiàn)更多的互不兼容的標記交換產(chǎn)品，從而使市場變得更為混亂。于是草擬籌備工作組章程的工作開始了，到1997年初，終于有了一個能被IETF接受的章程，工作組的第一次會議在1997年4月份召開。 MPLS的意義 提高網(wǎng)絡使用率 目前，中國的骨干網(wǎng)帶寬的利用率在10%以下，因而，如何吸引更多的用戶使用網(wǎng)絡資源，是運營商、服務商關心的話題。路由器制造商都看到MPLS的最佳用武之地是，把承載多種不同類型服務的網(wǎng)絡集成為一個單一的網(wǎng)絡。網(wǎng)絡運營商和服務商大多認為，用MPLS統(tǒng)一各種服務不失為一種長遠的發(fā)展方向。 簡化IPv6實施 現(xiàn)在，IPv4的地址非常缺乏，該到實施IPv6的時候了。如果先在IPv4上實現(xiàn)MPLS，會減小IPv6的實現(xiàn)難度，因為MPLS把對數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)完全脫離開來。IPv6對IPv4最主要的能力是地址空間的擴展，那么相應的路由算法都沒有什么改變，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的控制協(xié)議上也沒有什么改變。因而，在一個把轉(zhuǎn)發(fā)和控制都清楚分開的平臺上，只需改變相應的控制協(xié)議，轉(zhuǎn)發(fā)方面根本就不用改變。這樣做了之后，隨著現(xiàn)在的光傳輸技術的發(fā)展，網(wǎng)絡的帶寬幾乎是無限制地在增長，比如一根光纖上可以傳到幾個T這樣的速度，這樣的話，要求網(wǎng)絡中的轉(zhuǎn)發(fā)設備（即路由器設備）同樣要適應傳輸技術的發(fā)展，要提高得非�？��；镜氖侄问抢糜布D(zhuǎn)發(fā)。而專門的轉(zhuǎn)發(fā)和控制協(xié)議脫離的體系結(jié)構(gòu)也更加方便了做硬件轉(zhuǎn)發(fā)。因為只看一個包的標記的格式是固定的，也非常容易在硬件中實現(xiàn)，這種趨勢是MPLS在非常高速的網(wǎng)絡中也有他的一些好處之一。因此，MPLS的實現(xiàn)簡化了IPv6的一些新功能。 為新廠商帶來商機 其實，MPLS的出現(xiàn)，給了新的廠商、新的產(chǎn)品很多機會，讓它們有了新的生存空間。傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡的割據(jù)戰(zhàn)已經(jīng)結(jié)束，在新出現(xiàn)的戰(zhàn)場上，正好適合起點高的廠商在其中扮演角色。傳統(tǒng)廠商如果不是從硬件平臺上有改變，在這么寬的網(wǎng)絡處理速度上，根本就來不及處理高速轉(zhuǎn)發(fā)。因此，在寬帶的前提條件下，必須有新的硬件平臺，這就是新廠商的機會。 MPLS技術及標準化進展 多協(xié)議標記交換（MPLS）技術作為一種新興的路由交換技術，越來越受到業(yè)界的關注。MPLS技術是結(jié)合二層交換和三層路由的L2/L3集成數(shù)據(jù)傳輸技術，它不僅支持網(wǎng)絡層的多種協(xié)議，還可以兼容第二層上的多種鏈路層技術。采用MPLS技術的IP路由器以及ATM、FR交換機統(tǒng)稱為標記交換路由器（LSR），使用LSR的網(wǎng)絡相對簡化了網(wǎng)絡層復雜度，兼容現(xiàn)有的主流網(wǎng)絡技術，降低了網(wǎng)絡升級的成本。此外，業(yè)界還普遍看好用MPLS提供VPN服務，實現(xiàn)負載均衡的網(wǎng)絡流量工程。 一、MPLS的基本原理 （1）MPLS基礎 MPLS將面向非連接的IP業(yè)務移植到面向連接的標記交換業(yè)務之上，實現(xiàn)上將路由選擇層面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面分離。MPLS網(wǎng)絡中，在入口LSR處分組按照不同轉(zhuǎn)發(fā)要求劃分成不同轉(zhuǎn)發(fā)等價類（FEC），并將每個特定FEC映射到下一跳，即進入網(wǎng)絡的每一特定分組都被指定到某個特定的FEC中。每一特定FEC都被編碼為一個短而定長的值，稱為標記，標記加在分組前成為標記分組，再轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳。在后續(xù)的每一跳上，不再需要分析分組頭，而是用標記作為指針，指向下一跳的輸出端口和一個新的標記，標記分組用新標記替代舊標記后經(jīng)指定的輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)。在出口LSR上，去除標記使用IP路由機制將分組向目的地轉(zhuǎn)發(fā)。 選擇下一跳的工作可分為兩部分：將分組分成FEC和將FEC映射到下一跳。在面向非連接的網(wǎng)絡中，每個路由器通過分析分組頭來獨立地選擇下一跳，而分組頭中包含有比用來判斷下一跳豐富得多的信息。傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)中，每個路由器對相同F(xiàn)EC的每個分組都要進行分類和選擇下一跳；而在MPLS中，分組只在進入網(wǎng)絡時進行FEC分類，并分配一個相應的標記，網(wǎng)絡中后續(xù)LSR則不再分析分組頭，所有轉(zhuǎn)發(fā)直接根據(jù)定長的標記轉(zhuǎn)發(fā)。有些傳統(tǒng)路由器在分析分組頭的同時，不但決定分組的下一跳，而且要決定分組的業(yè)務類型（COS：Class of Service），以給予不同的服務規(guī)則。MPLS可以（但不是必須）利用標記來支持COS，此時標記用來代表FEC和COS的結(jié)合。MPLS的轉(zhuǎn)發(fā)模式和傳統(tǒng)網(wǎng)絡層轉(zhuǎn)發(fā)相比，除相對地簡化轉(zhuǎn)發(fā)、提高轉(zhuǎn)發(fā)速度外，并且易于實現(xiàn)顯式路由、流量工程、QoS和VPN等功能。 （2）標記棧操作與標記交換路徑 標記是一個長度固定（20bit/s）、具有本地意義的標識符，和另外12bit/s控制位構(gòu)成MPLS包頭，也成為墊層（shim）。MPLS包頭位于二層和三層之間，通常的服務數(shù)據(jù)單元是IP包，也可以通過改進直接承載ATM信元和FR幀。 MPLS分組上承載一系列按照“后進先出”方式組織起來的標記，該結(jié)構(gòu)稱作標記棧，從棧頂開始處理標記。若一個分組的標記棧深度為m，則位于棧底的標記為1級標記，位于棧頂?shù)臉擞洖閙級標記。未打標記的分組可看作標記棧為空（即標記棧深度為零）的分組。標記分組到達LSR通常先執(zhí)行標記棧頂?shù)某鰲＃╬op）操作，然后將一個或多個特定的新標記壓入（push）標記棧頂。如果分組的下一跳為某個LSR自身，則該LSR將棧頂標記彈出并將由此得到的分組“轉(zhuǎn)發(fā)”給自己。此后，如果標記彈出后標記棧不空，則LSR根據(jù)標記棧保留信息做出后續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)決定；如果標記彈出后標記棧為空，則LSR根據(jù)IP分組頭路由轉(zhuǎn)發(fā)該分組。 LSR是MPLS網(wǎng)絡的基本單元，軟件框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。LSR主要由控制單元與轉(zhuǎn)發(fā)單元兩部分構(gòu)成，這種功能上的分離有利于控制算法的升級。其中，控制單元負責路由的選擇，MPLS控制協(xié)議的執(zhí)行，標記的分配與發(fā)布以及標記信息庫（LIB）的形成。而轉(zhuǎn)發(fā)單元則只負責依據(jù)標記信息庫建立標記轉(zhuǎn)發(fā)表（LFIB），對標記分組進行簡單的轉(zhuǎn)發(fā)操作。其中，LFIB是MPLS轉(zhuǎn)發(fā)的關鍵，LFIB使用標記來進行索引，相當于IP網(wǎng)絡中的路由表。LFIB表項的內(nèi)容包括：入標記、轉(zhuǎn)發(fā)等價類、出標記、出接口、出封裝方式等。 MPLS功能的本質(zhì)是將分組業(yè)務劃分為FEC，相同F(xiàn)EC的業(yè)務流在標記交換路徑（LSP）上交換。一般來說，由下游節(jié)點向上游節(jié)點分發(fā)標記，連成一串的標記和路由器序列就構(gòu)成了LSP。LSP的建立可以使用兩種方式：獨立方式（Independent）和有序方式（Ordered）。在獨立方式中，任何LSR可以在任何時候為每個可識別的FEC流進行標記分發(fā)，并將該綁定分發(fā)給標記分發(fā)對等體；而在有序方式中，一個流的標記分發(fā)從這個FEC流所屬的出口節(jié)點開始，由下游向上游逐級綁定，這樣可以保證整個網(wǎng)絡內(nèi)標記與流的映射完整一致。 LSP有序控制方式和獨立控制方式應能夠相互操作。一條LSP中，如果并非所有LSR均使用有序控制，則控制方式的整體效果為獨立控制。LSR應支持兩種控制方式之一，控制方式由LSR本地選擇。 �。�3）MPLS路由選擇 這里的路由選擇是指為特定FEC選擇LSP的選路方法，MPLS使用兩種路由方法：逐跳路由和顯式路由。逐跳路由使用傳統(tǒng)的動態(tài)路由算法來決定LSP的下一跳，每個節(jié)點獨立地為FEC選擇下一跳，對于下一跳的改變由本地決定，發(fā)生故障時路徑的修復也由本地完成。顯式路由則使用流量工程技術或者手工制定路由，不受動態(tài)路由影響，路由計算中可以考慮各種約束條件（如策略、CoS等級），每個LSR不能獨立地選擇下一跳，而由LSP的入口/出口LSR規(guī)定位于LSP上的LSR。 逐跳路由實現(xiàn)上比較簡單，可以利用傳統(tǒng)路由協(xié)議（如OSPF、IS-IS）以及現(xiàn)有設備中的路由功能，但對于故障路徑的恢復有賴于路由協(xié)議的匯聚時間，并且不具備流量工程能力。顯式路由可以根據(jù)各種約束參數(shù)來計算路徑，可以賦予不同LSP以不同的服務等級，可以為故障的LSP進行快速重路由，適于實現(xiàn)流量工程與QoS業(yè)務，能夠更好的滿足ISP的特定要求。 二、標記分發(fā)協(xié)議 LSP實質(zhì)上是一個MPLS隧道，而隧道建立過程則是通過標記分發(fā)協(xié)議的工作實現(xiàn)的。標記分發(fā)協(xié)議是LSR將它所做的標記/FEC綁定通知到另一個LSR的協(xié)議族，使用標記分發(fā)協(xié)議交換標記/FEC綁定信息的兩個LSR被稱為對應于相應綁定信息的標記分發(fā)對等實體。標記分發(fā)協(xié)議還包括標記分發(fā)對等實體為了獲知彼此的MPLS能力而進行的任何協(xié)商。 目前主要研究三種標記分發(fā)協(xié)議：基本的標記分發(fā)協(xié)議（LDP）、基于約束的LDP（CR-LDP）和擴展RSVP（RSVP-TE）。LDP是基本的MPLS信令與控制協(xié)議，它規(guī)定了各種消息格式以及操作規(guī)程，LDP與傳統(tǒng)路由算法相結(jié)合，通過在TCP連接上傳送各種消息，分配標記、發(fā)布<標記，F(xiàn)EC>映射，建立維護標記轉(zhuǎn)發(fā)表和標記交換路徑。但如果需要支持顯式路由、流量工程和QoS等業(yè)務時，就必須使用后兩種標記分發(fā)協(xié)議。CR-LDP是LDP協(xié)議的擴展，它仍然采用標準的LDP消息，與LDP共享TCP連接，CR-LDP的特征在于通過網(wǎng)管制定或是在路由計算中引入約束參數(shù)的方法建立顯式路由，從而實現(xiàn)流量工程等功能。RSVP本來就是為了解決TCP/IP網(wǎng)絡服務質(zhì)量問題而設計的協(xié)議，將該協(xié)議進行擴展得到的RSVP-TE也能夠?qū)崿F(xiàn)各種所需功能，在協(xié)議實現(xiàn)中將RSVP作用對象從流轉(zhuǎn)變?yōu)镕EC，降低了顆粒度，也就提高了網(wǎng)絡的擴展性�？梢钥吹�，CR-LDP和RSVP-TE在功能上比較相似，但在協(xié)議實現(xiàn)上有著本質(zhì)的區(qū)別，難以實現(xiàn)互通，故而必須做出選擇。 三、MPLS技術應用 �。�1）MPLS VPN MPLS的一個重要應用是VPN，MPLS VPN根據(jù)擴展方式的不同可以劃分為BGP MPLS VPN 和LDP擴展VPN，根據(jù)PE（Provider Edge）設備是否參與VPN 路由可以劃分為二層VPN 和三層VPN。 BGP MPLS VPN 主要包含骨干網(wǎng)邊緣路由器（PE），用戶網(wǎng)邊緣路由器（CE）和骨干網(wǎng)核心路由器（P）。PE上存儲有VPN的虛擬路由轉(zhuǎn)發(fā)表（VRF），用來處理VPN-IPv4 路由，是三層MPLS VPN 的主要實現(xiàn)者；CE上分布用戶網(wǎng)絡路由，通過一個單獨的物理/邏輯端口連接到PE；P路由器是骨干網(wǎng)設備，負責MPLS 轉(zhuǎn)發(fā)。多協(xié)議擴展BGP（MP-BGP）承載攜帶標記的IPv4/VPN 路由，有MP-IBGP 和MP-EBGP之分。 BGP MPLS VPN中擴展了BGP NLRI中的IPv4 地址，在其前增加了一個8字節(jié)的RD（Route Distinguisher）來標識VPN的成員（Site）。每個VRF 配置策略規(guī)定一個VPN 可以接收來自哪些Site的路由信息，可以向外發(fā)布哪些Site 的路由信息。每個PE根據(jù)BGP擴展發(fā)布的信息進行路由計算，生成相關VPN的路由表。 PE-CE之間交換路由信息可以通過靜態(tài)路由、RIP、OSPF、IS-IS以及BGP等路由協(xié)議。通常采用靜態(tài)路由，可以減少CE設備管理不善等原因造成對骨干網(wǎng)BGP路由產(chǎn)生震蕩影響，保障了骨干網(wǎng)的穩(wěn)定性。 目前運營商網(wǎng)絡規(guī)劃現(xiàn)狀決定現(xiàn)有城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)可能自成一個自治域，這時就需要解決跨域互通問題。在三層BGP MPLS VPN中引入了自治系統(tǒng)邊界路由器（ASBR），在實現(xiàn)跨自治系統(tǒng)的VPN互通時，ASBR同其它自治系統(tǒng)交換VPN 路由�，F(xiàn)有的跨域解決方案有VRF-to-VRF、MP-EBGP和Multi-Hop MP-EBGP三種方式。 對于二層MPLS VPN，運營商只負責提供給VPN用戶提供二層的連通性，不需要參與VPN用戶的路由計算。在提供全連接的二層VPN時與傳統(tǒng)的二層VPN一樣，存在N方問題，即每個VPN的CE到其它的CE都需要在CE與PE之間分配一條物理/邏輯連接，這種VPN的擴展性存在嚴重問題。 用LDP擴展實現(xiàn)的二層VPN，也可以承載ATM、幀中繼、以太網(wǎng)/VLAN以及PPP等二層業(yè)務，但它的主要應用是以太網(wǎng)/VLAN，實現(xiàn)上只需增加一個新的能夠標識ATM、幀中繼、以太網(wǎng)/VLAN或PPP的FEC類型即可。相對于BGP MPLS VPN，LDP擴展在于只能建立點到點的VPN，二層連接沒有VPN的自動發(fā)現(xiàn)機制；優(yōu)點是可以在城域網(wǎng)的范圍內(nèi)建立透明LAN服務（TLS），通過LDP 建立的LSP進行MAC地址學習。 �。�2）GMPLS 隨著智能光網(wǎng)絡技術以及ＭＰＬＳ技術的發(fā)展，自然希望能將二者結(jié)合起來，使ＩＰ分組能夠通過MPLS的方式直接在光網(wǎng)絡上承載，于是出現(xiàn)了新的技術概念多協(xié)議波長交換（ＭＰλＳ）。隨著對未來網(wǎng)絡發(fā)展的的研究，MPLS的外延和內(nèi)涵不斷擴展產(chǎn)生了通用MPLS（GMPLS）技術，其中也包含ＭＰλＳ相關內(nèi)容。 GMPLS也是MPLS的擴展，更準確地說，是MPLS-TE的擴展。由于GMPLS主要是擴展了對于傳輸網(wǎng)絡的管理，而傳輸網(wǎng)絡的主要業(yè)務為點到點業(yè)務，這與MPLS-TE的業(yè)務模型非常相似，因此GMPLS主要借助MPLS-TE的協(xié)議棧，將其加以擴展而形成。 與MPLS完全相同，GMPLS網(wǎng)絡也由兩個主要元素組成：標記交換節(jié)點和標記交換路徑。但GMPLS的LSR包括所有類型的節(jié)點，這些ＬＳＲ上的接口可以細分為若干等級：分組交換能力（PSC）接口、時分復用能力（TDM）接口、波長交換能力（LSC）接口和光纖交換能力（FSC）接口。而LSP則既可以是一條傳遞IP包的虛通路，也可以是一條TDM電路，或是一條DWDM的波道，甚至是一根光纖。GMPLS分別為電路交換和光交換設計了專用的標記格式，以滿足不同業(yè)務的需求。在非分組交換的網(wǎng)絡中，標記僅用于控制平面而不用于用戶平面。一條TDM電路（TDM-LSP）的建立過程與一條分組交換的連接（PSC-LSP）的建立過程完全相同，源端發(fā)送標記請求消息后，目的端返回標記映射消息。所不同的是，標記映射消息中所分配的標記與時隙或光波一一對應。 傳統(tǒng)網(wǎng)絡模型中，傳輸層、鏈路層、網(wǎng)絡層在控制層面上相互獨立，各自使用本層協(xié)議在本層內(nèi)的設備之間互通，也形成了各自的標準體系。而在GMPLS的體系結(jié)構(gòu)中，沒有語言的差異，只有分工的不同，GMPLS成了各層設備的共同語言。 四、MPLS的標準化進展 MPLS技術的標準化工作仍在進行之中，主要的組織有IETF、ITU和MPLS Forum。最有影響力的當數(shù)IETF的MPLS工作組，它獨立于各個設備實現(xiàn)廠家，現(xiàn)有的MPLS相關協(xié)議基本上來自于這個工作組，以及該組織后來派生出流量工程工作組和MPLS VPN工作組，該工作組前后公布了超過300個RFC和相關草案。 IETF MPLS工作組確定了MPLS的工作機制（底層轉(zhuǎn)發(fā)、支持多種網(wǎng)絡層協(xié)議），解決多種交換式路由技術的兼容性問題，提供彈性、擴展性好的交換式路由技術，同時加強了MPLS應用技術的研究（提供增值服務、與光纖傳輸網(wǎng)的融合、流量工程等）。其中比較重要的幾個標準有RFC3031（MPLS體系結(jié)構(gòu)）、RFC3032（MPLS標記棧編碼）、RFC3036（LDP規(guī)范）以及RFC3037（LDP可行性）。 ITU-T將工作重點由ATM MPLS轉(zhuǎn)移到IP MPLS的標準化；MPLS Forum則將工作重點在放在流量工程、服務類型、服務質(zhì)量以及VPN方面。 由于MPLS標準制定尚未完成，MPLS設備的研發(fā)、試驗當然也存在許多分歧。以MPLS流量工程采用什么標簽分發(fā)協(xié)議為例，目前以Nortel為代表的廠商主張使用CR-LDP協(xié)議作為MPLS流量工程的信令協(xié)議，而以Cisco為代表的廠商則主張使用RSVP-TE流量工程擴展。雖然ITU-T等標準化組織推薦使用LDP/CR-LDP協(xié)議作為公網(wǎng)傳輸?shù)臉藴市帕�，但二者都有很強的企業(yè)支持，最終將只能由市場決定勝負。 為推動我國IP多媒體數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡標準化的發(fā)展，1999年由國內(nèi)電信研究機構(gòu)聯(lián)合諸多通信企業(yè)成立了中國IP和多媒體標準研究組。研究組成立后，便將MPLS系列標準作為該研究組的一項重要標準進行研究和制訂。截至目前，已經(jīng)制訂并發(fā)行《MPLS總體技術要求》，《MPLS測試規(guī)范》也已經(jīng)完成征求意見稿，有望在2002年10月研究組會議中對該規(guī)范征求意見稿進行審查。 《MPLS總體技術要求》適用于MPLS邊緣節(jié)點設備、MPLS域內(nèi)節(jié)點設備以及MPLS與特定鏈路層技術相結(jié)合的設備。該標準規(guī)定了MPLS的基本技術、控制協(xié)議以及MPLS在網(wǎng)絡層和鏈路層的功能、性能參數(shù)、標記封裝與分發(fā)以及流量工程等各方面的要求。尤其需要指出的是在總體技術要求中，根據(jù)我國電信網(wǎng)建設的實際情況，選擇了LDP/CR-LDP作為MPLS設備必須支持的信令協(xié)議。RSVP-TE協(xié)議只作為可選，在附錄中進行了描述。 《MPLS測試規(guī)范》的制定將為我國多協(xié)議標記交換設備的研制、生產(chǎn)、檢驗和工程應用提供統(tǒng)一的依據(jù)，也為進口該類品提供統(tǒng)一的檢驗標準。該標準主要規(guī)定了MPLS設備的標記交換功能測試、標記分發(fā)協(xié)議一致性測試、MPLS設備性能測試以及MPLS CoS功能性能測試等內(nèi)容。 由于MPLS VPN、GMPLS、MPLS TE等技術受到業(yè)界的廣泛關注，在研究組內(nèi)也加強了對這些熱點問題的跟蹤研究，MPLS相關標準也在緊張制訂中。 MPLS的概念 MPLS是一種標記（label）機制的包交換技術，通過簡單的2層交換來集成IP Routing 的控制。對IPOA（IP OVER ATM）的改進是MPLS產(chǎn)生的源動力。目前MPLS還沒有成為最后正式的標準，在MPLS成為標準的過程中，許多公司都推出了自己的標記技術，比如CISCO公司的Tag交換技術。 MPLS中涉及了很多基本的概念： 1．FEC（轉(zhuǎn)發(fā)等價類） MPLS實際上是一種分類轉(zhuǎn)發(fā)的技術，它將具有相同轉(zhuǎn)發(fā)處理方式（目的地相同、使用的轉(zhuǎn)發(fā)路徑相同、具有相同的服務等級等）的分組歸為一類，這種類別就稱為轉(zhuǎn)發(fā)等價類。屬于相同轉(zhuǎn)發(fā)等價類的分組在MPLS網(wǎng)絡中將獲得完全相同的處理。在LDP（后面講到）過程中，各種等價類對應于不同的標記，在MPLS網(wǎng)絡中，各個節(jié)點將通過分組的標記來識別分組所屬的轉(zhuǎn)發(fā)等價類。 2．多協(xié)議標記交換 （1）多協(xié)議 MPLS位于傳統(tǒng)的第二層和第三層協(xié)議之間，其上層協(xié)議與下層協(xié)議可以是當前網(wǎng)絡中的各種協(xié)議。如：IPX，APPLETALK等。 �。�2）標記 一個長度固定，只具有本地意思的標志。它用于唯一地表示一分組所屬的FEC，決定標記分組的轉(zhuǎn)發(fā)方式。 （3）交換 通過FEC的劃分與標記的分配，MPLS的標記在網(wǎng)絡中進行交換，建立一條虛電路。 3．標記棧 是一組標記的級聯(lián)。 4．標記分組 包含了MPLS標記封裝的分組。標記可以使用專用的封裝格式，也可以利用現(xiàn)有的鏈路層封裝如：ATM的VCI和VPI。 5．標記交換路由器(LSR) 支持MPLS協(xié)議的路由器，是MPLS網(wǎng)絡中的基本元素。 6．標記交換路徑（LSP） 使用MPLS協(xié)議建立起來的分組轉(zhuǎn)發(fā)路徑，由標記分組源LSR與目的LSR之間的一系列LSR以及它們之間的鏈路構(gòu)成，類似于ATM中的虛電路。 7．上游LSR與下游LSR，一個分組由一個路由器發(fā)往另一個路由器時，發(fā)送方的路由器為上游路由器，接收方為下游路由器。 8．標記信息庫（LIB） 類似于路由表，包含各個標記所對應的各種轉(zhuǎn)發(fā)信息。 9．標記分發(fā)協(xié)議（LDP） 該協(xié)議是MPLS的控制協(xié)議，相當于傳統(tǒng)網(wǎng)絡的信令協(xié)議，負責FEC的分類，標記的分配，以及分配結(jié)果的傳輸及LSP的建立和維護等。 10．標記分發(fā)對等實體（LDP PEERS） 進行LDP*作的LSR為標記分發(fā)對等實體。 11．標記合并 對于某一相同F(xiàn)EC的標記分組，將不同的入標記替換為相同的一個出標記繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)的過程，減少標記資源的消耗。 12．TLV（Type Length Value） MPLS消息中的子結(jié)構(gòu)，類似于其它協(xié)議中各種消息內(nèi)的對象。 MPLS的研究發(fā)展及其關鍵技術綜述 一、概述 近年來，隨著WWW的巨大成功和日益普及，Internet在全球范圍內(nèi)呈爆炸性增長，Internet上的主要業(yè)務由傳統(tǒng)的文件傳送、電子郵件和遠程登錄等轉(zhuǎn)向多媒體應用豐富的WWW。網(wǎng)上信息流的持續(xù)增加，由多層路由器構(gòu)成的傳統(tǒng)網(wǎng)絡趨向飽和，多媒體通信的迅猛發(fā)展（如網(wǎng)絡電話、電子商務、視頻會議等），要求網(wǎng)絡能提供具有不同QOS等級的綜合業(yè)務（如時延、帶寬、分組丟失率的保證），由于Internet采用面向無鏈接的IP協(xié)議，只能提供盡力而為（best－effort）服務，因此無法提供QOS保證。當現(xiàn)有Internet規(guī)模擴充到一定限度后，將在許多方面（帶寬、路由、網(wǎng)絡擴展性、QOS）面臨挑戰(zhàn)。 ATM技術的出現(xiàn)為解決Internet困境帶來了契機，IETF制定了經(jīng)典的IPOA（Classic IP overATM），ATM論壇制定了局域網(wǎng)仿真和MPOA（MultiProtocol over ATM），有的已經(jīng)得到了廣泛的應用。但這些方案均不夠理想。由于在早期的方案中，所采用的是疊加式（Overlay）模型。其優(yōu)點是減少了ATM與IP的相互限制，有利于它們獨立地發(fā)展并向未來的B-ISDN過渡；但缺點是IP技術和ATM技術不能有效地結(jié)合，無論是分組的封裝效率、建鏈的時延、對組播的支持以及對QOS的支持都不理想。 近幾年的發(fā)展已清楚表明IP將是下一個世紀網(wǎng)絡的主宰。因此，如何使ATM技術融入IP，如何將路由和交換結(jié)合起來，如何解決IP無連接和ATM面向連接的矛盾，以支持規(guī)模日益增長的Internet和多媒體業(yè)務，成為目前研究的熱點。眾多廠商和學者提出了許多新方案、概念和名詞，如IP交換、CSR、Tag交換、ARIS、MPLS等。 二、MPLS的總體框架 1997年，由多家公司聯(lián)合向IETF提交了MPLS（多協(xié)議標記交換：Multiprotocol Label Switching）框架及體系結(jié)構(gòu)兩個草案文檔，它以Cisco公司的Tag交換為基礎而又綜合各家之長。MPLS中引入了非常多的新概念和術語，其中比較關鍵的有：①Label（標記）：用于表示FEC的固定長度的標識符，僅具有局部意義；②LSR（標記交換路由器）：支持第三層前傳的MPLS節(jié)點；③FEC（等效前傳類）：以相同方式（如：通過同一條路徑，受到LSR相同的前傳處理）進行前傳的一組IP分組；④Label Stack（標記堆棧）：一組有序的標記，不同位置的標記代表著不同的層次；⑤LSP（標記交換路徑）：一個特定的FEC在同一層次上經(jīng)過LSRS所形成的路徑；③LDR（標記分發(fā)協(xié)議）：一個 LSR通知其它LSRS關于標記／FEC綁定信息的一系列過程。 在面向無連接的網(wǎng)絡中，每個路由器通過分析分組頭來獨立地選擇下一跳；而分組頭中含有比需要用來判斷下一跳多得多的信息。選擇下一跳的工作可分兩部分：將分組分成FECs和為FEC選擇下一跳；在傳統(tǒng)IP前傳中，每個路由器對同一個FEC的每個分組都要進行分類和選擇下一跳；而在MPLS中，對于一分組，只是在它進入網(wǎng)絡時進行FEC分類，并分配一個相應的標記；網(wǎng)絡中的LSR則不再需要對網(wǎng)絡層頭進行分析，直接根據(jù)標記進行處理。有些傳統(tǒng)路由器在分析分組頭時，不但決定分組的下一跳，而且要決定分組的業(yè)務類型（COS：Class of Service），以給予不同的服務規(guī)則。MPLS可以（但不是必須）利用標記來支持COS，此時標記用來代表FEC和COS的結(jié)合。MPLS可以支持任何網(wǎng)絡層協(xié)議，但實際上，MPLS工作組僅考慮IP協(xié)議。 來自路由協(xié)議的信息用于分配和分發(fā)標記。一般來說，由下游節(jié)點向上游節(jié)點分發(fā)標記，連成一串的標記就構(gòu)成了LSP。在單播中，LDP有兩種方式產(chǎn)進行標記的分發(fā)：獨立方式（Independent）和受控方式（Ordered）。在獨立方式中，任何節(jié)點可以在任何時候為每一個它認識的流進行標記分發(fā)；受控方式中，一個流的標記分發(fā)從這個流所屬的出口節(jié)點開始，這樣可以保證整個網(wǎng)絡內(nèi)標記與流的映射是完整一致的。 標記分配由下游執(zhí)行，而下游節(jié)點由路由決定，也有兩種發(fā)配方式：下游（downstream）分配和下游按需（downstream－on－demand）分配。前者由下游分配標記，并分發(fā)到鄰近的LSRS；后者則由上游LSR為一個流向下游LSR提出標記分配請求，這在ATM網(wǎng)絡中很有用，因為ATM不能進行LSPs的合并。 不論是獨立還是受控方式，可以采用自由模式（liberal mode）或保守模式（conservative mode）分發(fā)標記。在自由模式中，向所有鄰近的LSRS分發(fā)一個FEC的標記，而不管自己是否是這些節(jié)點在此FEC上的下一跳。這樣做的優(yōu)點是當路由發(fā)生變化時，可以立即使用預先分發(fā)好的標記，但這將消耗更多的標記。保守模式只分發(fā)給下一跳是自己的那些節(jié)點，這樣可以節(jié)省標記空間。 MPLS中一個關鍵部分就是可以將同一個標記（或LSP）分配到多個流上。MPLS支持標記的不同層次的顆�；╣ranularity）。根據(jù)對共享標記和最大程度獲得交換的好處之間的折中，可以選擇不同的顆�；３Ｓ玫念w�；校� ●IP地址前綴（IP Prefix）：具有相同的目的網(wǎng)絡地址將共用同一個LSP，與自由方式配合使用，可以使標記一次性完成分配； ●出口路由器（Egress Router）：有同一個出口路由器的所有IP地址共用相同的LSP，擴展性最好； ●應用流（Application Flow）：擴展性最差，但保證了端到端的交換。 因此，典型的LSP是一棵多點到點的樹，多個流在某些節(jié)點上匯聚成一個流，這使得MPLS可以用O（n）數(shù)量級的標記來進行流量交換，極大地增加了擴展性；但前提是LSRs必須支持流合并，這在ATM網(wǎng)絡中存在問題。 MPLS通用頭（shim）可以靈活地封裝到不同的位置，可以在第二層頭或第三層頭中，甚至可以在第二層與第三層頭之間，而且根據(jù)不同的數(shù)據(jù)鏈路層將有不同的格式：例如在點到點網(wǎng)絡中，就封裝到PPP頭的后面；而在ATM網(wǎng)絡中，則將標記映射到VPI／VCI中。Shim的格式支持標記堆棧，進入網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)可以攜帶多個標記；這些標記采用先進先出的難棧方式，這使得MPLS支持層次化操作。例如在域內(nèi)（intra-domain）用第一個標記，而在域間（inter-domain）用第二個標記；而且LSRs對于標記的處理方式與標記堆棧完全無關，它永遠是對最上面一個標記進行操作。 三、MPLS的關鍵技術 1.VC合并（VC Merging） MPLS通過對標記不同粗細程度的分類和流合并兩種方法將網(wǎng)絡的連接數(shù)從0（n2）降到0（n），從而極大地增加網(wǎng)絡的可擴展性。當MPLS運行在基于幀的媒質(zhì)上時，流合并很簡單，所要做的僅僅是要求節(jié)點將多個上游標記對應到同一個下游標記，這也稱為幀合并。但是在ATM上就會產(chǎn)生問題。在ATM中，MPLS的標記對應于ATM信元中的VPI／VCI域，因此流合并意味著VPI／VCI合并。但是標準的ATM交換機不支持VC合并。如果直接將不同的VC合并成同一個出口 VC，不同分組的信元就會交錯在一起，而且接收方?jīng)]有辦法能分辨出來。一種可行的方法是用VP而不是VC來進行流合并，通過對每個VP分配不同的VC空間來解決信元交錯問題；但這樣將極大地降低VPI／VCI的利用率，而且需要機制來進行VC空間的分配。 VC合并要求ATM交換機對不同人口 VC進來的分組先進行串行化，這就要求ATM交換機中有額外的緩存。對此MPLS工作組在1999年9月指定的標準中提出了一種解決方案，并初步研究了在輸出緩存采用FIFO時它的性能。研究結(jié)果表明，這種方案十分可行。 2.路由環(huán)（Loop）的防止與檢測 由于LSP的建立基于路由信息，因此LSP有可能也形成環(huán)路。在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡中，IP通過TTL域來減輕進入路由環(huán)的分組對整個網(wǎng)絡的影響。但是ATM和Frame Relay均不支持TTL。因此MPLS工作組提出：“必須要有某種機制，防上路由環(huán)產(chǎn)生，或者（并且）保留一些網(wǎng)絡資源可以用于路由環(huán)所產(chǎn)生的消耗�！庇袃煞N方法來處理路由環(huán)：檢測和防止。對于檢測方式，允許路由環(huán)存在，但MPLS將會檢測到它并進行刪除或棄用；對于防止方式，MPLS將提供機制來杜絕路由環(huán)的生成。 可以通過在MPLS消息中加入路徑矢量域來檢測路由環(huán)。路徑矢量域中包含了前傳某個流的每個節(jié)點的標識符。當某個節(jié)點收到這個域時，就檢查自己的標識符是否已經(jīng)在路徑矢量域中：如果已經(jīng)有了，則表明產(chǎn)生了回路；如果沒有，則將自己的標識符加到路徑矢量域中并前傳MPLS消息。 ARIS提出了一種擴散算法（diffusion）來防止路由環(huán)。對于某個流，當某個節(jié)點的下一跳發(fā)生變化時，首先用diffusion算法來判斷是否會產(chǎn)生路由環(huán)。在執(zhí)行完畢之前，仍沿用舊的路徑來發(fā)送數(shù)據(jù)。MPLS工作組也在考慮其它擴展性更好的機制。在1999年5月提出的Internet草案中提出了一種線程機制（Threads Mechanism）。當一個節(jié)點（比如入口節(jié)點）想建立LSP或它的下一跳發(fā)生改變時，它向下游節(jié)點發(fā)送一個thread，thread由唯一的顏色（color）、跳數(shù)（hop count）和TTL三部分組成。如果節(jié)點收到了由它先前發(fā)出的thread，則說明有回路產(chǎn)生；如果它收到出口節(jié)點發(fā)回的確認消息，則說明不會形成回路。雖然線程機制功能強大，但操作過于復雜，而且節(jié)點必須保留經(jīng)過它的所有thread的信息。由于目前的LDP（標記分配協(xié)議）有路由環(huán)的檢測功能，因此1999年6月提出的Internet草案中提出了一種簡單的防止機制來配合LDP：其工作原理與數(shù)據(jù)流的流向和樹的類型無關，可以很好地支持組播。通過向樹的根節(jié)點發(fā)送標記合并消息（label splice message），并等待根節(jié)點的確認消息來判斷是否存在環(huán)路。它沒有提供檢測控制消息的環(huán)路的方法，不過LDP已有相應的解決辦法。MPLS工作組目前仍未決定究竟選哪種機制。 3.RSVP與MPLS 已有人提出通過直接路由將RSVP和MPLS結(jié)合起來，并可以用于流量工程（trafficengineering）。草案規(guī)定了如何對RSVP流進行標記的分配和綁定，并通過RSVP的消息（PATH和RESV消息）來傳送相應信息。其中需要解決的問題有：當ATM不支持流合并時，要為每個發(fā)送方分配一個標記，此時如何將一組標記作為整個來進行資源預留；如何在ATM中進行TTL處理；如何在共享煤質(zhì)上進行標記分區(qū)等。 當RSVP路徑因某種原因發(fā)生故障時，RSVP將采用普通的best－effort路由來前傳，而這與流量工程的目的相矛盾：因為當一部分流量采用預定的路徑時，另一部分流量卻采用動態(tài)路由。而且，當一條路徑的一部分采用預定的路徑，而其它部分采用動態(tài)逐跳路由時，有可能出現(xiàn)永久路由環(huán)。 4.MPLS在共享媒質(zhì)中 現(xiàn)已提出兩種方案，一種是將shim頭放在MAC頭和網(wǎng)絡層頭之間，當數(shù)據(jù)在共享媒質(zhì)中前傳時，不使用shim頭，而僅在共享媒質(zhì)的邊界路由器使用；另一種機制是通過重新定義目的MAC地址的語義，將標記編碼到MAC頭中，這樣就不需要象第一種方案那樣要對幀進行分段，而且網(wǎng)橋可以具有路由功能。但它的缺點是無法和現(xiàn)有的LAN互通。 四、結(jié)束語 除了以上提到的，MPLS工作組對一些方面的問題還沒有充分涉及到。例如與其它許多已比較成熟的IP over ATM技術之間的互操作性等�？傊�，MPLS還是一項非常不成熟的技術，許多方面仍在進行標準化過程，僅有草案。到目前為止，在1999年3月通過了RFC2547（提出了一種ISP如何利用MPLS和BGP在主干網(wǎng)上為企業(yè)提供VPN的方案）；1999年9月通過了RFC2682（提出一個實現(xiàn)VC合并的簡單模型，并進行了初步性能分析）、FRC2702（給出了在MPLS中提供流量管理的要求）。對許多關鍵問題僅提出粗略的解決方案，也沒有任何性能上的測試和驗證；有些則還處于初步階段，如：組播、路由跟蹤（traceroute）、O&M、用于政策路由的直接路由以及安全性等方面。預計相應的標準要到2000年才能制定出來。 基于MPLS技術的流量工程 服務提供商在支持IP服務方面面臨著挑戰(zhàn)，這需要他們能夠使現(xiàn)有的網(wǎng)絡具有流量工程管理。服務提供商要求IP over ATM這種方式下的流量工程在純IP結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡中也要得到體現(xiàn)。MPLS正是一種 ATM和純IP網(wǎng)共存情況下提供流量工程，并且避免兩個分立網(wǎng)絡的管理技術。 全世界的服務提供商都在尋求更可靠的、有差異性的服務，以跟上互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展以及不斷增長的用戶需求，這就需要服務提供商能夠嚴格地控制網(wǎng)絡資源的分配和網(wǎng)絡吞吐量。對于在網(wǎng)絡的物理拓撲結(jié)構(gòu)上映射通信流量的過程，以及為這些通信流量的資源定位就叫做流量工程。它是當今服務提供商最難處理的任務之一。 理想的流量工程解決方案是根據(jù)業(yè)務需要分配網(wǎng)絡資源，它應該具有將通信流量映射到特殊路徑和專用資源上以實現(xiàn)負載均衡的方法。一個具有流量工程的網(wǎng)絡可以利用面向連接的技術來實現(xiàn)，如 ATM和 幀中繼。然而，將多種技術混合起來的網(wǎng)絡,需要各自的網(wǎng)管系統(tǒng)來管理，操作上帶來很大的不便。 一個純的IP網(wǎng)絡可以基于MPLS協(xié)議實施流量工程，通過提供不同的業(yè)務和可控性的網(wǎng)絡獲取利益。我們迫切需要一個具有流量工程設計的網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡應能夠根據(jù)流量需求進行網(wǎng)絡資源的排隊管理，以較低的成本創(chuàng)建一個確定性的網(wǎng)絡，以及通過SLA提供不同的業(yè)務類型。因此，在下一代的IP網(wǎng)絡中，流量工程會成為MPLS協(xié)議最廣泛的應用之一。 MPLS多協(xié)議標記交換融合了IP路由技術、 ATM的QoS及第二層的交換技術，使得以上的流量工程模式可以部署在基于IP的網(wǎng)絡，其中包括 ATM網(wǎng)上承載IP業(yè)務的模式。它允許為網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流預先建立一條路徑。這些預留的路徑占用特殊的網(wǎng)絡資源，既可被手工設定為顯式路徑，也可根據(jù)需要自動生成最佳的路徑。 基本上講，MPLS類似于 ATM技術，它是專門為IP設計的，但同時又支持 ATM和PoS等不同的傳輸媒體。標記交換路徑（LSP）的路徑建立，根據(jù)流量需要和鏈路承載能力，數(shù)據(jù)流被映射到相應的路徑上。數(shù)據(jù)流通過哪條路徑轉(zhuǎn)發(fā)取決于該數(shù)據(jù)流被分配了什么樣的標記。因此，不同于傳統(tǒng)的IP目的地址，MPLS中的標記被用于將數(shù)據(jù)包沿著選好的路徑在網(wǎng)絡中傳送。目前，MPLS可用兩種控制協(xié)議CR-LDP和RSVP建立路徑，他們在支持流量工程時具有同等的效力。另外，這兩種控制協(xié)議均支持隱式和顯式路由。 流量工程的骨干具備管理路由器資源的能力，這對于網(wǎng)絡中每臺路由器是必需的。另外，網(wǎng)絡中每一臺路由器的容量及性能必須能在全網(wǎng)中共享，以便通過集成在具有MPLS功能的邊緣路由器（LER）或者是邊緣標簽交換路由器（edge-LSR）中的集中式流量工程處理功能進行LSP的計算。需要明確指出的是，流量工程處理功能必須能訪問以下信息：LSP終端節(jié)點（也就是目的IP地址），一個完整的網(wǎng)絡拓撲以便計算潛在路徑，以及網(wǎng)絡中所有路由器的資源可用性以便計算路徑的容量。 MPLS：ATM與IP結(jié)合新模方式 面對Internet的諸多制約，如何實現(xiàn)端到端的轉(zhuǎn)發(fā)和控制、如何實現(xiàn)QoS機制困擾著人們�；跇擞浗粨Q，不斷有公司提出自己的方案。然而，這一切不僅未解決IP問題，反而使網(wǎng)絡本身變得更加復雜。直到多協(xié)議標記交換（MPLS）的出現(xiàn)，提出了將ATM特性與IP結(jié)合的新模式，終于——MPLS為網(wǎng)絡帶來轉(zhuǎn)機 作為七家運營商之一的中國網(wǎng)通推出了其基于MPLS技術的IP-VPN服務。網(wǎng)通與實達集團在福州正式簽約，網(wǎng)通將為實達集團在全國的11個辦公地點提供MPLS VPN接入服務。在剛剛結(jié)束的電信展上，加拿大環(huán)球電訊公司也全面展示了其MPLS IP VPN業(yè)務。一時間，MPLS成為業(yè)界倍受矚目的焦點。 網(wǎng)絡的需求 多協(xié)議標記交換（Multiprotocol Label Switching，MPLS）是一種介于第二層和第三層之間的標記交換技術，是專門為IP設計的，可以將第二層的高速交換能力和第三層的靈活特性結(jié)合起來，使IP網(wǎng)具備高速交換、流量控制、QoS等性能。它的產(chǎn)生伴隨著網(wǎng)絡的發(fā)展。 多年以前，人們期盼ATM能做任何事情，隨著Internet的發(fā)展，人們試圖通過ATM傳語音、傳圖像，但由于ATM自身的一些限制，使得它無法適應Internet高速發(fā)展的今天。同時，由于點到點的連接，人們難以承受其高昂價格以及對帶寬資源的嚴重浪費。然而，由于IP網(wǎng)的開放性，人們又很難實現(xiàn)端到端的連接，同時，語音數(shù)據(jù)包的傳輸也帶來了很多問題。因而，將ATM網(wǎng)和IP網(wǎng)合二為一是人們早期的一個初衷。 主要技術的支持率 當時最早采用的方式是IP over ATM，但遇到了非常多的問題和困難，如IP地址與ATM地址之間的映射問題。ATM的優(yōu)點在于其固定長度的包，主要特點用硬件實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)，因為固定長度的包，只看到包頭的這些轉(zhuǎn)發(fā)信息就可直接轉(zhuǎn)發(fā)。因此，硬把兩個協(xié)議捆綁在一起不能成功，也不能真正推廣。后來，另外一些人試圖嘗試把兩種協(xié)議的優(yōu)勢結(jié)合起來，即將傳統(tǒng)的ATM網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)機制和IP網(wǎng)的尋址和路由的機制結(jié)合起來，這就產(chǎn)生了IP交換技術，進而通過IETE組織推出了MPLS協(xié)議。 運營商的需要 盡管網(wǎng)絡需求與日俱增，但由于帶寬價格大幅下滑，因而服務商的收入越來越少。對于新的服務商來說，要想找到一家投資，困難自不必說，而對那些負債在身的運營商們，也很難有新的資金進行網(wǎng)絡建造。盡管如此，人們并沒有因此就停止對新服務的要求，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡最終還要繼續(xù)發(fā)展。如果服務商們還想從網(wǎng)絡中得到新的經(jīng)濟增長點，則必須尋求新的服務和技術，然后才能為用戶提供更好的、更智能化的服務。因此，盡管遇到了種種困難，服務商還在繼續(xù)投資網(wǎng)絡技術廠商。另一方面，服務商們已投入了大量的資金建設骨干網(wǎng)絡，但這些骨干網(wǎng)并沒有被充分利用，網(wǎng)絡最后一公里的的限制阻礙了網(wǎng)絡入戶的速度，從而成為網(wǎng)絡發(fā)展中的一個瓶頸。 多數(shù)的服務商表示，在選擇新的骨干網(wǎng)時，MPLS將是他們的首選。因此，在未來的一段時間內(nèi)，MPLS將會和ATM、SDH、DWDM一起，并駕齊驅(qū)在骨干網(wǎng)絡的大軍中，并在未來的幾年內(nèi)在眾多的技術中脫穎而出。有調(diào)查顯示，在未來的幾年內(nèi)，在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的骨干網(wǎng)中，只有MPLS技術表現(xiàn)出極好的發(fā)展前景，并在未來的歐洲網(wǎng)絡市場中占有中心地位，如圖所示。之所以會出現(xiàn)這樣的情形，是因為MPLS通過分層次服務和新服務為IP網(wǎng)絡帶來巨大的效益。同時，利用MPLS能夠使網(wǎng)絡變得更為簡單，將IP和ATM合并在一起。 MPLS應用領域 MPLS對網(wǎng)絡的影響主要在三個方面： 在IP網(wǎng)絡的QoS方面； 在IP網(wǎng)絡的流量工程方面； 在IP網(wǎng)絡的服務功能方面，如VPN。 VPN 由于地區(qū)和運營商各不相同，因而人們對MPLS上述三方面的需求也會有所側(cè)重。在美國，發(fā)展較快、應用較多的是MPLS在流量工程方面的應用。因為美國的網(wǎng)絡歷史比較長，從很老的產(chǎn)品到現(xiàn)在最新的產(chǎn)品都用在網(wǎng)絡上。整個網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)就像蜘蛛網(wǎng)一樣，比較復雜。在這種情況下，怎么利用已有的資源、已有的通路，就需要仔細地調(diào)整在不同通路上的流量分配，充分利用網(wǎng)絡。MPLS在流量工程方面的功能恰好可以得到很好的利用。 但是在歐洲、中國等地區(qū)，由于IP網(wǎng)發(fā)展相對較晚，但發(fā)展速度很快，在這種情況下建立起來的網(wǎng)絡帶寬較高，如中國現(xiàn)在新建的網(wǎng)絡帶寬都在2.5G左右。因此，流量工程對網(wǎng)絡的益處相對來說不如美國那么明顯。另一方面，網(wǎng)絡服務供應商把對在MPLS提供的增值服務需求提到了議事日程，其中最迫切的就是VPN業(yè)務。網(wǎng)絡服務商希望在IP網(wǎng)上開出類似幀中繼、ATM這種虛擬專網(wǎng)的服務。 運營商要想開展VPN業(yè)務就需要好的平臺、好的技術，運營商也在等待MPLS的開放性。對服務商而言，MPLS能對Internet產(chǎn)生巨大的影響，它將減少網(wǎng)絡阻塞并提供更好的端到端服務。而將來利用MPLS建成的公眾IP數(shù)據(jù)網(wǎng)，不僅僅是Internet，更主要的是為許多企業(yè)提供服務質(zhì)量(QoS)和穩(wěn)定性更好的VPN應用。MPLS能夠在不同的網(wǎng)絡的站點間建立起有保證的帶寬連接以及其它的QoS特征服務。其中最基本的一點是，通過流量控制，能夠使網(wǎng)絡有效地減少擁塞、使流量平均分配。 MPLS發(fā)展前景 骨干走向邊緣 隨著MPLS應用的不斷升溫，無論是產(chǎn)品還是網(wǎng)絡，對MPLS的支持已不再是額外的要求，而應該是必備的功能。此外，MPLS從骨干網(wǎng)走向邊緣網(wǎng)也是一種越來越明顯的趨勢，這一進程將給邊緣網(wǎng)帶來更多的帶寬、更高的智能和更多的服務。在接入網(wǎng)中，利用MPLS的技術承載以太網(wǎng)，會使網(wǎng)絡更易升級和富有彈性。普通的以太網(wǎng)在每個骨干網(wǎng)中只能處理4000個VLAN，MPLS能使每個路由器支持最多100萬個標記。因此，核心路由器廠商支持MPLS自然是毫無疑問的，邊緣路由器廠商此時也開始關注MPLS。 替代ATM 當初，人們是在ATM網(wǎng)上提供IP的服務。目前，從發(fā)展趨勢來看，人們只是希望在IP網(wǎng)上提供類似ATM的服務。因此，MPLS將在IP網(wǎng)上發(fā)展，因為目前完全替代ATM還不可能。因此，人們將逐漸把ATM限制在一小部分有特殊需求的地方，如一些像專網(wǎng)用戶租特定的帶寬，并在該線路上實現(xiàn)電話和電視會議。 結(jié)合底層光設備 從整個網(wǎng)絡發(fā)展方向來看，在未來的核心網(wǎng)上，所有新的運營商在第一時間內(nèi)建立的骨干Internet網(wǎng)都是光結(jié)點。MPLS不再單一存在，它將與底層的光設備相輔相成。以前的IP是第一層、第二層、第三層在一起，現(xiàn)在，利用MPLS的基礎，IP與底層的光設備結(jié)合起來，讓光去識別IP路由，即光是基于IP來驅(qū)動，將來的網(wǎng)絡核心是波長路由，外面是一種大路由，這是以后大網(wǎng)核心的必然。對運營商來講，今天的網(wǎng)絡與以后的網(wǎng)絡的關系是，所有今天的電信的其他網(wǎng)，如DDN專線網(wǎng)、ATM的中繼網(wǎng)等，都是將來整個大網(wǎng)絡的接入結(jié)點。這個網(wǎng)不會摒棄以前所有的技術和產(chǎn)品，而是把它們結(jié)合進來，只是所有的應用都要以IP的形式來做，所有的東西都會以IP的形式終結(jié)在Internet和路由階層中去。 早在1995年，IBM就提出IP over Everything，即IP可以跑在任何第二層的載體上。2000年是Everything over IP，即網(wǎng)絡從上三層到下三層都是IP界面。從應用角度來看，根據(jù)將來用戶的不同的接入形式，不論企業(yè)大小，都會以不同的形式找到網(wǎng)址。總之，掌握IP就等于掌握未來。
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