NGN中基于MPLS實(shí)現(xiàn)MIPv6

摘 要 介紹了多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）和移動(dòng)IP技術(shù)的基本原理，分析了在NGN中將MIP與MPLS相結(jié)合的必要性，給出了MPLS機(jī)制下的移動(dòng)IP工作原理，分析了MIPoMPLS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞 NGN MPLS MIPv6

1 引言

　　隨著IPv4向IPv6的演進(jìn)，具有固定IPv6地址的移動(dòng)終端必將成為主流網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。而MPLS作為第三代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將ATM交換技術(shù)和IP動(dòng)態(tài)路由協(xié)議有機(jī)結(jié)合起來(lái)，具備面向連接、簡(jiǎn)單高速交換、支持QoS和流量工程等特點(diǎn)，可靈活組建出各種極具擴(kuò)展性的網(wǎng)絡(luò)。向移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)引入MPLS功能將成為構(gòu)造移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)的重要解決方案之一，不但能支持ATM，IP，F(xiàn)R，TDM，X.25，SDH，DWDM，保證了多種網(wǎng)絡(luò)的互連互通，并且具有良好的擴(kuò)展性。目前各大運(yùn)營(yíng)商紛紛建設(shè)基于MPLS的數(shù)據(jù)承載網(wǎng)，為下一代網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)承載做準(zhǔn)備。

　　基于MPLS的移動(dòng)IP稱(chēng)為MIPoMPLS（MIP over MPLS）。本文首先對(duì)MPLS和移動(dòng)IPv6進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，然后說(shuō)明在下一代網(wǎng)絡(luò)中采用MIPoMPLS的原因和重要性，最后簡(jiǎn)述MIPoMPLS的基本原理和優(yōu)點(diǎn)。

2 MPLS簡(jiǎn)介

　　MPLS屬于第2.5層交換技術(shù)，是集成式的IP over ATM技術(shù)，使用標(biāo)記交換（Label Switching）把選路和轉(zhuǎn)發(fā)分開(kāi)，網(wǎng)絡(luò)路由器只需要判別標(biāo)記即可進(jìn)行轉(zhuǎn)送處理。MPLS承載IP分組，標(biāo)簽作為IP報(bào)頭在網(wǎng)絡(luò)中的替代品而存在，MPLS在數(shù)據(jù)包所經(jīng)過(guò)的路徑中通過(guò)交換標(biāo)簽來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)數(shù)據(jù)包要退出MPLS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，數(shù)據(jù)包被解開(kāi)封裝，繼續(xù)按照IP包的路由方式到達(dá)目的地。

　　MPLS網(wǎng)絡(luò)包含一些基本的元素，在網(wǎng)絡(luò)邊緣的節(jié)點(diǎn)被稱(chēng)作標(biāo)簽邊緣路由器（LER），而網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為標(biāo)簽交換路由器（LSR）。LER作為MPLS的入口/出口路由器，執(zhí)行全部的第三層功能以及由于運(yùn)行標(biāo)記分發(fā)協(xié)議（LDP）而產(chǎn)生的標(biāo)記綁定功能。數(shù)據(jù)分組在LER處進(jìn)行等效前傳類(lèi)（FEC）映射，并分配一個(gè)固定長(zhǎng)度的標(biāo)記，生成標(biāo)記棧。LER連接到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的LSR。LSR執(zhí)行標(biāo)記交換，在LSR處不再檢查分組頭，只需對(duì)分組標(biāo)記棧的頂部標(biāo)記進(jìn)行處理，檢索一個(gè)包含出口和新標(biāo)記的標(biāo)記表并用新標(biāo)記替換舊標(biāo)記完成標(biāo)記交換。LER和LSR之間的LSP通過(guò)LDP協(xié)議建立。

　　MPLS作為第三代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持VPN和流量工程，因此MPLS越來(lái)越受到人們的重視，在未來(lái)的通信發(fā)展中應(yīng)用廣泛，如在光網(wǎng)和傳輸網(wǎng)的應(yīng)用GMPLS，在無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的應(yīng)用WMPLS等。

3 MIPv6

　　移動(dòng)IP技術(shù)是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接入異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層融合技術(shù)。移動(dòng)IP在當(dāng)前因特網(wǎng)基于網(wǎng)絡(luò)前綴路由的前提下，使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN在不同網(wǎng)絡(luò)間移動(dòng)時(shí)仍然保持通信，是基于網(wǎng)絡(luò)層而提供移動(dòng)支持的一種解決方案。MN可以通過(guò)一個(gè)永久的IP地址連接到任何鏈路上。當(dāng)MN改變其網(wǎng)絡(luò)接入路由器時(shí)，可從新的接入路由器獲得一個(gè)新的轉(zhuǎn)交地址CoA，而其家鄉(xiāng)地址保持不變。隨后，MN與其家鄉(xiāng)代理HA和通信對(duì)端CN分別執(zhí)行綁定更新過(guò)程以通知其轉(zhuǎn)交地址的改變，使HA和CN能夠采用新的CoA與之通信，從而保持通信的連續(xù)性。

　　移動(dòng)IP的操作可以概括為三個(gè)基本功能：代理搜索，即MN通過(guò)代理搜索判定它的當(dāng)前位置，并獲得一個(gè)CoA；然后通過(guò)注冊(cè)過(guò)程，MN通知HA和CN它的當(dāng)前轉(zhuǎn)交地址；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)則是當(dāng)MN連接在外地網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，對(duì)它發(fā)出的或發(fā)往它的數(shù)據(jù)進(jìn)行路由。

　　作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，移動(dòng)IP協(xié)議與下層數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議無(wú)關(guān)，對(duì)上層協(xié)議保持透明。移動(dòng)IP技術(shù)能夠很好地支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通，但是網(wǎng)絡(luò)層之間的切換必然帶來(lái)較長(zhǎng)的切換時(shí)延。

4 NGN需要MIPoMPLS

4.1 移動(dòng)IPv6面臨的問(wèn)題

　　在NGN復(fù)雜無(wú)線(xiàn)環(huán)境下，移動(dòng)IPv6主要面臨快速切換、QoS路由和安全問(wèn)題。NGN要求給用戶(hù)提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等具有多QoS級(jí)別的多媒體業(yè)務(wù)，大量IPv6節(jié)點(diǎn)在異構(gòu)無(wú)線(xiàn)環(huán)境下移動(dòng)，基于移動(dòng)IPv6節(jié)點(diǎn)需要保證切換的快速和平滑。MIP操作通過(guò)代理通告、注冊(cè)綁定、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等三個(gè)獨(dú)立又關(guān)聯(lián)活動(dòng)來(lái)完成位置檢測(cè)、地址注冊(cè)和數(shù)據(jù)分發(fā)，以維持通信的連續(xù)，但是基于三層的代理發(fā)現(xiàn)和注冊(cè)綁定過(guò)程不可避免地增大了切換的時(shí)延。另外，盡管在QoS保證方面，提出IntServ與DiffServ相結(jié)合的QoS框架，但對(duì)于每種業(yè)務(wù)的端到端QoS保證仍存在業(yè)務(wù)等級(jí)協(xié)商SLA動(dòng)態(tài)識(shí)別等問(wèn)題。移動(dòng)中的安全認(rèn)證也不完善。

4.2 移動(dòng)IPv6需要基于MPLS的傳輸

　　MPLS在Frame Relay及ATM Switch上結(jié)合路由功能，數(shù)據(jù)包通過(guò)虛擬電路來(lái)傳送。它整合了IP選徑與第二層標(biāo)記交換為單一的系統(tǒng)，因此可以解決Internet路由的問(wèn)題，使數(shù)據(jù)包傳送的延遲時(shí)間減短，增加網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣�，更適合多媒體信息的傳送。

　　MPLS的LSP支持軟切換，LSP只在網(wǎng)絡(luò)入口LER進(jìn)行一次IP數(shù)據(jù)包的等效前傳類(lèi)分配和標(biāo)記映射，核心節(jié)點(diǎn)只作標(biāo)記交換，簡(jiǎn)化了路由器對(duì)IP數(shù)據(jù)包的處理；MPLS節(jié)點(diǎn)上的FIB（前轉(zhuǎn)信息庫(kù)）還可集成移動(dòng)功能。MPLS在保證無(wú)連接IP網(wǎng)絡(luò)連接有效性的同時(shí)，能提供面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。對(duì)于差分MIP業(yè)務(wù)，LSP可提供適當(dāng)?shù)腝oS路徑。

　　MPLS與移動(dòng)IPv6的結(jié)合，可以改善移動(dòng)IPv6在微移動(dòng)性方面的性能，而MPLS域內(nèi)的二層移動(dòng)在切換時(shí)無(wú)管理開(kāi)銷(xiāo)，從而實(shí)現(xiàn)快速切換。

5 MPLS架構(gòu)下移動(dòng)IPv6的基本原理

　　MIPoMPLS的基本原理是MPLS 上采用LSP隧道方案支持移動(dòng)IP業(yè)務(wù)，由MPLS LSP實(shí)現(xiàn)QoS保證的路徑，移動(dòng)性檢測(cè)由L2交換完成，切換快速、管理簡(jiǎn)單。當(dāng)發(fā)生全球移動(dòng)時(shí)，由MIPv4/v6完成，這時(shí)LER作為邊界網(wǎng)關(guān)，具有HA/接入路由器的功能。

　　如圖1所示，當(dāng)MN移動(dòng)到新的接入點(diǎn)（接入LER）時(shí)，MIPv6節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址CoA發(fā)生改變，為了避免三角路由，MN必須通過(guò)該接入點(diǎn)給家鄉(xiāng)代理HA和通信節(jié)點(diǎn)CN分別完成綁定更新過(guò)程，然后，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的HA和CN都將更新自己的綁定緩存表。



　　CN得到MN的注冊(cè)信息和請(qǐng)求信息以及MN的轉(zhuǎn)交地址CoA后，查找其標(biāo)記棧，并把MN的家鄉(xiāng)地址作為FEC；CN根據(jù)LDP為HA到接入LER的路徑分發(fā)標(biāo)記，并向接入LER發(fā)送標(biāo)記請(qǐng)求信息，把MN的CoA作為FEC。接入LER收到標(biāo)記請(qǐng)求信息后，向CN返回標(biāo)記匹配消息，CN收到標(biāo)記匹配消息后更新其MN在標(biāo)記中的注冊(cè)信息。CN通過(guò)LSP向接入LER發(fā)送注冊(cè)回應(yīng)信息，接入LER收到注冊(cè)回應(yīng)后，更新其標(biāo)記棧，并增加接入LER到CN的LSP信息，注冊(cè)成功，這樣就在CN到接入LER之間建立起一條LSP。此后移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與任意通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)都將直接通過(guò)LSP到達(dá)通信CN。

6 MPLS與移動(dòng)IPv6結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)

　　在移動(dòng)IPv6中，已經(jīng)不存在移動(dòng)IPv4中的三角路由問(wèn)題。MPLS與移動(dòng)IPv6主要表現(xiàn)在快速切換、QoS保證和支持移動(dòng)狀態(tài)下的VPN等。

　　●MPLS架構(gòu)下的移動(dòng)IP技術(shù)集成了移動(dòng)IP的高移動(dòng)性和MPLS高速交換特性：MPLS交換比IP路由協(xié)議傳輸分組速度明顯提高，傳輸時(shí)延和數(shù)據(jù)包處理時(shí)間明顯降低；并且HA/CN到接入LER建立了一條LSP，數(shù)據(jù)報(bào)頭過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題得到解決。

　　●提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性和支持QoS：在同一MPLS域中，不再需要IP-in-IP方式傳送數(shù)據(jù)包，而是采用MPLS交換方式通過(guò)LSP傳送數(shù)據(jù)包。整個(gè)傳輸過(guò)程都是在MPLS交換層進(jìn)行，不涉及IP層的路由協(xié)議，從而提高了數(shù)據(jù)包的傳輸速率和移動(dòng)IP的可擴(kuò)展性，為網(wǎng)絡(luò)的QoS提供了保障，并且網(wǎng)絡(luò)的安全性能得到提高。

　　●支持移動(dòng)狀態(tài)下的VPN和流量工程：由于MPLS技術(shù)對(duì)VPN和流量工程都有很好的支持，因此，MPLS與移動(dòng)IP的結(jié)合，對(duì)移動(dòng)狀態(tài)下VPN和流量工程解決帶來(lái)了希望。

7 結(jié)束語(yǔ)

　　移動(dòng)IP是為網(wǎng)絡(luò)提供主機(jī)移動(dòng)性的解決方案，由于未來(lái)系統(tǒng)的用戶(hù)和終端數(shù)將非常龐大，因此移動(dòng)IP的可擴(kuò)展性非常關(guān)鍵。移動(dòng)IP技術(shù)可以與MPLS技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)高效、快速的MPLS骨干網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)利用MPLS網(wǎng)絡(luò)不同路徑可以具有不同QoS性能的特性，實(shí)現(xiàn)區(qū)分服務(wù)質(zhì)量的移動(dòng)IP業(yè)務(wù)。反之，移動(dòng)IP與MPLS的融合方案也為MPLS提供了移動(dòng)性支持。


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