MPLS技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要　本文介紹了MPLS的基本原理、MPLS在城域網(wǎng)應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢及應(yīng)用前景。

在以提供多業(yè)務(wù)承載為特征的MSTP技術(shù)迅速發(fā)展下，運(yùn)營商已紛紛在其網(wǎng)絡(luò)中部署MSTP設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)城域網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求以及未來承載3G業(yè)務(wù)的需求。MSTP技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持上，包括最初提供以太網(wǎng)點(diǎn)到點(diǎn)透傳，后來發(fā)展到對以太網(wǎng)二層交換能力的支持，再到最新一代的以對MPLS的支持為主要特征的MSTP設(shè)備，即內(nèi)嵌MPLS功能的MSTP設(shè)備。

1、MPLS基本原理

MPLS即多協(xié)議標(biāo)簽交換，最初是應(yīng)用在基于三層交換的IP核心網(wǎng)絡(luò)，主要是為了解決路由轉(zhuǎn)發(fā)速度問題。傳統(tǒng)的IP數(shù)據(jù)網(wǎng)是無連接的網(wǎng)絡(luò)，路由器根據(jù)所收到的每個(gè)包的地址去查找匹配的下一跳，并做相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)。但由于路由器使用的是最長前綴匹配地址搜索，無法實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)發(fā)，因此引入了MPLS技術(shù)以實(shí)現(xiàn)其高速轉(zhuǎn)發(fā)。MPLS的運(yùn)作原理是提供每個(gè)IP數(shù)據(jù)包一個(gè)標(biāo)記，并由此決定數(shù)據(jù)包的路徑以及優(yōu)先級。這樣兼容MPLS的路由器，在將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)送到其路徑前，僅讀取數(shù)據(jù)包標(biāo)記，無須讀取每個(gè)數(shù)據(jù)包的IP地址以及標(biāo)頭，然后將所傳送的數(shù)據(jù)包迅速傳送至終點(diǎn)的路由器，進(jìn)而減少數(shù)據(jù)包的延遲，同時(shí)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(luò)服務(wù)品質(zhì)提供更多樣化的服務(wù)。

在數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展及路由器性能的不斷提高下，路由的高速轉(zhuǎn)發(fā)已經(jīng)不存在問題了，MPLS的優(yōu)勢更多地體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量、實(shí)施流量工程以及組建VPN。在城域傳送網(wǎng)中引入MPLS技術(shù)，正是利用MPLS在數(shù)據(jù)領(lǐng)域的眾多優(yōu)勢，使城域傳送網(wǎng)在高質(zhì)量地支撐原有TDM業(yè)務(wù)的同時(shí)，能夠高效可靠地傳送各種分組業(yè)務(wù)。如圖1所示具備內(nèi)嵌MPLS功能的MSTP設(shè)備，主要是在以太網(wǎng)和SDH間引入了中間智能適配層即MPLS封裝子層，將以太網(wǎng)業(yè)務(wù)通過MPLS封裝，加上內(nèi)層MPLS標(biāo)簽即VC標(biāo)簽，再加上外層MPLS標(biāo)簽即隧道標(biāo)簽，然后通過GFP或LAPS或PPP／HDLC映射到SDH通道上進(jìn)行傳送。

圖1　內(nèi)嵌MPLS功能的MSTP設(shè)備中以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的映射結(jié)構(gòu)

同時(shí)城域傳送網(wǎng)中的MPLS技術(shù)與數(shù)據(jù)網(wǎng)MPLS技術(shù)有所不同，主要區(qū)別如下。

（1）運(yùn)行層面的不同，城域傳送網(wǎng)是在傳輸設(shè)備上完成數(shù)據(jù)處理功能，而三層IP網(wǎng)絡(luò)中通過路由器（LSR）傳送的；

（2）建立方法不同，城域網(wǎng)主要是通過網(wǎng)管直接建立LSP來實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)網(wǎng)主要還是采用協(xié)議動態(tài)實(shí)現(xiàn)；

（3）信令傳送通道不同，MSTP可以通過開銷傳送信令，數(shù)據(jù)設(shè)備一般是帶內(nèi)傳送信令。

2、MPLS在城域傳送網(wǎng)技術(shù)中的優(yōu)勢

MPLS技術(shù)在城域網(wǎng)中的作用就像“膠水”，它把接入和城域網(wǎng)絡(luò)中不同的下層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和業(yè)務(wù)類型匯聚在一起，為接入網(wǎng)、城域網(wǎng)與分組核心網(wǎng)集成提供了一個(gè)公共的技術(shù)。這種具備MPLS智能適配層的MSTP設(shè)備的較傳統(tǒng)MSTP設(shè)備主要的技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

（1）MPLS在接入網(wǎng)和城域網(wǎng)中通過封裝可實(shí)現(xiàn)對幾乎所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持；

（2）各個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間，不同廠家設(shè)備之間的互通能力強(qiáng)。MPLS為接入網(wǎng)和城域網(wǎng)提供了一個(gè)通用協(xié)議，它可以穿越不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的端到端傳輸，并保證統(tǒng)一的QoS和OAM能力；

（3）業(yè)務(wù)辨認(rèn)能力，MPLS在網(wǎng)絡(luò)邊緣（入口）進(jìn)行分組的分類工作，這樣就可以非常方便靈活地辨認(rèn)出特定用戶的數(shù)據(jù)流或者業(yè)務(wù)；

（4）業(yè)務(wù)區(qū)分能力，MPLS的標(biāo)簽交換通道將根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)（比如業(yè)務(wù)類別）或者帶寬要求、優(yōu)先級等接受不同的服務(wù)，以保證端到端的QoS和SLA，具有獨(dú)特的QoS保障機(jī)制。其具體實(shí)現(xiàn)方式是MPLS技術(shù)可以基于物理端口、VLANID和用戶優(yōu)先級PRI對業(yè)務(wù)進(jìn)行COS分類。COS分類后的業(yè)務(wù)相當(dāng)于賦予了不同的優(yōu)先級標(biāo)識，MPLS能夠針對不同的優(yōu)先級標(biāo)識提供不同的QoS保障。在MPLS技術(shù)中定義了3種QoS保障級別：快速轉(zhuǎn)發(fā)（EF）、保障轉(zhuǎn)發(fā)（AF）和盡力傳送（BE）。MPLS QoS信息由MPLS標(biāo)簽中的標(biāo)簽字段和EXP字段進(jìn)行定義；

（5）端到端信令，MPLS控制平面通過標(biāo)準(zhǔn)的信令協(xié)議（如LDP和RSVP-TE）提供端到端的信令；

（6）流量工程的支持，MPLS不僅可以作為以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)適配層，還可作為以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的控制層，其面向連接的接入控制特征能夠提供基于全網(wǎng)的流量工程，從整體上提高了MSTP系統(tǒng)的流量均衡能力；

（7）業(yè)務(wù)調(diào)度更加靈活，通過在MSTP中內(nèi)嵌MPLS功能，使得MSTP網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)處理層從L2交換向標(biāo)簽交換改變。MPLS通過多標(biāo)簽方式，在整個(gè)MSTP的以太網(wǎng)處理層能夠建立大量透明的LSP通道，使業(yè)務(wù)通過打標(biāo)簽的方式在MSTP網(wǎng)絡(luò)中隔離傳送和交換，在網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點(diǎn)和樞紐節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)多方向LSP的業(yè)務(wù)調(diào)度。同時(shí)，隨著MPLS標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的完成，在接入層和核心網(wǎng)IP數(shù)據(jù)設(shè)備之間，可以使MSTP和IP數(shù)據(jù)設(shè)備標(biāo)簽共享。如果數(shù)據(jù)網(wǎng)承載層采用了基于MPLS的MSTP技術(shù)，那么二層VPN的建立將直接基于傳送網(wǎng)層面實(shí)現(xiàn)，標(biāo)簽穿透整個(gè)MSTP網(wǎng)絡(luò)，VPN業(yè)務(wù)能夠真正實(shí)現(xiàn)端到端；

（8）業(yè)務(wù)顆粒區(qū)分更加細(xì)致，基于MPLS的MSTP技術(shù)的融入，改變了以往傳輸網(wǎng)絡(luò)采用VC-12/VC-3/VC-4顆粒等固定帶寬調(diào)度的習(xí)慣，使得MSTP網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)調(diào)度帶寬動態(tài)分配，而且業(yè)務(wù)顆粒區(qū)分更加細(xì)致，節(jié)省大量的線路和調(diào)度管理資源；

（9）MPLS標(biāo)準(zhǔn)成熟，幾乎所有的設(shè)備供應(yīng)商都支持MPLS。

3、MPLS在MSTP設(shè)備中的功能要求

目前，大部分廠家在新一代的MSTP設(shè)備上已支持內(nèi)嵌MPLS功能，其中部分設(shè)備的MPLS技術(shù)是與RPR（彈性分組環(huán)）技術(shù)結(jié)合出現(xiàn)的，同時(shí)也可以在無RPR功能的以太網(wǎng)卡上支持MPLS功能。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，內(nèi)嵌MPLS處理層的功能要求包括以下幾個(gè)方面，如圖2所示。

圖2　MPLS承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在MSTP中傳送的模型

（1）具備將以太網(wǎng)業(yè)務(wù)適配到MPLS層的功能；

（2）具備MPLS操作管理維護(hù)功能；

（3）具備MPLS LSP保護(hù)功能；

（4）具備在MPLS層按服務(wù)等級調(diào)度業(yè)務(wù)的能力；

（5）具備將MPLS幀映射到SDH層傳送并指配SDH虛容器作為傳送通道的功能。

具體設(shè)備功能主要體現(xiàn)在業(yè)務(wù)流分類、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)適配處理、MPLS幀適配到SDH VC、路由器設(shè)置、流量工程、L2 VPN、VPN通道等功能上。從目前設(shè)備情況看，各個(gè)廠家的MSTP設(shè)備基本上能夠支持MPLS的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流分類、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)到MPLS的適配處理、MPLS標(biāo)簽交換以及MPLS到SDH VC的映射等功能要求，但在信令、業(yè)務(wù)質(zhì)量、操作管理維護(hù)、保護(hù)以及流量工程等功能支持方面比較欠缺。在信令方面，廠家一般只支持隧道LSP的靜態(tài)指配，不支持利用信令動態(tài)建立隧道LSP；對于業(yè)務(wù)質(zhì)量QoS，雖然很多廠家支持基于物理端口、VLANID和用戶優(yōu)先級PRI對業(yè)務(wù)進(jìn)行COS分類，但大多數(shù)廠家不具備在MPLS層按服務(wù)等級調(diào)度業(yè)務(wù)（QoS）的能力；操作管理維護(hù)、保護(hù)和流量工程方面，只是個(gè)別廠家支持；相對而言，各個(gè)廠家對L2VPN的支持程度最高，大部分內(nèi)嵌MPLS的MSTP設(shè)備均支持L2VPN功能。

另一方面內(nèi)嵌MPLS功能的MSTP設(shè)備在傳送平面的互通主要是在SDH VC互通、MPLS封裝到SDH VC互通（GFP互連互通）、以太網(wǎng)封裝到MPLS互通和映射協(xié)議的互通�？刂破矫娴幕ネㄖ饕�是通過網(wǎng)絡(luò)管理接口集中建立LSP以及支持利用RSVP-TE或LDP信令或其他的相同的IP信令建立LSP。最終實(shí)現(xiàn)在業(yè)務(wù)上的互聯(lián)互通�？梢灶A(yù)期在將來研發(fā)具有動態(tài)信令建立連接的設(shè)備，可能要涉及到路由功能。通過定義簡單的、可操作性強(qiáng)3層功能來完成動態(tài)信令完成業(yè)務(wù)連接建立，同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同廠商MSTP設(shè)備間的VPN互通，最終實(shí)現(xiàn)MSTP設(shè)備和MPLS路由器的MPLS互通與互操作，實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)跨廠家的互聯(lián)互通。

4、MPLS技術(shù)在城域傳送網(wǎng)中的應(yīng)用

最早提出在MSTP上引入MPLS功能主要是為了更有效的在傳輸設(shè)備上直接支持VPN。但隨著MPLS技術(shù)的成熟應(yīng)用，使其在城域傳送網(wǎng)中的應(yīng)用更加廣泛，主要在如下幾個(gè)方面。

4.1　通過與RPR技術(shù)的融合提高M(jìn)STP網(wǎng)絡(luò)的使用效率

RPR和MPLS技術(shù)融合的主要目的是解決以太網(wǎng)業(yè)務(wù)QoS方面的要求。在MSTP平臺中引入RPR機(jī)制，有效地解決了傳送效率和QoS方面的矛盾：通過RPR的雙環(huán)業(yè)務(wù)傳送、統(tǒng)計(jì)復(fù)用、帶寬共享、公平接入等多種技術(shù)手段提高了傳送效率，通過嚴(yán)格的COS和業(yè)務(wù)優(yōu)先級保證了用戶業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，并可以提供50ms的快速保護(hù)；另一方面，MPLS技術(shù)可通過LSP標(biāo)簽棧為RPR提供跨環(huán)組網(wǎng)能力，有利于全網(wǎng)端到端業(yè)務(wù)的配置和網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化利用，而且還可以提供基于RPR MAC層和MPLS層的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)。

4.2　通過提供MPLS VPN業(yè)務(wù)滿足大客戶專線的需求

目前專線市場主要是由基于DDN、幀中繼、ATM和SDH等傳統(tǒng)專線技術(shù)的一層或二層VPN構(gòu)成，經(jīng)過多年發(fā)展，政府、金融、企業(yè)、小區(qū)、教育網(wǎng)等用戶都對專線業(yè)務(wù)表現(xiàn)出很大的需求及認(rèn)同度。但隨著大客戶內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的改造和升級，專線業(yè)務(wù)量不斷增大，DDN網(wǎng)絡(luò)容量已經(jīng)很難滿足企業(yè)專線帶寬的要求，幀中繼專線也因?yàn)橛脩舳嗽O(shè)備的IP化導(dǎo)致效率降低，大量的客戶會從租用DDN、幀中繼向自購終端路由器租用E1電路方式轉(zhuǎn)化。同時(shí)由于E1業(yè)務(wù)容量受限及終端路由器的投資和維護(hù)成本都較高等因素，部分對安全和QoS沒有特殊要求的客戶會選擇直接租用MPLS VPN業(yè)務(wù)。

由于基于二層MPLS VPN服務(wù)可支持局域網(wǎng)和傳統(tǒng)傳輸，且成本較低、易于管理，各運(yùn)營商也已開展了具有MPLS功能的數(shù)據(jù)網(wǎng)VPN業(yè)務(wù)。其中內(nèi)嵌MPLS功能的MSTP網(wǎng)絡(luò)同樣能夠支持二層MPLS VPN，其網(wǎng)絡(luò)先天具有的完善的QoS機(jī)制、高安全可靠性、可管理性，利用其開展以太網(wǎng)大客戶專線業(yè)務(wù)將更加容易贏得客戶的信任。

4.3　實(shí)現(xiàn)對多種以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速配置

MSTP技術(shù)規(guī)范中已明確規(guī)定了可以通過MPLS技術(shù)實(shí)現(xiàn)EPL（以太專線業(yè)務(wù)）、EVPL（以太虛擬專線業(yè)務(wù)）、EPLn（以太專用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)）和EVPLn（以太虛擬專用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)）等4種以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，這解決了以往通過采用STACKVLAN技術(shù)或GFP的CID作為以太虛擬連接標(biāo)志而存在的標(biāo)準(zhǔn)化程度、業(yè)務(wù)連接的快速配置以及擴(kuò)展性等方面存在的問題。而采用具有MPLS功能的MSTP網(wǎng)絡(luò)來提供端到端的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速配置也是其發(fā)展的必然趨勢。

4.4　為MSTP設(shè)備的多業(yè)務(wù)承載及交換提供保障

MSTP自身的定義在于多業(yè)務(wù)的承載，而具有MPLS功能的MSTP網(wǎng)絡(luò)可以通過建立一個(gè)業(yè)務(wù)隧道的方式，解決了城域網(wǎng)絡(luò)中各種業(yè)務(wù)的接入、透明傳送和交換問題，使其不再僅局限在TDM，IP，ATM等業(yè)務(wù)的承載，未來將滿足更多新技術(shù)的出現(xiàn)對MSTP提出的更多傳送要求，使其接入業(yè)務(wù)類型不再受到局限。

4.5　推動3G接入網(wǎng)中IP的應(yīng)用

在3G的R99、R4版本中，都是采用ATM技術(shù)，到R5及以后，從接入網(wǎng)到核心網(wǎng)將全面采用IP承載技術(shù)，但目前將IP直接應(yīng)用于以傳送語言為主的電信級傳輸網(wǎng)絡(luò)還存在著諸如帶寬的分配、QoS的保證等眾多局限性，而MPLS將IP的靈活性、幀中繼、ATM等面向連接網(wǎng)絡(luò)的QoS保證特性有效地結(jié)合在一起，這對于IP的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用有著巨大的推動作用。

在將MPLS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于3G接入網(wǎng)時(shí)，可將Node B通過MPLS網(wǎng)絡(luò)接入RNC，即由成熟的MPLS網(wǎng)絡(luò)來傳輸Iub接口的信號，既實(shí)現(xiàn)了向IP技術(shù)承載的過渡，又充分保證了原有的ATM承載的QoS。

5、結(jié)束語

隨著3G的不斷深入發(fā)展，R5及以后3G版本將要求IP技術(shù)的全面應(yīng)用，在3G的接入網(wǎng)（RAN）向IP過渡的過程中，從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)最有效平滑過渡的方案便是集成MPLS交換和路由功能的MSTP多業(yè)務(wù)傳送平臺。MPLS技術(shù)在端到端的業(yè)務(wù)配置、QoS、VPN等方面具有優(yōu)勢將是內(nèi)嵌MPLS技術(shù)的MSTP設(shè)備在組建城域傳送網(wǎng)中發(fā)揮更大的作用。