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包杰 高小能 涂鴻漸
重慶郵電學(xué)院
摘 要 本文介紹了目前網(wǎng)絡(luò)界研究熱點(diǎn)的寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)MPLS（多協(xié)議標(biāo)簽交換）。重點(diǎn)闡述了MPLS的主要組件和核心技術(shù)。最后對(duì)ATM上的MPLS組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了介紹。
關(guān)鍵詞 MPLS 標(biāo)簽 LSR LDP LER 協(xié)議棧
1 引言
MPLS是一種將IP引入ATM或幀中繼等通信網(wǎng)絡(luò)上，利用標(biāo)簽引導(dǎo)數(shù)據(jù)高速、高效傳輸?shù)男录夹g(shù)。隨著Internet的不斷發(fā)展，采用帶有MPLS功能的IP路由器和帶有MPLS功能的ATM交換機(jī)組建未來寬帶綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)，是業(yè)界迫切需要解決的問題。MPLS的價(jià)值在于能夠在一個(gè)無連接的網(wǎng)絡(luò)中引入面向連接的機(jī)制，其優(yōu)點(diǎn)是減少網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，能夠兼容現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。MPLS綜合利用網(wǎng)絡(luò)核心的交換技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)邊緣的IP路由技術(shù)，將路由移到網(wǎng)絡(luò)邊緣，網(wǎng)絡(luò)核心作標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)。即邊緣的路由，核心的交換。MPLS是目前普遍看好的融合ATM與IP、解決IP無連接和ATM面向連接矛盾的下一代寬帶骨干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
2 MPLS的體系結(jié)構(gòu)
2.1 MPLS的主要組件
MPLS平臺(tái)中引入了相當(dāng)多的組件，下面是一些主要組件：
· 標(biāo)簽交換路由器（LSR）。LSR類似一個(gè)通用IP交換機(jī)，它是MPLS中負(fù)責(zé)第三層轉(zhuǎn)發(fā)分組和第二層標(biāo)簽交換分組的設(shè)備。
· 標(biāo)簽邊緣路由器（LER）。LER是從一個(gè)MPLS域轉(zhuǎn)發(fā)分組的傳統(tǒng)路由器。它的作用是分析IP分組頭，用于決定相應(yīng)的傳送級(jí)別和標(biāo)簽交換路徑（LSP）。
· 標(biāo)簽（Label）。標(biāo)簽是一個(gè)包含在每個(gè)分組中的短固定的數(shù)值，用于通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)分組。一對(duì)LSR在標(biāo)簽的數(shù)值和意義上一致。
· 標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（LDP）。LDP是MPLS的控制協(xié)議，用于在LSR之間交換FEC/標(biāo)簽綁定信息。
· 標(biāo)簽交換路徑（LSP）。LSP是指具有一個(gè)特定的FEC的分組，在傳輸經(jīng)過的標(biāo)簽交換路由器集合構(gòu)成的傳輸通路。它由MPLS節(jié)點(diǎn)建立，目的是采用一個(gè)標(biāo)簽交換轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)特定的FEC分組。
· 標(biāo)簽信息庫（LIB）。LIB是保存在一個(gè)LSR（LER）中的連接表，在LSR中包含有FEC/標(biāo)簽綁定信息和關(guān)聯(lián)端口以及媒體的封裝信息。LIB通常包括下面內(nèi)容：入、出口端口；入、出口標(biāo)簽；FEC標(biāo)識(shí)符；下一跳LSR；出口鏈路層封裝等。
· 轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類（FEC）。MPLS采用FEC作為標(biāo)簽來處理IP分組。FEC在相同路徑上轉(zhuǎn)發(fā)，以相同方式處理并因此被一個(gè)LSR映射到一個(gè)單一標(biāo)簽的一組IP分組。
· 流束（Stream）。屬于同一個(gè)FEC的一組分組流，它們流經(jīng)同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從相同的通道傳輸，并以相同方式轉(zhuǎn)發(fā)到目的地，它們?cè)贛PLS里被稱為“流束”。
2.2 MPLS的核心技術(shù)
1. 標(biāo)簽交換路由器
標(biāo)簽交換路由器類似一個(gè)通用IP交換機(jī)，它具有第三層轉(zhuǎn)發(fā)分組和第二層交換分組的功能。它也能運(yùn)行傳統(tǒng)IP選路協(xié)議并可能執(zhí)行一個(gè)特殊控制協(xié)議以與鄰接LSR協(xié)調(diào)FEC/標(biāo)簽的綁定信息。一個(gè)LSR可以是一個(gè)傳統(tǒng)的交換機(jī)（如ATM）擴(kuò)充IP選路，或者升級(jí)為支持MPLS的一個(gè)傳統(tǒng)路由器。LSR是MPLS系統(tǒng)中的核心部件，MPLS中LSR的選路過程如下：
·執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)路由傳播協(xié)議，以獲得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>
·為每個(gè)FEC分配一個(gè)標(biāo)簽；
·執(zhí)行LDP，并根據(jù)從其他節(jié)點(diǎn)獲得的標(biāo)簽信息建立標(biāo)簽信息庫（LIB）；
·后續(xù)分組獲得LIB中相應(yīng)的標(biāo)簽，并按照指定動(dòng)作處理，沿相應(yīng)的LSP傳輸。
2. 標(biāo)簽
在傳統(tǒng)的路由器中，必定分析每個(gè)分組頭，以確定下一站轉(zhuǎn)發(fā)地點(diǎn)。但是在MPLS中，只需要在MPLS網(wǎng)絡(luò)的入口端處理一個(gè)流束的所有分組，對(duì)屬于同一個(gè)流束的分組將被用一個(gè)固定長度的字段加以編號(hào)。這一字段在MPLS里被稱為標(biāo)簽（Label）。在LSR中，一個(gè)流束的FEC就映射到標(biāo)簽上。MPLS中的標(biāo)簽格式取決于分組封裝所在的介質(zhì)。如：
·ATM封裝采用VPI/VCI作標(biāo)簽；
· 幀中繼PDU采用DLCI作標(biāo)簽；
· 通用MPLS封裝。對(duì)于那些沒有內(nèi)在標(biāo)簽結(jié)構(gòu)的媒體封裝，則采用通用MPLS封裝格式，用一個(gè)特殊的數(shù)值在第二層與第三層頭之間插入一個(gè)Shim標(biāo)簽頭。Shim標(biāo)簽頭由4字節(jié)構(gòu)成，它包含一個(gè)20bit的標(biāo)簽數(shù)據(jù)值、一個(gè)3bit的COS（服務(wù)類別）數(shù)值、一個(gè)1bit的堆棧指示符和一個(gè)8bit的TTL（生存期）數(shù)值。
3. 標(biāo)簽交換
標(biāo)簽交換利用分組中所攜帶的標(biāo)簽信息和標(biāo)簽路由器維護(hù)存儲(chǔ)的轉(zhuǎn)發(fā)信息庫（LIB）來轉(zhuǎn)發(fā)分組。由于標(biāo)簽交換不必像傳統(tǒng)IP選路那樣分析分組頭中的變長部分，因而標(biāo)簽交換是一個(gè)快速和簡單的轉(zhuǎn)發(fā)過程。標(biāo)簽作為一個(gè)由交換機(jī)組件處理，用以確定對(duì)應(yīng)的輸出標(biāo)簽、必要的封裝和端口號(hào)及其他數(shù)據(jù)信息處理操作。若一個(gè)分組包含一個(gè)標(biāo)簽棧，MPLS設(shè)備只處理?xiàng)Ｖ械捻敳繕?biāo)簽。
4. 標(biāo)簽分發(fā)
標(biāo)簽分發(fā)是分發(fā)FEC/標(biāo)簽綁定信息的過程，目的是為了形成一個(gè)LSP并且標(biāo)簽交換屬于特定FEC的分組。標(biāo)簽分發(fā)是通過標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（LDP）來完成的，或通過現(xiàn)有的控制協(xié)議（如RSVP和BGP）來傳輸FEC/標(biāo)簽綁定信息。MPLS LDP是一個(gè)單獨(dú)的控制協(xié)議。LDP具有標(biāo)簽指定、分配和撤消功能，與相鄰的LSR協(xié)調(diào)FEC/標(biāo)簽的捆綁信息，完成入口到出口標(biāo)簽交換路徑（LSP）的建立。LDP映射消息可以從任何本地LSR（獨(dú)立的LSP控制）發(fā)起，或者從出口LSR發(fā)起，并從下行LSR流向上行LSR。一個(gè)特定數(shù)據(jù)流的到達(dá)、一個(gè)保留建立消息（RSVP）或選路更新消息都可以觸發(fā)交換LDP消息，從而形成一個(gè)從入口到出口的LSP。
2.3 MPLS的協(xié)議棧
MPLS協(xié)議采用LDP/CR-LDP以及采用已有協(xié)議如資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）或?qū)σ延袇f(xié)議擴(kuò)展形成的協(xié)議如資源預(yù)留協(xié)議擴(kuò)展（RSVP-TE）。RSVP/RSVP-TE、CR-LDP，結(jié)合QoS路由等，能夠很好地支持綜合服務(wù)（IntServ）、區(qū)分服務(wù)（DiffServ）和流量工程。
MPLS的協(xié)議棧分為兩個(gè)層面：控制層面和數(shù)據(jù)層面。其中：
· LIB 標(biāo)簽信息庫；
· LDP 標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議；
· CR-LDP和RSVP-TE 是兩個(gè)競(jìng)爭性的支持MPLS流量工程的協(xié)議。RSPF由IEPF標(biāo)準(zhǔn)化，RSPF-TE是RSPF的擴(kuò)展。同樣CR-LDP由LDP擴(kuò)展而得。二者都位于TCP層上。
· UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議；
·TCP 傳輸控制協(xié)議；
· IP-FWD 基于IP尋址的下一跳分組轉(zhuǎn)發(fā)；
· MPLS FWD 基于MPLS的標(biāo)簽和標(biāo)簽信息庫查找的標(biāo)簽交換。
3 MPLS組網(wǎng)技術(shù)
3.1 ATM網(wǎng)絡(luò)支持MPLS
盡管MPLS可以運(yùn)行在多種類型的數(shù)據(jù)鏈路上，但是由于ATM的優(yōu)越性，在ATM上運(yùn)行MPLS是目前MPLS研究的熱點(diǎn)。在ATM網(wǎng)絡(luò)上支持MPLS有多種方案，下面討論一種ATM上的MPLS組網(wǎng)技術(shù)。
在這種組網(wǎng)技術(shù)中，ATM交換機(jī)可作為標(biāo)簽交換節(jié)點(diǎn)，稱作ATM-LSR。其中ATM-
LSR通過ATM交換機(jī)與其他每個(gè)ATM-LSR通信。分組由ATM-LSR作出轉(zhuǎn)發(fā)。為支持標(biāo)簽交換，ATM-LSR必須支持標(biāo)簽交換的標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（LDP）和其他IP層協(xié)議，如OSPF等控制和信令協(xié)議，而不是采用ATM尋址、ATM選路、ATM協(xié)議。ATM-LSR將標(biāo)簽加在ATM信元頭的VCI/VPI域中，因此VC承載的信息包括控制業(yè)務(wù)信息、LDP消息和每個(gè)束流的LSP等。
該方案是將ATM骨干網(wǎng)絡(luò)中一組ATM交換機(jī)升級(jí)為具有MPLS功能的ATM-LSR或直接在ATM核心網(wǎng)絡(luò)中安裝一組核心MPLS LSR。從選路鄰接的角度來看，邊緣路由器只是簡單地與最近的核心LSR保持對(duì)等關(guān)系。這種技術(shù)考慮了現(xiàn)行ATM網(wǎng)絡(luò)的大量交換機(jī)可能無法完全升級(jí)為MPLS LSR以及經(jīng)濟(jì)等其他因素，同時(shí)它也是目前IP/ATM疊加模型過渡到MPLS的最佳途徑。
3.2 MPLS的核心網(wǎng)絡(luò)
MPLS由標(biāo)簽交換路由器（LSR）、標(biāo)簽邊緣路由器（LER）和標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（LDP）組成。
MPLS使用現(xiàn)有路由協(xié)議（如OSPF、EIGRP）建立目的網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性，同時(shí)使用新的控制協(xié)議（如LDP）以在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)間共享標(biāo)簽信息（1b）。在WAN邊緣的入口部分，標(biāo)簽邊緣路由器接收?qǐng)?bào)文，完成第三層功能，并為報(bào)文打上標(biāo)簽（Label）。在WAN內(nèi)部，報(bào)文由標(biāo)簽路由器處理，并按一種新的交換機(jī)制進(jìn)行處理，它作用于標(biāo)簽而非地址。傳送報(bào)文穿過網(wǎng)絡(luò)到達(dá)另一邊。隨后，出口的標(biāo)簽邊緣路由器移去標(biāo)簽，并將報(bào)文傳給其目的網(wǎng)絡(luò)。
MPLS具有承載于不同網(wǎng)絡(luò)上并支持不同網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的能力。MPLS改善了傳統(tǒng)IP路由選路的性能，增加網(wǎng)絡(luò)的吞吐能力，減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)，同時(shí)有助于簡化復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能使網(wǎng)絡(luò)的總成本下降50%。MPLS吸引網(wǎng)絡(luò)界注意的還有它的多項(xiàng)應(yīng)用：VPN、IP多播、業(yè)務(wù)量工程、改善QoS等。所以MPLS被業(yè)界認(rèn)為是最有前途的寬帶網(wǎng)絡(luò)解決方案，具有廣闊的應(yīng)用和開發(fā)前景。
----《中國數(shù)據(jù)通信》
