MPLS技術及其在城域網中的應用

MPLS(多協(xié)議標簽交換)是一種在開放的通信網上利用標簽引導數據高速、高效傳輸的新技術。

它的價值在于具有在一個無連接的網絡中引入連接模式的特性;其主要優(yōu)點是降低了網絡復雜性。兼容現(xiàn)有各種主流網絡技術，能降低50%網絡成本，在提供IP業(yè)務時能確保QoS和安全性，具有流量工程能力。此外，MPLS能解決VPN(虛擬專用網)擴展問題和維護成本問題。MPLS技術是最具競爭力的下一代通信網絡技術。

一、MPLS技術的產生

隨著Internet的不斷發(fā)展，各種新興業(yè)務以及迎合其需求的專有網絡也在不斷發(fā)展，但是原先針對不同業(yè)務、同時處理多種網絡連接的運營方式已經束縛了企業(yè)的發(fā)展，它們希望通過一個單一、靈活的接入設備來提供多種混合業(yè)務，并在將來執(zhí)行統(tǒng)一的接入協(xié)議，如IP，然而，不同的業(yè)務(如語音、數據和多媒體應用等)對網絡傳輸質量的要求差別很大，如果ISP(因特網服務提供商)依舊基于傳統(tǒng)路由器發(fā)展大規(guī)模的IP網絡，相關問題(如路由器轉發(fā)部件的軟件操作，構造高速路由器組件的開銷，傳統(tǒng)路由尋徑機制在傳輸時難以預計的網絡性能，網絡無法提供針對特定業(yè)務的QoS等)將變得日益突出。

相對于IP路由技術，基于ATM和幀中繼的快速交換技術可利用多種轉發(fā)算法(其本質就是標簽交換算法)。由于這些轉發(fā)算法簡單有效，因而被直接固化到交換機硬件內部。與傳統(tǒng)的IP路由機制相比，L2的快速交換技術具有很高的性能價格比。

為解決上述IP網絡存在的問題，每個ISP都渴望尋求一種能夠結合快速交換技術和IP路由技術中各自優(yōu)勢的網絡解決方案，由此標簽交換技術應運而生。標簽交換技術就是致力把L2交換技術的最優(yōu)屬性(通常由ATM或幀中繼具體實現(xiàn))，與L2路由技術的最優(yōu)屬性(由IP具體實現(xiàn))緊密結合起來，其中MPLS是目前標準最統(tǒng)一、最具發(fā)展前景的標簽交換技術。MPLS由因特網工程任務組(IETF)制定，始于1997年初，它被設計成為能夠符合大規(guī)模電信級網絡所必須遵循的各種屬性。其目標是實現(xiàn)在大規(guī)模IP網內，通過ATM和幀中繼等多種媒介實現(xiàn)有QoS保證的快速交換，因而MPLS的出現(xiàn)對于網絡發(fā)展具有革命性的意義。

二、MPLS的技術優(yōu)勢

MPLS在解決網絡的擴展性、實施流量工程、同時支持多種要求特定QoS保障的IP業(yè)務等諸多方面具有得天獨厚的技術優(yōu)勢。

*滿足了ATM傳送IP技術的網絡總體技術要求。ATM支持IP的網絡的強制性要求包括以下方面：網絡的技術方案必須獨立于所支持的IP協(xié)議版本;必須具備支持大型網絡的足夠的可擴展性;必須包括在ATM網絡上支持高效而且具有可擴充性的IP組播的能力;必須具有足夠的捆綁性以便支持大型網絡。

*適用于較大規(guī)模的網絡。眾所周知，MPOA(ATM上的多協(xié)議規(guī)范)非常適用于小規(guī)模的網絡，然而它應用于較大規(guī)模的網絡就要受到限制。而MPLS正是為滿足大規(guī)模網絡的各種要求(如靈活性、可擴充性與可管理性等要求)而設計的。

*適用于多種承載網絡。大規(guī)模的網絡可以使用包括ATM在內的多種承載技術。從一個較寬的范圍來講，應該選取一種對于IPOA(IP over ATM)是最優(yōu)，而且對于其它的鏈路層技術也是最優(yōu)的技術，而MPLS則可能正是能夠適應這一范圍的惟一技術。

*路由控制的靈活性。從選路的角度來講，MPLS技術可以使我們獲得同時選擇使用固定路由或者是動態(tài)路由方式的可能性。具體使用哪種方式取決于網絡操作者的選擇。

*能同時支持MPLS和ATM控制協(xié)議。較理想的情況是有一種獨立于鏈路層協(xié)議的控制技術，同時，同一交換機上也可以使用ATM控制方式。

*IP業(yè)務的業(yè)務量工程。目前，ATM擁有最完整的業(yè)務量工程能力。然而，IPOA的重疊模型無法高效地使用所有的ATM能力，而且在使用全連通的PVC(永久虛電路)方式時，其應用的可擴充性將受到“N平方”問題的限制。MPLS借用了一些ATM技術的功能，如QoS、選路、資源管理等方面，而且引入了顯式路由的概念，它有助于將業(yè)務量要求映射到網絡拓撲之上。這樣，使用MPLS可以獲得新的、更多的業(yè)務量管理功能。

*利用現(xiàn)有投資?？紤]到現(xiàn)有的ATM與其它技術的投資，另外，在各種鏈路層技術上傳輸IP的需求也是顯而易見的，所以需要有一種統(tǒng)一的交換技術。當前的承載網絡中，ATM硬件對于IP業(yè)務量的傳輸使用的是一種固定方式，而MPLS則被認為是CIPOA(ATM上的傳統(tǒng)IP技術)近期的演進方向，因為顯式選路可以建立在現(xiàn)有的固定PVC的基礎上，而且MPLS的網絡結構的靈活性足以滿足潛在的網絡演進需求。

*支持VPN業(yè)務。MPLS的主要優(yōu)點是能夠以無連接方式或者是顯式路由方式提供面向連接的業(yè)務，這種特點使得MPLS尤其適用于動態(tài)隧道技術。而動態(tài)隧道技術是目前支持VPN業(yè)務的有效傳送手段。但目前由于提供基于MPLS的VPN的方式不是惟一的，這使得將它同其它IPOA技術進行比較較為困難。

*OoS方面。IP DiffServ(IP區(qū)分服務)與MPLS有明顯的默契，因為它們的設計中都滿足了業(yè)務提供商的需求。由于標記的擴展語義可以攜帶DiffServ信息，借助于標記與端到端的標記交換路徑及一定的資源預留機制，將可以保證QoS機制在特定MPLS域中的一致性。

三、內嵌MPLS的MSTP技術

1.MPLS在MSTP中的技術實現(xiàn)

內嵌MPLS的基于SDH的MSTP可以利用引入MPLS后增加的封裝開銷，解決現(xiàn)有技術開銷能力不足的問題：同時引入了MPLS協(xié)議簇具有的網絡交換、選路和流量工程等功能，解決現(xiàn)有基于SDH的MSTP節(jié)點承載ETH業(yè)務時應用能力不足的問題。

MPLS標簽位置(圖1)在第二層頭信息與第三層頭信息之間，由4字節(jié)構成。

標簽：標簽真實值，20 bit。

TTL：分組在網絡中生存時間值的編碼，8 bit，分組第一次打標簽時標簽TTL設為IP TTL域的值，當最后一個標簽被彈出堆棧時，將標簽TTL值拷貝到IP TTL域。

服務類型：3bit實驗用bit，可用于QoS。

標簽堆棧指示：1bit，為1時表明本條目為標簽堆棧中最后一條，否則值為0。

烽火通信的Citrans系列MSTP設備，在以太網盤中內嵌了MPLS功能，不僅能靈活地支持數據業(yè)務的調度和組網，而且能有效地保護用戶的原有投資。

2.RPR和MPLS在MSTP中的應用

隨著城域以太網等數據業(yè)務的迅速發(fā)展，以太網技術與光傳送網技術逐漸融合，城域傳送網承載無連接數據分組業(yè)務的需求正在不斷增長。近年來，RPR和MPLS技術已成為城域光傳送網的一個亮點，國內外相關的標準制訂和產品研發(fā)工作進行得如火如荼，兩種技術的融合將更快地促進新一代城域MSTP技術的發(fā)展和應用。