多協(xié)議標(biāo)志交換（MPLS）技術(shù)的分析及應(yīng)用

南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院通信學(xué)院　聶睿瑞

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多協(xié)議標(biāo)志交換（MPLS）技術(shù)的分析及應(yīng)用

南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院通信學(xué)院聶睿瑞

【摘要】MPLS是一種可以在多種第二層媒質(zhì)上進(jìn)行標(biāo)記交換，提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的速率和服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。本文對(duì)其標(biāo)記交換過程進(jìn)行了分析。并根據(jù)MPLS的技術(shù)優(yōu)勢，列舉其在通信網(wǎng)絡(luò)，尤其是在構(gòu)建核心網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】MPLS；標(biāo)記交換；技術(shù)應(yīng)用

0　引言

隨著Internet的不斷發(fā)展，傳輸?shù)男畔⒂晌募魉?、電子郵件等文字信息向以www為代表的圖形、圖像、動(dòng)畫等多媒體信息轉(zhuǎn)變，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、傳輸速率、服務(wù)質(zhì)量提出了更高要求。光纖技術(shù)的革命，尤其是WDM／DWDM的發(fā)展，為網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬帶來了長足發(fā)展，而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和服務(wù)質(zhì)量始終是現(xiàn)代通信網(wǎng)的潛在瓶頸。因此，如何提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的速率和服務(wù)質(zhì)量，以適應(yīng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，已成為業(yè)界關(guān)心的焦點(diǎn)。在現(xiàn)有技術(shù)中，二層交換和三層交換解決了數(shù)據(jù)交換問題，但它們都不能較好的平衡轉(zhuǎn)發(fā)效率和網(wǎng)絡(luò)流量的問題。而結(jié)合IP和ATM技術(shù)的多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)能夠綜合處理這個(gè)問題。

1　MPLS技術(shù)分析

MPLS是一種可以在多個(gè)第二層媒質(zhì)上進(jìn)行標(biāo)記交換的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。MPLS技術(shù)根據(jù)二層交換和三層路由的特點(diǎn)，將二層基礎(chǔ)設(shè)施和三層路由有機(jī)的結(jié)合起來。在MPLS的網(wǎng)絡(luò)邊緣實(shí)施第三層的路由，并在網(wǎng)絡(luò)核心采用了二層交換。它通過在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽交換實(shí)現(xiàn)了包的轉(zhuǎn)發(fā)。在不改變現(xiàn)有路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，能夠在多種第二層的物理媒質(zhì)上進(jìn)行實(shí)施。通過MPLS，第二層技術(shù)可以很好的補(bǔ)充第三層的路由，充分利用第二層良好的流量管理設(shè)計(jì)和第三層“逐跳尋徑（HBH)”靈活性路由，從而實(shí)現(xiàn)端到端的QoS保證[1]。

標(biāo)記交換過程大概分為4個(gè)步驟：

(1)根據(jù)標(biāo)記分配協(xié)議(LDP)以及傳統(tǒng)路由協(xié)議(OSPF)等，在各LSR 中建立標(biāo)記交換轉(zhuǎn)發(fā)表和路由表；

(2)入口處為分組添加標(biāo)記：LER接受IP包，完成第三層功能，判定數(shù)據(jù)分組所屬的FEC，根據(jù)數(shù)據(jù)流的目的地信息等把數(shù)據(jù)流分組頭和固定長度的標(biāo)記進(jìn)行對(duì)應(yīng)。這樣就給IP包加上標(biāo)記形成了MPLS標(biāo)記組；

(3)LSP上的標(biāo)記交換：在MPLS域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)過程中，不再進(jìn)行任何第三層處理。在每一跳中，LSR剝離現(xiàn)有的標(biāo)記，將一個(gè)新的標(biāo)記應(yīng)用于該分組，并告訴下一跳如何轉(zhuǎn)發(fā)它。通過從標(biāo)記建立起來的從網(wǎng)絡(luò)入口到網(wǎng)絡(luò)出口的路徑就是LSP；

(4)出口處為分組剝除標(biāo)記：在MPLS出口的LSR上，將分組中的標(biāo)記去掉后繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

MPLS利用事先分配好的標(biāo)簽，為報(bào)文建立了一條標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)通道。經(jīng)過通道中的每一臺(tái)設(shè)備時(shí)，只需要一次查找即可進(jìn)行快速的標(biāo)簽交換。由此可以看出，MPLS標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)具有更高的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率[2]。

因此，MPLS和目前常用的其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)相比，優(yōu)勢十分明顯，特別是在構(gòu)建核心網(wǎng)絡(luò)時(shí)，例如公司的骨干網(wǎng)、ISP網(wǎng)絡(luò)等[3]。

2　MPLS技術(shù)的應(yīng)用前景

MPLS技術(shù)能夠應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)流量工程、QoS保證、VPN、負(fù)載均衡、阻止循環(huán)、鏈路自愈與恢復(fù)、MPLS組播等方面[4]。

2.1在網(wǎng)絡(luò)流量工程上的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)流量工程的關(guān)鍵在于能夠高效利用網(wǎng)絡(luò)資源以及提高網(wǎng)絡(luò)性能。使用MPLS技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)營運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)流量檢測和資源動(dòng)態(tài)控制。MPLS有兩種路由選擇機(jī)制，逐段轉(zhuǎn)接(hop-by-hop)和顯式路由(explicit routing)。其中逐段轉(zhuǎn)接是一種傳統(tǒng)路由選擇機(jī)制，每個(gè)段上的LSR決定了下一跳的路由。而顯式路由機(jī)制是通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的骨干節(jié)點(diǎn)，或是出入節(jié)點(diǎn)設(shè)置一套中繼流量參數(shù)來計(jì)算顯示路徑，并且通過顯示路徑建立LSP。LSP子序列的路徑使用第一次交換時(shí)選擇的路徑，由LSP進(jìn)行流量的分配。

MPLS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)流量工程，能統(tǒng)計(jì)和監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量。各個(gè)分組不限于按目的地址轉(zhuǎn)發(fā)，可采用手動(dòng)配置或者依據(jù)相關(guān)協(xié)議自動(dòng)改變轉(zhuǎn)發(fā)路徑。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某條鏈路資源發(fā)生擁塞時(shí)，便自動(dòng)的把數(shù)據(jù)包切換到其它相對(duì)空閑的鏈路上。

2.2在VPN領(lǐng)域的應(yīng)用

VPN是一種虛擬專網(wǎng)技術(shù)，它通過公共網(wǎng)絡(luò)將不在相同地點(diǎn)的異地網(wǎng)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。通常分為Dialing-VPN和LAN-to-LAN-VPN兩種。MPLS技術(shù)常應(yīng)用于LAN-to-LAN-VPN中。在基于MPLS技術(shù)的VPN中，每一個(gè)VPN都被指定了一個(gè)路由區(qū)分符(RD)，它是一個(gè)8字節(jié)數(shù)值，全局惟一。在該類型網(wǎng)絡(luò)的每一節(jié)點(diǎn)路由轉(zhuǎn)發(fā)表(VRF)中，包含了由RD以及用戶私有IP地址組合而成的VPN-IP地址，它對(duì)應(yīng)著網(wǎng)絡(luò)中的某一節(jié)點(diǎn)。VPN流一般在MPLS規(guī)定的ISP中進(jìn)行傳輸。在MPIS網(wǎng)絡(luò)中，BGP／MPLS VPN是現(xiàn)在較為常見的MPLS技術(shù)和邊緣網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)相結(jié)合的應(yīng)用案例。將MPLS作為通道實(shí)現(xiàn)報(bào)文的透明傳輸，使用BGP來傳送LDP消息，能夠避免VPN的相關(guān)信息向其他成員泄漏，有效提高了MPLS網(wǎng)絡(luò)安全性能。

2.3在QoS保證中的應(yīng)用

MPLS可以把第三層的數(shù)據(jù)包映射到面向連接的第二層里進(jìn)行傳輸，而二層的傳輸協(xié)議在技術(shù)上支持了QoS的實(shí)施。MPLS為數(shù)據(jù)流定義了不同的粒度，并通過區(qū)分服務(wù)或者資源預(yù)留協(xié)議來實(shí)現(xiàn)QoS，這樣就可以滿足各種業(yè)務(wù)的不同服務(wù)質(zhì)量要求。

在這種類型的網(wǎng)絡(luò)中，一旦數(shù)據(jù)包進(jìn)入了MPLS域，MPLS會(huì)分析IP頭部，把IP包所含信息劃分不同服務(wù)等級(jí)。IP包經(jīng)過分類后，將IP QoS映射為MPLS標(biāo)簽中的QoS域，以流量參數(shù)的形式打包在建立LSP的申請消息中，LSR收到申請消息后會(huì)為不同的業(yè)務(wù)預(yù)留相應(yīng)的資源。ATM網(wǎng)絡(luò)具有較好的QoS，把MPLS和ATM進(jìn)行結(jié)合，在ATMLSR網(wǎng)絡(luò)中，MPLS通道可以直接映射到某條ATM的虛電路上。那么，MPLS標(biāo)記中的QoS信息域就能明確指出需要的是固定比特率(CBR)虛電路或是可變比特率(VBR)虛電路。因此，不論網(wǎng)絡(luò)的核心層是ATM或是IP，不論MPLS在ATM或是路由器中實(shí)施，QoS都可以得到有效保證。

2.4在IP電信網(wǎng)方面的應(yīng)用

中國鐵通公司的IP骨干網(wǎng)采用了MPLS技術(shù)進(jìn)行構(gòu)架。該網(wǎng)使用Cisco公司的12000系列和7000系列的高端路由器組建。鐵通公司在全國各大中城市部署了專用的MPLS VPN路由器，其IP骨干網(wǎng)可以在全國范圍內(nèi)提供相應(yīng)業(yè)務(wù)。這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布置可以更為方便執(zhí)行演進(jìn)策略，鐵通公司能夠根據(jù)客戶需求和公司計(jì)劃逐步推進(jìn)VPN業(yè)務(wù)。盡管未來會(huì)需要更新軟件版本以支持更多的MPLS VPN功能，但通過使用專用的VPN路由器，可使軟件更新不影響網(wǎng)絡(luò)中的其它路由器。

圖1　基于MPLS技術(shù)的電信網(wǎng)

所有MPLS VPN網(wǎng)絡(luò)中的PE路由器都運(yùn)行IBGP以交換VPN的信息，包含有VPN-IP地址、下一跳和標(biāo)記、路由目標(biāo)等。因此所有PE間需通過路由反射技術(shù)進(jìn)行全網(wǎng)狀I(lǐng)BGP連接。中國鐵通公司的IP骨干網(wǎng)采用了專用的VPNRR，該方式具有以下優(yōu)勢：

(1)僅PE必須和VPN-RR對(duì)應(yīng)，使得VPN-RR的擴(kuò)展性更好。

(2)骨干網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化對(duì)VPN-RR無影響，而且VPN內(nèi)部需求的改變也不會(huì)對(duì)骨干網(wǎng)中的RR產(chǎn)生影響。

(3)VPN-RR的配置具有很好的靈活性，在MPLS VPN的發(fā)展初期，只需要少量的VPN-RR。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到非常大的規(guī)模時(shí)，則采用多RR組，各RR組僅對(duì)某個(gè)特定的MPLS VPN組進(jìn)行服務(wù)。

3　結(jié)語

MPLS技術(shù)使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，無需大規(guī)模增加投資，便能優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能、提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。采用MPLS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的VPN網(wǎng)絡(luò)可以滿足大部分企事業(yè)單位的遠(yuǎn)程辦公本地化，可以滿足通信網(wǎng)絡(luò)中語音、數(shù)據(jù)和視頻的個(gè)性化。MPLS技術(shù)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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