IP_网络发展：从MPLS_到SR

通信网络技术ＤＯＩ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０２３．０４．０３９
IP网络发展：从MPLS到SR
张　博
（中国联合网络通信有限公司沈阳市分公司，辽宁沈阳110002）
摘要：随着IP网络的不断发展，越来越多的人开始关注并选择在这个互联网时代通过各种渠道获取自己想要得到的信息资源。

从2015年起，IP网络逐渐成为人们使用的主要媒介。

以段路由（Segment Routing，SR）作为研究对象，分析了其发展现状及趋势。

SR是一种基于节点转发的新型网络结构，它将传统的骨干网和接入层进行分离，使得每一个节点都可以独立完成数据传输任务。

同时，为了提高传输效率、降低成本、减少对用户终端设备的依赖性，骨干网采用了扁平化设计，即将所有的设备都集中放置于同一个空间内，这样就能够有效避免设备之间相互影响，也便于管理维护。

关键词：IP网络；多协议标签交换（MPLS）；段路由（SR）
On the Development of IP Network: From MPLS to SR
ZHANG Bo
(China United Network Communications Co., Ltd., Shenyang Branch, Shenyang 110002, China) Abstract: With the continuous development of IP network, more and more people begin to pay attention to and choose to obtain the information resources they want through various channels in this Internet era. Since 2015, IP network has gradually become the main medium for people to use. This paper takes Segment Routing (SR) as the research object, and analyzes its development status and trend. SR is a new network structure based on node forwarding, which separates the traditional backbone network from the access layer, so that each node can independently complete the data transmission task. At the same time, in order to improve transmission efficiency, reduce costs and dependence on user terminal equipment, the backbone network adopts a flat design, that is, all devices are centralized in the same space, which can effectively avoid mutual influence between devices and facilitate management and maintenance.
Keywords: IP network; Multiprotocol Label Switching (MPLS); Segment Routing (SR)
0　引　言
IP网络是由互联网络组成的一种新型网络体系结构，是以传输控制协议/因特网协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）作为核心技术，利用网络互联设备将分散于世界各地的计算机连接到同一个大型数据中心，形成全球范围内的高速数据传输网，同时通过各种类型的服务器和工作站为用户提供一个安全可靠的网络环境。

IP网络是基于分组传送网发展而来的，其基本结构包括接入层、汇聚层、核心层、接入终端设备、骨干链路、管理控制平台、业务控制系统、网络管理中心以及用户服务系统等部分。

在IP网络体系结构中，每一层都有自己独立的地址空间，并且可以根据需要进行划分，从而使得各类信息资源能够按照一定的规则分布在各个层次上，最终达到了资源共享。

IP网络具有开放性特点，还支持多种通信协议，如以太网、异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）、帧中继以及卫星通信等。

1　IP网络发展历程概述
IP网络是一种基于互联网的新型网络架构，具有开放性和兼容性强等特点，能够实现跨地域、跨系统间的互联互通，同时还具备灵活性高、可扩展性好以及成本低等优点。

在这个过程中，用户可以通过各种终端设备与其他人进行信息交流，并且也可以将自己所需要的数据传输给对方，这样就形成了一个完整的通信网。

随着技术水平的不断提高，人们已经开始利用网络来构建自身的虚拟世界，使得网络应用范围越来越广。

IP网络主要由3个部分组成，分别为核心层、接入层以及传输层。

其中，核心层负责整个网络的运行，其功能较为简单，只是对一些基本的业务进行处理，但是却起到至关重要的作用。

接入层是指对各个设备之间进行连接，进而完成相应的工作。

传输层则是对这些设备进行有效的管理，以便于更好地发挥出其作用[1]。

IP网络的核心层设备包括核心交换机、路由器、防火墙以及网关等，这些设备都有各自不同的特性，要想保证各类设备的独立性和可靠性，必须要做好以下几方面的工作。

首先就是要确保每台设备都拥有较
收稿日期：2022-12-23
作者简介：张　博（1990—），男，辽宁沈阳人，本科，主要研究方向为网络通信。

·　１２２　·
强的独立性，即所有设备都应该保持良好的状态，不允许出现任何故障。

其次就是要保障每台设备都具有良好的冗余度，即当发生问题时，不会影响其他设备的正常使用。

最后就是要保障每台设备都具有良好的安全性，即当有攻击者入侵时，不会造成严重后果[2]。

在实际应用过程中，可以通过多种方式来实现这一目标。

例如，可以采用双平面组网模式，也就是将2个相互连接的平面放置于同一个机房内，这样就能够使得2台设备之间形成一个完整的环路。

如果是多条线路同时运行的话，则需要对这些线路进行合理划分，以便为后续维护提供便利。

此外，还可以采取分层结构，即将不同层次的设备分别放置在不同区域，并且每一层的设备都会与下一层的设备相连接，以此来达到保护目的[3]。

2　传统IP/MPLS网络存在的弊端分析
在多协议标签交换（Multiprotocol Label Switching，MPLS）中，为了实现不同用户之间的互联互通、降低运营成本和提高业务质量，需要根据实际情况进行差异化服务设计。

但是由于各国国情不一，导致其在提供差异化服务时也会出现一些问题[4]。

中国的互联网企业还没有完全掌握基于TCP/用户数据保协议（User Datagram Protocol，UDP）的大容量交叉连接，只能通过增加切片来实现大容量的数据传输，这种方式虽然能够有效减少通信开销，但是却会带来很大的安全隐患。

目前，国内外已经有很多研究人员对此展开了深入研究，并且取得了一定成果。

在此基础上可以看出，传统IP网络体系结构中，语音业务主要以点对点传输方式进行传送，这样就导致了语音业务量较少、效率不高，同时由于语音业务量小，其可靠性和稳定性都比较差。

随着科学技术水平不断提高，人们逐渐认识到了IP网络体系结构的优势所在，于是提出了一系列新的解决方案，其中最为典型的就是第六版互联网协议（Internet Protocol Version 6，IPv6）。

IPv6是指将IP地址与相应的端口号绑定后，利用IP协议将语音业务封装成一个个独立的模块，然后再将这些模块按照特定的顺序组合成完整的语音业务，最后再将每个模块打包成一个文件发送到服务器进行处理。

该技术不仅大大降低了语音业务的传输时延，而且还极大地提高了整个系统的运行速度，使得语音业务的传输质量得到大幅度提升，进而为用户提供更加优质的服务体验。

但是在实际应用中，由于其建设成本较高、新增核心网所需时间较长等原因，导致其并未能够广泛应用于我国的通信行业中。

因此，如何有效地对现有的IP/MPLS网络进行优化升级就成为当前研究人员需要重点关注的问题之一。

针对上述情况，可以通过以下几种方式来实现IP/MPLS网络的改进：（1）采用基于Fallback机制的“多跳”策略；（2）采用基于Fallback机制的“单跳”策略；（3）采用基于软件定义网络（Software Defined Network，SDN）技术的“双跳”策略；（4）采用基于OpenFlow协议的“三跳”策略。

其中，第1种是指将原有的有线和无线网络统一成一个整体，这样不仅可以大幅降低网络的复杂程度，同时也可以大大降低网络的维护难度，提高网络的可靠性与稳定性。

第2种则是指利用云计算技术，构建出一整套的虚拟化平台，然后再借助该套平台来实现不同终端设备之间的数据传输，最终达到资源共享的目的[5]。

3　IP/SR网络的诞生和发展历程
段路由（Segment Routing，SR）是一种基于以太网技术的新型网络架构。

针对MPLS存在的弊端，在原有基础上提出了新一代的IP/SR网络体系结构。

该体系结构采用分层设计思想,将整个网络分为3层，分别为核心层、汇聚层以及接入层。

其中，核心层负责提供数据转发功能，并且通过多条链路与其他2层进行通信，以保证各类业务能够顺利实现，这样就形成了一个具有高度可编程、灵活性强等特点的全新网络体系结构，即可编程互联网络。

它采用分层结构设计，每个层次都有自己独特的功能，能够保证数据安全可靠地传送。

首先，它利用网络上的各种信息技术建立起一个相互连接、彼此独立的逻辑信道，然后再将这些信道按照一定的规则组合成一个完整的报文，以便于发送者或接收者及时准确地获取信息。

同时，该协议还提供了多种不同格式的传输模式，使得整个传输过程更加简单方便，提高了传输速率。

其次，由于IP/SR网络是一种基于IP 技术的新型网络架构，因此它可以实现对不同类型数据包的高效处理，而不需要任何额外的硬件设备。

此外，它也具备很强的可扩展性，只要通过相应的软件平台即可轻松构建出一个完全自主可控的IP/SR网络，因此既可以满足用户日益增长的业务需求，又可以为用户带来极大的经济效益。

最后，在IP/SR网络结构中，每个节点都有自己独特的标识符来区分自身与其他节点之间的关系，并且这种标识符具有唯一性、不可更改性等特点，这样就保证了各个节点能够根据各自的实际情况选择合适的“标签”进行信息交换。

正是由于IP/SR网络具备上述优点，才使得其成为当前最为流行的网络体系之一。

·　１２３　·
随着互联网的不断深入发展，人们开始将目光转向更加广阔的领域，即云计算。

云计算技术与传统计算机技术相比具有数据处理能力强大、存储容量大、处理速度快、可编程性好以及可拓展性高等优势，使其得到广泛应用。

在云计算技术的支持下，SR技术应运而生并迅速发展起来。

目前，SR主要应用于以下几方面：（1）数据存储方面，通过对海量信息进行分析，利用计算机来实现快速高效的存储；（2）虚拟化方面，通过构建虚拟机或是集群，提高系统运行效率；（3）负载均衡方面，通过优化服务器性能，降低整体成本；（4）云计算方面，通过云计算技术部署分布式计算平台，为用户提供服务。

4　IP网络的优化发展和趋势分析
4.1　优化技术举例
4.1.1　基于IP的多业务融合
随着互联网向移动端的延伸，各种各样的新业务不断涌现，传统的单一化服务已经无法满足用户的多样化需求，因此需要通过多种不同的方式来实现对用户的个性化定制、精准推送等。

例如，在当前的数字电视领域中，可以将其与视频会议相结合，利用视频会议平台进行多点接入，并且能够根据不同的会议场景提供相应的解决方案。

还有一种方式是采用先进视频会议系统与其他设备进行连接，虽然具有一定的优势，但是也存在着一些不足之处，如带宽较低、成本高昂以及安全性差等问题。

针对这些问题，就要充分发挥出先进视频会议系统的优点，结合实际情况进行合理设计，使得各个系统之间相互配合，共同为客户提供优质服务。

4.1.2　灵活的组网模式
目前，我国已经有了很多成熟的视频会议系统，如华为公司研发的i Pad视频会议系统、中兴通讯公司研发的ZTE-V3视频会议系统等，它们都有着各自的特点。

其中，华为公司研发的i Pad视频会议系统主要应用于企业内部，中兴通讯公司研发的ZTE-V3视频会议系统则可以实现远程办公。

在这2种视频会议系统中，都采用了多种不同类型的设备来完成相关工作，并且还能够对各种设备的功能加以区分。

另外，通过使用该系统不仅能够提高工作人员的效率，同时也降低了运营商的投资风险。

4.1.3　完善的通信软件
随着科学技术水平不断提高，人们越来越重视信息化建设工作，这也给视频会议系统带来了新的机遇与挑战。

为了更好地提升用户体验感，需要加强对视频会议系统的管理工作，确保视频会议系统的运行稳定性以及安全性。

目前，国内外很多企业都已经开始研发出多种多样的视频会议系统，但是由于各类软件功能不统一、界面设计不合理等问题，使得整个系统无法发挥应有作用，进而降低了整体通话质量。

因此，要想保证通话质量就必须加大力度开发新的软件，例如采用先进的云计算技术来进行数据存储，这样不仅可以有效减少后期维护成本，还可以保证通话质量。

4.2　发展趋势
IP网络技术在未来将会得到进一步完善与创新，而且还会朝着智能化、集成化等方面发展。

首先，将视频会议系统中的音视频数据传输至云端服务器，然后再利用软件来处理这些信息；其次，利用网络视频会议系统的通信功能，使得每个参与者都能够实时共享自己的语音及视频图像，这样就会大大降低通话质量问题出现的概率；最后，利用网络视频会议系统的远程控制功能，让所有人都能够享受到最优质的服务，同时降低了通话质量问题发生的可能性。

例如，可以通过云端服务器对云终端设备进行远程操控，并将相关指令传送给云端服务器，由云平台负责接收，并将结果反馈给用户。

当然，也可采用其他方式，如使用无线通信设备，将云端服务器进行连接，进而完成相应的操作。

5　结　论
在未来的5G时代中，将迎来一个全新的通信技术革命和产业变革时期。

作为一种新型的网络架构，IP网络将会以更加开放的姿态与各类应用场景进行深度结合，为用户提供更为丰富多样化的接入方式，更好地满足用户对于数据传输质量和效率等方面的需求。

同时，也会进一步促进移动互联网向其他领域渗透，使得人们能够随时随地享受到各种各样的增值服务。

参考文献：
[1] 何晓明，杨广铭，刘志华.SR与LDP互操作研
究[J].移动通信，2019，43（2）：81-87.
[2] 高晓敏，刘雪晶，李佳伟，等.SR软件路由器
的设计与实现[J].电信科学，2017，33（2）：104-112.
[3] 曹忠波.基于MPLS的电信级综合宽带IP城域
网规划设计[D].北京：北京邮电大学，2014. [4] 何　娜.7750SR路由器CDMA网络中的故障处
理方法研究[D].北京：北京邮电大学，2014. [5] 马晨晖.SRv6技术在的IP专线场景的应用
探讨[J].电脑知识与技术，2021，17（14）：24-25.
·　１２４　·。