新一代MSTP技术及其应用(MPLS)

新一代MSTP技术及其应用

一、新一代MSTP技术的产生背景

多业务传送平台（MSTP）是指基于SDH、同时实现TDM、ATM、IP等业务接入、处理和传送，提供统一网管的多业务传送平台。作为传送网解决方案，MSTP伴随着电信网络的发展和技术进步，经历了从支持以太网透传的第一代MSTP到支持二层交换的第二代MSTP再到当前支持以太网业务QoS的新一代（第三代）MSTP的发展历程。

第一代MSTP。第一代MSTP以支持以太网透传为主要特征。以太网透传功能是指将来自以太网接口的信号不经过二层交换，直接映射到SDH的虚容器(VC)中，然后通过SDH设备进行点到点传送。第一代MSTP保证以太网业务的透明性，包括以太网MAC帧，VLAN标记等的透明传送。以太网透传业务保护直接利用SDH提供的物理层保护。第一代MSTP的缺点在于：不提供以太网业务层保护；支持的业务带宽粒度受限于SDH的虚容器，最小为2Mbps；不提供不同以太网业务的QoS区分；不提供流量控制；不提供多个业务流的统计复用和带宽共享；不提供业务层(MAC层)上的多用户隔离。第一代MSTP在支持数据业务时的不适应性导致了第二代MSTP解决方案的产生。

第二代MSTP。第二代MSTP以支持二层交换为主要特点。MSTP以太网二层交换功能是指在一个或多个用户以太网接口与一个或多个独立的基于SDH虚容器的点对点链路之间，实现基于以太网链路层的数据帧交换。第二代MSTP保证以太网业务的透明性，以太网数据帧的封装采用GFP/LAPS或PPP协议；传输链路带宽可配置，数据帧的映射采用VC通道

的相邻级联/虚级联或ML-PPP协议来保证数据帧在传输过程中的完整性；实现转发/过滤以太网数据帧的功能；提供自学习和静态配置两种可选方式维护MAC地址表；支持IEEE802.1d生成树协议STP；支持流量控制，包括半双工模式下背压机制和全双工模式下802.3x Pause帧机制。

第二代MSTP相对于第一代MSTP的优势主要在多用户/业务的带宽共享和隔离方面，包括：提供基于802.3x的流量控制；提供业务层上的多用户隔离和VLAN划分；提供基于STP/RSTP等的以太网业务层保护倒换；一些还提供基于802.1p的优先级转发。但是，第二代MSTP的缺点也是明显的，包括：不提供QoS支持；基于STP/RSTP的业务层保护倒换时间太慢；所提供的业务带宽粒度受限于VC，一般最小为2Mbps；VLAN的4096地址空间使其在核心节点的扩展能力很受限制，不适合大型城域公网应用；节点处在环上不同位置时，其业务的接入是不公平的；MAC地址的学习/维护以及MAC地址表影响系统性能；基于802.3x的流量控制只是针对点到点链路，不能提供端到端的流量控制；多用户/业务的带宽共享是对本地接口而言，还不能对整个环业务进行共享。

第三代MSTP技术的诞生。第三代MSTP技术以支持以太网业务QoS为特色。它的诞生主要源于克服现有MSTP技术所存在的缺陷。从现有MSTP 技术对以太网业务的支持上看，不能提供良好QoS支持的一个主要原因是现有的以太网技术是无连接的，尚没有足够QoS处理能力，为了能够将真正QoS引入以太网业务，需要在以太网和SDH/SONET间引入一个中间的智能适配层来处理以太网业务的QoS要求。由此，以多协议标记交换（MPLS）为技术特点的新一代MSTP技术——第三代MSTP技术应运而生。

二、第三代MSTP技术——MPLS

多协议标记交换（MPLS）是一种可在多种第二层媒质上进行标记交换的网络技术。它吸取了ATM高速交换的优点，把面向连接引入控制，是个介于2~3层的2.5层协议。它结合了第二层交换和第三层路由的特点，将第二层的基础设施和第三层的路由有机地结合起来。第三层的路由在网络的边缘实施，而在MPLS的网络核心采用第二层交换。

1、基本原理

在基于MPLS的第三代MSTP网络中，当IP 数据包进入网络时，由网络标记边缘路由器LER 对IP包头的信息进行分析，并且按它的目的地址和业务等级加以区分，通过转发等价类FEC将输入的数据流映射到一条LSP上，如此，FEC定义了一组沿着同一条路径、有相同处理过程的数据包。IP数据包分配到一个FEC后，LER就根据标记信息库LIB为其生成一个标记。通常，MPLS标记由32位组成，其中：20比特确定标记值、3比特的试验域EXP、1比特的栈底标志S和8比特的生存时间TTL，如图1所示。

标记信息库将每一个FEC都映射到LSP下一跳的标记上。转发数据包时，LER检查标记信息库中的FEC，然后将数据包用LSP的标记封装，从标记信息库所规定的下一个接口发送出去。当一个带有标记的包到达核心标记交换路由器LSR时，LSR提取入局标记，同时以它作为索引在标记信息库中查找。当LSR找到相关信息后，取出出局的标记，并由出局标记代

替入局标签，从标记信息库中所描述的下一跳接口送出数据包。当IP数据包到达MPLS域的另一端、并要退出MPLS网络时，位于此处的LER再剥去数据包的封装标记，并继续按照IP数据包的路由方式到达目的地。图2是MPLS的标记分组转发示意图。

2、网络结构

基于MPLS的第三代MSTP网络分为两层：边缘层和核心层，如图3所示。其中，边缘层完成IP数据包的分类、过滤、安全和转发功能，同时将IP数据包转换为采用标记标识的流连接，提供服务质量、流量控制、虚拟专网、组播等功能，针对不同的流连接，MPLS边缘节点采用标记分配协议LDP进行标记分配/绑定，LDP具有标记指定、分配和撤消的功能，它在MPLS网内分布和传递。而在MPLS的核心层同样需要LDP，但它只提供高速的标记交换，面向连接的服务质量、流量工程、组播控制等功能。这里尤其值得注意的是，MPLS网络采用了许多ATM的思想，如ATM 的服务质量分类和控制机制等。如果采用ATM作为MPLS的连接基础，那么MPLS 实际上可以继承ATM的诸多好处。

3、技术特点

MPLS技术结合了第二层交换和第三层路由的特点，将第二层的基础设施和第三层的路由有机地结合起来；第三层路由在网络的边缘实施，而第二层交换则由MPLS网络的核心完成。这使得基于MPLS的第三代MSTP网络具有以下技术特点：

1) 网络中的分组转发基于定长标签，简化了转发机制，使得转发路由器容量很容易扩展到大比特级；

2) 充分利用原有IP路由，并加以改进，保证了MPLS网络路由具有灵活性；

3) 利用ATM的高效传输交换方式，同时抛弃了复杂的ATM信令，无缝地将IP技术优点融合到ATM的高效硬件转发中；

4) 数据传输和路由计算分开，是一种面向连接的传输技术，能够提供有效的QoS保证；

5) 不但支持多种网络层技术，而且是一种与链路层无关的技术，它同时支持X.25、帧中继、ATM、PPP、SDH、DWDM……，保证了多种网络的互连互通，使得各种不同的网络传输技术统一在同一个MPLS平台上；

6) 支持大规模层次化的网络拓扑结构，具有良好的网络扩展性；

7) 标签合并机制支持不同数据流的合并传输；