多协议标签交换技术(1)

——近十年来，传统语音业务的年增长率只有5～10％，而以Internet为代表的数据业务的年增长率为20％～30％。

数据通信业务量如此高速、持续增长的最直接动力来自于Internet业务量持续的指数增长。

它给整个网络的技术模式、整体架构乃至当今知识经济的内涵带来了深远的影响。

——目前宽带网络的业务节点有两类：ATM交换机与路由器。

两者都属于分组模式，但是连接模式是不同的。

ATM是面向连接的异步传送模式；路由器是无连接模式。

连接模式上的不同导致业务节点实现方式、组网形态、业务能力上的很大差异。

骨干核心网是整个信息网络结构的基础，它必须具备高速的数据传输能力、良好的可扩展性及精确完善的服务质量保证等功能。

随着在公网和专网上基于IP的网络和基于IP的业务量的快速增长，如何实现IP业务在ATM上的有效传输成为迫切需要解决的问题。

目前，根据实际技术产品的发展，IP与ATM技术之争终于达成了一个共识，即采用带有MPLS（Multi-protocolLabelSwitching）功能的IP路由器和带有MPLS功能的ATM交换机组建未来宽带综合业务通信网。

——IP数据包通过路由器进入ATM骨干网后，为避免在ATM网中形成过多的SVC （虚通道），可采用多协议标签交换技术（MPLS）；采用带MPLS功能的ATM交换机。

为了使未来网络可以支持各种协议类型的业务和能够与其它任何专用网络有效互联，MPLS组网技术是实现IPoverATM的技术方案，MPLS把第2层交换与第3层路由和网络业务组合在一起，从而可望减少复杂性和其它IPoverATM方案的成本。

1MPLS的基本原理——旨在简化路由器入口处对网络层帧头的分析过程和FEC （ForwardingEquivalenceClasses）分配功能的过程，改善选路的性能和成本。

尽管MPLS面向多协议，然而它主要还是支持IP协议。

在传统IP转发机制中，每个路由器首先分析包含在每个分组头中的信息，然后解析分组头、提取目的地址、查询路由表、决定下一转接点的地址、计算帧头的校验、递减TTL、完成合适的出口链路层封装，最后发送分组。

这个过程可以被大大简化或由MPD来取代。

——MPLS网络采用标准分组处理方式对第三层的分组进行转发、采用标签交换对第二层分组进行交换。

在MPLS中，从IP包到FEC的映射只在LSR（标签交换路由器）入口处进行此操作，而且FEC被转换成一个固定长度的标签。

标签被粘贴在IP包头上。

入口路由器不是将FEC映射到下一节点的路由器，而是在分组上添加表示分组归属FEC的一个标签。

在下一节点的路由器上，因为分组已经与FEC关联，所以没有必要再检查网络层的帧头。

MPLS是通过：1）在分组上添加表示分组归属的FEC关联标签，2）使用标签值转发分组；3）检索一个包含出口和新标签的连接表并用新标签替换旧标签三步来完成标签交换的。

标签是局部有效的且表达了分组转发的全部行为。

执行了标签绑定的数据包按照标签交换路径（LSP）来转发分组。

通常LSP的建立使用如OSPF、BGP等常规的IP选路协议。

另外MPLS可运行在任何链路层上，例如ATM、帧中继或点到点（PPP）协议。

——图1描述了在ATM上运行MPLS协议的结构。

MPLS协议的要素有LDP（Labeldistributionprotocol）、LIB（LabelInformationBase）。

LDP将在下面讨论。

LIB和FIB分别是标签上包含标签绑定信息和转发信息的信息库。

——MPLS没有采用ATM寻址、ATM选路的ATM协议，而采用了IP寻址、动态IP 选路和标签分发协议（LDP），其中LDP把FEC转换成标签而后形成LSP。

通常。

MPLS只涉及创建和分发FEC／标签绑定信息，这样就可以通过一个网络的默认或非默认路径更有效地转发IP业务量。

2MPLS的核心技术和主要组件——（1）标签交换路由器——标签交换路由器（LSR）类似一个通用IP交换机，它具有第三层转发分组和第二层交换分组的功能，它也能运行传统IP选路协议并可执行一个特殊控制协议与相邻的LSR协调FEC／标签的绑定信息。

——ATM交换机可做为标签交换节点，叫作ATM-LSR。

由它作出转发决定，并将标签在ATM信元头的VCI／VPI域中传输。

为了支持标签交换。

ATM-LSR必须支持标签交换的标签分发协议（LDP）和网络层选路协议的OSPF等诸如此类的控制和信令协议。

不再需要ATM专用的选路和寻址功能。

在两个ATM-LSR之间，必须建立一个用于LDP控制信令的专用ATM虚连接（专用的VPI／VCI）。

同样，像在传统的LSR中一样，也可以将OSPF、RSVP、PIM等方法用于标签分发。

一个ATM-LSR可以在VPI、VCI或VPI／VCI域上执行标签交换，这依赖于是否使用VC或VP的流归并（streammerge）。

两个对等的ATM-LSR可以直接通过一个ATM链路相连，也可以从远端通过一个ATM网络连接ATM网络连接ATM虚连接。

在后一种情况下就不得不由ATM信令来传输标签绑定信令信息。

——（2）标签——标签是一个包含在每个分组中的短固定长度的数值，用于通过网络转发分组。

一对LSR必须在标签的数值和意义上一致。

例如，下行LSR会给上行LSR发送一个特定标签X，代表一个特定的称作A的FEC。

于是，一个标签只在一对正在通信的LSR之间起作用，并用来表示属于一个从上行LSR流向下行LSR的特定FEC的分组。

MPLS可以支持添加到现有的帧或分组结构（如以太网、PPP）的标签，也可以利用包含在数据链路层（如：帧中继、ATM）中的标签结构。

——标签的格式取决于分组封装所在的介质。

例如，ATM封装的分组（信元）采用VPI和／或VCI数值作为标签，而帧中继PDU采用DLCI作为标签。

对于那些没有内在标签结构的介质封装，则采用一个特殊的数值填充。

图2给出4bytes 填充标签的格式，它包含一个20bits的标签值、一个3bits的CoS值、一个1bit 的堆栈标识符和一个8bits的TTL值。

此外，如果填充值被插入到一个PPP或以太网帧中，包含在各帧头中的一个协议ID（或以太网类型）表示一个帧或者一个MPLS单播或组播帧。

——（3）标签交换机制——MPLS采用的第三个核心技术是转发机制，即标签交换。

从典型的帧中继和ATM的性能和容量来看。

实现标签交换是个快速和简单的转发过程。

没有必要像传统IP选路那样分析分组头中的变长部分。

标签作为一个整体（也可能是标签中附加的字段，如TTL和CoS）由交换机组件处理，即使一个分组包含一个多级的标签栈，MPLS设备只负责处理栈中的顶部标签。

——沿着一个LSP转发分组的过程是：在LSP入口处，在分组上帖一个标签，生产一个深度为M的标签堆栈栈。

在LSP上的中间MPLS节点接收和处理这个分组。

只有堆栈的顶部标签被处理，并与对应于下一节点的下行LSR的新标签进行交换。

出口LSP的LSR根据堆栈中的下一个标签的内容作出转发的决定。

这意味着LSR出口只需要弹栈就可以得到栈中的下一个标签。

如果出口节点告诉仅次于最后一个LSR弹栈，就可以获得一个更好的优化方案，称作倒数第二跳弹栈。

然后分组到达出口MPLS设备并携带用于转发分组的已经在堆栈中顶部的标签。

这样就节省了出口设备必须处理未必有用的标签表查询时间。

——（4）标签分发——MPLS的第四个核心技术是标签分发：分发FEC／标签绑定信息的过程，目的是为了形成一个标签交换路径（LSP）。

有几种模式可用来实现标签分发，如下游请求的标签分发模式。

另外现有的IP协议，如RSVP和BGP也可用于标签分发。

即可通过一个标签分发协议（LDP）来完成，或者在现有控制协议中传输FEC／标签绑定信息。

使用LDP作为MPLS的信令协议，提供标准的MPLS信令机制分配和分发标签。

MPLS使用LDP建立LIB信息库，并在相应的出口／入口LSR之间建立LSP连接。

LDP主要运行在可靠的TCP连接上（除非使用UDP）。

LDP主要执行4个操作：——*发现（Discovery）：发布并维护网络中的LSR。

——*会晤（Session）：建立和保持两个对等LDP之间的会晤。

——*广告（Advertisement）：执行标签的分配和传播（allocationanddistribution）——*通知（Notification）：通告差错信息。

——对下行LSR而言，基本的操作包括分配标签和分发FEC／标签绑定信息给相临的上行LSR。

在这种情况下，其中FEC对应一个由一个动态选路协议分发的地址前缀。

LDP映射信息可以从任何本地LSR（独立的LSP控制）发起，或者从出口LSR（排序的LSP控制）发起，井从下行LSR流向上行LSR。

一个特定数据流的到达、一个资源建立信息（如RSVP）或选路更新信息都可以触发交换LDP信息。

一旦一对LSR交换用于一个特定FEC的LDP信息，每个LSR关联它们LIB 中的入口标签与一个对应的出口标签，之后就形成了一个从入口到出口的LSP。

其中，独立的LSP控制是这样一种情况：一个LSR绑定一个标签到FEC并告知综的LSR邻居这一绑定信息；排序的LSP控制只发生在LSR绑定一个标签到一个FEC的时候，排序的LSP控制用于建立一个非默认特性的路径。

有两个非默认特性路径的例子，一个是经过一个特定顺序节点的路径，另一个是必须没有环路的路径。

MPLS体系结构具有支持独立和排序的LSP控制的能力。

——建立MPLS的LSP，有三种方式：特定数据流的到达（流驱动）、资源预留协议（RSVP）或者选路表更新信息（拓扑驱动）。

考虑到这一事实，可扩展性是最主要的要求之一以及MPLS是为特大型IP网络而设计的，因而基于路由的方案是最有可能被普遍采用的。

图3表示在一对LSR之间路由表更新信息如何启动FEC／标签绑定信息的交换过程。

当LSR＃2收到选路表更新信息时，触发计算新路径的过程，由此在路由表（FIB）中进行添加或修改，并且对于每个FEC（这种情况下为地址前缀）在入口端上分配一个标签并放置在标签信息库（LIB）中。

这个标签和相关联的FEC就与上行的LSR＃1通过LDP进行通信，而后LSR＃1将这一标签放置在它的LIB中相应的出口端上。