第六章 IP交换与MPLS交换技术
MPLS原理作用
MPLS原理作用MPLS（多协议标记交换）是一种在数据传输网络中提供高效、可靠的数据传输的技术。
它基于标记交换的原理，能够在网络中为数据包分配和转发标记，并根据这些标记来进行数据传输和路由选择，提高数据传输的速度、可扩展性和可靠性。
MPLS的原理作用可以从以下几个方面来解释：1.分组交换：传统的网络技术如IP或以太网是基于分组交换的，数据包被分割成固定长度的小块进行传输。
而MPLS可以将不同类型的数据包进行分组，使用标记将这些分组进行包装，然后进行转发。
这样可以提高数据传输的速度和效率，减少传输延迟。
2.路由选择：MPLS可以根据标记来选择网络中最优的路径进行数据传输。
每个数据包在进入MPLS网络时，会被分配一个标记，这个标记将决定数据包的转发路径。
而传统的IP路由选择是基于IP地址的，MPLS 通过引入标记可以实现更灵活和高效的路由选择，提高网络的可扩展性和容错性。
3. 服务质量（Quality of Service，QoS）：MPLS可以通过引入标记来实现不同类型的数据包的优先级传输。
标记可以用来指示数据包的重要程度或者需要的服务质量。
这样可以在网络中实现不同服务级别的差异化传输，保证重要数据的优先传输和低延迟，提高用户体验。
4. 虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）：MPLS可以用于搭建虚拟专用网络，实现不同机构或用户之间的互联。
通过在MPLS网络中为不同用户的数据包分配不同的标记，可以将不同用户的数据包进行隔离，保证数据的安全性和隐私性。
同时，MPLS可以为不同用户提供不同的服务质量和带宽，实现定制化的网络服务。
5.网络运营简化：MPLS可以简化网络的管理和运营。
传统的IP网络需要对每个数据包进行路由选择和转发，而MPLS可以通过引入标记来进行数据转发和路由选择的优化。
这样可以减轻网络设备的负载，提高网络的吞吐量和可扩展性。
同时，MPLS还可以提供网络中的故障检测和恢复机制，保证数据的可靠传输。
北邮交换原理总复习
交换的基本概念
各种交换方式的特点 ○ （电路交换、分组交换、帧中继、ATM交换）
交换系统的基本结构和功能
通信网的分层结构
重点概念： ○ 面向连接方式与无连接方式 ○ 同步时分复用与异步时分复用 ○ 固定分配带宽与动态分配带宽
2
Hale Waihona Puke TST CLOS BANYAN
（复 络
第 阻 无 特 三 指 交 法 描
ATM的基本原理
ATM信元及其结构 异步时分复用 面向连接的工作方式 ATM协议结构
ATM交换技术
交换原理 交换结构 缓冲机制
第6章 IP交换
01 重叠模式与集成模式的特点 02 MPLS交换原理（特点）
第7章 软交换
软交换产生的背景
单击此处添加正文，文字是 您思想的提炼，请尽量言简
意赅地阐述观点。
软交换的特点
单击此处添加正文，文字是
3
您思想的提炼，请尽量言简
意赅地阐述观点。
1 2
软交换体系结构
四层结构 各功能层功能及典型设备
的工作原理 控制系统多处理机的工作
方式 程控交换软件系统的特点 呼叫处理的基本原理
第4章 信令系 统
什么是信令 随路信令和公共信
道信令的特点
什么是信令方式 No.7信令协议栈结
构及其应用
第5章 综合业务交换
ISDN的三个基本特征
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果， 请言简意赅地阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信 息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提 炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。正如我们都 希望改变世界，希望给别人带去光明，但更多时候我们只需要播下一颗 种子，自然有微风吹拂，雨露滋养。恰如其分地表达观点，往往事半功 倍。当您的内容到达这个限度时，或许已经不纯粹作用于演示，极大可 能运用于阅读领域；无论是传播观点、知识分享还是汇报工作，内容的 详尽固然重要，但请一定注意信息框架的清晰，这样才能使内容层次分 明，页面简洁易读。如果您的内容确实非常重要又难以精简，也请使用 分段处理，对内容进行简单的梳理和提炼，这样会使逻辑框架相对清晰。
简述mpls的工作原理
MPLS的工作原理1. 简介多协议标签交换（Multiprotocol Label Switching，MPLS）是一种基于标签的转发技术，它将数据包与特定的标签关联，并使用这些标签来进行高效的路由和转发。
MPLS在传输层和网络层之间提供了一种灵活、可靠和高效的网络传输机制。
MPLS最初是为了解决传统IP路由协议（如OSPF、BGP）在大规模网络中存在的性能问题而设计的。
它通过引入标签来替代传统IP路由中的长地址，从而降低了路由表的大小和复杂度，提高了路由查找和转发速度。
本文将详细解释MPLS的工作原理，包括标签分配与交换、数据包转发以及MPLS VPN等方面。
2. 标签分配与交换在MPLS网络中，每个数据包都会被赋予一个唯一的标签。
这个标签是在源节点上分配并与该数据包关联的，在整个路径上保持不变，直到到达目标节点。
下面是标签分配与交换的基本原理：2.1 标签分配当一个数据包进入MPLS域时，源节点会为该数据包分配一个新的标签。
这个标签可以基于源节点的本地路由表进行分配，也可以通过与其他节点交换信息来获得。
2.2 标签交换一旦数据包被赋予了标签，它将会在MPLS网络中被交换。
每个MPLS节点都会根据数据包的标签来决定下一跳的出接口，并将该标签附加到转发的数据包上。
2.3 标签堆栈在MPLS网络中，一个数据包可能会经过多个节点。
为了跟踪数据包的路径，每个节点都会维护一个称为”标签堆栈”（Label Stack）的结构。
标签堆栈按照LIFO （后进先出）的顺序存储标签，并在每个节点上进行压入和弹出操作。
3. 数据包转发MPLS使用基于标签的转发机制来实现快速而高效的数据传输。
下面是数据包转发的基本原理：3.1 标记交换路径当一个数据包进入MPLS网络时，源节点会为该数据包选择一条适当的路径，并将这条路径上每个节点的标识信息写入到数据包中。
这些标识信息用于指导后续路由器对该数据包进行处理和转发。
3.2 标记查找与转发当一个数据包到达一个MPLS节点时，它会根据数据包的标签来查找下一跳的出接口。
mpls工作原理
mpls工作原理MPLS（Multiprotocol Label Switching）是一种基于数据包交换技术的网络传输协议，它可以在网络层实现数据的高效传输和路由。
MPLS工作原理是通过标签交换技术来实现数据的快速传输和路由选择，下面我们来详细了解一下MPLS的工作原理。
首先，MPLS的工作原理基于标签交换技术，它在网络层对数据包进行封装和转发。
当数据包进入MPLS网络时，首先会被赋予一个标签，这个标签是根据路由选择算法确定的，然后根据这个标签来进行数据包的转发。
这个过程可以提高数据包的传输效率和网络的可靠性。
其次，MPLS的工作原理是基于标签交换路由器（LSR）来实现的。
在MPLS网络中，有两种类型的标签交换路由器，一种是边界路由器（PE），另一种是核心路由器（P）。
PE路由器负责与其他网络连接，它会为数据包添加标签，并根据目的地址来选择合适的标签，然后将数据包发送到核心路由器。
核心路由器则根据标签来进行数据包的转发，从而实现数据的快速传输和路由选择。
另外，MPLS的工作原理还包括标签分发协议（LDP）和资源预留协议（RSVP）。
LDP用于在MPLS网络中分发标签，它会为每个数据包分配一个唯一的标签，并将这个标签分发给所有的LSR。
RSVP 则用于在MPLS网络中进行资源的预留和管理，它可以确保网络资源得到合理的分配和利用，从而提高网络的性能和可靠性。
总的来说，MPLS的工作原理是基于标签交换技术和路由选择算法来实现的，它可以提高数据包的传输效率和网络的可靠性。
通过标签交换路由器和标签分发协议的配合，MPLS可以实现数据的快速传输和路由选择，从而满足不同应用场景对网络性能的要求。
综上所述，MPLS的工作原理是基于标签交换技术和路由选择算法来实现的，它可以提高数据包的传输效率和网络的可靠性。
通过标签交换路由器和标签分发协议的配合，MPLS可以实现数据的快速传输和路由选择，从而满足不同应用场景对网络性能的要求。
MPLS详解
MPLS是什么MPLS（Multi-Propocol Label Switching）即多协议标记交换。
MPLS属于第三代网络架构，是新一代的IP高速骨干网络交换标准，由IETF（Internet Engineering Task Force，因特网工程任务组）所提出，由Cisco、ASCEND、3Com等网络设备大厂所主导。
MPLS是集成式的IP Over ATM技术，即在Frame Relay及ATM Switch上结合路由功能，数据包通过虚拟电路来传送，只须在OSI第二层（数据链结层）执行硬件式交换（取代第三层（网络层）软件式routing），它整合了IP选径与第二层标记交换为单一的系统，因此可以解决Internet路由的问题，使数据包传送的延迟时间减短，增加网络传输的速度，更适合多媒体讯息的传送。
因此，MPLS最大技术特色为可以指定数据包传送的先后顺序。
MPLS 使用标记交换（Label Switching），网络路由器只需要判别标记后即可进行转送处理。
MPLS的运作原理是提供每个IP数据包一个标记，并由此决定数据包的路径以及优先级。
与MPLS兼容的路由器（Router），在将数据包转送到其路径前，仅读取数据包标记，无须读取每个数据包的IP地址以及标头（因此网络速度便会加快），然后将所传送的数据包置于Frame Relay或ATM的虚拟电路上，并迅速将数据包传送至终点的路由器，进而减少数据包的延迟，同时由Frame Relay及ATM交换器所提供的QoS（Quality of Service）对所传送的数据包加以分级，因而大幅提升网络服务品质提供更多样化的服务。
MPLSVPN 介绍概述Internet在近些年中的爆炸性增长，为Internet服务提供商(ISP)提供了巨大的商业机会，同时也对其骨干网络提出了更高的要求，人们希望IP网络不仅能够提供E-Mail、上网等服务，还能够提供宽带、实时性业务。
mpls工作原理
mpls工作原理
MPLS（多协议标签交换）是一种用于增强网络传输效率和优化数据流的协议。
它通过引入标签来替代传统的IP（Internet Protocol）地址，实现了更高效的数据转发和路由选择方式。
MPLS的工作原理可以简单地分为标签分发和标签交换两个主要阶段。
在标签分发阶段，网络设备（通常为路由器）对传入的数据包进行处理。
首先，设备会根据IP头部的目标IP地址进行路由选择，确定数据包的下一个跳。
然后，设备为该数据包附加一个唯一的标签，并将其发送给下一个跳。
这个标签代表了特定的路径和服务要求。
在标签交换阶段，网络设备根据收到的标签信息进行转发。
当数据包到达下一个跳时，该设备会检查标签并根据预先设定的转发表将数据包转发到适当的输出接口。
这样，数据包就能顺利地沿着预先设定的路径到达目的地。
MPLS的一个重要特点是标签交换的速度非常快，因为设备只需要查找标签并根据转发表进行转发决策，而无需对IP头部进行深度解析。
这种基于标签的转发方式能够大大提高网络的转发效率和吞吐量。
此外，MPLS还支持对数据流进行区分和优化。
通过在标签中添加特定的服务质量（Quality of Service, QoS）信息，网络设备可以根据不同的数据流要求进行优化处理。
例如，可以为实
时音视频流分配更高的带宽和更短的传输延迟，以确保流畅的播放和通信质量。
总的来说，MPLS的工作原理基于标签分发和标签交换的方式，通过有效地利用标签和转发表，提高了网络的传输效率和数据流优化能力。
Chapter6(new)_1_支持QoS的协议
Protocols for QoS Support
School of Computer
张沪寅
1
Introduction
1. 资源预留协议(RSVP) 通过在数据报环境下提供资源预留能力来支持综合 服务体系结构。 2. 多协议标记交换(MPLS) 一种基于数据流对通信量进行标记和路由选择的机 制。 3. 实时传输协议(RTP) 它对于实时应用提供了传输层的支持
(1) 单播和多播 可对单播成员或多播成员请求预留资源，可适应组成员和路由的改变。 (2) 单向性(单工) 单向数据流预留，两个端系统互换数据须在两个方向上分别预留。 (3) 接收方发起预留(面向接收方的) 接收方知道它想要的源点的一个子集、某一个子数据流、不同的QoS要 求。 (4) 在互联网上维护软状态 RSVP采用软状态，其中预留状态就是路由器上缓存的信息。端用户维 护预留状态，RSVP维护中间路由器的状态。而面向连接是采用硬状态方法，沿 固定路由的连接的性质是中间交换节点的状态信息来定义的。 (5) 提供不同的预留风格 RSVP用户可以指定同一多播的预留如何在中间交换机上进行聚合。 (6) 透明地通过非RSVP路由器 不支持RSVP的路由器可简单地将RSVP分组做尽力传送处理。 (7) 支持IPv4和IPv6
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6.2 资源预留：RSVP
固定过滤器风格(Fixed Filter Style) 为每个发送者指明与众不同的资源预留。 明确给出发送者的清单。 FF(S1{Q1}, S2{Q2},…) Si 所请求的发送者，Qi 对该发送者的资源请求。 一条链路上支持某次特定会话的总预留就是对所有发送者 请求的Qi之和。 视频分发。为了同时接收不同源点的视频信号，每个流都 需要一个独立管道。
MPLS技术
一个LSP上的MPLS转发
贴标签产生 深度为M的栈 入口MPLS 交换 节点 标签 交换 标签 弹栈 处理栈顶标签 或网络层头 出口MPLS 节点
中间 MPLS 节点
M
中间 MPLS 节点
M
中间 MPLS 节点
M
标记交换的功能组件
标记交换机由两种部件组成：转发部件和控制组 件。转发部件根据分组中携带的标记信息和LSR 中保存的FIB完成分组的转发。而控制部件则负 责在LSR间维护转发信息库。 转发部件则要从分组中抽取标记，在FIB中检索 匹配的信息条目，根据条目中的出口信息进行转 发。 控制部件主要通过在LSR间运行路由协议来获得 路由信息，并利用LDP获得相应的标记信息，然 后根据所有这些相关信息构造FIB。在信息发生 改变时，控制部件还负责对FIB进行动态更新。
LDP消息
ＬＤＰ中规定的数据结构为协议数据单元PDU、消息和类型—长 度—值ＴＬＶ(Ｔype-Ｌength-Ｖalue)。任何有关标签分配信息 都以这3种结构通过TCP或UDP在LSR之间传输。1个PDU可以包含多 个消息,而ＴＬＶ则是消息的子结构。此外,多个TLV可以相互的 嵌套,从而形成较为复杂的、但功能更强的数据结构。 LDP PDU由LDP头和一个或多个LDP消息组成。重要的消息如下： 发现（discovery） 发布并维护网络中一个LSR的存在 会话（session） 建立、维护和终结LSR对等对之间的邻接关系 通告（advertisement） 建立、修改和删除LSR对等对之间的径流/标记映射信息 通知（notification） 提供建议性的消息和差错通知
这个问题源于IP路由协议的两个基本特点：
第一，基于目的地选路。目的地址相同的数据包 在被转发时，选择的下一跳也相同。所以，在路由 表中，到达某目的地的路径只有一条（除非有多条 成本相同的路径存在）。这样，网络中可用的其他 链路就无法被利用起来，流量分布很难预测，实现 均衡更不可能。 第二，局部优化。每个节点都独自选择路径，相 互之间缺乏协调合作，故整个网络的路径选择无法 得到优化。如在鱼型问题中，很多节点都独立地选 择C→D→F，结果导致最短路径成了最拥挤的路径。 在这种情况下，较长的路径反而可能是更好的选择。 为了优化网络总体资源利用率，路由决策应该从全 局观点出发，把整个网络视为一个对象考虑。
交换技术 课件
测试（T）：用于及时发现用户终端、用户线路
和用户线接口电路可能发生的混线、断线、接地、
与电力线碰接以及元器件损坏等各种故障，以便
及时修复和排除。
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数字接口
V接口：
V1：64kb/s，可为2B+D或30B+D的终端
V2：连接数字远端模块的接口 V3：连接数字PABX的接口，属30B+D的接口 V4：可接多个2B+D的终端，支持ISDN的接入 V5：支持n X E1的接入网，包括V5.1和V5.2接口
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移动号码分配
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3、话务理论
话务量是用来描述用户使用电话繁忙程度的量
爱尔兰是衡量话务量大小的一个指标
话务量反映了电话负荷的大小，与呼叫强度和呼 叫保持时间有关。呼叫强度是单位时间内发生的 呼叫次数，呼叫保持时间也就是占用时间
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话务量的计算
A=C x t，A是话务量，单位为erl（爱尔兰），C
编号计划应具有相对的稳定性
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固话网的编号方案
首位号码的分配：
00 为国际长途全自动字冠
0 为国内长途全自动字冠 1 为长途、本地特种业务号码首位 2-9 为本地电话号码的首位 200至800为新业务号码。
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本地网用户编号方法
长途电话用户编号方法
局号+用户号
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本地网号码编号方案
本地电话网用户号码由局号和用户号组成，即局
号PQR（S）+用户号码ABCD
特种业务编号是1XX，或95XXX等，全国统一
新业务功能码以#或*开头
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IP的出路--多协议标签交换(MPLS)
来３ Ｇ业务的精 品 Ｉ 承载 网提供 了一些参考。 Ｉ ）
关 键 词 ： 多协 议 标 签 交换 ；标 签 交换 连 接 ；流 量 工程 ； 中 图分 类 号 ：Ｐ ９ ．８ Ｔ ３３ １ 文献标识码 ： Ａ
Ｉｅ ｔ ｎ ｍｅ 的主 要 使 命 是 能 够 为 人 们 提供 通 信 服 ｔ 务， 目前传 统 的 Ｉ Ｐ网络是一 种 “ 尽力 而 为 ” 的服务 模
摘
要 ：作 为下一代 网络 的关键技 术，多协议标 签交换 （ Ｐ Ｓ Ｍ Ｌ ）技术 以其 支持流量 工程和 Ｑ Ｓ保证在 Ｉ ｏ Ｐ网络扮演 着越
来越 重 要 的 角 色 。介 绍 了 Ｍ Ｌ Ｐ Ｓ的概 念 、 组 成 ，详 细 分 析 了其 工 作 原 理 及 其 承 载 的 各 种 应 用 ，为 打 造 支 持 未
Ａ Ｍ或 帧 中继 ， Ｐ Ｓ则 分 别 采 用 Ｖ ＩＶ Ｉ 虚 通 道 Ｔ ＭＬ Ｐ／ Ｃ （
节点 间 出现超 载 而其 他 路 由却 出 现空 闲状 态 ， 网 使
络性 能恶 化 。基 于此 ， 因特 网必 须 进 行 性 能优 化 以
支持 各 种不 同类 别 的服务并 能提 供 Ｑ Ｓ 证 。 同时 ｏ保 需要 有效 的带 宽 管 理 工具 来 分 配 有 限 的 网 络 资源 ， 使 网络 性能 达到 最优 。因此现 有 网络必 须引 进新技 术 以优 化 网络性 能 并 对 资 源 进行 合 理 管 理 和使 用 。 ＭＬ Ｐ Ｓ技术 以其 固有 的标签 交换 的特点 而在 Ｉ Ｐ网络
务， 位置 界 于 二 层 和 三 层 之 间 ， 称 ２ ５层 。ＭＰ Ｓ 俗 ． Ｌ
存在 两个 明显 的不 足 。首 先 ， 核 心协 议 （Ｐ 以资 其 Ｉ） 源共 享为 出发 点 而 不 能 更 好 地 满 足 ＱＳ保 证 的要 ｏ 求 。使 得很 多应 用 如语 音 和视 频 等 ， 于 目前 的 Ｉ 对 Ｐ 技 术来 说是 力 不 从 心 。其 次 ， Ｉ 络 中 ， 据包 在 Ｐ网 数 按 照转 发机 制 到达 目的地 ， 点 间 的 流量 都 按 照 最 节
MPLS技术基本原理
MPLS技术基本原理什么是MPLS？--多协议标签交换（MPLS）是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力。
更特殊的是，它具有管理各种不同形式通信流的机制。
MPLS 独立于第二和第三层协议，诸如 ATM 和 IP。
它提供了一种方式，将 IP 地址映射为简单的具有固定长度的标签，用于不同的包转发和包交换技术。
它是现有路由和交换协议的接口，如 IP、ATM、帧中继、资源预留协议（RSVP）、开放最短路径优先（OSPF）等等。
什么是MPLS？MPLS是一个可以在多种第二层媒质上进行标记交换的网络技术。
这一技术结合了第二层的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。
MPLS通过在每一个节点的标签交换来实现包的转发。
它不改变现有的路由协议，并可以在多种第二层的物理媒质上实施，目前有ATM、FR(帧中继)、Ethernet以及PPP等媒质。
通过MPLS，第三层的路由可以得到第二层技术的很好补充，充分发挥第二层良好的流量设计管理以及第三层 “Hop-By-Hop（逐跳寻径）”路由的灵活性，以实现端到端的QoS保证。
让我们来打一个比方。
最简单的无外乎我们日常的走路。
我们从A地走到B地的方法大体有三种:一种是大概朝着一个方向走，直到走到了为止，就像我们所熟知的“南辕北辙”的故事；另外一种方式却截然相反，就是每过一个街区就问一次路，“我要去B地，下一步怎么走？”，就像我们去一个陌生的地方，生怕走错了路会遇到危险；最后一种情况就是在出发前就查好地图，知道如何才能到达B地，“朝东走5个街区，再向右转第6个街区就是”。
这三种情况如果和我们的包传输方式关联的话，不难想像分别是广播、逐跳寻径以及源路由。
当然，如果我们是跟在向导后面走，就会存在第四种走法。
向导可以在走过的路上做好标记，你只要沿着标记的指示走就可以了。
《现代交换原理》教学大纲
《现代交换原理》教学大纲一、理论（课堂）教学内容“现代交换原理”课程为3学分、48学时的专业基础课，其的理论（课堂）教学内容安排如下：（一）交换概论（4.5学时）1、交换与通信网2、各种交换方式3、交换系统（二）交换网络 (7.5学时)1、交换网络的构成2、交换单元交换单元的基本概念空分交换单元（开关阵列、空间接线器）时分交换单元（时间接线器）3、交换网络交换网络的基本概念CLOS网络TST网络BANYAN网络4、研讨课（或习题课、小测验）（三）程控数字交换与电话通信网（10学时）1、电话交换基础2、程控数字交换机系统结构3、接口电路模拟用户电路、数字中继电路4、数字交换网络-话路建立5、控制系统交换机控制系统特点、控制系统构成方式、多处理机工作方式6、程控交换软件技术交换机软件系统概述、呼叫处理基本原理、交换软件设计技术7、电话通信网8、研讨课（或习题课、小测验）（四）信令系统（8学时）1、信令概述信令概念、信令的分类、信令方式2、No.7 信令系统No.7信令系统概述、No.7信令及其协议栈、No.7信令流程3、No.7 信令网4、常用IP网协议（SIP、H.323、MGCP）5、研讨课（或习题课、小测验）（五）移动交换（4学时）1、GSM系统体系结构、信令过程、组网方式2、GPRS系统3、3G系统IMT2000简介、WCDMA、cdma20004、研讨课（或习题课、小测验）（六）IP交换技术（10学时）1、IP路由技术IP路由交换基本原理路由器体系结构的演变及其工作原理典型设备介绍及应用举例2、ATM交换技术ATM技术产生背景窄带ISDN概念、ISDN交换机结构、ISDN信令过程宽带ISDN业务分析ATM基本原理ATM网络技术ATM交换技术3、IP与ATM融合的各类交换技术IP与ATM的比较IP与ATM融合模型重叠模式（原理、CIP举例）集成模式（原理、Ipsilon 的IP交换举例）4、多协议标记交换（MPLS）MPLS的概念MPLS的交换原理标记交换路由器的结构和工作原理MPLS的应用和发展5、研讨课（或习题课、小测验）（七）软交换与IMS (4学时)1、软交换技术产生的背景业务层技术演进VoIP技术的发展控制层技术演进2、软交换系统原理软交换概念及系统组成软交换控制器原理软交换系统协议栈软交换系统网关和接入技术软交换系统业务技术3、IMS技术原理IMS技术的产生IMS系统组成及技术特点IMS业务及其应用（八）总结课二、实验教学内容“现代交换原理”课程设置了16学时的随堂实验，该实验不占课程的48学时，具体实验教学内容安排如下：（一）交换系统认知实验了解数字程控交换系统、MPLS路由器及软交换系统等的体系结构，进行业务体验及网管操作。
MPLS
MPLS BasicsMPLS简介MPLS（Multiprotocol Label Switching，多协议标签交换）起源于IPv4（Internet Protocol version 4，因特网协议版本4），最初是为了提高转发速度而提出的，其核心技术可扩展到多种网络协议，包括IPv6（Internet Protocol version 6，因特网协议版本6）、IPX（Internet Packet Exchange，网际报文交换）和CLNP （Connectionless Network Protocol，无连接网络协议）等。
MPLS中的“M”指的就是支持多种网络协议。
MPLS技术集二层的快速交换和三层的路由转发于一体，可以满足各种新应用对网络的要求。
MPLS结构的详细介绍可参考RFC 3031（Multiprotocol Label Switching Architecture）。
MPLS基本概念1. 转发等价类MPLS作为一种分类转发技术，将具有相同转发处理方式的分组归为一类，称为FEC（Forwarding Equivalence Class，转发等价类）。
相同FEC的分组在MPLS 网络中将获得完全相同的处理。
FEC的划分方式非常灵活，可以是以源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议类型或VPN等为划分依据的任意组合。
例如，在传统的采用最长匹配算法的IP转发中，到同一个目的地址的所有报文就是一个FEC。
2. 标签标签是一个长度固定，仅具有本地意义的短标识符，用于唯一标识一个分组所属的FEC。
一个标签只能代表一个FEC。
标签长度为4个字节，其结构如图1所示。
标签共有4个域：图 1 标签的封装结构标签共有4个域：●Label：标签值字段，长度为20bits，用来标识一个FEC。
●Exp：3bits，保留，协议中没有明确规定，通常用作CoS。
●S：1bit，MPLS支持多重标签。
值为1时表示为最底层标签。
IP网络技术路由交换路由算法MPLS
❖RIP 是一种分布式的、基于距离向量的路 由选择协议。
❖RIP 协议要求网络中的每一个路由器都要 维护从它自己到其他每一个目的网络的距 离记录。
“距离”的定义
❖内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol)
▪ 在一个自治系统内部使用的路由选择协议。 ▪ 目前这类路由选择协议使用得最多，如 RIP 和
OSPF 协议。
❖外部网关协议 EGP (External Gateway Protocol)
▪ 若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据 报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种 协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。 这样的协议就是外部网关协议 EGP。
❖实际的路由选择算法，应尽可能接近于理 想的算法。
❖路由选择是个非常复杂的问题
▪ 它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。
▪ 路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变 化有时无法事先知道。
NJUPT 106
从路由算法的自适应性考虑
❖静态路由选择策略——即非自适应路由选 择，其特点是简单和开销较小，但不能及 时适应网络状态的变化。
这里要指出两点
NJUPT 106
❖互联网的早期 RFC 文档中未使用“路由器” 而是使用“网关”这一名词。但是在新的 RFC 文档中又使用了“路由器”这一名词。 应当把这两个术语当作同义词。
❖IGP 和 EGP 是协议类别的名称。但 RFC 在使用 EGP 这个名词时出现了一点混乱， 因为最早的一个外部网关协议的协议名字 正好也是 EGP。因此在遇到名词 EGP 时， 应弄清它是指旧的协议 EGP 还是指外部网 关协议 EGP 这个类别。
交换技术宽带通信网之IP
IP交换技术信息化社会的发展,驱动了人们对更大带宽及业务的需求.例如,许多多媒体文件需要在Internet和Intranet中传输,科学模型和各种图像文件的大小从百兆字节增加到千兆字节和万兆字节,远程医疗、远程教学、会议电视等应用带来了大量的实时视频流。
随着不断增长的业务需求和技术的进步，涌现了许多高速数据传输技术，像IP技术，ATM技术，光通信技术等等有了高速的发展。
各种网络技术发展的动力源泉和方向在于必须提供丰富的贷带宽业务，其中最具有代表性的骨干网络就是IP和ATM网络。
IP的特点IP网是采用TCP/IP协议互连起来的网络。
由于IP网具有开放性的特点，可以利用各种不同类型的物理网络，大大拓宽了其应用范围。
由于它采用TCP/IP 协议，，与现存的绝大多数局域网相同，可以使这些局域网平稳过滤，充分利用了现存的资源。
此外，IP网传输的是长度不一的IP包，使网络的传输效率大大提高。
但是，传统IP网络也面临着一些问题（1）路由器采用的是软件交换，寻址速度低，不灵活，吞吐量小，运算复杂，交换速度慢，造成网络的带宽资源不足，骨干网络的传送容量太小，用户接入速率太低，不适合传输图像和高速率的数据信号；（2）IP包在沿途每一个路由器上都需要排队和进行协议处理，使其传输时延增加，性能下降，不能满足实时业务的要求；（3）网络缺乏足够的流量控制和安全性能，不会检查被丢失的数据包，在主机资源不足时，还会丢弃某些IP包，不能保证端到端得服务质量QOS。
ATM的特点ATM是作为广域网络骨干而设计的，目的是将数据、声音、综合到一个包含局域网和广域网的ATM网络中。
ATM是一种交换型的网络，全部带宽都可用，许多数据传输技术则采用共享式介质，可能发生冲突，带宽并不能充分利用。
ATM 信元以固定的均匀分布的速率传送，时延较小，可用来传送数据和各种实时性业务；其他许多数据传输技术则因为其分组在发送过程中不可靠，且时间间隔不同，不适合传输实时的视频和音频业务。
MPLS技术(推荐文档)
MPLS解决方案
Multi-Protocol Label Switching多协议标签交换
是介于二层和三层之间的技术，即2.5层 是将标记转发和三层路由结合在一起的一种标准化路由
和交换技术解决方案 多协议表示可以与多种网络协议共存 在MPLS网络边缘进行三层路由，内部进行二层交换
特点：
多协议：可支持任意的网络层协议（如IPv6、IPX）和 链路层协议（如ATM、FR、PPP等）
标签交换：给报文打上固定长度的标签，以标签取代IP 转发过程
MPLS技术优势
MPLS为IP网络提供面向连接的服务 提供高服务质量的Internet服务 支持高带宽高速率的IP转发 在提供IP业务时能确保QoS和安全性 具有流量工程能力 很好的支持VPN功能
MPLS-TP
随着技术发展，T-MPLS在OAM等 方面改进后，演进成为MPLS-TP。
目前，MPLS-TP作为PTN的关键 技术而广泛应用。
内容大纲
PTN技术发展历程 MPLS技术 MPLS-TP技术
MPLS技术产生背景
传统IP技术特点：
IP通讯是基于逐跳的方式 转发报文时依照最长匹配原则 网络设备需要知道全网路由，没有则无法转发该网段报文 QoS无法得到有力保障：由于IP协议是无连接协议，所以Internet网络中
标签交换路径 （LSP） 标签交换通路：一个FEC的数据流，在不同的节点被赋予确定的标签，数据转发按照这 些标签进行。数据流所走的路径就是LSP。
标签交换路由器 （LSR） Label Switching Router，是MPLS的网络的核心路由器，完成LSP的建立和下一跳改变 的发起。提供标签交换和标签分发功能。
交换技术(5)
二、MPLS提出的动机
•Internet的高速发展和新业务的出现，对基于IP 的承载网提出了挑战
（1）IP网络是否能够有效保证各种应用的服务质量？ （2）IP网络是否有利于增值服务的提供？
①新的应用层出不穷，如语音传送、视频服务、多媒体信息传输等。这些新业务 要求网路能保证将它们按各应用的特性正确地予以传送。 ②目前的IP路由技术采取基于目的地址的最优数据传输通路查找法，而不考虑所 要传送数据的其他性能要求； ③网络规模迅速增长，但现有的IP路由技术及组网方式不适应网络的扩展和许多 增值服务的提供。
标 记 栈
MPLS允许一系列按照“先进后出”原则组织起来的标记， 这种结构称为协议栈，从栈顶开始处理标记。 标记栈可定义成多级标记，不同的标记实现不同的目的。 例如，MPLS VPN解决方案利用标记栈的办法，解决了穿 透多个域传输和安全方面的问题，需要在标记栈中有两个标记。
TTL(存活时间)
传统IP协议中：在一个IP报文被发送的时候，其TTL值通
转发信息库（FIB）：用于存放下一跳的相关信息。
MPLS的几个术语（2）
LSR：Label Switching Router。LSR是MPLS的网 络的核心交换机或者路由器，它提供标签交换和标签分 发功能。 LER：Label Switching Edge Router。在MPLS的网 络边缘，进入到MPLS网络的流量由LER分为不同的 FEC，并为这些FEC请求相应的标签。它提供流量分类 和标签的映射、标签的移除功能。 LSP：标签交换通道。一个FEC的数据流，在不同的节 点被赋予确定的标签，数据转发按照这些标签进行。数 据流所走的路径就是LSP
传统方式中：
每个分组在每一跳都会重新分配一个FEC(例如执行第三层
第6章MPLS技术
6.2.2 MPLS工作原理
标记交换就是根据入分组中的“标记” 检索交换机内部的转发信息库，使用转发 信息库给定的出口信息完成该分组的转发。 所谓“标记”就是一个短且长度固定的数 字，数字本身与网络层地址（如IP地址） 并无直接联系，且只具有本地意义，如图 6.3所示。
7 168.16.1.1 R1 4 数据 L1 1
数据 RTA 1
4
192.16.1.1
数据 0 9 输出 接口 0 1
192.16.1.0/8 RTC 192.16.1.1 RTD 192.18.1.0/8 数据
RTB 1 入口 出口 标记 标记 4 3 9 7 地址 前缀 192.16.1 192.18.1
入口 出口 标记 标记 X X 4 3
一、标记交换中的几个基本概念
标记交换路由器（LSR）：具有标记 交换能力的路由器，它是标记交换的基本 构成单元。 标记交换路径（LSP）：允许包以标 记 交 换 的 方 式 从 一 个 LSR 转 发 到 另 一 个 LSR的一条路径。 转发等效类（FEC）：以相同方法转 发的一组网络层数据包。
第六章 MPLS技术
6.1 MPLS简介 6.2 MPLS技术
6.3 MPLS应用
6.1 MPLS简介
多 协 议 标 记 交 换 （ Multi-Protocol
Label Switching，MPLS） 技 术 ， 是 一 种
在开放的通信网上利用标记引导数据高速、
高效传输的新技术。
MPLS技术是未来最具竞争力的通信
二、标记交换的功能组件
标记交换机由两种部件组成；转发部 件和控制部件。转发部件根据分组中携带 的标记信息和LSR中保存的FIB完成分组的 转发。 控制部件主要通过在LSR间运行路由 协议（如OSPF、BGP等）来获取路由信息， 并利用LDP获得相应的标记信息，然后根 据所有这些相关信息构造FIB。
《现代交换原理》课程考核方式和标准
《现代交换原理》课程考核方式和标准一、考核形式和所占比例“现代交换原理”课程的教学主导思想，是要将应试型学习转变为研究型学习，将注重考试结果转变为注重学习过程，注重培养学生的知识应用能力、科研素质和创新意识，提供优秀学生充分施展和发挥才能的空间。
为贯彻这一思想，该课程对学生学习效果的考核采取了多种形式，考核方式和成绩构成如下：（1）平时成绩（占25%）平时成绩主要由平时作业、平时小测验和研究型学习作业等成绩组成。
平时作业，教师对应教学的重要知识点和难点，除了常规作业之外，还可设计开放式作业（多标准答案、无标准答案），每次作业教师都要打分、讲评，使学生注重平时知识的学习和理解。
平时小测验，教师可根据教学重点和难点设计阶段性测验，以检验学生对知识的掌握程度；研究型学习，教师可根据教学重点和难度，引导学生围绕专题展开学习和探究，以达到深刻理解、拓展知识、培养能力的目的，还可结合“陪讲法”的教学实践进行研究型学习效果的检验。
（2）实验考核（占10%）现代交换原理系列仿真实验（含程控交换实验、分组交换实验、ATM实验、MPLS实验）要求学生完成相应的交换控制功能（给出接口），但相关功能具体实现的方法，学生可根据所学原理自行设计；下一代网络实践教学平台的实验（业务生成实验、业务冲突验证实验等）要求学生在给定业务编程接口（API）的条件下，可自行设计相关业务；上述实验都是设计与研究性的实验，这样为学生提供了创新的空间，实验完成的过程也是分析问题和解决问题能力培养的过程。
实验除了动手实践，还要求完成相应的实验报告。
考核注重学生动手能力、创新思维和对所学知识掌握程度的考核。
（3）期末笔试（占65%）期末考试内容侧重学生综合能力及分析比较能力的考核，注重对知识的应用能力的考核，考试内容强调对原理、概念与方法的理解，以避免学生死记硬背。
二、考核内容（一）交换概论1、对“交换”概念的理解，进而对构成通信网的三要素的认识；2、对电路交换、分组交换和ATM交换的特点的考核；3、对三对基本概念：面向连接工作方式和无连接工作方式、同步时分复用和异步时分复用、固定带宽分配和动态带宽分配的理解；4、对电信交换系统的构成的了解5、对各种通信网的业务网的技术与应用特点、适于支持的业务的了解，对通信网的三个支撑网的了解。
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TCP协议
TCP在应用层和IP层之间，是应用程序和 网络操作的中介物。 TCP协议的特性 TCP端口、连接与端点 TCP/UDP应用程序端口号分配 TCP协议的窗口机制 TCP数据的封装
6.1.2 IP/ATM结合的两种模型
叠加模型
IP交换的叠加模型包括运行在一个独立的 ATM层之上的一个IP层。 IP交换的对等模型规定， IP交换机组件维护 一个单一的IP地址空间并支持一个单一的IP 路由协议。
6.4.1 TDP功能
在相关的TSR设备之间支持标记关联的分 发、请求和释放 运行在对等TSR设备之间建立的TCP连接 上
6.4.2 TDP协议信息单元的类型
TDP_PIE_BIND TDP_PIE_REQUEST_BIND TDP_PIE_WITHDRAW_BIND TDP_PIE_KEEP_ALIVE TDP_PIE_NOTIFICATION TDP_PIE_RELEASE_BIND
对等模型
6.1.3 各种IP交换技术比较
IP交换技术的特性比较 IP交换技术的功能特性比较
6.2 标记交换基本概念
1996年秋天，Cisco公司提出了标记交换的一 整套解决方案.它集成了选路和交换，使用控制 协议信息把IP业务流映射到交换通路上，而不 是对每个数据流进行分类并映射到动态建立的 直通路径上。 标记交换用简单的第二层的标记表查询和替换 操作代替了标准的第三层的路由表查询，并且 在某个路由通路上分配标记以构建交换通路。 标记交换是拓扑驱动的IP交换协议 。
6.1.1 TCP/IP协议结构
因特网的协议集称为TCP/IP协议集，协 议集的取名表示了TCP和IP协议在整个协 议集中的重要性。 因特网协议集是对ISO/OSI的简化，其主 要功能集中在OSI的第3-4层，通过增加 软件模块来保证和已有系统的最大兼容 性。
基于因特网的信息流示意图
源主机 信息或数据流 宿主机 应用层 应用层
转发组件
6.2.3 标记分配方法
下游分配 下游按需分配 上游分配
下游分配
在下游标记分配机制中，标记由下游TSR 设备分配，并传送到上游TSR邻机。
下游按需分配
在下游按需分配机制中，用与下游分配 机制相同的方法将标记由下游TSR设备分 配并传送到上游。但是下游TSR设备仅当 上游TSR设备有某个请求时才分配标记。
互联协议将数据包封装成Internet数据报，并运 行必要的路由算法。
（2）互联层
TCP/IP协议
（3）传输层
传输协议在计算机之间提供通信会话。传输协议 的选择根据数据传输方式而定。 应用程序通过这一层访问网络。
（4）应用层
IP协议
IP协议是TCP/IP协议使用的传输机制，它是一 种不可靠的无连接数据报协议——尽最大努力 服务。 IP协议提供的服务 IPv4协议 IP数据报的封装 IP数据报的寿命 IP路由 IPv6协议
6.3.2 MPLS的网络结构
（2）MPLS系统的功能
分布 合并 堆栈操作 路由选择
6.3.2 MPLS的网络结构
（3）MPLS的操作模式
标签分配模式 标签分布模式 标签保持模式 控制模式 标签空间
6.4 标记分发协议
标记分发协议（Tag Distribution Protocol，TDP）是标记交换体系结构采 用的几种控制协议之一，用来在相关的 TSR设备之间传送标记关联信息，它是唯 一的专门用于这个目的的控制协议。
6.5小结
IP交换技术的基本知识 标记交换基本概念 MPLS的基本原理 标记分发协议
6.2.1 体系结构
在概念层面上，它是为提高性能以及大 规模选路系统所支持的业务而设计的。 另一个看待标记交换的层面是TSR的转发 功能。
6.2.2 组件
控制组件
控制组件负责在一组TSR设备之间产生和维 护标记的一致性。 利用分组中的标记以及每个TSR设备中的标 记信息库（TIB）来转发分组。
传输层
数据段（TCP） 数据报（UDP） IP数据报
传输层
网络层
网络层
数据分组或帧 网络接口层 比特流 网络 网络接口层
TCP/IP协议
遵守一个4层的模型概念：应用层、传输 层、互联层和网络接口层。
（1Biblioteka 网络接口层模型的基层是网络接口层。负责数据帧的发送和 接收，帧是独立的网络信息传输单元。网络接口 层将帧放在网上，或从网上把帧取下来。
现代交换技术
第6章 IP交换与MPLS交换技术
目录
6.1 IP技术概述 6.2 标记交换基本概念 6.3 MPLS基本原理 6.4 标记分发协议 6.5小结
6.1 IP技术概述
6.1.1 TCP/IP协议结构 6.1.2 IP/ATM结合的两种模型 6.1.3 各种IP交换技术比较
上游分配
在上游标记分配机制中，上游TSR设备分 配标记并通过点到点链路传送到下游T S R设备。上游分配仅限于点到点配置，因 为对于某个标记关联，上游TSR设备所维 护的输出TIB的表项必须在给定输出端口 上保持唯一。
6.3 MPLS基本原理
多协议标签交换（Multi-Protocol Label Switching, MPLS）工作组于1997年3月3日成立。 在网络中运行MPLS有很多好处和优势，主要包括： （1）使用一个统一的标准网络架构。 （2）比在ATM中集成更好。 （3）脱离BGP的核心。 （4）对等体到对等体的MPLS VPN模型。 （5）最优的数据传输。 （6）流量工程。
6.3.1 MPLS标签的格式
在MPLS中最重要的术语是标签。标签交 换表明了报文的交换不再依靠IPv4报文 或IPv6报文，也不依赖数据帧，而是根 据标签来进行的。 一个MPLS标签由32比特组成，并有统一 的标准结构。
6.3.2 MPLS的网络结构
（1）MPLS系统的组件
转发信息库 路由判决模块 转发模块