多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)

1、近十年來，傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)的年增長率只有510%，而以Internet為代表 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的年增長率為20%30%。數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量如此高速、持續(xù)增長的 最直接動力來自于Internet業(yè)務(wù)量持續(xù)的指數(shù)增長。它給整個網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)模式、 整體架構(gòu)乃至當(dāng)今知識經(jīng)濟的內(nèi)涵帶來了深遠的影響。目前寬帶網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)節(jié)點有兩類：ATM交換機與路由器。兩者都屬于分組模 式，但是連接模式是不同的ATM是面向連接的異步傳送模式；路由器是無連接 模式。連接模式上的不同導(dǎo)致業(yè)務(wù)節(jié)點實現(xiàn)方式、組網(wǎng)形態(tài)、業(yè)務(wù)能力上的很大 差異。骨干核心網(wǎng)是整個信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它必須具備高速的數(shù)據(jù)傳輸能力、 良好的可擴展性及精確完善的服務(wù)質(zhì)量保證

2、等功能。隨著在公網(wǎng)和專網(wǎng)上基于 IP的網(wǎng)絡(luò)和基于IP的業(yè)務(wù)量的快速增長，如何實現(xiàn)IP業(yè)務(wù)在ATM上的有效傳 輸成為迫切需要解決的問題。目前，根據(jù)實際技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展，IP與ATM技術(shù) 之爭終于達成了一個共識，即采用帶有MPLS （Multi-protocolLabelSwitching） 功能的IP路由器和帶有MPLS功能的ATM交換機組建未來寬帶綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)。IP數(shù)據(jù)包通過路由器進入ATM骨干網(wǎng)后，為避免在ATM網(wǎng)中形成過多的SVC （虛通道），可采用多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)（MPLS）；采用帶MPLS功能的ATM交 換機。為了使未來網(wǎng)絡(luò)可以支持各種協(xié)議類型的業(yè)務(wù)和能夠與其它任何專用網(wǎng)絡(luò) 有效互聯(lián)

3、，MPLS組網(wǎng)技術(shù)是實現(xiàn)IPoverATM的技術(shù)方案，MPLS把第2層交換與 第3層路由和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)組合在一起，從而可望減少復(fù)雜性和其它IPoverATM方案 的成本。1MPLS的基本原理旨在簡化路由器入口處對網(wǎng)絡(luò)層幀頭的分析過程和FEC（ForwardingEquivalenceClasses ）分配功能的過程，改善選路的性能和成本。 盡管MPLS面向多協(xié)議，然而它主要還是支持IP協(xié)議。在傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)機制中， 每個路由器首先分析包含在每個分組頭中的信息，然后解析分組頭、提取目的地 址、查詢路由表、決定下一轉(zhuǎn)接點的地址、計算幀頭的校驗、遞減TTL、完成合 適的出口鏈路層封裝，最后發(fā)送分組。這個過

4、程可以被大大簡化或由MPD來取代。MPLS網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)分組處理方式對第三層的分組進行轉(zhuǎn)發(fā)、采用標(biāo)簽交換 對第二層分組進行交換。在MPLS中，從IP包到FEC的映射只在LSR （標(biāo)簽交換 路由器）入口處進行此操作，而且FEC被轉(zhuǎn)換成一個固定長度的標(biāo)簽。標(biāo)簽被粘 貼在IP包頭上。入口路由器不是將FEC映射到下一節(jié)點的路由器，而是在分組 上添加表示分組歸屬FEC的一個標(biāo)簽。在下一節(jié)點的路由器上，因為分組已經(jīng)與 FEC關(guān)聯(lián)，所以沒有必要再檢查網(wǎng)絡(luò)層的幀頭。MPLS是通過：1）在分組上添加 表示分組歸屬的FEC關(guān)聯(lián)標(biāo)簽，2）使用標(biāo)簽值轉(zhuǎn)發(fā)分組；3）檢索一個包含出口 和新標(biāo)簽的連接表并用新標(biāo)簽替換舊標(biāo)簽三

5、步來完成標(biāo)簽交換的。標(biāo)簽是局部有 效的且表達了分組轉(zhuǎn)發(fā)的全部行為。執(zhí)行了標(biāo)簽綁定的數(shù)據(jù)包按照標(biāo)簽交換路徑 （LSP）來轉(zhuǎn)發(fā)分組。通常LSP的建立使用如OSPF、BGP等常規(guī)的IP選路協(xié)議另外MPLS可運行在任何鏈路層上，例如ATM、幀中繼或點到點（PPP）協(xié)議。圖1描述了在ATM上運行MPLS協(xié)議的結(jié)構(gòu)。MPLS協(xié)議的要素有LDP(Labeldistributionprotocol)、LIB (LabelInformationBase)。LDP 將在下 面討論。LIB和FIB分別是標(biāo)簽上包含標(biāo)簽綁定信息和轉(zhuǎn)發(fā)信息的信息庫。圖1 IVFL5的功能MPLS沒有采用ATM尋址、ATM選路的ATM協(xié)議

6、，而采用了 IP尋址、動態(tài)IP 選路和標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議(LDP)，其中LDP把FEC轉(zhuǎn)換成標(biāo)簽而后形成LSP。通常。 MPLS只涉及創(chuàng)建和分發(fā)FEC /標(biāo)簽綁定信息，這樣就可以通過一個網(wǎng)絡(luò)的默認(rèn)或 非默認(rèn)路徑更有效地轉(zhuǎn)發(fā)IP業(yè)務(wù)量。2MPLS的核心技術(shù)和主要組件(1)標(biāo)簽交換路由器標(biāo)簽交換路由器(LSR)類似一個通用IP交換機，它具有第三層轉(zhuǎn)發(fā)分組和 第二層交換分組的功能，它也能運行傳統(tǒng)IP選路協(xié)議并可執(zhí)行一個特殊控制協(xié) 議與相鄰的LSR協(xié)調(diào)FEC /標(biāo)簽的綁定信息。ATM交換機可做為標(biāo)簽交換節(jié)點，叫作ATM-LSR。由它作出轉(zhuǎn)發(fā)決定，并將 標(biāo)簽在ATM信元頭的VCI / VPI域中傳輸。為了支持

7、標(biāo)簽交換。ATM-LSR必須支 持標(biāo)簽交換的標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議(LDP)和網(wǎng)絡(luò)層選路協(xié)議的OSPF等諸如此類的控制 和信令協(xié)議。不再需要ATM專用的選路和尋址功能。在兩個ATM-LSR之間，必須 建立一個用于LDP控制信令的專用ATM虛連接(專用的VPI /VCI)。同樣，像 在傳統(tǒng)的LSR中一樣，也可以將OSPF、RSVP、PIM等方法用于標(biāo)簽分發(fā)。一個 ATM-LSR可以在VPI、VCI或VPI / VCI域上執(zhí)行標(biāo)簽交換，這依賴于是否使用VC 或VP的流歸并（streammerge）。兩個對等的ATM-LSR可以直接通過一個ATM 鏈路相連，也可以從遠端通過一個ATM網(wǎng)絡(luò)連接ATM網(wǎng)絡(luò)連接AT

8、M虛連接。在后 一種情況下就不得不由ATM信令來傳輸標(biāo)簽綁定信令信息。（2）標(biāo)簽標(biāo)簽是一個包含在每個分組中的短固定長度的數(shù)值，用于通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)分 組。一對LSR必須在標(biāo)簽的數(shù)值和意義上一致。例如，下行LSR會給上行LSR 發(fā)送一個特定標(biāo)簽X，代表一個特定的稱作A的FEC。于是，一個標(biāo)簽只在一對 正在通信的LSR之間起作用，并用來表示屬于一個從上行LSR流向下行LSR的特 定FEC的分組。MPLS可以支持添加到現(xiàn)有的幀或分組結(jié)構(gòu)（如以太網(wǎng)、PPP）的 標(biāo)簽，也可以利用包含在數(shù)據(jù)鏈路層（如：幀中繼、ATM）中的標(biāo)簽結(jié)構(gòu)。標(biāo)簽的格式取決于分組封裝所在的介質(zhì)。例如，ATM封裝的分組（信元）采 用VPI

9、和/或VCI數(shù)值作為標(biāo)簽，而幀中繼PDU采用DLCI作為標(biāo)簽。對于那些 沒有內(nèi)在標(biāo)簽結(jié)構(gòu)的介質(zhì)封裝，則采用一個特殊的數(shù)值填充。圖2給出4bytes 填充標(biāo)簽的格式，它包含一個20bits的標(biāo)簽值、一個3bits的CoS值、一個1bit 的堆棧標(biāo)識符和一個8bits的TTL值。此外，如果填充值被插入到一個PPP或以 太網(wǎng)幀中，包含在各幀頭中的一個協(xié)議ID （或以太網(wǎng)類型）表示一個幀或者一 個MPLS單播或組播幀。用戶娜11P玉I 標(biāo) 曲m 吏蔚擔(dān)J標(biāo)箍：2ObitsCoS：業(yè)務(wù)等圾，3bitsS:港棧維標(biāo)志，IbitTTL:生存期圖？ MPLS標(biāo)釜的梧式（3）標(biāo)簽交換機制MPLS采用的第三個核心

10、技術(shù)是轉(zhuǎn)發(fā)機制，即標(biāo)簽交換。從典型的幀中繼和 ATM的性能和容量來看。實現(xiàn)標(biāo)簽交換是個快速和簡單的轉(zhuǎn)發(fā)過程。沒有必要像 傳統(tǒng)IP選路那樣分析分組頭中的變長部分。標(biāo)簽作為一個整體（也可能是標(biāo)簽 中附加的字段，如TTL和CoS）由交換機組件處理，即使一個分組包含一個多級 的標(biāo)簽棧，MPLS設(shè)備只負(fù)責(zé)處理棧中的頂部標(biāo)簽。沿著一個LSP轉(zhuǎn)發(fā)分組的過程是：在LSP入口處，在分組上帖一個標(biāo)簽，生 產(chǎn)一個深度為M的標(biāo)簽堆棧棧。在LSP上的中間MPLS節(jié)點接收和處理這個分組。 只有堆棧的頂部標(biāo)簽被處理，并與對應(yīng)于下一節(jié)點的下行LSR的新標(biāo)簽進行交 換。出口 LSP的LSR根據(jù)堆棧中的下一個標(biāo)簽的內(nèi)容作出轉(zhuǎn)發(fā)的

11、決定。這意味著 LSR出口只需要彈棧就可以得到棧中的下一個標(biāo)簽。如果出口節(jié)點告訴僅次于最 后一個LSR彈棧，就可以獲得一個更好的優(yōu)化方案，稱作倒數(shù)第二跳彈棧。然后 分組到達出口 MPLS設(shè)備并攜帶用于轉(zhuǎn)發(fā)分組的已經(jīng)在堆棧中頂部的標(biāo)簽。這樣 就節(jié)省了出口設(shè)備必須處理未必有用的標(biāo)簽表查詢時間。（4）標(biāo)簽分發(fā)MPLS的第四個核心技術(shù)是標(biāo)簽分發(fā)：分發(fā)FEC/標(biāo)簽綁定信息的過程，目的 是為了形成一個標(biāo)簽交換路徑（LSP）。有幾種模式可用來實現(xiàn)標(biāo)簽分發(fā)，如下 游請求的標(biāo)簽分發(fā)模式。另外現(xiàn)有的IP協(xié)議，如RSVP和BGP也可用于標(biāo)簽分發(fā)。 即可通過一個標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（LDP）來完成，或者在現(xiàn)有控制協(xié)議中傳輸F

12、EC/ 標(biāo)簽綁定信息。使用LDP作為MPLS的信令協(xié)議，提供標(biāo)準(zhǔn)的MPLS信令機制分配 和分發(fā)標(biāo)簽。MPLS使用LDP建立LIB信息庫，并在相應(yīng)的出口 /入口 LSR之間 建立LSP連接。LDP主要運行在可靠的TCP連接上（除非使用UDP）。LDP主要 執(zhí)行4個操作：*發(fā)現(xiàn)（Discovery）:發(fā)布并維護網(wǎng)絡(luò)中的LSR。*會晤（Session）:建立和保持兩個對等LDP之間的會晤。*廣告（Advertisement）:執(zhí)行標(biāo)簽的分配和傳播（allocationanddistribution）*通知（Notification）:通告差錯信息。對下行LSR而言，基本的操作包括分配標(biāo)簽和分發(fā)FEC

13、 /標(biāo)簽綁定信息給相 臨的上行LSR。在這種情況下，其中FEC對應(yīng)一個由一個動態(tài)選路協(xié)議分發(fā)的地 址前綴。LDP映射信息可以從任何本地LSR （獨立的LSP控制）發(fā)起，或者從出 口 LSR （排序的LSP控制）發(fā)起，井從下行LSR流向上行LSR。一個特定數(shù)據(jù)流 的到達、一個資源建立信息（如RSVP）或選路更新信息都可以觸發(fā)交換LDP 信息。一旦一對LSR交換用于一個特定FEC的LDP信息，每個LSR關(guān)聯(lián)它們LIB 中的入口標(biāo)簽與一個對應(yīng)的出口標(biāo)簽，之后就形成了一個從入口到出口的LSP。 其中，獨立的LSP控制是這樣一種情況：一個LSR綁定一個標(biāo)簽到FEC并告知綜 的LSR鄰居這一綁定信息；排序的LSP控制只發(fā)生在LSR綁定一個標(biāo)簽到一個 FEC的時候，排序的LSP控制用于建立一個非默認(rèn)特性的路徑。有兩個非默認(rèn)特 性路徑的例子，一個是經(jīng)過一個特定順序節(jié)點的路徑，另一個是必須沒有環(huán)路的 路徑。MPLS體系結(jié)構(gòu)具有支持獨立和排序的LSP控制的能力。建立MPLS的LSP，有三種方式：特定數(shù)據(jù)流的到達（流驅(qū)動）、資源預(yù)留 協(xié)議（RSVP）或者選路表更新信息（拓?fù)潋?qū)動）。考慮到這一事實，可擴展性是 最主要的要求之一以及MPLS是為特大型IP網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計的，因而基于路由的方案