現(xiàn)代通信網(wǎng)概論：第12章 寬帶綜合IP網(wǎng)

1、第12章 寬帶綜合IP網(wǎng)12.1 背景介紹12.2 IP over ATM12.3 多協(xié)議標(biāo)記交換12.4 IP over SDH/SONet12.5 IP over WDM思考題12.1 背 景 介 紹12.1.1 傳統(tǒng)Internet的主要問題 Internet持續(xù)快速地增長，是寬帶應(yīng)用發(fā)展的主要動力，也是使得IP協(xié)議成為目前通信網(wǎng)中占主導(dǎo)地位的通信協(xié)議，寬帶IP網(wǎng)絡(luò)將在下一代電信網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)主導(dǎo)地位。但I(xiàn)P技術(shù)的最初目標(biāo)只是支持簡單的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，并非是為面向運營和支持綜合業(yè)務(wù)來設(shè)計的，將IP用作構(gòu)建大型寬帶骨干網(wǎng)的技術(shù)還需解決以下主要問題。 1) 綜合業(yè)務(wù)傳送的能力 基于IPv4的傳統(tǒng)I

2、nternet底層結(jié)構(gòu)和協(xié)議主要是針對簡單數(shù)據(jù)傳輸來優(yōu)化設(shè)計的。而目前Internet越來越多地用來傳送HTTP業(yè)務(wù)、語音、多媒體和實時電子商務(wù)應(yīng)用，這不但要求Internet的底層結(jié)構(gòu)能提供更高的帶寬，也要求相應(yīng)的協(xié)議來支持復(fù)雜的多媒體數(shù)據(jù)流的傳送。 2) 可靠的網(wǎng)絡(luò)QoS能力 Internet的最初設(shè)計并非面向電信運營，IP協(xié)議也是一個無連接型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)只提供盡力而為(Best-Effort)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，不能為業(yè)務(wù)提供有保證的QoS。但作為面向運營的多業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)， IP應(yīng)該提供面向連接的服務(wù)，支持帶寬資源的預(yù)留，以便為關(guān)鍵業(yè)務(wù)提供可靠而有保證的服務(wù)質(zhì)量，更好地支持語音、視頻等具有

3、實時要求的業(yè)務(wù)。 3) 路由器的線速率分組轉(zhuǎn)發(fā)能力 傳統(tǒng)路由器通常放置于網(wǎng)絡(luò)的匯聚點，負(fù)責(zé)IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)，它主要依靠軟件進(jìn)行選路和分組轉(zhuǎn)發(fā)。由于IP的無連接特性，不管分組是否朝向同一目的地，它們都會被獨立地執(zhí)行選路和轉(zhuǎn)發(fā)，因此效率很低，且Internet中業(yè)務(wù)量增大，路由器就成為性能瓶頸。在寬帶綜合IP網(wǎng)中必須引入新的技術(shù)來解決路由器瓶頸。 4) 支持超大型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力 由于Internet 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶數(shù)目增長迅速，IPv4的地址空間已基本耗盡，目前IETF已提出了新的IP地址方案IPv6。與IPv4相比，IPv6的地址長度由32位擴(kuò)展至128位，以解決地址空間不夠的問題。另外，IPv6

4、的控制字段少于IPv4，支持?jǐn)?shù)據(jù)流標(biāo)記等新的特性，這些都有利于改善網(wǎng)絡(luò)的性能，提高路由器的處理能力。 5) 流量工程能力 今天，Internet上的主要路由協(xié)議都是基于計算分組在網(wǎng)上傳輸?shù)淖疃搪窂剿惴▉碓O(shè)計的，很少考慮時延、抖動、擁塞等因素，這樣網(wǎng)絡(luò)管理者很難進(jìn)行流量工程。 1995年后，為在Internet上支持實時業(yè)務(wù)，尤其是語音和視頻業(yè)務(wù)，并提供有保證的服務(wù)質(zhì)量，ITU-T、ATM論壇和IETF做了大量的工作。這一時期，一方面IETF在原有IP技術(shù)的基礎(chǔ)上，陸續(xù)制定了RSVP、RTP、RTCP等協(xié)議以支持實時，尤其是語音和視頻業(yè)務(wù)；另一方面，各種廠家也推出了很多專有的IP over AT

5、M技術(shù)產(chǎn)品來改善IP的服務(wù)質(zhì)量。 1997年，IETF開始制定的多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)(MPLS：Multi-Protocol Label Switching)，在各種專有IP over ATM技術(shù)的基礎(chǔ)上，從全網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)來考慮如何實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)、QoS、流量工程等目標(biāo)。1999年底，鑒于MPLS在未來網(wǎng)絡(luò)中的重要地位，ITU-T SG13研究組也將研究重心從B-ISDN和GII轉(zhuǎn)向MPLS。2000年后，隨著低成本、高性能路由器技術(shù)的成熟，采用IP over ATM方式構(gòu)建綜合寬帶IP骨干網(wǎng)已無性能優(yōu)勢，IP/MPLS方案成為構(gòu)建綜合寬帶IP骨干網(wǎng)的首選方案，我們將在隨后進(jìn)行介紹。12.

6、1.2 實現(xiàn)寬帶綜合IP網(wǎng)的主要方案 目前的IP網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)還存在著很多的問題，但主要問題是IP網(wǎng)絡(luò)的QoS、IP分組傳輸?shù)膸捫省⒕W(wǎng)絡(luò)的健壯性、可管理性、可擴(kuò)充性等。 ITU-T、IETF以及很多設(shè)備制造商和電信運營商都在積極研究基于IP的寬帶綜合骨干網(wǎng)的技術(shù)方案?？偟膩砜矗鞣N方案可以分成以下兩大類： (1) IP與ATM相結(jié)合的方案：借助ATM網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的QoS和綜合業(yè)務(wù)的能力，基于ATM來傳送IP，以此來解決IP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量問題。IP over ATM即屬于該方案，傳統(tǒng)電信運營商多采用此方案。其主要的缺點是技術(shù)體制復(fù)雜、IP傳輸效率不高。 (2) IP直接與光傳送網(wǎng)相結(jié)合的方案：使用光

7、纖信道來增加可用的帶寬，同時舍棄復(fù)雜的ATM層，將IP分組直接在光傳送網(wǎng)上傳輸，以提高傳輸效率，網(wǎng)絡(luò)資源的管理則委托路由器來完成，因而協(xié)議結(jié)構(gòu)簡單。依靠光傳送網(wǎng)的高帶寬和現(xiàn)代路由器的處理能力可以為寬帶業(yè)務(wù)提供很好的服務(wù)質(zhì)量。IP over SDH和IP over WDM就屬于該方案，目前這種方案主要的缺點是綜合業(yè)務(wù)能力和QoS保障能力較弱。MPLS則更像一個封裝協(xié)議，在兩種方案中均可使用。 上述方案都是特定的歷史時期和技術(shù)背景下的產(chǎn)物，各有其特點和適用場合，但兩種方案也具有以下共性： (1) 底層網(wǎng)絡(luò)必須提供有保證的QoS能力以滿足上層應(yīng)用的需求。 (2) 分組轉(zhuǎn)發(fā)必須盡可能由交換設(shè)備而不是路

8、由器來完成。 圖12.1描述了實現(xiàn)寬帶綜合IP網(wǎng)主要方法的協(xié)議結(jié)構(gòu)。 圖12.1 寬帶IP網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方式12.2 IP over ATM ATM技術(shù)是20世紀(jì)90年代初電信部門專門為B-ISDN開發(fā)的技術(shù)，目前已經(jīng)成熟穩(wěn)定。ATM除了可以提供高速交換能力外，其綜合業(yè)務(wù)和可靠的QoS能力使其仍然成為一種頗具潛力的骨干網(wǎng)技術(shù)。將ATM技術(shù)應(yīng)用于Internet可以解決帶寬問題，也可以簡單地將ATM的QoS能力引入Internet，以滿足各種實時業(yè)務(wù)的性能要求。因此IP over ATM方案成為傳統(tǒng)電信運營商構(gòu)建寬帶IP網(wǎng)的主要選擇之一。 如圖12.2所示，IP over ATM方案中，IP層主要實

9、現(xiàn)多業(yè)務(wù)匯聚和數(shù)據(jù)的封裝，ATM層負(fù)責(zé)提供端到端的QoS，SDH層提供光網(wǎng)絡(luò)的管理和保護(hù)切換功能，光網(wǎng)絡(luò)層基于WDM提供高帶寬。圖12.2 IP over ATM技術(shù)分類 IP與ATM技術(shù)相結(jié)合的主要難點在于ATM是面向連接的技術(shù)，而IP是無連接的技術(shù)，并且兩者都有自己的編址方案和選路規(guī)程，相互間的協(xié)調(diào)配合較復(fù)雜。目前關(guān)于IP over ATM的方案，ITU-T、IETF、ATM-Forum等標(biāo)準(zhǔn)化部門和許多制造商已提出了很多。其中有一些已成為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這些方案中IP與ATM之間的結(jié)合方式來劃分，IP over ATM可分為重疊模式(Overlay Model)和集成模式(Integratio

10、n Model)兩種。12.2.1 重疊模式和集成模式 1重疊模式 重疊模式產(chǎn)生于20世紀(jì)90年代中期，當(dāng)時業(yè)界的主流仍然相信ATM將是未來網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)技術(shù)。因此設(shè)計者的出發(fā)點是考慮今后如何更易于向基于ATM的B-ISDN過渡，其基本思想是：IP與ATM各自保持原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、協(xié)議結(jié)構(gòu)不變，通過在兩個不同層次的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)映射、地址映射和控制協(xié)議映射來實現(xiàn)IP over ATM。 在重疊模式中，從IP層的角度來看，ATM層只是另一個異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)而已，它們通過IP協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)間互連，ATM網(wǎng)絡(luò)作為傳送IP分組的數(shù)據(jù)鏈路層來使用；從ATM層來看，IP層產(chǎn)生的業(yè)務(wù)只是它承載的一種業(yè)務(wù)類型，它使用AAL

11、5適配IP分組，將其封裝成ATM信元，使用標(biāo)準(zhǔn)ATM信令建立端到端的VC連接，并在其上傳送已封裝成ATM信元形式的IP業(yè)務(wù)流。 圖12.3描述了該模式的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，ATM交換機(jī)構(gòu)成寬帶核心網(wǎng)，路由器則位于核心網(wǎng)邊緣。由路由器構(gòu)成的IP網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)路由表的維護(hù)，確定下一跳路由器地址，然后將IP分組轉(zhuǎn)換成ATM信元，經(jīng)由ATM核心網(wǎng)建立的VC傳送到選定的下一跳路由器。圖12.3 IP over ATM重疊模式網(wǎng)絡(luò) 該方案的思路看似簡單，但實現(xiàn)起來卻很復(fù)雜。它要求每個使用IP服務(wù)的ATM用戶終端同時具有ATM網(wǎng)絡(luò)地址和IP地址，并同時支持IP和ATM兩套控制機(jī)制；網(wǎng)絡(luò)中需設(shè)置專用服務(wù)器完成高層IP地址

12、到ATM地址的解析工作。在發(fā)端用戶知道收端用戶的ATM地址之時，才使用標(biāo)準(zhǔn)的ATM信令建立端到端的VPI/VCI連接。該模式的優(yōu)點是與標(biāo)準(zhǔn)的ATM網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)兼容；缺點是IP的傳輸效率低，地址解析服務(wù)器容易成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸，不能充分發(fā)揮ATM在QoS方面的優(yōu)勢，因而不適宜用來構(gòu)造大型骨干網(wǎng)。 重疊模式主要包括IETF的傳統(tǒng)CIPOA(Classical IP over ATM)、ATM forum的局域網(wǎng)仿真(LANE：LAN Emulation)和MPOA(Multi-Protocol over ATM)等。由于重疊模式不適用于構(gòu)建寬帶骨干Internet，這里將不做討論。 2集成模式 集成模式是

13、為解決重疊模式性能低、可靠性差的問題而于20世紀(jì)90年代后期產(chǎn)生的，此時關(guān)于IP與ATM誰主沉浮的爭論已基本塵埃落定，設(shè)計者考慮的是如何設(shè)計一個高性能的基于IP的寬帶綜合網(wǎng)，而不再是保持ATM網(wǎng)絡(luò)的獨立性以便今后向B-ISDN轉(zhuǎn)進(jìn)，對集成模式而言，只是將ATM技術(shù)中合理的成分為我所用而已，例如ATM基于定長標(biāo)記的交換、ATM的硬件交換結(jié)構(gòu)等。集成模式的基本思想是讓核心網(wǎng)的ATM交換機(jī)直接運行IP路由協(xié)議，將ATM層看作IP層的對等層，而不是為其提供服務(wù)的下一層，使用IP服務(wù)的用戶終端只需要一個 IP地址來標(biāo)識，網(wǎng)絡(luò)無需再進(jìn)行IP地址到ATM地址的解析處理，也不再使用ATM信令進(jìn)行端到端VC的建

14、立。 圖12.4描述了該模式的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)中ATM交換機(jī)仍然基于VPI/VCI實現(xiàn)分組轉(zhuǎn)發(fā)，但不同之處在于，一般純ATM網(wǎng)絡(luò)和重疊模式中的ATM交換機(jī)的VPI/VCI表是由標(biāo)準(zhǔn)的ATM信令建立和維護(hù)的，而集成模式中ATM交換機(jī)的VPI/VCI表是由IP路由協(xié)議和基于TCP/IP的其他標(biāo)記分發(fā)控制協(xié)議創(chuàng)建和維護(hù)的。因此在集成模式中，ATM交換機(jī)實際上是一個多協(xié)議交換式路由器，因而在圖12.4中將其記為LSR(Label Switching Router)，LSR節(jié)點先使用IP進(jìn)行尋址和選路，然后在選好的路徑上使用ATM交換進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)。圖12.4 IP over ATM集成模式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

15、集成模式的優(yōu)點是綜合了第三層路由的靈活性和第二層交換的高效性，IP分組的傳輸效率高，可以充分發(fā)揮ATM面向連接的全部優(yōu)點；缺點是協(xié)議較為復(fù)雜，與標(biāo)準(zhǔn)ATM技術(shù)不兼容。從技術(shù)特點上來看，集成模式更像多層交換技術(shù)。目前IP over ATM的主流是采用集成模式，它適合于組建大型IP骨干網(wǎng)。 集成模式主要包括Ipsilon公司的IP交換技術(shù)(IP Switching)、Cisco公司的標(biāo)記交換技術(shù)(Tag Switching)、IETF制定的MPLS等。其中IP Switching 和Tag Switching 都屬于相應(yīng)公司的專有技術(shù)，我們只做簡單的介紹，對國際標(biāo)準(zhǔn)的MPLS我們將做重點介紹。12

16、.2.2 IP交換 IP交換是Ipsilon公司提出的專用于在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳送IP分組的技術(shù)。它最先引入了流的概念，IP交換機(jī)可以根據(jù)流的不同特點，選擇使用傳統(tǒng)的路由方法轉(zhuǎn)發(fā)分組，或建立ATM連接轉(zhuǎn)發(fā)分組。IP交換大大地提高了ATM網(wǎng)上IP分組轉(zhuǎn)發(fā)的效率，是典型的集成方式的多層交換技術(shù)。 1基本結(jié)構(gòu) IP交換的核心是IP交換機(jī)和相關(guān)的專用通信協(xié)議。IP交換機(jī)由兩個邏輯上分離的功能組成：ATM交換模塊和IP交換控制器。各部分的主要功能描述簡單介紹如下： (1) IP交換控制器：主要由IP路由軟件和控制軟件組成，它負(fù)責(zé)標(biāo)識一個流，并將其映射到ATM的虛信道上。ATM交換機(jī)與IP交換控制器則通過一個

17、ATM接口相連，用于控制信號和用戶數(shù)據(jù)的傳送。 (2) GSMP：通用交換管理協(xié)議，此協(xié)議使IP交換控制器可從內(nèi)部完全控制ATM交換模塊，管理其交換端口，建立和撤銷通過交換機(jī)的連接，等等 (3) IFMP：Ipsilon流管理協(xié)議，該協(xié)議用于在IP交換機(jī)間共享流標(biāo)記信息，以實現(xiàn)基于流的第二層交換。圖12.5 IP交換機(jī)的結(jié)構(gòu) 在IP交換中，一個“流”是從ATM交換模塊輸入端口輸入的一系列有先后關(guān)系的IP分組，IP交換將輸入的分組流分為以下兩種類型： (1) 持續(xù)期長、業(yè)務(wù)量大的用戶數(shù)據(jù)流。該類型包括FTP、Telnet、HTTP、多媒體語音、視頻流等。對于此類型分組流用戶數(shù)據(jù)流，IP交換在AT

18、M交換機(jī)中為其建立對應(yīng)的VC連接；對于多媒體語音、視頻流，在ATM交換機(jī)中進(jìn)行交換還可以利用ATM硬件的廣播和多播發(fā)送能力。 (2) 持續(xù)期短、業(yè)務(wù)量小、呈突發(fā)分布的用戶業(yè)務(wù)流。該類型包括DNS查詢、SMTP、SNMP等數(shù)據(jù)流。對于類型分組流，IP交換通過IP交換控制器中的IP路由軟件按照傳統(tǒng)的路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的方式，一跳一跳地進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，以節(jié)省ATM VC的建立開銷。 2工作過程 IP交換同時支持傳統(tǒng)的逐跳分組轉(zhuǎn)發(fā)方式和基于流的ATM直接交換方式，其工作過程大致可分為以下三個階段： (1) 逐跳轉(zhuǎn)發(fā)IP分組階段。任意IP分組流最初都是在兩個相鄰IP交換機(jī)間的缺省VC上逐跳轉(zhuǎn)發(fā)的，該缺省VC穿過A

19、TM交換機(jī)并終接于兩個IP交換控制器。在每一跳，ATM信元先重新組裝成IP分組，送往IP交換控制器，它則根據(jù)IP路由表決定下一跳，然后再分拆為ATM信元進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。同時，IP交換控制器基于接收IP分組的特征，按照預(yù)定的策略進(jìn)行流分類決策，以判斷創(chuàng)建一個流是否有益。 (2) 使用IFMP將業(yè)務(wù)流從默認(rèn)VC重定向到一個專用的VC上。如果分組適合于流交換，則IP交換控制器用IFMP協(xié)議發(fā)一個重定向信息給上游節(jié)點，要求它將該業(yè)務(wù)流放到一個新的VC上送(即VC既是上游節(jié)點的出口，同時又是下游節(jié)點的入口)。如果上游節(jié)點同意建立VC，則后續(xù)分組在新的VC上轉(zhuǎn)發(fā)，同時下游節(jié)點也進(jìn)行流分類決策，并發(fā)送一個重定向信

20、息到上游，請求為該業(yè)務(wù)流建立一條呼出VC。新的VC一旦被建立，后續(xù)業(yè)務(wù)流將在新的VC上轉(zhuǎn)發(fā)。 (3) 在新的VC上對流進(jìn)行第二層交換。ATM交換機(jī)根據(jù)已經(jīng)構(gòu)造好的輸入/輸出VC的映射關(guān)系，將該流的所有后續(xù)業(yè)務(wù)量在第二層進(jìn)行交換，而不會再涉及到IP交換控制器。同時一旦建立了一個流， IP分組就不需要在每一跳進(jìn)行組裝和分拆操作，從而大大提高了IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)效率，尤其是由長流組成的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)將受益最多。 圖12.6 IP交換的工作原理 3IP交換的缺點 IP交換主要有如下缺點： (1) 只支持IP協(xié)議，不能橋接或路由其他協(xié)議。 (2) 分組轉(zhuǎn)發(fā)效率依賴于具體用戶的業(yè)務(wù)特性，對業(yè)務(wù)量大、持續(xù)期長的用戶數(shù)

21、據(jù)流，效率較高，對大多數(shù)持續(xù)期短、業(yè)務(wù)量小、呈突發(fā)分布的用戶數(shù)據(jù)流效率不高。12.2.3 Tag交換 Tag交換是Cisco公司提出的一種根據(jù)每個分組中預(yù)先分配的Tag來進(jìn)行交換的通用方法(并非僅對IP和ATM)。Cisco公司將它定位為一種廣域網(wǎng)技術(shù)，其設(shè)計目標(biāo)是將第二層交換和網(wǎng)絡(luò)流量管理能力與第三層路由功能的靈活性和可伸縮性結(jié)合在一起，以滿足未來通信網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量要求。 1Tag 交換的基本結(jié)構(gòu) 1) Tag的概念 Tag交換核心的概念是“Tag, Tag的長度固定，每個Tag與第三層的路由信息直接關(guān)聯(lián)，這樣通過定長的Tag而不是變長的IP地址前綴，就可以將IP分組或ATM信元傳送到網(wǎng)絡(luò)中的

22、合適目的地。這種方式有如下優(yōu)點： (1) 交換機(jī)使用固定長的Tag 作為索引查找分組轉(zhuǎn)發(fā)表，從而產(chǎn)生非常快速而有效的轉(zhuǎn)發(fā)決策，更適合用硬件方式來實現(xiàn)交換。 (2) Tag與第三層的路由信息相關(guān)聯(lián)，使得與Tag相關(guān)聯(lián)的交換路徑可以預(yù)先建立，提高了網(wǎng)絡(luò)的交換性能和穩(wěn)定性。我們將這種流建立方式稱為拓?fù)潋?qū)動，它是Tag交換與IP交換的最重要的區(qū)別。 Tag與IP地址不同點在于：IP地址是全網(wǎng)有效的，要求保證IP地址的全網(wǎng)范圍的惟一性；而Tag是局部有效的，只需在任一交換節(jié)點保持其惟一性即可。 對于IP over ATM網(wǎng)絡(luò)，Tag可直接由VPI/VCI字段運載，無需修改所需要的AT M信元格式。對于其

23、他分組網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)記必須放在現(xiàn)有的幀字段中，或附加在第二層和第三層的控制字段之間。 2) Tag交換的主要部件 Tag交換主要包括以下組成部分： (1) 邊緣路由器(ER：Edge Router): 位于核心網(wǎng)絡(luò)的邊緣，它負(fù)責(zé)將Tag加到分組上，并執(zhí)行增值的網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)。ER既可以是路由器，也可以是多層LAN交換機(jī)。 (2) Tag交換機(jī)(TS：Tag Switch): 它可以對所有被Tag的分組或信元進(jìn)行第二層交換，同時它也可以支持完整的第三層IP路由功能。 (3) Tag分配協(xié)議(TDP：Tag Distribution Protocol)：TDP與標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)層IP路由協(xié)議(OSPF、BGP等)

24、配合，在Tag交換網(wǎng)絡(luò)中的相鄰的各設(shè)備間分發(fā)Tag信息，TDP提供了TS與ER以及TS與TS之間進(jìn)行Tag信息交換的方式。ER和TS使用標(biāo)準(zhǔn)的IP路由協(xié)議建立它們的路由表(FIB：Forward Information Base)，獲取目的地的可達(dá)性信息，在FIB的基礎(chǔ)上，相鄰的TS和ES使用TDP相互分發(fā)Tag值，創(chuàng)建Tag交換需要的TIB(Tag Information Base)，TS將依據(jù)TIB執(zhí)行Tag交換。 3) 分配Tag的依據(jù) 在ER中可以根據(jù)下列幾類信息為IP分組加上Tag值： (1) 目的地址前綴：此類Tag，以路由表中的路由為基礎(chǔ)分配。它允許來自不同源地址而流向同一目的地

25、的業(yè)務(wù)流發(fā)送時共享同一標(biāo)記，從而節(jié)省標(biāo)記和資源。 (2) 業(yè)務(wù)量調(diào)節(jié)：給IP分組加上一個Tag，使它沿指定的，但與IP路由算法選擇的路徑不同的路徑傳輸，從而使管理員可以平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，進(jìn)行流量工程管理。 (3) 應(yīng)用業(yè)務(wù)流：該方法Tag的分配同時考慮源地址和目的地址，比如可以根據(jù)源地址和目的地址之間已登記的QoS需求來分配Tag，它可以提供更為精細(xì)的QoS保證能力。 2工作原理 Tag交換將路由功能分成以下兩部分： (1) 分組轉(zhuǎn)發(fā)：執(zhí)行基于Tag值的查表和轉(zhuǎn)發(fā)分組。 (2) 控制功能：使用IP路由協(xié)議和TDP創(chuàng)建和維護(hù)Tag信息庫TIB。 當(dāng)分組轉(zhuǎn)發(fā)部分收到一個帶Tag值的IP分組或信元時，用

26、Tag作索引查詢Tag信息庫TIB, 如果找到匹配的，則根據(jù)TIB中的信息，用輸出標(biāo)記取代原來的輸入標(biāo)記，隨后該分組或信元將被轉(zhuǎn)發(fā)到指定的輸出端口。 Tag交換的工作過程可簡單地用以下四個步驟來描述，如圖12.7所示。 (1) 1a: 使用現(xiàn)有路由協(xié)議(如OSPF、BGP )建立目的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性。 1b: 使用TDP協(xié)議在ER和TS間分布Tag信息。 (2) 在IP骨干網(wǎng)的邊緣，入口ER接收IP分組，完成任何第三層特殊服務(wù)，并為分組打上Tag。 (3) 在IP骨干網(wǎng)內(nèi)部，TS使用Tag而非IP地址進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)。 (4) 當(dāng)分組穿過網(wǎng)絡(luò)到達(dá)另一邊，出口ER移去Tag，并將分組傳給其目的地LAN。圖

27、12.7 Tag交換的工作過程 需要指出的是：ATM交換與Tag交換主要的不同在于轉(zhuǎn)發(fā)表的創(chuàng)建方式，ATM轉(zhuǎn)發(fā)表中的每一項是通過響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)用戶發(fā)起的一個ATM信令過程創(chuàng)建的。Tag交換則通過執(zhí)行IP路由協(xié)議來發(fā)現(xiàn)到每一目的地的路由，然后該路由上相鄰的Tag交換機(jī)通過TDP協(xié)商確定到每一目的地的輸入輸出Tag對。 Tag交換作為一種Cisco公司的專有技術(shù)，其主要的缺點是不可擴(kuò)展。當(dāng)使用地址前綴分配Tag值時，存在VC合并問題，即當(dāng)IP分組封裝進(jìn)AAL5-PDU中時，插入到同一連接中的信元會分配相同的VCI，這樣接收它們的下一跳就無法區(qū)分它們是否屬于不同的分組。 為了使這一技術(shù)能夠被接受， Cis

28、co已將Tag交換提交給IETF的多協(xié)議標(biāo)號交換MPLS工作組，其中的許多思想已被MPLS接受。 前面介紹的IP交換和Tag交換都屬于集成模式，從支持IP的角度來看，集成模式在性能和擴(kuò)展性等方面優(yōu)于重疊模式，更適合用來組建面向電信運營的寬帶綜合IP網(wǎng)絡(luò)。 集成模式中根據(jù)流的建立方式不同又分為基于數(shù)據(jù)流(Flow-based)的方式和基于拓?fù)?Topology-Based)的方式。其中IP交換屬于基于數(shù)據(jù)流的方式，因為執(zhí)行ATM交換還是IP轉(zhuǎn)發(fā)依賴于數(shù)據(jù)流的特性；Tag交換屬于基于拓?fù)涞姆绞?，因為ATM-VC的建立直接與網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由器傳送分組時選擇的路由相關(guān)。下面是兩種方式的比較： (1

29、) 基于數(shù)據(jù)流方式的IP交換可以為業(yè)務(wù)流提供與ATM一樣的QoS保證，但必須為每一個業(yè)務(wù)流分配一個虛電路，一方面會占用過多的IP地址，另一方面基于業(yè)務(wù)流創(chuàng)建流，要求沿途所有交換機(jī)都進(jìn)行流檢測，并通過IFMP協(xié)議通信，很容易產(chǎn)生擁塞。因此IP交換創(chuàng)建流的方法開銷大，不適用于業(yè)務(wù)密集的大型骨干網(wǎng)絡(luò)。 (2) 基于拓?fù)浞绞降腡ag交換在建立路由表時，預(yù)先建立Tag映射，它既能支持短期、小業(yè)務(wù)量的Tag交換，也能支持長期、大業(yè)務(wù)量的Tag交換；另外，Tag交換的TDP協(xié)議只在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變時才發(fā)送消息，其流的創(chuàng)建維護(hù)開銷較小，該技術(shù)更適于在大型骨干網(wǎng)上應(yīng)用。 上述的集成模式技術(shù)都屬于設(shè)備制造上的

30、專有技術(shù)，不同廠商的設(shè)備間很難互通，隨著2000年后高速路由器技術(shù)的成熟和成本下降，IP over ATM技術(shù)已逐漸喪失吸引力，IP/MPLS方案逐漸成為主流。IETF提出的MPLS技術(shù)一個很重要的目標(biāo)就是提供一個集成模式的國際標(biāo)準(zhǔn)，來解決未來大型骨干IP網(wǎng)絡(luò)中不同廠商設(shè)備間的兼容性問題。目前主要的電信、計算機(jī)領(lǐng)域的設(shè)備制造商都參與了該標(biāo)準(zhǔn)的制定。12.3 多協(xié)議標(biāo)記交換12.3.1 背景 1MPLS的定義 MPLS是IETF提出的解決下一代寬帶骨干網(wǎng)帶寬管理和業(yè)務(wù)需求的優(yōu)秀方案之一。MPLS出現(xiàn)之前，IETF、ITU-T等陸續(xù)提出了RTP/RTCP、RSVP、SIP、H.323等協(xié)議以期解決

31、傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)的多業(yè)務(wù)支持和服務(wù)質(zhì)量問題，但這些方案的思路都是在不改變傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加這個功能，但它不能從根本上解決問題。MPLS則第一次試圖從全網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)角度去解決這個問題。MPLS代表多協(xié)議標(biāo)記交換，其中多協(xié)議的含義是該技術(shù)適用于任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在這里主要討論IP作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的用法； 其中的標(biāo)記交換是指利用MPLS傳輸?shù)姆纸M在網(wǎng)絡(luò)入口處打上一個短小、長度固定的標(biāo)記，當(dāng)分組沿某一路徑傳輸時，該路徑上的交換設(shè)備將根據(jù)標(biāo)記值實現(xiàn)快速高效的第二層交換。 MPLS的多協(xié)議特性則體現(xiàn)在，它提供了一種標(biāo)記的封裝方法，使得MPLS可以交換任何類型網(wǎng)絡(luò)層分組，同時也可以保持與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的兼容性，即M

32、PLS具體的標(biāo)記封裝方式?jīng)Q定于具體數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)(ATM、幀中繼、Ethernet等)，所以MPLS既可以在現(xiàn)有的ATM網(wǎng)絡(luò)、幀中繼、Ethernet等網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)，也可以在未來新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)。從本質(zhì)上看，MPLS是將第二層交換的高效率與第三層路由的靈活性綜合在一起的多層交換技術(shù)。 圖12.8描述了MPLS的多協(xié)議支持特性。圖12.8 MPLS的多協(xié)議支持特性 2MPLS的設(shè)計目標(biāo) MPLS是針對目前網(wǎng)絡(luò)面臨的速度、可伸縮性(Scalability)、QoS管理、流量工程等問題而設(shè)計的一個通用的解決方案。其主要的設(shè)計目標(biāo)和技術(shù)路線如下： (1) 提供一種通用的標(biāo)記封裝方法，使得它可以支持各種

33、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(主要是IP協(xié)議)，同時又能夠在現(xiàn)存的各種分組網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)。 (2) 在骨干網(wǎng)上采用定長標(biāo)記交換取代傳統(tǒng)的路由轉(zhuǎn)發(fā)，以解決目前Internet的路由器瓶頸，并采用多層交換技術(shù)保持與傳統(tǒng)路由技術(shù)的兼容性。 (3) 在骨干網(wǎng)中引入QoS以及流量工程等技術(shù)，以解決目前Internet服務(wù)質(zhì)量無法保證的問題，使得IP可以真正成為可靠的、面向運營的綜合業(yè)務(wù)服務(wù)網(wǎng)。 總之，在下一代網(wǎng)絡(luò)中為滿足網(wǎng)絡(luò)用戶的需求，MPLS將在尋路、交換、分組轉(zhuǎn)發(fā)、流量工程等方面扮演重要角色。 3主要標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu) 1997年IETF首次提出了MPLS，1999年就有廠商推出了相應(yīng)的設(shè)備，速度之快是以前任何一種技術(shù)所沒有的。

34、MPLS草案主要分四部分：第一部分描述了MPLS的總體情況和術(shù)語；第二部分為標(biāo)準(zhǔn)的主體，描述了MPLS的標(biāo)記格式、標(biāo)記分配的屬性、標(biāo)記分配的概念、標(biāo)記編碼、路由選擇機(jī)制和環(huán)路控制等內(nèi)容；第三部分描述了MPLS的主要應(yīng)用；第四部分描述了標(biāo)記分配協(xié)議LDP。 2000年前與MPLS相關(guān)的機(jī)構(gòu)主要有IEFT和ATM論壇。IETF中與MPLS有關(guān)的工作組包括： (1) Routing area 工作組； (2) MPLS 工作組。 ATM論壇中與MPLS有關(guān)的工作組包括: (1) Traffic Management 工作組； (2) ATM-IP Collaboration 工作組。 1999年底，

35、鑒于IP技術(shù)在Internet 的絕對統(tǒng)治地位，ITU-TSG13研究組將研究重心從B-ISDN和GII轉(zhuǎn)向MPLS，并一致同意將LDP/CR-LDP作為公用網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)信令。 2000年成立的MPLS論壇也是非常活躍的MPLS研究機(jī)構(gòu)，由于其成員代表了主要的電信設(shè)備廠商，因而對MPLS標(biāo)準(zhǔn)的制定有很大的影響。 4主要應(yīng)用 MPLS提供了一個基于標(biāo)準(zhǔn)的解決方案以滿足當(dāng)今骨干網(wǎng)對高性能的需求，其主要應(yīng)用目標(biāo)如下： 1) 提高數(shù)據(jù)網(wǎng)中分組轉(zhuǎn)發(fā)的性能 (1) 通過采用第二層交換技術(shù)，MPLS增強(qiáng)并簡化了路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的能力。 (2) MPLS簡單、易于實現(xiàn)。 (3) 由于IP路由被標(biāo)記線速率交換替代，網(wǎng)絡(luò)

36、性能得到了提高。 2) 支持區(qū)分服務(wù)的QoS (1) MPLS采用流量工程的方式建立通路，以此來提供業(yè)務(wù)級的性能保證。 (2) MPLS同時提供基于約束的和顯式LSP的建立。 3) 支持網(wǎng)絡(luò)的可升級性(Scalability) MPLS可以避免在網(wǎng)孔型的IP-ATM中出現(xiàn)的N2覆蓋問題。4) 構(gòu)建可互操作的網(wǎng)絡(luò)(1) MPLS是一個實現(xiàn)IP與ATM網(wǎng)絡(luò)可以互操作的標(biāo)準(zhǔn)解決方案。(2) MPLS簡化了IP over SDH在光交換中的集成。(3) MPLS的流量工程能力，有助于創(chuàng)建可伸縮的VPN。12.3.2 MPLS的總體結(jié)構(gòu) 1主要功能 MPLS是IETF為業(yè)務(wù)流通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高效地尋路、轉(zhuǎn)發(fā)

37、和交換而提供的一個框架，它執(zhí)行的主要功能有： (1) 提供對不同粒度的業(yè)務(wù)流的管理機(jī)制，例如不同硬件和機(jī)器之間、不同應(yīng)用之間的業(yè)務(wù)流。 (2) 保持原有第二層和第三層協(xié)議的獨立。 (3) 提供一種將IP地址映射成簡單的、固定長度標(biāo)記的方法，該標(biāo)記可用于不同的分組轉(zhuǎn)發(fā)和分組交換技術(shù)。 (4) 為已有的路由協(xié)議如RSVP和OSPF(Open Shortest Path First)等提供接口。 2主要名詞術(shù)語 1) 標(biāo)記(Label ) 標(biāo)記是一個短小、定長，且只有局部意義的連接標(biāo)識符，它對應(yīng)于一個轉(zhuǎn)發(fā)等價類(FEC)。一個分組上增加的標(biāo)記代表該分組隸屬的FEC。標(biāo)記可以使用LDP、RSVP或通過

38、OSPF、BGP等路由協(xié)議搭載來分配。每一個分組在從源端到目的端的傳送過程中，都會攜帶一個標(biāo)記。由于標(biāo)記是固定長的，并且封裝在分組的最開始部分，因此硬件利用標(biāo)記就可以實現(xiàn)高速的分組交換。 從標(biāo)記起的作用來看，它與ATM信元中的VPI/VCI、幀中繼幀中的DLCI、X.25分組中的LCN功能相同，都起局部連接標(biāo)記符的作用。 2) LSP LSP(Label-Switched Path)指標(biāo)記交換路徑，在功能上它等效于一個虛電路。在MPLS網(wǎng)絡(luò)中，分組傳輸在LSP上進(jìn)行, 一個LSP由一個標(biāo)記序列標(biāo)識，它由從源端到目的端的路徑上的所有節(jié)點上的相應(yīng)標(biāo)記組成。LSP可以在數(shù)據(jù)傳輸前建立(Control

39、-Driven)，也可以在檢測到一個數(shù)據(jù)流后建立(Data-Driven)。 3) LSR LSR(Label Switched Router)指標(biāo)記交換路由器，是一個通用IP交換機(jī)，位于MPLS核心網(wǎng)中，具有第三層轉(zhuǎn)發(fā)分組和第二層交換分組的功能。它負(fù)責(zé)使用合適的信令協(xié)議(如LDP/CR-LDP或RSVP)與鄰接LSR交換FEC/Label綁定信息，建立LSP。對加上標(biāo)記的分組，LSR將不再進(jìn)行任何第三層處理，只是依據(jù)分組上的標(biāo)記，利用硬件電路，在預(yù)先建立的LSP上執(zhí)行高速的分組轉(zhuǎn)發(fā)。 4) LER LER指標(biāo)記邊緣路由器，它位于接入網(wǎng)和MPLS網(wǎng)的邊界的LSR，其中入口LER(Label E

40、dge Router)負(fù)責(zé)基于FEC對IP分組進(jìn)行分類，并為IP分組加上相應(yīng)標(biāo)記，執(zhí)行第三層功能，決定相應(yīng)的服務(wù)級別和發(fā)起LSP的建立請求，并在建立LSP后將業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)到MPLS網(wǎng)上。而出口LER則執(zhí)行標(biāo)記的刪除，并將除去標(biāo)記后的IP分組轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的目的地。通常LER都提供多個端口以連接不同的網(wǎng)絡(luò)(如ATM、FR、Ethernet等)，LER在標(biāo)記的加入和刪除，業(yè)務(wù)進(jìn)入和離開MPLS網(wǎng)等方面扮演著重要的角色。 5) FEC FEC(Forwarding Equivalence Class)指轉(zhuǎn)發(fā)等價類，代表了有相同服務(wù)需求分組的子集。對于子集中所有的分組，路由器采用同樣的處理方式轉(zhuǎn)發(fā)。例如，最

41、常見的一種是LER可根據(jù)分組的網(wǎng)絡(luò)層地址確定其所屬的FEC，根據(jù)FEC為分組加上標(biāo)記。 在傳統(tǒng)方式中，每個分組在每一跳都會重新分配一個FEC(例如，執(zhí)行第三層的路由表查找)。而在MPLS中，當(dāng)分組進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時，為一個分組指定一個特定的FEC只在MPLS網(wǎng)的入口做一次。 FEC一般根據(jù)給定的分組集合的業(yè)務(wù)需求或是簡單的地址前綴來確定。每一個LSR都要創(chuàng)建一張表來說明分組是如何進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的，該表被稱為LIB(Label Information Base)，表中包含了FEC-Label間的綁定關(guān)系。 MPLS核心網(wǎng)之所以基于標(biāo)記，而不是直接使用FEC進(jìn)行交換，主要基于以下原因： (1) FEC長度可變，

42、甚至是一個策略描述，基于它難以實現(xiàn)硬件高速交換。 (2) FEC是基于網(wǎng)絡(luò)層或更高層的管理信息得到的，而MPLS的目標(biāo)之一是支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，直接使用FEC不利于實現(xiàn)一個獨立于網(wǎng)絡(luò)層的核心交換網(wǎng)。 (3) FEC-Label策略也增強(qiáng)了MPLS作為一種骨干網(wǎng)技術(shù)在路由和流量工程方面的靈活性和可伸縮性。圖12.9 FEC-Label與LSP的關(guān)系示意圖 6) LDP LDP指標(biāo)記分配協(xié)議，是MPLS中LSP的連接建立協(xié)議。LSR使用LDP(Label Distribution Protocol)協(xié)議交換FEC/Label綁定信息，建立一條從入口LER到出口LER的LSP。但是MPLS并不限制

43、舊有的控制協(xié)議的使用，如RSVP、OSPF、BGP、PNNI等。 3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) MPLS屬于多層交換技術(shù)，它主要由兩部分組成，即控制面和數(shù)據(jù)面，其主要特點如下： (1) 控制面：負(fù)責(zé)交換第三層的路由信息和標(biāo)記。它的主要內(nèi)容包括采用標(biāo)準(zhǔn)的IP路由協(xié)議，如OSPF、IS-IS(Intermedia System to Intermedia System)和BGP等交換路由信息，創(chuàng)建和維護(hù)路由表FIB(Forwarding Information Base)；采用新定義的LDP協(xié)議或舊有的BGP、RSVP等，交換、創(chuàng)建并維護(hù)標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)表LIB和LSP。在MPLS中，不再使用ATM的控制信令。 另外在

44、控制面， MPLS采用拓?fù)潋?qū)動的連接建立方式創(chuàng)建LSP，這種方式與PSTN、X.25、ATM等傳統(tǒng)技術(shù)采用的數(shù)據(jù)流驅(qū)動的連接建立方式相比，更適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性特點，一方面LSP基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕A(yù)先建立，另一方面核心網(wǎng)絡(luò)需要維持的連接數(shù)目不直接受用戶呼叫和業(yè)務(wù)量變化的控制和影響，核心網(wǎng)絡(luò)可以用數(shù)目很少的、基本相對穩(wěn)定的LSP服務(wù)眾多的用戶業(yè)務(wù)，這在很大程度上提高了核心網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。 (2) 數(shù)據(jù)面：負(fù)責(zé)基于LIB進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，其主要特點是采納ATM等的固定長標(biāo)記交換技術(shù)進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，從而極大地簡化了核心網(wǎng)絡(luò)分組轉(zhuǎn)發(fā)的處理過程，提高了傳輸效率。 MPLS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交換的核心思想可總結(jié)為一句話：“在網(wǎng)絡(luò)

45、邊緣進(jìn)行路由和標(biāo)記，在網(wǎng)絡(luò)核心進(jìn)行標(biāo)記交換”。圖12.10是一個MPLS網(wǎng)絡(luò)的示意圖。圖12.10 MPLS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖 組成MPLS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分為兩類，即位于網(wǎng)絡(luò)核心的LSR和位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的LER。構(gòu)成MPLS網(wǎng)絡(luò)的其他核心成分包括標(biāo)記封裝結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的信令協(xié)議，如IP路由協(xié)議和標(biāo)記分配協(xié)議等。通過上述核心技術(shù)，MPLS將面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)引入到了IP骨干網(wǎng)中。 MPLS網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行標(biāo)記交換需經(jīng)歷以下步驟： (1) 1a：LSR使用現(xiàn)有的IP路由協(xié)議獲取到目的網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性信息，維護(hù)并建立標(biāo)準(zhǔn)IP轉(zhuǎn)發(fā)路由表FIB。 1b：使用LDP協(xié)議建立LIB。 (2) 入口LER接收分組，執(zhí)行第三層的增值

46、服務(wù)，并為分組打上標(biāo)記。 (3) 核心LSR基于標(biāo)記執(zhí)行交換。 (4) 出口LER刪除標(biāo)記，轉(zhuǎn)發(fā)分組到目的網(wǎng)絡(luò)。 圖12.11描述了在MPLS網(wǎng)中使用的主要協(xié)議和其所在的功能模塊，其中控制面由IP路由協(xié)議模塊、標(biāo)記分配協(xié)議模塊組成。根據(jù)不同的使用環(huán)境，IP路由協(xié)議可以是任何一個目前流行的路由協(xié)議，如OSPF、BGP或IS-IS等。標(biāo)記分配協(xié)議也有多種選擇，其中LDP使用TCP協(xié)議來保證LDP對等層在對話期間的控制數(shù)據(jù)可靠地在LSR間傳輸，同時LDP也負(fù)責(zé)維護(hù)、更新LIB的內(nèi)容。當(dāng)LDP處于發(fā)現(xiàn)操作狀態(tài)時，它使用UDP協(xié)議，在這個狀態(tài)下，LSR竭力搜索它的鄰居成員，同時也將自己在網(wǎng)上呈報。這是通

47、過相互交換Hello分組實現(xiàn)的，而RSVP則采用UDP協(xié)議傳遞標(biāo)記信息。 數(shù)據(jù)面主要由IP轉(zhuǎn)發(fā)模塊和標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)模塊組成，其中IP轉(zhuǎn)發(fā)是指執(zhí)行傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)功能，它使用最長地址匹配算法在路由表中查找下一跳，在MPLS中，該功能只在LER上執(zhí)行。MPLS標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)則根據(jù)給定分組的標(biāo)記進(jìn)行輸出端口/標(biāo)記的映射。圖12.11中灰色框部分通常用硬件實現(xiàn)，以加快處理速度和效率，而控制面的功能主要由軟件來實現(xiàn)。圖12.11 MPLS的功能模塊和相關(guān)協(xié)議12.3.3 標(biāo)記的封裝 1標(biāo)記的封裝 簡單來說，一個標(biāo)記是一個分組應(yīng)該經(jīng)過的路徑標(biāo)識，標(biāo)記封裝在分組第二層的Header中, 接收路由器檢查分組中標(biāo)記的內(nèi)容以決

48、定下一跳地址。一旦分組被打上標(biāo)記，分組在網(wǎng)上隨后的轉(zhuǎn)發(fā)將基于標(biāo)記來進(jìn)行。標(biāo)記值只有局部意義， 即一個標(biāo)記只是標(biāo)識相鄰兩個LSR間的一跳。 一個分組一旦被歸為一個新的FEC或到一個已有的FEC中， LER將為它分配一個標(biāo)記。標(biāo)記值和封裝方式根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層的不同而有所區(qū)別，它既可被嵌入到數(shù)據(jù)鏈路層的Header中，也可在數(shù)據(jù)鏈路層的Header和網(wǎng)絡(luò)層Header之間增加一個MPLS Shim字段。如果數(shù)據(jù)鏈路層是幀中繼時，則標(biāo)記值直接使用DLCI(Data Link Connection Identifier), 如果數(shù)據(jù)鏈路層是ATM時，則直接使用VPI/VCI作標(biāo)記，此時標(biāo)記被嵌入到第二層的

49、Header中。假如數(shù)據(jù)鏈路層是LAN或PPP時，則在L2與L3層之間加一個Shim字段(32 bit)，由該字段來承載標(biāo)記，MPLS必須支持兩個不同的鏈路層標(biāo)記之間的轉(zhuǎn)換。圖12.12 MPLS標(biāo)記的一般格式Shim字段：32 bit。Label：20 bit，只使用了16 bit。Exp(Experimental)：3 bit，用來指示CoS。BS(bottom of stack)：1 bit，當(dāng)BS=1時，標(biāo)記棧中的最后一項。TTL：8 bit for Time To Live。圖12.13 MPLS中的標(biāo)記封裝方式 2標(biāo)記堆棧 在MPLS中，允許一個分組或信元攜帶多個標(biāo)記，一般稱為標(biāo)記

50、堆棧，它是一個順序的標(biāo)記集合，該機(jī)制允許MPLS網(wǎng)絡(luò)組織成層次化的結(jié)構(gòu)，使得標(biāo)記既可用于一個ISP的MPLS域內(nèi)路由器之間轉(zhuǎn)發(fā)操作，也可用于更高層的MPLS域之間的轉(zhuǎn)發(fā)操作，標(biāo)記堆棧的每一層適用于某一層次，但LSR總是使用最上面的標(biāo)記執(zhí)行交換。 在MPLS中，標(biāo)記的分配及LSP的建立都是以IP路由協(xié)議生成的路由表FIB為基礎(chǔ)的，在每個獨立的MPLS域內(nèi)，只需使用IGP協(xié)議(如OSPF、PNNI、RIP等)讓入口LER了解相應(yīng)的出口LER地址即可；而在不同域間則使用BGP協(xié)議來交換目的網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性信息，建立路由表。該機(jī)制將極大地減小了LSR中FIB和LIB的大小，并簡化了MPLS中隧道的操作模式

51、。同時每個MPLS域的核心網(wǎng)可以保持其技術(shù)上的獨立性，極大地增強(qiáng)了MPLS網(wǎng)絡(luò)的靈活性、可擴(kuò)展性，如圖12.14所示。圖12.14 標(biāo)記棧與MPLS網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)LSR對標(biāo)記可進(jìn)行以下操作：Swap：基于棧頂標(biāo)記值進(jìn)行標(biāo)記交換。Push：將一個新的標(biāo)記壓入棧頂。Pop ：從棧頂彈出一個新的標(biāo)記。 在MPLS網(wǎng)絡(luò)中，Push操作只在入口LER處進(jìn)行，而Pop操作也只在出口LER處進(jìn)行，LSR只是簡單地對基于棧頂標(biāo)記值做Swap操作，并且MPLS本身并不限制標(biāo)記棧的層數(shù)。 3標(biāo)記空間 標(biāo)記空間指標(biāo)記的可取值范圍，由于標(biāo)記是局部有效的，僅用來標(biāo)識兩個相鄰LSR之間的一跳，因此相鄰LSR之間都要通過標(biāo)

52、記分配協(xié)議協(xié)商標(biāo)記空間。一個LSR用于 FEC/Tag綁定而使用的標(biāo)記空間可分為以下兩類： (1) 每平臺惟一：一個標(biāo)記在一個LSR中是惟一的，不同的端口上不會出現(xiàn)相同值的標(biāo)記，標(biāo)記都從一個公共標(biāo)記池中分配。 (2) 每端口惟一：每一個端口都需配置一個標(biāo)記池，不同端口上的標(biāo)記可以有相同的值。12.3.4 MPLS的信令機(jī)制 1信令機(jī)制概述 MPLS的信令機(jī)制包含以下兩部分功能： (1) IP路由信息的交換：使得LSR可以獲取目的網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性信息，建立并維護(hù)路由表FIB，主要由現(xiàn)有的IP路由協(xié)議完成。 (2) 標(biāo)記分配控制：包括標(biāo)記的分配，LSP的創(chuàng)建，LIB的維護(hù)，主要由標(biāo)記分配協(xié)議來完成。

53、1) MPLS的IP路由協(xié)議 (1) 現(xiàn)有的路由協(xié)議：如OSPF、RIP、IS-IS、BGP等，其中BGP用來確定目的網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性，主要用在MPLS域間，而IGP(包括OSPF、RIP、IS-IS)主要用在一個MPLS域內(nèi)，通過它確定下一跳的BGP路由器(也就是該域相應(yīng)的出口LER)。 (2) 擴(kuò)展的路由協(xié)議：如OSPF-TE(Traffic-Engineering)、IS-IS-TE，可傳遞約束信息，如連接的容量、利用率、資源類型、優(yōu)先級、搶占權(quán)(preemption)等屬性信息，相關(guān)路由器可基于約束信息確定下一跳路由器地址，以支持QoS和流量工程。 2) 標(biāo)記分配控制 在MPLS網(wǎng)上，需要

54、一種工具在LSR間傳送FEC/Label綁定信息，使得LSR根據(jù)這些信息建立和維護(hù)LIB，從而創(chuàng)建從入口LER到出口LER的LSP。 MPLS可以使用的標(biāo)記分配協(xié)議包括：IETF新定義的LDP協(xié)議、RSVP協(xié)議，也可以使用現(xiàn)有的路由協(xié)議，如BGP、IS-IS、OSPF等捎帶FEC/Label綁定信息。另外為支持流量工程，還定義了擴(kuò)展的CR-LDP和RSVP-TE兩種協(xié)議。 由于MPLS還很新，目前哪一種標(biāo)記分配協(xié)議將會在未來的骨干網(wǎng)中占主導(dǎo)地位，還很難斷言，上述協(xié)議也是各有優(yōu)缺點，本文中主要介紹LDP，并將其與RSVP做一簡單的對比。 2標(biāo)記分配控制 1) 標(biāo)記分配控制的方式 標(biāo)記分配的控制包

55、括LSR分配標(biāo)記、創(chuàng)建LIB和LSP的方式，總的來看可以分為以下兩類: (1) 獨立方式：每個LSR都必須能偵聽FIB，并獨立地決定與相鄰LSR交換標(biāo)記信息,構(gòu)造自己的LIB，因而LSP的創(chuàng)建也相對獨立。該方法適用于MPLS域中沒有指定的標(biāo)記管理者，并且每個LSR都能夠偵聽FIB及創(chuàng)建LIB，并發(fā)布FEC/Label綁定信息的情況。 (2) 有序方式(Ordered)：標(biāo)記的分配必須從LSP的一端向另一端順序進(jìn)行。在MPLS中，典型的由出口LER負(fù)責(zé)標(biāo)記分配的發(fā)起，我們稱其為下游標(biāo)記分配。該方式中，僅當(dāng)LSR是出口LER，或從它的下一跳LSR收到一個FEC/Label時，才執(zhí)行標(biāo)記綁定操作，因

56、而LSP的建立是從出口到入口逆向完成的，每個LSR的LIB中，入口標(biāo)記由本地分配，而出口標(biāo)記由下游分配。 上述兩種方式各有優(yōu)缺點。獨立方式的優(yōu)點是它可以提供快速的網(wǎng)絡(luò)收斂，因為每個LSR偵聽到路由改變都可以向其他LSR發(fā)送此信息，并迅速地調(diào)整LSP以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化，其缺點是沒有一個業(yè)務(wù)控制節(jié)點，難以實施流量工程。 有序方式的優(yōu)點是易于實施流量工程，并能提供更嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)控制，其缺點是網(wǎng)絡(luò)變化的收斂速度慢，出口LER的可靠性會影響整個網(wǎng)絡(luò)，并且LSP的建立時延大于獨立模式。 2) 標(biāo)記分配的觸發(fā) 在標(biāo)記分配的有序控制方式中，有兩種方式觸發(fā)標(biāo)記分配：自發(fā)下游分配方式DOU (DOwn-stream U

57、nsolicited)和按需下游分配方式DOD(DOwn-stream on Demand)。 DOU方式中，出口LER中的標(biāo)記管理器可以自由地決定進(jìn)行標(biāo)記分配，例如出口LER可以周期性地發(fā)出標(biāo)記和標(biāo)記刷新信息，也可以在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變時，發(fā)出標(biāo)記更新信息給受到影響的LSR。 DOD方式中，出口LER中的標(biāo)記管理器采用請求/發(fā)送的方式來進(jìn)行標(biāo)記分配，它由以下兩步組成： (1) 標(biāo)記請求階段： 一個LSR向它的下游鄰居為一個FEC請求一個標(biāo)記，以便為該FEC創(chuàng)建一個LSP。這一機(jī)制可以沿著LSR鏈向下執(zhí)行，直到出口LER。 (2) 標(biāo)記發(fā)送階段：為響應(yīng)標(biāo)記請求，下游LSR向上游發(fā)起者發(fā)送一個標(biāo)記。

58、實際中標(biāo)記管理器可以兩種方式都采用，以提高網(wǎng)絡(luò)的性能。圖12.15 下游按需分配標(biāo)記 3) 標(biāo)記保持(Label retention) 采用下游標(biāo)記分配時，若一個LSR接收到FEC/Label綁定信息，但發(fā)送者并不是給定FEC的下一跳，MPLS為此定義了以下兩種處理標(biāo)記綁定的方法： (1) 保守方法(Conservative)：LSR接收到一個FEC/Label綁定信息，但發(fā)送者不是指定FEC的下一跳時，丟棄該綁定，稱為保守方法。該方法中，LSR只需要維持很少的標(biāo)記，適用于ATM-LSR。 (2) 寬容方法(Liberal)：LSR接收到一個FEC/Label綁定信息，但發(fā)送者不是指定FEC的

59、下一跳時，綁定將被保持，稱為寬容方法。它的優(yōu)點是允許快速地適配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母淖?，?dāng)發(fā)生改變時，可以讓業(yè)務(wù)流再切換到另一條LSP進(jìn)行交換，缺點是需要較多的標(biāo)記開銷。 4) 標(biāo)記合并 來自不同端口的輸入業(yè)務(wù)流如果有相同的目的地，則它們可以被合并在一起用一個公共的標(biāo)記來交換。 假如低層的傳輸網(wǎng)是ATM網(wǎng)，則LSR可以執(zhí)行VP/VC的合并，此時需要避免當(dāng)多個業(yè)務(wù)流合并時產(chǎn)生的信元交錯問題。3LSP的建立圖12.16 流量、FEC、LSP間的映射關(guān)系 一方面，在MPLS中，總是先將用戶業(yè)務(wù)流分成不同的類型，我們稱為FEC，這樣盡管流入骨干網(wǎng)的用戶業(yè)務(wù)流的數(shù)目非常龐大，但分類后，F(xiàn)EC的數(shù)目卻很少。每個FE

60、C映射一條LSP，骨干網(wǎng)需要維持的LSP數(shù)目就很少，并且不會由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流的突發(fā)性影響性能，這提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。 另一方面，對于骨干網(wǎng)來說，是否支持不同的轉(zhuǎn)發(fā)粒度對保持網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性是至關(guān)重要的。引入FEC后，采用不同的準(zhǔn)則劃分FEC，就可以為一個FEC賦予所需要的轉(zhuǎn)發(fā)粒度語義，那么與FEC對應(yīng)的LSP也就具有了靈活的轉(zhuǎn)發(fā)粒度。 1) FEC的劃分 FEC可以根據(jù)隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)事件和確定的網(wǎng)絡(luò)管理策略來劃分。在隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)事件中主要有下面兩種方法： (1) 基于拓?fù)涞姆椒?Topology-Based)：以現(xiàn)有的路由協(xié)議創(chuàng)建的FIB為依據(jù)來劃分FEC，該方法的特點是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，可以預(yù)先分配F