互聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論薛燕紅

編著xueyanhong999@163.com21世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材機械工業(yè)出版社目錄全球定位與地理信息系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論

共十一章第6章

第8章

第9章

第11章

第10章第1章

第2章

第3章

第4章

第5章

物聯(lián)網(wǎng)概述

射頻識別與產(chǎn)品電子編碼

無線傳感網(wǎng)絡(luò)

傳感器與微機電系統(tǒng)

信息自動識別技術(shù)

目錄物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例

物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論

共十一章第8章

第9章

第11章

第10章第7章

第8章

第9章

第10章

第11章

互聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用接口技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)安全

物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

第7章無線傳感網(wǎng)絡(luò)7.1MPLS

7.1.1MPLS概念7.1.2MPLS體系結(jié)構(gòu)7.1.3MPLS的優(yōu)點7.1.4MPLS與路由協(xié)議7.1.5MPLS的應(yīng)用7.1.6LDP協(xié)議簡介7.1.7流量工程與MPLSTE7.1.8MPLSL2VPN7.1.9MPLSL3VPN7.23G-LTE-4G7.2.1“3G”7.2.2LTE7.2.3“4G”第5章網(wǎng)絡(luò)傳輸層7.33GPP7.3.1移動通信的發(fā)展歷程及關(guān)鍵技術(shù)7.3.23G主流標(biāo)準(zhǔn)簡介7.3.33GPP核心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展概述7.3.43GPPR99核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)7.3.53GPPR4核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)7.3.63GPPR5核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)7.4移動互聯(lián)網(wǎng)及其管理7.4.1概念7.4.2移動互聯(lián)網(wǎng)、3G與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系7.4.3移動互聯(lián)網(wǎng)的熱點及關(guān)鍵技術(shù)7.4.4移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架的探討第5章網(wǎng)絡(luò)傳輸層7.5移動性管理7.7.1移動性管理概述7.7.2移動性管理的目標(biāo)和技術(shù)7.7.3GSM系統(tǒng)移動性管理7.7.4“3G”移動性管理7.6IPV6技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)7.6.1IPv4：物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)困境7.6.2IPV6的簡介7.6.3地址類型和路由技術(shù)7.6.4IPv4、IPv6的過渡技術(shù)7.6.5IPv6的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決方案7.7下一代網(wǎng)絡(luò)NGN7.7.1概述7.7.2NGN的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架7.7.3NGN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)QoS問題分析及解決方法7.7.4支撐NGN系統(tǒng)的主要技術(shù)7.7.5融合接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與NGN7.7.6國外研究機構(gòu)的研究進展和趨勢

第5章網(wǎng)絡(luò)傳輸層物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸層必須把感知到的信息無障礙、可靠而安全地傳送到地球的各個地方，使“物品”能夠進行遠距離、大范圍的通信。這需要互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動通信技術(shù)不斷地發(fā)展以及不斷地創(chuàng)新和融合，以滿足物聯(lián)網(wǎng)對傳輸速度、質(zhì)量和安全性的要求。隨著因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)路由器因其固有的局限，已成為制約發(fā)展的瓶頸。異步傳遞模式ATM作為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN的最終解決方案，已被國際電信聯(lián)盟ITU-T所接受。90年代中期以來，因特網(wǎng)的骨干網(wǎng)和高速局域網(wǎng)大都采用ATM來實現(xiàn)的。IPoverATM已成為跨電信產(chǎn)業(yè)和計算機產(chǎn)業(yè)的多年持久的熱點。先后有重疊模式的CIPOA、LANE和多協(xié)議的MPOA以及集成模式的IP交換機和標(biāo)記交換機等多項技術(shù)出現(xiàn)。由于物聯(lián)網(wǎng)的特點，要求傳輸層更快速、更可靠、更安全地傳輸數(shù)據(jù)，因此對互聯(lián)網(wǎng)、移動通信的數(shù)據(jù)傳輸速度和質(zhì)量等提出了更高的要求。經(jīng)過十余年的快速發(fā)展，移動通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已比較成熟，基本能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，且這些技術(shù)還在繼續(xù)快速發(fā)展、創(chuàng)新和融合。7.1MPLS多協(xié)議標(biāo)簽交換（MultiprotocolLabelSwitching，MPLS）是一種用于快速數(shù)據(jù)包交換和路由的體系，它為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量提供了目標(biāo)、路由、轉(zhuǎn)發(fā)和交換等能力。更重要的是，它具有管理各種不同形式通信流的機制。MPLS主要解決了路由問題，如路由速度、可擴展性、服務(wù)質(zhì)量（QoS）管理以及流量工程（TE），同時也為下一代IP中樞網(wǎng)絡(luò)解決寬帶管理及服務(wù)請求等問題奠定了基礎(chǔ)。7.1.1MPLS概念多協(xié)議標(biāo)簽交換MPLS最初是為了提高轉(zhuǎn)發(fā)速度而提出的。與傳統(tǒng)IP路由方式相比，它在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時，只在網(wǎng)絡(luò)邊緣分析IP報文頭，而不用在每一跳都分析IP報文頭，從而節(jié)約了處理時間。1.MPLS提出的意義傳統(tǒng)的IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)是基于逐跳式的，每個轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的路由器都要根據(jù)IP包頭的目的地址查找路由表來獲得下一跳的出口，這是個繁瑣且效率低下的工作，主要的原因有兩個，一是有些路由的查詢必須對路由表進行多次查找，這就是所謂的遞歸搜索；二是由于路由匹配遵循最長匹配原則，所以迫使幾乎所有的路由器的交換引擎必須用軟件來實現(xiàn)，用軟件實現(xiàn)的交換引擎和ATM交換機上用硬件來實現(xiàn)的交換引擎在效率上無法相抗衡。多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS在綜合現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了更好的IPoverATM的解決方案。IP和ATM曾經(jīng)是兩個互相對立的技術(shù)，但最終走向了融合，MPLS技術(shù)綜合了IP技術(shù)信令簡單和ATM交換引擎高效的優(yōu)點。7.1MPLS2.定義MPLS技術(shù)起源于IPv4，是一種在開放的通信網(wǎng)上利用標(biāo)記引導(dǎo)數(shù)據(jù)高速、高效傳輸?shù)男录夹g(shù)。MPLS解決了無連接傳輸下的連接問題。最初是為了提高轉(zhuǎn)發(fā)速度而提出的，其核心技術(shù)可擴展到多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括IPv6、IPX（InternetPacketExchange）和CLNP（ConnectionlessNetworkProtocol）等。MPLS技術(shù)集二層的快速交換和三層的路由轉(zhuǎn)發(fā)于一體，可以滿足各種新應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的要求。標(biāo)記調(diào)換轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)是MPLS的核心技術(shù)，是在MPLS域上運行的。事實上，MPLS已不僅僅是在IPoverATM上的一項應(yīng)用技術(shù)，而是作為L3層和L2層之間的“墊層”的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。作為一種先進的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，MPLS可直接應(yīng)用于ATM網(wǎng)和FR網(wǎng)，成為正在研究和發(fā)展的IPoverOPTICS必不可少的技術(shù)，甚至有人提出MPLS是ATM真正的終結(jié)者。7.1MPLS3.MPLS相關(guān)術(shù)語的含義

（1）轉(zhuǎn)發(fā)等價類MPLS作為一種分類轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，將具有相同轉(zhuǎn)發(fā)處理方式的分組歸為一類，稱為轉(zhuǎn)發(fā)等價類FEC（ForwardingEquivalenceClass，F(xiàn)EC）。相同的FEC分組在MPLS網(wǎng)絡(luò)中將獲得完全相同的處理。FEC的劃分方式非常靈活，可以是以源地址、目的地址、源端口、目的端口、協(xié)議類型或VPN等為劃分依據(jù)的任意組合。例如，在傳統(tǒng)的采用最長匹配算法的IP轉(zhuǎn)發(fā)中，到同一個目的地址的所有報文就是一個FEC。（2）標(biāo)簽標(biāo)簽是一個長度固定、只具有本地意義的短標(biāo)識符，用于唯一標(biāo)識一個分組所屬的FEC。在某些情況下，例如要進行負(fù)載分擔(dān)，對應(yīng)一個FEC可能會有多個標(biāo)簽，但是一個標(biāo)簽只能代表一個FEC。標(biāo)簽由報文的頭部所攜帶，不包含拓?fù)湫畔ⅲ痪哂芯植恳饬x。標(biāo)簽的長度為4個字節(jié)（32bits），封裝結(jié)構(gòu)見圖7.1所示。圖7.1標(biāo)簽的封裝結(jié)構(gòu)7.1MPLS3.MPLS相關(guān)術(shù)語的含義

標(biāo)簽共有4個域：Label域，標(biāo)簽值字段，長度為20bits，用于轉(zhuǎn)發(fā)的指針；Exp域，長度為3bits，用于QoS；S域，長度為1bit，用于標(biāo)識該標(biāo)簽是否是棧底標(biāo)簽，值為1時表明為最底層標(biāo)簽，主要應(yīng)用于MPLS標(biāo)簽的多重嵌套；TTL域，長度為8bits，和IP分組中的TTL（TimeToLive，生存時間）意義相同。標(biāo)簽與ATM的VPI/VCI以及FrameRelay的DLCI類似，是一種連接標(biāo)識符。如果鏈路層協(xié)議具有標(biāo)簽域，如ATM的VPI/VCI或FrameRelay的DLCI，則標(biāo)簽封裝在這些域中；如果不支持，則標(biāo)簽封裝在鏈路層和IP層之間的一個墊層中。這樣，標(biāo)簽?zāi)軌虮蝗我獾逆溌穼铀С帧?/p>

（3）標(biāo)簽交換路由器LSR（LabelSwitchingRouter，標(biāo)簽交換路由器）是MPLS網(wǎng)絡(luò)中的基本元素，所有LSR都支持MPLS技術(shù)。7.1MPLS3.MPLS相關(guān)術(shù)語的含義（4）標(biāo)簽交換路徑一個轉(zhuǎn)發(fā)等價類在MPLS網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過的路徑稱為標(biāo)簽交換路徑（LabelSwitchedPath，LSP）。在一條LSP上，沿數(shù)據(jù)傳送的方向，相鄰的LSR分別稱為上游LSR和下游LSR。如圖7.2中，R2為R1的下游LSR，相應(yīng)的，R1為R2的上游LSR。LSP在功能上與ATM和幀中繼的虛電路相同，是從MPLS網(wǎng)絡(luò)的入口到出口的一個單向路徑。LSP中的每個節(jié)點由LSR組成。7.1MPLS3.MPLS相關(guān)術(shù)語的含義（5）標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議LDP（LabelDistributionProtocol，LDP）是MPLS的控制協(xié)議，它相當(dāng)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的信令協(xié)議，負(fù)責(zé)FEC的分類、標(biāo)簽的分配以及LSP的建立和維護等一系列操作。MPLS可以使用多種標(biāo)簽發(fā)布協(xié)議，包括專為標(biāo)簽發(fā)布而制定的協(xié)議，例如：LDP、CR-LDP（Constraint-BasedRoutingusingLDP，基于約束路由的LDP）；也包括現(xiàn)有協(xié)議擴展后支持標(biāo)簽發(fā)布的，例如：BGP（BorderGatewayProtocol，邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議）、RSVP（ResourceReservationProtocol，資源預(yù)留協(xié)議）。同時，還可以手工配置靜態(tài)LSP。7.1MPLS3.MPLS相關(guān)術(shù)語的含義（6）LSP隧道技術(shù)MPLS支持LSP隧道技術(shù)。一條LSP的上游LSR和下游LSR，盡管它們之間的路徑可能并不在路由協(xié)議所提供的路徑上，但是MPLS允許在它們之間建立一條新的LSP，這樣，上游LSR和下游LSR分別就是這條LSP的起點和終點。這時，上游LSR和下游LSR間的LSP就是LSP隧道，它避免了采用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層封裝隧道。在圖7.2中，R2、R3間的LSP隧道就是R2→R21→R22→R3。如果隧道經(jīng)由的路由與逐跳從路由協(xié)議中取得的路由一致，這種隧道就稱為逐跳路由隧道（Hop-by-HopRoutedTunnel）；否則稱為顯式路由隧道（ExplicitlyRoutedTunnel）。（7）多層標(biāo)簽棧如果分組在超過一層的LSP隧道中傳送，就會有多層標(biāo)簽，形成標(biāo)簽棧。在每一隧道的入口和出口處，進行標(biāo)簽的入棧（PUSH）和出棧（POP）操作。標(biāo)簽棧按照“后進先出”方式組織標(biāo)簽，MPLS從棧頂開始處理標(biāo)簽，MPLS對標(biāo)簽棧的深度沒有限制。7.1MPLS7.1.2MPLS體系結(jié)構(gòu)在MPLS的體系結(jié)構(gòu)中，控制平面（ControlPlane）之間基于無連接服務(wù)，利用現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)；轉(zhuǎn)發(fā)平面（ForwardingPlane）也稱為數(shù)據(jù)平面（DataPlane），是面向連接的，可以使用ATM、幀中繼等二層網(wǎng)絡(luò)。MPLS使用短而定長的標(biāo)簽封裝分組，在數(shù)據(jù)平面實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)。在控制平面，MPLS擁有IP網(wǎng)絡(luò)強大靈活的路由功能，可以滿足各種新應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的要求。對于核心LSR，在轉(zhuǎn)發(fā)平面只需要進行標(biāo)簽分組的轉(zhuǎn)發(fā)。對于LER（LER，LabelEdgeRouter，邊緣LSR），在轉(zhuǎn)發(fā)平面不僅需要進行標(biāo)簽分組的轉(zhuǎn)發(fā)，也需要進行IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)，前者使用標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表LFIT（LabelForwardingInformationTable，LFIT），后者使用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)表FIT（ForwardingInformationTable，F(xiàn)IT）。7.1MPLS1.

LSR的體系結(jié)構(gòu)LSR的體系結(jié)構(gòu)也就是MPLS節(jié)點結(jié)構(gòu)。通過修改，能支持標(biāo)簽交換的路由器為LSR，而支持MPLS功能的ATM交換機稱為ATM-LSR。LSR設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)見圖7.3。7.1MPLSLSR的體系結(jié)構(gòu)分為兩塊：（1）控制平面控制平面（ControlPlane）的功能是與其他LSR交換三層路由信息，以此建立路由表；以標(biāo)簽交換對路由的綁定信息建立標(biāo)簽信息表LIT；同時再根據(jù)路由表和LIT生成傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)表FIT表和標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表LFIB表?？刂破矫嬉簿褪俏覀兺ǔＫf的路由引擎模塊。（2）數(shù)據(jù)平面數(shù)據(jù)平面（DataPlane）的功能主要是根據(jù)控制平面生成的FIT表和LFIT表轉(zhuǎn)發(fā)IP包和標(biāo)簽包。對于控制平面中所使用的路由協(xié)議，可以使用以前的任何一種，如OSPF、RIP、BGP等等，這些協(xié)議的主要功能是和其他設(shè)備交換路由信息，生成路由表。這是實現(xiàn)標(biāo)簽交換的基礎(chǔ)。在控制平面中導(dǎo)入了一種新的協(xié)議即標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議LDP，該協(xié)議的功能是用來針對本地路由表中的每個路由條目生成一個本地的標(biāo)簽，由此生成LIT表，再把路由條目和本地標(biāo)簽的綁定通告給鄰居LSR，同時把鄰居LSR告知的路由條目和標(biāo)簽綁定接收下來放到LIT表里，最后在網(wǎng)絡(luò)路由收斂的情況下，參照路由表和LIT表的信息生成FIT表和LFIT表。7.1MPLS2.MPLS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖7.4所示，MPLS網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成單元是LSR，由LSR構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)稱為MPLS域。位于MPLS域邊緣、連接其它用戶網(wǎng)絡(luò)的LSR稱為LER，區(qū)域內(nèi)部的LSR稱為核心LSR。核心LSR可以是支持MPLS的路由器，也可以是由ATM交換機等升級而成的ATM-LSR。域內(nèi)部的LSR之間使用MPLS通信，MPLS域的邊緣由LER與傳統(tǒng)IP技術(shù)進行適配。分組在入口LER被壓入上標(biāo)簽后，沿著由一系列LSR構(gòu)成的LSP傳送，其中，入口LER被稱為Ingress，出口LER被稱為Egress，中間的節(jié)點則稱為Transit。結(jié)合圖7.4，簡要介紹MPLS的基本工作過程：7.1MPLS7.1MPLS2.MPLS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）首先，LDP和傳統(tǒng)路由協(xié)議（如OSPF、ISIS等）一起，在各個LSR中為有業(yè)務(wù)需求的FEC建立路由表和標(biāo)簽信息表LIT。

（2）入口LER接收分組，完成第三層功能，判定分組所屬的FEC，并給分組加上標(biāo)簽，形成MPLS標(biāo)簽分組。

（3）接下來，在LSR構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中，LSR根據(jù)分組上的標(biāo)簽以及標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表進行轉(zhuǎn)發(fā)，不對標(biāo)簽分組進行任何第三層處理。

（4）最后，在MPLS出口LER去掉分組中的標(biāo)簽，繼續(xù)進行后面的IP轉(zhuǎn)發(fā)。由此可以看出，MPLS并不是一種業(yè)務(wù)或者應(yīng)用，它實際上是一種隧道技術(shù)，也是一種將標(biāo)簽交換轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)層路由技術(shù)集于一身的路由與交換技術(shù)平臺。這個平臺不僅支持多種高層協(xié)議與業(yè)務(wù)，而且，在一定程度上可以保證信息傳輸?shù)陌踩浴?.1MPLS7.1.3

MPLS的優(yōu)點MPLS使用標(biāo)記調(diào)換轉(zhuǎn)發(fā)具有明顯的優(yōu)點。1.與常規(guī)路由器網(wǎng)相比的優(yōu)點

（1）簡化轉(zhuǎn)發(fā)MPLS可按標(biāo)記直接轉(zhuǎn)發(fā)，而IP分組則需應(yīng)用最長地址最長匹配算法進行轉(zhuǎn)發(fā)。顯而易見MPLS的轉(zhuǎn)發(fā)機制要簡單得多，這意味著MPLS更容易實現(xiàn)用更低費用得到更高速率的選路轉(zhuǎn)發(fā)。

（2）高效的明確路由明確路由是由源主機指定的一條通過互連網(wǎng)到達目的地址的路徑。明確路由也稱為源路由，是功能非常強大的能用于多種目的的技術(shù)。在常規(guī)路由器網(wǎng)上，源路由用于網(wǎng)絡(luò)測試，在純數(shù)據(jù)報傳送時，IP分組是禁止攜帶完全的明確路由的信息的，在MPLS中允許只在建立LSP時攜帶完全的明確路由信息，而不需要由每個IP分組來攜帶；這意味著在MPLS上能實際應(yīng)用明確路由，能充分利用明確路由上的許多先進特性。7.1MPLS

（3）流量工程

在常規(guī)路由器網(wǎng)上，要完成流量工程比較困難。通過調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中與鏈路相關(guān)的度量，可以得到一定程度的負(fù)荷均衡，但使用這種方法會受到非常多的限制。在網(wǎng)絡(luò)的兩點之間有大量的交替路徑，要在所有鏈路上，通過調(diào)整逐跳數(shù)據(jù)報路由的度量，達到均衡的流量水平則難以做到。MPLS允許數(shù)據(jù)流從特定的輸入節(jié)點到特定的輸出節(jié)點分別標(biāo)識，即MPLS提供了對每對輸入輸出節(jié)點進行測量的直接機制。另外，如果MPLS建立LSP的高效明確路由，就可以直接保證特定的數(shù)據(jù)流沿最優(yōu)的路徑轉(zhuǎn)發(fā)。常規(guī)路由器網(wǎng)上對每條LSP選路方法的選擇比較困難，但MPLS可以容易做到，包括人工配置路由以及用路由協(xié)議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的流量負(fù)荷通告經(jīng)過路由的再計算后進行自動調(diào)配等。流量工程是指由數(shù)據(jù)流量選路的一種選擇過程。用于按規(guī)則均衡網(wǎng)絡(luò)中各種鏈路、路由器和交換機上的流量負(fù)荷。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點對之間有多個平行的或交替的路徑可使用時，流量工程是非常重要的。近幾年來，因特網(wǎng)的迅猛增長，特別是有關(guān)帶寬的需求迅速增加，引起某些核心網(wǎng)要去適合愈來愈多的分支網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)果是更增加了流量工程的重要性。7.1MPLS

（4）服務(wù)質(zhì)量服務(wù)質(zhì)量QoS路由是指一種選路方法，該方法是為特定的數(shù)據(jù)流選擇路由，選出的路由應(yīng)滿足特定數(shù)據(jù)流的QoS要求。在許多情況下，QoS路由要使用明確的路由，因QoS路由中最重要的一項是帶寬保證，這同流量工程的要求是相同的。（5）復(fù)雜的業(yè)務(wù)類別特定用戶在因特網(wǎng)上的特定業(yè)務(wù)日益增加，如某些ISP商提供的業(yè)務(wù)，需要知道正在傳送的IP分組的源地址、目的地址、輸入接口和其它的一些特性。一個適度規(guī)模的ISP需要選取的全部信息，不可能從網(wǎng)絡(luò)的各個路由器上再選取出來，而且某些信息如輸入接口信息，除了在網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點可能獲得外，在其他節(jié)點難以得到。這意味著配置業(yè)務(wù)類別CoS和服務(wù)質(zhì)量QoS的最好方法，是在網(wǎng)絡(luò)和輸入節(jié)點上將IP分組映射到最合適的CoS和QOS等級上，并以某些方式來標(biāo)識這些IP分組。MPLS能提供有效的方法，去標(biāo)識一個與CoS和QoS相關(guān)的任何一個特定的IP分組。MPLS是在MPLS域的輸入節(jié)點Ingress上，一次性地完成IP分組到特定FEC的映射的，使得IP分組到合適的CoS和QoS映射變得容易，其它方式是不易做到的。7.1MPLS（6）功能劃分

MPLS必須支持?jǐn)?shù)據(jù)流的聚集轉(zhuǎn)發(fā)，標(biāo)記就具有粒度性質(zhì)，最細(xì)可標(biāo)識一個原始的用戶數(shù)據(jù)流，最粗可標(biāo)識由全部通過交換機或路由器的數(shù)據(jù)流聚集成的一個數(shù)據(jù)流。這就可能將路由處理功能分級劃分給不同的網(wǎng)絡(luò)單元。例如靠近用戶的網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點，配置復(fù)雜的處理功能，而在網(wǎng)絡(luò)的核心部分處理功能盡可能地簡單，采用純標(biāo)記的轉(zhuǎn)發(fā)。

（7）不同的業(yè)務(wù)類型采用單一的轉(zhuǎn)發(fā)方式MPLS能用單一的轉(zhuǎn)發(fā)方式在同一網(wǎng)絡(luò)上提供給多種業(yè)務(wù)類型。如IP業(yè)務(wù)、幀中繼業(yè)務(wù)、ATM業(yè)務(wù)、TP隧道、VPNs等。7.1MPLS2.與ATM網(wǎng)和FR網(wǎng)的比較（1）路由協(xié)議的伸縮性在IPoverATM的核心網(wǎng)上，對等層路由器相互連接時要建立N2個邏輯鏈路。而在MPLS中對等層的每個路由器需要的通信減少到與其直接連接的路由器，在整個網(wǎng)絡(luò)上所需的處理傳輸交換的最高能力按0（n）流要求。

（2）能在數(shù)據(jù)分組和信元媒質(zhì)上通用操作MPLS對分組和信元媒質(zhì)上的路由和轉(zhuǎn)發(fā)采用通用方法。這就允許對流量工程、QoS、CoS和其它性能功能要求采用通用方法。這就意味著同一的標(biāo)記可用于ATM、幀中繼和其他的鏈路層媒質(zhì)。7.1MPLS2.與ATM網(wǎng)和FR網(wǎng)的比較

（3）容易管理對多種類型的媒質(zhì)，使用通用的路由協(xié)議，通用的標(biāo)記分配方法，可以期望簡化MPLS網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理。

（4）路由風(fēng)暴問題的消除有了MPLS技術(shù)，可以不再使用ATM網(wǎng)上的下一跳解析協(xié)議(NextHopResolutionProtocol，NHRP)和按需直接建立交換虛擬電路SVC（SwitchingVirtualCircuit，SVC），這就消除更新路由引起的爭搶SVC問題，同時也消除了直接建立SVC有關(guān)的時延問題。

7.1MPLS

3.MPLS與路由協(xié)議LDP通過逐跳方式建立LSP時，利用沿途各LSR路由轉(zhuǎn)發(fā)表中的信息來確定下一跳，而路由轉(zhuǎn)發(fā)表中的信息一般是通過IGP、BGP等路由協(xié)議收集的。LDP并不直接和各種路由協(xié)議關(guān)聯(lián)，只是間接使用路由信息。另一方面，通過對BGP、RSVP等已有協(xié)議進行擴展，也可以支持標(biāo)簽的分發(fā)。在MPLS的應(yīng)用中，也可能需要對某些路由協(xié)議進行擴展。例如，基于MPLS的VPN應(yīng)用需要對BGP進行擴展，使BGP能夠傳播VPN（VirtualPrivateNetwork，虛擬專用網(wǎng)）的路由信息；基于MPLS的TE（TrafficEngineering，流量工程）需要對OSPF或IS-IS協(xié)議進行擴展，以攜帶鏈路狀態(tài)信息等。7.1MPLS7.1.4MPLS的應(yīng)用在IP網(wǎng)絡(luò)中流量控制和VPN是非常關(guān)鍵的兩項技術(shù)，已逐漸成為擴大IP網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的重要標(biāo)準(zhǔn)。MPLS兼容現(xiàn)有各種主流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)成本，在提供IP業(yè)務(wù)時能確保QoS和安全性，被認(rèn)為是下一代最具競爭力的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。最初，MPLS技術(shù)結(jié)合了二層交換技術(shù)和三層路由技術(shù)，提高了路由查找速度。但是，隨著ASIC（Application-SpecificIntegratedCircuit，專用集成電路）技術(shù)的發(fā)展，路由查找速度已經(jīng)不成為阻礙網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸。這使得MPLS在提高轉(zhuǎn)發(fā)速度方面不具備明顯的優(yōu)勢。但由于MPLS結(jié)合了IP網(wǎng)絡(luò)強大的三層路由功能和傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)高效的轉(zhuǎn)發(fā)機制，在轉(zhuǎn)發(fā)平面采用面向連接方式，與現(xiàn)有二層網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)方式非常相似，這些特點使得MPLS能夠很容易地實現(xiàn)IP與ATM、幀中繼等二層網(wǎng)絡(luò)的無縫融合，并為QoS（QualityofService，服務(wù)質(zhì)量）、TE、VPN等應(yīng)用提供更好的解決方案。7.1MPLS1.基于MPLS的VPN傳統(tǒng)的VPN一般是通過GRE、L2TP、PPTP等隧道協(xié)議來實現(xiàn)私有網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)流在公網(wǎng)上的傳送，LSP本身就是公網(wǎng)上的隧道，因此，用MPLS來實現(xiàn)VPN有天然的優(yōu)勢?；贛PLS的VPN就是通過LSP將私有網(wǎng)絡(luò)的不同分支連接起來，形成一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)?；贛PLS的VPN還支持對不同VPN間的互通控制。

圖7.5是基于MPLS的VPN的基本結(jié)構(gòu)：用戶邊緣設(shè)備CE（CustomerEdge）可以是路由器，也可以是交換機或主機；服務(wù)商邊緣路由器PE（ProviderEdge）位于骨干網(wǎng)絡(luò)。PE負(fù)責(zé)對VPN用戶進行管理、建立各PE間LSP連接、同一VPN用戶各分支間路由分派。PE間的路由分派通常是用LDP或擴展的BGP協(xié)議實現(xiàn)?；贛PLS的VPN支持不同分支間IP地址復(fù)用，并支持不同VPN間互通。與傳統(tǒng)的路由相比，VPN路由中需要增加分支和VPN的標(biāo)識信息，這就需要對BGP協(xié)議進行擴展，以攜帶VPN路由信息。7.1MPLS7.1MPLS2.基于MPLS的流量工程基于MPLS的TE和差分服務(wù)Diff-serv特性，在保證網(wǎng)絡(luò)高利用率的同時，可以根據(jù)不同數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級實現(xiàn)差別服務(wù)，從而為語音、視頻等數(shù)據(jù)流提供有帶寬保證的低延時、低丟包率的服務(wù)。由于全網(wǎng)實施流量工程的難度比較大，因此，在實際的組網(wǎng)方案中往往通過差分服務(wù)模型來實施QoS。Diff-Serv的基本機制是在網(wǎng)絡(luò)邊緣，根據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求將該業(yè)務(wù)映射到一定的業(yè)務(wù)類別中，利用IP分組中的DS字段（由ToS域而來）唯一的標(biāo)記該類業(yè)務(wù)，然后，骨干網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點根據(jù)該字段對各種業(yè)務(wù)采取預(yù)先設(shè)定的服務(wù)策略，保證相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量。Diff-Serv的這種對服務(wù)質(zhì)量的分類和標(biāo)簽機制和MPLS的標(biāo)簽分配十分相似，事實上，基于MPLS的Diff-Serv就是通過將DS的分配與MPLS的標(biāo)簽分配過程結(jié)合來實現(xiàn)的。7.1MPLS7.1.5

LDP協(xié)議簡介

1.LDP基本概念LDP協(xié)議規(guī)定了標(biāo)簽分發(fā)過程中的各種消息以及相關(guān)的處理進程。通過LDP，LSR可以把網(wǎng)絡(luò)層的路由信息直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層的交換路徑上，進而建立起LSP。LSP既可以建立在兩個相鄰的LSR之間，也可以建立在兩個非直連的LSR之間，從而在網(wǎng)絡(luò)中所有中間節(jié)點上都使用標(biāo)簽交換。

（1）LDP對等體LDP對等體是指相互之間存在LDP會話、使用LDP來交換標(biāo)簽/FEC映射關(guān)系的兩個LSR。LDP對等體通過它們之間的LDP會話獲得對方的標(biāo)簽映射消息。

（2）LDP會話LDP會話用于在LSR之間交換標(biāo)簽映射、釋放等消息。LDP會話可以分為兩種類型：●本地LDP會話（LocalLDPSession）：建立會話的兩個LSR之間是直連的?！襁h端LDP會話（RemoteLDPSession）：建立會話的兩個LSR之間是非直連的。7.1MPLS

（3）LDP消息類型LDP協(xié)議主要使用四類消息：●發(fā)現(xiàn)（Discovery）消息：用于通告和維護網(wǎng)絡(luò)中LSR的存在?！駮挘⊿ession）消息：用于建立、維護和終止LDP對等體之間的會話?！裢ǜ妫ˋdvertisement）消息：用于創(chuàng)建、改變和刪除標(biāo)簽—FEC綁定。●通知（Notification）消息：用于提供建議性的消息和差錯通知。為保證LDP消息的可靠發(fā)送，除了發(fā)現(xiàn)階段使用UDP傳輸外，LDP的Session消息、Advertisement消息和Notification消息都使用TCP傳輸。

（4）標(biāo)簽空間與LDP標(biāo)識符LDP對等體之間分配標(biāo)簽的范圍稱為標(biāo)簽空間（Labelspace）。可以為LSR的每個接口指定一個標(biāo)簽空間（per-interfacelabelspace），也可以整個LSR使用一個標(biāo)簽空間（per-platformlabelspace）。LDP標(biāo)識符（LDPIdentifier）用于標(biāo)識特定LSR的標(biāo)簽空間，是一個六字節(jié)的數(shù)值，格式如下：<LSRID>：<標(biāo)簽空間序號>其中，LSRID占四字節(jié)，標(biāo)簽空間序號占兩字節(jié)。取值為1時表示每個接口指定一個標(biāo)簽空間；取值為0時表示整個LSR使用一個標(biāo)簽空間。7.1MPLS

2.LDP標(biāo)簽分發(fā)圖7.6為LDP標(biāo)簽分發(fā)示意圖。例如，圖7.6中的LSP1上，LSRB為LSRC的上游LSR。本章前面提到，標(biāo)簽的分發(fā)過程有兩種模式，主要區(qū)別在于標(biāo)簽映射的發(fā)布是上游請求（DoD）還是下游主動發(fā)布（DU）。下面分別詳細(xì)描述這兩種模式的標(biāo)簽分發(fā)過程：

（1）DoD（downstream-on-demand）模式上游LSR向下游LSR發(fā)送標(biāo)簽請求消息（LabelRequestMessage），其中包含F(xiàn)EC的描述信息。下游LSR為此FEC分配標(biāo)簽，并將綁定的標(biāo)簽通過標(biāo)簽映射消息（LabelMappingMessage）反饋給上游LSR。下游LSR何時反饋標(biāo)簽映射消息，取決于該LSR采用的標(biāo)簽分配控制方式。采用Ordered方式時，只有收到它的下游返回的標(biāo)簽映射消息后，才向其上游發(fā)送標(biāo)簽映射消息；采用Independent方式時，不管有沒有收到它的下游返回的標(biāo)簽映射消息，都立即向其上游發(fā)送標(biāo)簽映射消息。上游LSR一般是根據(jù)其路由表中的信息來選擇下游LSR。在圖7.6中，LSP1沿途的LSR都采用Ordered方式，LSP2上的LSRF則采用Independent方式。7.1MPLS7.1MPLS

（2）DU（downstreamunsolicited）模式下游LSR在LDP會話建立成功后，主動向其上游LSR發(fā)布標(biāo)簽映射消息。上游LSR保存標(biāo)簽映射信息，并根據(jù)路由表信息來處理收到的標(biāo)簽映射信息。3.LDP基本操作按照先后順序，LDP的操作主要包括發(fā)現(xiàn)階段、會話建立與維護、LSP建立與維護和會話撤銷四個階段。

（1）發(fā)現(xiàn)階段在這一階段，希望建立會話的LSR向相鄰LSR周期性地發(fā)送Hello消息，通知相鄰節(jié)點自己的存在。通過這一過程，LSR可以自動發(fā)現(xiàn)它的LDP對等體，而無需進行手工配置。LDP分為基本發(fā)現(xiàn)機制和擴展發(fā)現(xiàn)機制兩種。7.1MPLS●基本發(fā)現(xiàn)機制基本發(fā)現(xiàn)機制用于發(fā)現(xiàn)本地的LDP對等體，即通過鏈路層直接相連的LSR，建立本地LDP會話。這種方式下，LSR周期性地以UDP報文形式從接口發(fā)送LDP鏈路Hello消息（LDPLinkHello）、發(fā)往標(biāo)識“子網(wǎng)內(nèi)所有路由器”的組播地址、LDP鏈路Hello消息帶有接口的LDP標(biāo)識符以及其他相關(guān)信息，如果LSR在某個接口收到了LDP鏈路Hello消息，則表明在該接口（鏈路層）存在LDP對等體?！駭U展發(fā)現(xiàn)機制擴展發(fā)現(xiàn)機制用于發(fā)現(xiàn)遠端的LDP對等體，即不通過鏈路層直接相連的LSR建立遠端LDP會話。這種方式下，LSR周期性以UDP報文形式向指定的IP地址發(fā)送LDP目標(biāo)Hello消息（LDPTargetedHello）、LDP目標(biāo)Hello消息帶有LSR的LDP標(biāo)識符及其他相關(guān)信息，如果LSR收到LDP目標(biāo)Hello消息，則表明在網(wǎng)絡(luò)層存在LDP對等體。7.1MPLS（2）會話建立與維護發(fā)現(xiàn)鄰居之后，LSR開始建立會話。這一過程又可分為兩步：第一步，建立傳輸層連接，在LSR之間建立TCP連接；第二步，對LSR之間的會話進行初始化，協(xié)商會話中涉及的各種參數(shù)，如LDP版本、標(biāo)簽分發(fā)方式、定時器值、標(biāo)簽空間等。會話建立后，通過不斷地發(fā)送Hello消息和Keepalive消息來維護這個會話。

（3）LSP建立與維護LSP的建立過程實際就是將FEC和標(biāo)簽進行綁定，并將這種綁定通告LSP上相鄰LSR。這個過程是通過LDP實現(xiàn)的，以DoD模式為例，主要步驟如下：●當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的路由改變時，如果有一個邊緣節(jié)點發(fā)現(xiàn)自己的路由表中出現(xiàn)了新的目的地址，并且這一地址不屬于任何現(xiàn)有的FEC，則該邊緣節(jié)點需要為這一目的地址建立一個新的FEC。邊緣LSR決定該FEC將要使用的路由，向其下游LSR發(fā)起標(biāo)簽請求消息，并指明是要為哪個FEC分配標(biāo)簽。●收到標(biāo)簽請求消息的下游LSR記錄這一請求消息，根據(jù)本地的路由表找出對應(yīng)該FEC的下一跳，繼續(xù)向下游LSR發(fā)出標(biāo)簽請求消息。7.1MPLS●當(dāng)標(biāo)簽請求消息到達目的節(jié)點或MPLS網(wǎng)絡(luò)的出口節(jié)點時，如果此節(jié)點尚有可供分配的標(biāo)簽，并且判定上述標(biāo)簽請求消息合法，則該節(jié)點為FEC分配標(biāo)簽，并向上游發(fā)出標(biāo)簽映射消息，標(biāo)簽映射消息中包含分配的標(biāo)簽等信息?！袷盏綐?biāo)簽映射消息的LSR檢查本地存儲的標(biāo)簽請求消息狀態(tài)。對于某一FEC的標(biāo)簽映射消息，如果數(shù)據(jù)庫中記錄了相應(yīng)的標(biāo)簽請求消息，LSR將為該FEC進行標(biāo)簽分配，并在其標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表中增加相應(yīng)的條目，然后向上游LSR發(fā)送標(biāo)簽映射消息?！癞?dāng)入口LSR收到標(biāo)簽映射消息時，它也需要在標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表中增加相應(yīng)的條目。這時，就完成了LSP的建立，接下來就可以對該FEC對應(yīng)的數(shù)據(jù)分組進行標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)了。7.1MPLS（4）會話撤銷LDP通過檢測Hello消息來判斷鄰接關(guān)系，通過檢測Keepalive消息來判斷會話的完整性。LDP在維持鄰接關(guān)系和LDP會話中使用到以下兩種不同的定時器?！馠ello保持定時器：LDP對等體之間，通過周期性發(fā)送Hello消息表明自己希望繼續(xù)維持這種鄰接關(guān)系。如果Hello保持定時器超時仍沒有收到新的Hello消息，則刪除Hello鄰接關(guān)系。●Keepalive定時器：LDP對等體之間通過LDP會話連接上傳送的Keepalive消息來維持LDP會話。如果會話保持定時器超時仍沒有收到任何Keepalive消息，則關(guān)閉連接，結(jié)束LDP會話。7.1MPLS4.LDP環(huán)路檢測在MPLS域中建立LSP也要防止產(chǎn)生環(huán)路，LDP環(huán)路檢測機制可以檢測LSP環(huán)路的出現(xiàn)，并避免發(fā)生環(huán)路。如果對MPLS域進行環(huán)路檢測，則必須在所有LSR上都配置環(huán)路檢測，但在建立LDP會話時，并不要求雙方的環(huán)路檢測配置一致。LDP環(huán)路檢測有以下兩種方式?！褡畲筇鴶?shù)在傳遞標(biāo)簽綁定（或者標(biāo)簽請求）的消息中包含跳數(shù)信息，每經(jīng)過一跳該值就加一。當(dāng)該值超過規(guī)定的最大值時即認(rèn)為出現(xiàn)環(huán)路，LSP建立失敗?！衤窂较蛄吭趥鬟f標(biāo)簽綁定（或者標(biāo)簽請求）的消息中記錄路徑信息，每經(jīng)過一跳，相應(yīng)的設(shè)備就檢查自己的LSRID是否在此記錄中。當(dāng)表示路徑向量記錄表中已有本LSR的記錄或路徑的跳數(shù)超過設(shè)置的最大值時，認(rèn)為出現(xiàn)環(huán)路，LSP建立失敗。如果記錄中沒有自己的LSRID，就會將其添加到該記錄中。7.1MPLS

7.LDPGR在MPLSLDP會話建立過程中，LDP設(shè)備需要進行FT（FaultTolerance，容錯）和GR（GracefulRestart，平滑重啟）能力協(xié)商。如果雙方都是GR設(shè)備，建立的會話就具有FT/GR感知能力。但是如果有一方是非GR設(shè)備，建立的會話就不具備FT/GR感知能力。為了支持GR能力，GR設(shè)備需要備份FEC和標(biāo)簽信息。假設(shè)LDP會話具有GR能力，當(dāng)GRRestarter發(fā)生重啟時，GRHelper鄰居在檢測到對應(yīng)的LDP會話進入down狀態(tài)后，將繼續(xù)保持與GRRestarter的鄰居關(guān)系以及會話信息，直到重連定時器（ReconnectTimer）超時。在重連定時器超時前，如果鄰居收到了該GRRestarter的會話建立請求，它將保留該會話的LSP（LabelSwitchingPath，標(biāo)簽交換路徑）和標(biāo)簽信息，并恢復(fù)與該GRRestarter的會話連接。否則，將刪除與該會話有關(guān)的所有LSP和標(biāo)簽信息。會話恢復(fù)后，GRRestarter與其鄰居會分別啟動各自的鄰居存活狀態(tài)定時器（NeighborLivelinessTimer）和恢復(fù)定時器（RecoveryTimer），同時恢復(fù)該會話的所有LSP值，然后互相發(fā)送標(biāo)簽映射和標(biāo)簽請求消息。GRRestarter與其鄰居收到映射消息后會刪除LSPStale標(biāo)記，并在鄰居存活狀態(tài)定時器和恢復(fù)定時器超時后刪除該會話的所有LSP信息。在重啟過程中，數(shù)據(jù)層面上的LSP信息將被保留，因此MPLS報文轉(zhuǎn)發(fā)將不會中斷。7.1MPLS7.1.6流量工程與MPLSTEMPLSTE是指基于MPLS的流量工程技術(shù)，根據(jù)Internet工程任務(wù)組IETF（InternetEngineeringTaskForce，IETF）的定義，Internet流量工程關(guān)注運行網(wǎng)絡(luò)的性能優(yōu)化。它根據(jù)商業(yè)目標(biāo)，基于科學(xué)和技術(shù)的原則對Internet流量進行測量、建模、描述和控制，并且通過這些知識和技術(shù)去達到特定的性能目標(biāo)，包括讓流量在網(wǎng)絡(luò)中迅速可靠的傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用率，和對網(wǎng)絡(luò)容量進行合理規(guī)劃。MPLSTE相關(guān)的技術(shù)包括：多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）、進行了流量工程擴展的資源預(yù)留協(xié)議(RSVP-TE)、基于約束的標(biāo)簽分配協(xié)議(CR－LDP)、基于約束的路由協(xié)議（QoS路由技術(shù)）、進行了流量工程擴展的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（OSPF-TE和IS-ISTE）、快速重路由技術(shù)(FRR)。7.1MPLS1.流量工程

（1）流量工程的作用網(wǎng)絡(luò)擁塞是影響骨干網(wǎng)絡(luò)性能的主要問題。擁塞的原因可能是網(wǎng)絡(luò)資源不足，也可能網(wǎng)絡(luò)資源負(fù)載不均衡導(dǎo)致的局部擁塞。TE（TrafficEngineering，流量工程）解決的是由于負(fù)載不均衡導(dǎo)致的擁塞。流量工程通過實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的流量和網(wǎng)絡(luò)單元的負(fù)載，動態(tài)調(diào)整流量管理參數(shù)、路由參數(shù)和資源約束參數(shù)等，使網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)遷移到理想狀態(tài)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的使用，避免負(fù)載不均衡導(dǎo)致的擁塞?？偟膩碚f，流量工程的性能指標(biāo)包括以下兩個方面?！衩嫦驑I(yè)務(wù)的性能指標(biāo)：增強業(yè)務(wù)的QoS（QualityofService，服務(wù)質(zhì)量）性能，例如對分組丟失、時延、吞吐量以及SLA（ServiceLevelAgreements，服務(wù)等級協(xié)定）的影響?！衩嫦蛸Y源的性能指標(biāo)：優(yōu)化資源利用。帶寬是一種重要的資源，對帶寬資源進行高效管理是流量工程的一項中心任務(wù)。7.1MPLS1.流量工程

（2）流量工程的解決方案現(xiàn)有的IGP協(xié)議都是拓?fù)潋?qū)動的，只考慮網(wǎng)絡(luò)的連接情況，不能靈活反映帶寬和流量特性這類動態(tài)狀況。解決IGP上述缺點的方法之一是使用重疊模型（Overlay），如IPoverATM、IPoverFR等。重疊模型在網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之上提供了一個虛擬拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而擴展了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的空間，為支持流量與資源控制提供了許多重要功能，可以實現(xiàn)多種流量工程策略。然而，由于協(xié)議之間往往存在很大差異，重疊模型在可擴展性方面存在不足。為了在大型骨干網(wǎng)絡(luò)中部署流量工程，必須采用一種可擴展性好、簡單的解決方案。MPLSTE就是為這一需求而提出的。7.1MPLS2.MPLSTEMPLS本身具有一些不同于IGP的特性，其中就有實現(xiàn)流量工程所需要的，例如：MPLS支持顯式LSP路由、LSP較傳統(tǒng)單個IP分組轉(zhuǎn)發(fā)更便于管理和維護、CR-LDP（Constraint-basedRoutedLabelDistributionProtocol，基于約束路由的LDP）可以實現(xiàn)流量工程的各種策略、基于MPLS的流量工程的資源消耗較其它實現(xiàn)方式更低。MPLSTE結(jié)合了MPLS技術(shù)與流量工程，通過建立到達指定路徑的LSP隧道進行資源預(yù)留，使網(wǎng)絡(luò)流量繞開擁塞節(jié)點，達到平衡網(wǎng)絡(luò)流量的目的。在資源緊張的情況下，MPLSTE能夠搶占低優(yōu)先級LSP隧道帶寬資源，滿足大帶寬LSP或重要用戶的需求。同時，當(dāng)LSP隧道故障或網(wǎng)絡(luò)的某一節(jié)點發(fā)生擁塞時，MPLSTE可以通過備份路徑和FRR（FastReRoute，快速重路由）提供保護。使用MPLSTE，網(wǎng)絡(luò)管理員只需要建立一些LSP和旁路擁塞節(jié)點，就可以消除網(wǎng)絡(luò)擁塞。隨著LSP數(shù)量的增長，還可以使用專門的離線工具進行業(yè)務(wù)量分析。MPLSTE主要提供下述功能：7.1MPLS（1）提供通過非IGP最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)IP分組的能力，可以讓流量容易的繞過網(wǎng)絡(luò)中的擁塞點。（2）為流量提供帶寬保證，通過MPLSTE技術(shù)傳輸?shù)牧髁坎粫捎阪溌穾挷粔蚨粊G棄。（3）為流量提供穩(wěn)定可靠傳輸?shù)谋ＷC，在鏈路或者傳輸節(jié)點出現(xiàn)故障的情況下，通過MPLSTE技術(shù)保證的流量所受影響盡可能的小，且對上層業(yè)務(wù)不可見。（4）可以從鏈路或者節(jié)點故障中動態(tài)恢復(fù)，通過適應(yīng)一套新的約束來改變骨干網(wǎng)的拓?fù)洹＃?）起用不等價負(fù)載均衡，允許使用不是由IGP學(xué)習(xí)到的路由。（6）在確定穿越骨干網(wǎng)的顯式路由時，它計算鏈路帶寬以及數(shù)據(jù)流的規(guī)模。（7）不需要手工配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來建立顯式路由，而且可以依靠MPLS流量工程功能來理解骨干網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及自動的信令過程。7.1MPLS

3.LSP隧道對于一條LSP，一旦在Ingress節(jié)點為報文分配了標(biāo)簽，流量的轉(zhuǎn)發(fā)就完全由標(biāo)簽決定了。流量對LSP的中間節(jié)點是透明的，從這個意義上來說，一條LSP可以看作是一條LSP隧道。

4.MPLSTE隧道在部署重路由（Reroute）或需要將流量通過多條路徑傳輸時，可能需要用到多條LSP隧道。在TE中，這樣的一組LSP隧道稱為TE隧道（TrafficEngineeredTunnel）。7.1MPLS7.1.7MPLSL2VPN

1.傳統(tǒng)的VPN傳統(tǒng)的基于ATM或FR技術(shù)的VPN應(yīng)用非常廣泛，它們能在不同VPN間共享運營商的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種VPN的不足至少有以下兩點。（1）依賴于專用的介質(zhì)（如ATM或FR）。為提供基于ATM的VPN服務(wù)，運營商必須建立覆蓋全部服務(wù)范圍的ATM網(wǎng)絡(luò)；為提供基于FR的VPN服務(wù)，又需要建立覆蓋全部服務(wù)范圍的FR網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上造成浪費。

（2）部署復(fù)雜。尤其是向已有的VPN加入新的Site（站點）時，需要同時修改所有接入此VPN站點的邊緣節(jié)點的配置。由于以上缺點，新的VPN替代方案應(yīng)運而生，MPLSL2VPN就是其中的一種。7.1MPLS2.MPLSL2VPNMPLSL2VPN提供基于MPLS（MultiprotocolLabelSwitching，多協(xié)議標(biāo)簽交換）網(wǎng)絡(luò)的二層VPN服務(wù)，使運營商可以在統(tǒng)一的MPLS網(wǎng)絡(luò)上提供基于不同數(shù)據(jù)鏈路的二層VPN，包括ATM、FR、VLAN、Ethernet、PPP等。同時，MPLS網(wǎng)絡(luò)仍可以提供傳統(tǒng)IP、MPLSL3VPN、流量工程和QoS等服務(wù)。簡單來說，MPLSL2VPN就是在MPLS網(wǎng)絡(luò)上透明傳輸用戶二層數(shù)據(jù)。從用戶的角度來看，MPLS網(wǎng)絡(luò)是一個二層交換網(wǎng)絡(luò)，可以在不同節(jié)點間建立二層連接。MPLSL2VPN組網(wǎng)示意圖見圖7.7。以ATM為例，每個用戶邊緣設(shè)備（CustomerEdge，CE）配置一條ATM虛電路（VirtualCircuit，VC），通過MPLS網(wǎng)絡(luò)與遠端CE相連，這與通過ATM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)類似。7.1MPLS7.1MPLS4.MPLSL2VPN的基本概念在MPLSL2VPN中，CE、PE、P的概念與MPLSL3VPN一樣，原理也相似。（1）CE（CustomerEdge）設(shè)備：用戶網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備，有接口直接與SP相連。CE可以是路由器，也可以是一臺主機。CE“感知”不到VPN的存在，也不需要必須支持MPLS。（2）PE（ProviderEdge）路由器：服務(wù)提供商邊緣路由器，是服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備，與用戶的CE直接相連。在MPLS網(wǎng)絡(luò)中，對VPN的所有處理都發(fā)生在PE上。（3）P（Provider）路由器：服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)中的骨干路由器，不與CE直接相連。P設(shè)備只需要具備基本MPLS轉(zhuǎn)發(fā)能力。MPLSL2VPN通過標(biāo)簽棧實現(xiàn)用戶報文在MPLS網(wǎng)絡(luò)中的透明傳送：外層標(biāo)簽（稱為Tunnel標(biāo)簽）用于將報文從一個PE傳遞到另一個PE；內(nèi)層標(biāo)簽（稱為VC標(biāo)簽）用于區(qū)分不同VPN中的不同連接；接收方PE根據(jù)VC標(biāo)簽決定將報文轉(zhuǎn)發(fā)給哪個CE。圖7.8是MPLSL2VPN轉(zhuǎn)發(fā)過程中報文標(biāo)簽棧變化的示意圖。在圖7.8中，L2PDU是鏈路層報文，PDU（ProtocolDataUnit）是協(xié)議數(shù)據(jù)單元，T是Tunnel標(biāo)簽，V是VC標(biāo)簽，T’表示轉(zhuǎn)發(fā)過程中外層標(biāo)簽被替換。7.1MPLS7.1MPLS7.1.8MPLSL3VPNMPLSL3VPN是服務(wù)提供商VPN解決方案中一種基于PE的L3VPN技術(shù)，它使用BGP在服務(wù)提供商骨干網(wǎng)上發(fā)布VPN路由，使用MPLS在服務(wù)提供商骨干網(wǎng)上轉(zhuǎn)發(fā)VPN報文。MPLSL3VPN組網(wǎng)方式靈活、可擴展性好，并能夠方便地支持MPLSQoS和MPLSTE，因此得到越來越多的應(yīng)用。MPLSL3VPN模型由三部分組成：CE、PE和P，其原理與MPLSL2VPN中的CE、PE和P相同，此處不再敘述。

圖7.9是一個MPLSL3VPN組網(wǎng)方案的示意圖。CE和PE的劃分主要是根據(jù)SP與用戶的管理范圍，CE和PE是兩者管理范圍的邊界。CE設(shè)備通常是一臺路由器，當(dāng)CE與直接相連的PE建立鄰接關(guān)系后，CE把本站點的VPN路由發(fā)布給PE，并從PE學(xué)到遠端VPN的路由。CE與PE之間使用BGP/IGP交換路由信息，也可以使用靜態(tài)路由。7.1MPLS7.1MPLSPE從CE學(xué)到CE本地的VPN路由信息后，通過BGP與其它PE交換VPN路由信息。PE路由器只維護與它直接相連的VPN的路由信息，不維護服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)中的所有VPN路由。P路由器只維護到PE的路由，不需要了解任何VPN路由信息。當(dāng)在MPLS骨干網(wǎng)上傳輸VPN流量時，入口PE作為IngressLSR（LabelSwitchRouter，標(biāo)簽交換路由器），出口PE作為EgressLSR，P路由器則作為TransitLSR。

1.Site在介紹VPN時經(jīng)常會提到“Site”，Site（站點）的含義可以從下述幾個方面理解：●Site是指相互之間具備IP連通性的一組IP系統(tǒng)，并且，這組IP系統(tǒng)的IP連通性不需通過服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。●Site的劃分是根據(jù)設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系，而不是地理位置，盡管在大多數(shù)情況下一個Site中的設(shè)備地理位置相鄰?！褚粋€Site中的設(shè)備可以屬于多個VPN，換言之，一個Site可以屬于多個VPN。●Site通過CE連接到服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)，一個Site可以包含多個CE，但一個CE只屬于一個Site。對于多個連接到同一服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)的Sites，通過制定策略，可以將它們劃分為不同的集合（set），只有屬于相同集合的Sites之間才能通過服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)互訪，這種集合就是VPN。7.1MPLS2.地址空間重疊VPN是一種私有網(wǎng)絡(luò)，不同的VPN獨立管理自己使用的地址范圍，也稱為地址空間（AddressSpace）。不同VPN的地址空間可能會在一定范圍內(nèi)重合，比如，VPN1和VPN2都使用了/24網(wǎng)段的地址，這就發(fā)生了地址空間重疊（OverlappingAddressSpaces）。3.VPN實例在MPLSVPN中，不同VPN之間的路由隔離通過VPN實例（VPN-instance）實現(xiàn)。PE為每個直接相連的Site建立并維護專門的VPN實例。VPN實例中包含對應(yīng)Site的VPN成員關(guān)系和路由規(guī)則。如果一個Site中的用戶同時屬于多個VPN，則該Site的VPN實例中將包括所有這些VPN的信息。為保證VPN數(shù)據(jù)的獨立性和安全性，PE上每個VPN實例都有相對獨立的路由表和LFIB（LabelForwardingInformationBase，標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表）。具體來說，VPN實例中的信息包括：標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表、IP路由表、與VPN實例綁定的接口以及VPN實例的管理信息。VPN實例的管理信息包括RD（RouteDistinguisher，路由標(biāo)識符）、路由過濾策略、成員接口列表等。7.1MPLS

4.VPN-IPv4地址傳統(tǒng)BGP無法正確處理地址空間重疊的VPN的路由。假設(shè)VPN1和VPN2都使用了/24網(wǎng)段的地址，并各自發(fā)布了一條去往此網(wǎng)段的路由，BGP將只會選擇其中一條路由，從而導(dǎo)致去往另一個VPN的路由丟失。PE路由器之間使用MP-BGP來發(fā)布VPN路由，并使用VPN-IPv4地址族來解決上述問題。VPN-IPv4地址共有12個字節(jié)，包括8字節(jié)的RD和4字節(jié)的IPv4地址前綴，如圖7.10所示。7.1MPLSPE從CE接收到普通IPv4路由后，需要將這些私網(wǎng)VPN路由發(fā)布給對端PE。私網(wǎng)路由的獨立性是通過為這些路由附加RD實現(xiàn)的。SP可以獨立地分配RD，但必須保證RD的全局唯一性。這樣，即使來自不同服務(wù)提供商的VPN使用了同樣的IPv4地址空間，PE路由器也可以向各VPN發(fā)布不同的路由。建議為PE上每個VPN實例配置專門的RD，以保證到達同一CE的路由都使用相同的RD。RD為0的VPN-IPv4地址相當(dāng)于全局唯一的IPv4地址。RD的作用是添加到一個特定的IPv4前綴，使之成為全局唯一的VPNIPv4前綴。RD或者是與自治系統(tǒng)號（ASN）相關(guān)的，在這種情況下，RD是由一個自治系統(tǒng)號和一個任意的數(shù)組成；或者是與IP地址相關(guān)的，在這種情況下，RD是由一個IP地址和一個任意的數(shù)組成。RD有兩種格式，通過2字節(jié)的類型字段Type區(qū)分：●類型字段Type為0時，管理器子字段（Administrator）占2字節(jié)，分配數(shù)值子字段（Assignednumber）占4字節(jié)，格式為：16bits自治系統(tǒng)號:32bits用戶自定義數(shù)字。例如：100:1●類型字段Type為1時，Administrator子字段占4字節(jié)，Assignednumber子字段占2字節(jié)，格式為：32bitsIPv4地址:16bits用戶自定義數(shù)字。例如：:1。為保證RD的全局唯一性，建議不要將Administrator子字段的值設(shè)置為私有AS號或私有IP地址。7.1MPLS

7.VPNTarget屬性MPLSL3VPN使用BGP擴展團體屬性——VPNTarget（也稱為RouteTarget）來控制VPN路由信息的發(fā)布。PE路由器上的VPN實例有兩類VPNTarget屬性：●ExportTarget屬性：在本地PE將從與自己直接相連的Site學(xué)到的VPN-IPv4路由發(fā)布給其它PE之前，為這些路由設(shè)置ExportTarget屬性。●ImportTarget屬性：PE在接收到其它PE路由器發(fā)布的VPN-IPv4路由時，檢查其ExportTarget屬性，只有當(dāng)此屬性與PE上VPN實例的ImportTarget屬性匹配時，才把路由加入到相應(yīng)的VPN路由表中。也就是說，VPNTarget屬性定義了一條VPN-IPv4路由可以為哪些Site所接收，PE路由器可以接收哪些Site發(fā)送來的路由。與RD類似，VPNTarget也有兩種格式：●16bits自治系統(tǒng)號:32bits用戶自定義數(shù)字，例如：100:1?！?2bitsIPv4地址:16bits用戶自定義數(shù)字，例如：:1。7.1MPLS

6.MP-BGPMP-BGP（MultiprotocolextensionsforBGP-4）在PE路由器之間傳播VPN組成信息和路由。MP-BGP向下兼容，既可以支持傳統(tǒng)的IPv4地址族，又可以支持其他地址族（比如VPN-IPv4地址族）。使用MP-BGP既確保VPN的私網(wǎng)路由只在VPN內(nèi)發(fā)布，又實現(xiàn)了MPLSVPN成員間的通信。

7.路由策略（RoutingPolicy）在通過入口、出口擴展團體來控制VPN路由發(fā)布的基礎(chǔ)上，如果需要更精確地控制VPN路由的引入和發(fā)布，可以使用入方向或出方向路由策略。入方向路由策略根據(jù)路由的VPNTarget屬性進一步過濾可引入到VPN實例的路由，它可以拒絕接收引入列表中的團體選定的路由，而出方向路由策略則可以拒絕發(fā)布輸出列表中的團體選定的路由。VPN實例創(chuàng)建完成后，可以選擇是否需要配置入方向或出方向路由策略。7.1MPLS8.隧道策略（TunnelingPolicy）隧道策略用于選擇給特定VPN實例的報文使用的隧道。隧道策略是可選配的，VPN實例創(chuàng)建完成后，就可以配置隧道策略。缺省情況下，選擇LSP做為隧道，不進行負(fù)載分擔(dān)（負(fù)載分擔(dān)條數(shù)為1）。另外，隧道策略只在同一AS域內(nèi)生效。7.23GPP3GPP是領(lǐng)先的3G技術(shù)規(guī)范機構(gòu)，是由歐洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、韓國的TTA以及美國的T1在1998年底發(fā)起成立的，旨在研究制定并推廣基于演進的GSM核心網(wǎng)絡(luò)的3G標(biāo)準(zhǔn)，即WCDMA，TD-SCDMA，EDGE等。3GPP的目標(biāo)是實現(xiàn)由2G網(wǎng)絡(luò)到3G網(wǎng)絡(luò)的平滑過渡，保證未來技術(shù)的后向兼容性，支持輕松建網(wǎng)及系統(tǒng)間的漫游和兼容。7.2.1移動通信的發(fā)展歷程及關(guān)鍵技術(shù)回顧近十年的發(fā)展，可以說，移動通信技術(shù)的發(fā)展開辟了一個巨大的市場，而市場的急需又推動了移動通信技術(shù)進步和國際標(biāo)準(zhǔn)的制定。就在第三代移動通信發(fā)展之際，世界已開始研究第四代移動通信。7.23GPP

1.第一代移動通信技術(shù)第一代移動通信系統(tǒng)（如AMPS和TACS等）是采用FDMA制式的模擬蜂窩系統(tǒng)。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進行移動通信的長途漫游，只能是一種區(qū)域性的移動通信系統(tǒng)。第一代移動通信有多種制式，我國主要采用的是TACS。第一代移動通信有很多不足之處，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、不能提供自動漫游等。第一代移動通信技術(shù)主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進行移動通信的長途溫游，只能是一種區(qū)域性的移動通信系統(tǒng)。第一代移動通信有多種制式，我國主要采用的是TACS。第一代移動通信有很多不足之處，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、不能提供自動漫游等。7.23GPP2.第二代移動通信技術(shù)第二代移動通信系統(tǒng)主要采用的是數(shù)字的時分多址（TDMA）技術(shù)和碼分多址（CDMA）技術(shù)。主要業(yè)務(wù)是語音，其主特性是提供數(shù)字化的話音業(yè)務(wù)及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它克服了模擬移動通信系統(tǒng)的弱點，話音質(zhì)量、保密性能得到大的提高，并可進行省內(nèi)、省際自動漫游。第二代移動通信替代第一代移動通信系統(tǒng)完成模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，但由于第二代采用不同的制式，移動通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內(nèi)進行漫游，因而無法進行全球漫游，由于第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，也無法實現(xiàn)高速率的業(yè)務(wù)如移動的多媒體業(yè)務(wù)。2.5G主要解決數(shù)字移動通信系統(tǒng)傳輸速率低和直接上因特網(wǎng)的問題。GSM增加了分組無線業(yè)務(wù)GPRS和EDGE技術(shù)，速率從9.6kbit/s提高到120kbit/s；CDMA發(fā)展成CDMA1X，速率從9.6kbit/s提高到150kbit/s左右。第二代移動通信技術(shù)主要采用的是數(shù)字的時分多址(TDMA)技術(shù)和碼分多址(CDMA)技術(shù)。全球主要有GSM和CDMA兩種體制，GSM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由歐洲提出，目前全球絕大多數(shù)國家使用這一標(biāo)準(zhǔn)，CDMA由美國高通公司提出，目前在美國、韓國等國家使用。7.23GPP3.第三代移動通信技術(shù)人類對21世紀(jì)移動通信發(fā)展的理想是實現(xiàn)任何人（Whoever）在任何時間（Whenever）和任何地點（Wherever），能夠向任何其他人（Whomever）傳送任何信息（Whatever）。在這個網(wǎng)絡(luò)中，每個人有一個個人識別號碼(PIN），跨越多個網(wǎng)絡(luò)建立自己所需業(yè)務(wù)的通信連接，把“服務(wù)到終端”推向“服務(wù)到個人”，在任何位置、網(wǎng)絡(luò)和終端上均能發(fā)起和接受呼叫。為了解決正在運行的第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)所面臨的問題，并且滿足人們不斷增長的對于數(shù)據(jù)傳輸能力和更好的頻譜利用率的迫切要求，國際電信聯(lián)盟（ITU）早在1985年提出3G，稱為未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)（FPLMTS），1996年ITU將FPLMTS正式更名為IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)（InternationalMobileTelecommunication2000），統(tǒng)稱為3G系統(tǒng)，即國際移動通信系統(tǒng)。第三代移動通信技術(shù)與前面兩代相比有更寬的帶寬，其傳輸速度最低為384K，最高為2M，帶寬可達5MHz以上。不僅能傳輸話音，還能傳輸數(shù)據(jù)，從而提供快捷、方便的無線應(yīng)用。能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶多媒體服務(wù)是第三代移動通信的另個主要特點。第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)能將高速移動接入和基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)結(jié)合起來，提高無線頻率利用效率。提供包括衛(wèi)星在內(nèi)的全球覆蓋并實現(xiàn)有線和無線以及不同無線網(wǎng)絡(luò)之間業(yè)務(wù)的無縫連接。滿足多媒體業(yè)務(wù)的要求，從而為用戶提供更經(jīng)濟、內(nèi)容更豐富的無線通信服務(wù)。7.23GPP7.2.23G主流標(biāo)準(zhǔn)簡介2000年5月，ITU正式公布第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)IMT-2000（國際移動電話2000）標(biāo)準(zhǔn)，我國提交的時分同步碼分多址（TDSCDMA）正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)，與歐洲寬帶碼分多址（WCDMA）、美國的碼分多址（CDMA2000）標(biāo)準(zhǔn)一起成為3G主流的三大標(biāo)準(zhǔn)之一。TDSCDMA作為第三代移動通信國際標(biāo)準(zhǔn)，是我國科技自主創(chuàng)新的的重要標(biāo)志。2008年12