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MPLS
技术优势及存在问题
2007
年
7
月
29
日
16:15
voip
中国
一、当今的
Internet
网络
随着
Internet
的不断增长，各种新兴业务以及迎合其需
求的专有网络也在不断发展，但是原先针对不同业务、
同时处理多种网络连接的运营方式
已经束缚了企业的发展，它们希望通过一个单一、灵活的接入设备来提供多种
混合业务，
并在将来执行统一的接入协议，如
IP
，然而，不同的业务（如
语音、数据和多媒体应用等）对网络传
输质量的要求差别很大，如果
ISP
依旧基于传统路由器发展大规模的
IP
网络，相关问题（如路由器转发部件的
软件操作，构造高速路由器组件的开销
，传统路由寻径机制在传输时难以预计的网络性能，网络无法提供针对特
定业务的
QoS
等）将变得日益尖锐。
相对于
IP
路由技术，基于
ATM
和帧中继的快速交换技术可利用多种转发算法（其本质就是标签交换算法）。由<
/p>
于这些转发算法简单有效，因而被直接固化到交换机硬件内部。与传统的
< br>IP
路由机制相比，
L2
层的快
速交换技
术具有很高的性能价格比。
为解决上述
IP
网络存在的问题，
每个
ISP
都渴望寻求一种能够结合快速交换技术和
IP
路由技术中各自优势的网
络
解决方案
，由此标签交换技术应运而生。标签交换技术就是致力把
L2
层交换技术的最优属性（通常由
ATM
或
帧中继具体实现），与
L2
层路由技术的最优属性（由
IP
具体实现）紧密结合起来，其中
多协议标签交换（
MPLS
）
是目前标
准最统一、最具发展前景的标签交换技术。
MPLS
由
Internet
工程任务小组（
IETF
）制定，始于
1997
年初，它被设计成为
能够符合大规模电信级网络所必须遵循的各种属性。其目标是实现在大规模
IP
网内，通过
ATM
和帧中继等多种媒介实现保证
QoS
的快速交换，因而
MPLS
的出现对于网络发展将具有革命性的意义。
二、
MPLS
技术中的关键概念
<
/p>
由于
MPLS
技术可适用于任何网络层协
议，故称为多协议（
multiprotocol
），目前主要
是致力于传输
IP
业务。
同时，多协议
也表明
MPLS
技术的应用并不局限于某一特定的链路层媒介，
即采用
MPLS
技术，网络层的数据包可
以基于多种物理媒介进行传送，如
ATM
、帧中继、租赁专线
／
PPP
等。在
MPLS
网络中的关键元素是标签交换路由
器（
LSR
），它具备了理解和参与
IP
路由与
L2
层交换的能力。
MPLS
< br>要求
LSR
参与
IP
路由，其转发机制与传统逐
跳路由判决机制的区别很大。结合上述多种传输
技术，通过一种单一的操作模式，
MPLS
可以避免在
L2
层与
L3
层之间因
相互操作而产生的相关问题，同时确保两种机制独立运行。
LSR
通过
L3
层的标准路由协议（如
OS
PF
）
进行寻径操作。从而获得整个网络的拓扑结构，由此获悉
的路由信息将用来对特定
IP
报文分配相应的标签
（
Label
）。从端到端的角度上来看，标签用于
确定端点之间
IP
报文的传输路径，这种路径被称为标签交换路
径
（
LSP
）。
LSP
是通过
MPLS
的核心协议标
签分配协议（
LDP
）在
LSR
对等体（
Peer
）之间建立的，其本质上与
交换
技术定义的
VC
连接十分相似。在
传输
IP
报文时，
MPLS
标签边缘路由器（
LER
）通过特定判决机制，对
报文进行
标签封装，随后将携带特定标签的报文转发到网络内部升级后的交换机（如
ATM-LSR
或
LSR
< br>），它们在接收到相
应
IP
报文
后通过内部的标签信息库（
LIB
）进行标签查询与交换并沿着
LSP
转发报文。
< br>三、
MPLS
的技术优势
MPLS
在解决网络的扩展性、实施流量工程、同时支持多种要求特
定
QoS
保障的
IP
< br>业务等诸多方面具备得天独厚
的技术优势。下文将详细分析
MPD
的技术特点。
1
．扩展性
目前多数网络基于
IPoverATM
／帧中继的重叠模型组网
方式。
无论是对于路由协议的影响
,
还
是对管理大量虚电路
时所造成的负担而言，都存在很大的局限性。由于
< br>MPLS
技术采用的标签分配协议仅在相邻的
LSR
对等体之间进
行通信，每台
LSR
均可根据网络层的拓朴建立相应的
LSP
，因而
有效解决了重叠模型中因全网状连接所带来的
N2
条逻辑链路的
扩展问题。
2
．利用单一的转发机制
同时支持多种业务
MPLS
利用短小
且长度固定（
4
字节）的标签，采用精确匹配的寻径方式取代了
传统路由器的最长匹配寻径方式。
相比较而言。标签的编码结构远比
IP
报头封装机制简单，因此
MPk
技术可以通过升级现有网络设备，很容易地
构建高速交换的
L
SR
。
传统上
ISP
总是通过专门化的网络把多种业务划分开，以适应各种特定业务的需求。随着<
/p>
Internet
的发展，业
界一致认为
应该建设一个可同时提供多种混合业务且基于分组的网络。
虽然传统的电信业务和更多的
数据业务可
以被集中到同一个
IP
网络
中，但是众多企业仍不断寻求更先进更专业化的业务以适应它们特定的要求。针对于
此，
ISP
必须能够基于多种因素动态地调整网络需求，
这些因素包括：
特定业务流的带宽分配和传输性能
（
QoS/CoS
）
等。显然目前的<
/p>
IP
网还远不能实现这一目标，而
MPL
S
的一大优势就是可以在网络内部通过单一的标签交换机制
同时
支持多种
IP
混合业务。并可以在现有的
IP
网络中实施该技术。这种方式不仅节约了网络基础设施，而且易
< br>于网络管理与维护，从而为
ISP
节省了大量的运营成本
。
3
．边缘节点功能与网络内部节点
功能分离
MPLS
在网络边缘节点之
间构建端到端的服务，
其目的主要是分离网络中各节点的功能。
通过在边缘节点实施特定
规范，可使其具备基于
QoS
的选路功能，而网络内部节点主要用于保证数据的有效传输。
ISP
与用户依照服务等
级协定（
SLA
）来确立网络边缘节点的实施规范，其中包括边缘节点传输、标志拥塞、丢弃报文等流量调节操作
。
4
．标签合并（
< br>LabelMerge
）
标签
合并是指：如果来自
MPLS
域内不同边缘入节点（
IngressLSR
）且携带不同入标签值的多条业务流，均被网
络内的某个节点
LSRn
所接收，并且从该<
/p>
LSRn
开始直到
MPLS
域内边缘出节点（
EgressLSR
）为止，它们
的标签交
换路径是完全相同的。那么就在节点
LSRn
处将上述不同的业务流映射到同一个出标签，并沿同一条
LSP
转发到
边缘出口节点。标签合并是
MPLS
的一项重要功能，它有两个明显的优点：大量节省转发标签的使用数量，减少
LSR
对于每个标签的控制负担。
< br>标签合并功能对于
L2
层的传输有着深远的影响，对于<
/p>
ATM
或帧中继链路而言，
MPLS
的顶层标签是直接存放在相
应的信元头中的
VPI
／
VCI
或帧头中的
DLCI
字段内。其标签资源十分有限。对于
IS
P
而言，为了在提高网络利用
率的同时，尽量减少网络运行成本
，需要在同一个
ATM
／帧中继骨干网上既支持传统的
ATM
／帧中继业务又要运
行
< br>MPLS
，
这就要求
LSR
的特定端口必须同时具备
MPLS
功能和标
准的
L2
层转发功能，
二者使用同一端
口内不同的
标签空间，相互独立运行。此种方式意味着在同一网络内存在两种转发方式却
共用同一有限的端口资源。因而，
若此
LSR
< br>处于一个很大的网络中，标签合并的功能就显得尤为重要。
5
、显式路由
显式路由技术（
ER
）与
IP
协议中定义的源路由技术十分相似，但又存在着重大区别。源路由技术要求在网络中
传输的每一个
IP
报文部要携带用于明确标识整条
路径的
IP
地址，其传输开销太大，使得网络负载难以承受，因
而难以得到实际应用。而
MPLS
仅在
建立特定
ISP
时，才要求在标签分配信令中携带明确的标签交
换路径信息，
而非具体针对到每个
IP
传输报文，因此
MPLS
中的显式路由技术得到了广泛的实际应
用。事实上，显式路由以及
下文将要描述的流量工程和
QoS<
/p>
路由功能是
MPLS
作为下一代
Internet
宽带技术最为显著的技术优势。
6
．多种标签映射方法
通常，
LSP
的建立基于标准的
IP
路由协议，如
OSPF
。
此外
MPLS
为边缘标签交换路由器的标签映射方式提供了多<
/p>
种算法，充分显式了其技术上的灵活性，其中包括：
·服务类别。它与基于目的地址前缀的判别方式相似，允许不同的标签在网络中接受不同的
QoS
。
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