充满活力的下一代宽带网络技术----MPLS

    作者：魏长智  宋玉炎

    一、传统网络面临的问题

    传统的ip转发路由器通过读取IP包头部的目的地址信息，将目的地址与路由表中的地址前缀进行最长匹配运算，以最佳匹配结果决定转发路径，这导致了运算算法复杂、转发速度较慢。

    而Internet上越来越多的实时业务，客观上要求高速高效的宽带网络技术。

    ATM(异步传递模式)技术是迄今为止最为成熟的宽带传输交换技术，它融合了电路交换的高速度和分组交换的灵活性，根据信元头的VPI(虚通道标志)/VCI(虚通路标志)采用定长完全匹配算法实现交换，算法简单且可用硬件实现，效率较高。但是鉴于IP网络的大量应用，现在不可能采用纯粹的ATM网络来代替IP网络。

    大多数专家都认为IP和ATM将在很长时间内共存。MPLS(多协议标记交换)技术是IP技术与ATM技术的最好融合，它采用“一次路由，多次交换”的方法，只在网络边缘进行路由选择并为数据流分组分配一个定长的、较短的标签，在核心网中只按照标签进行交换式转发。这是真正融合第二层交换与第三层路由的技术。

    二、MPLS的工作过程

    MPLS保留了早期的逐跳转发思想，而将基于不同转发体系的链路层指定的本地局部的连接扩展成为端到端的转发机制。MPLS转发数据分组的具体过程如下：

    1.利用LDP协议的发现消息发现对等体的存在

    LDP协议是MPLS中最重要的一个协议，负责标记的绑定及LSP(标签交换路径)的建立和维护。它有4种消息：发现消息、会话消息、公布消息以及通知消息，其中的发现消息就是用来发现LDP对等体的存在。处在网上的LSR(标记交换路由器)周期性地用组播方式发送Hello消息(非连接的用户数据报协议方式)给所有同一子网上的其他路由器，以声明和维护自己的存在。

    2.标记的分配与分发

    标记的分配是指定一个标记与某个FEC(前向纠错)绑定，分发则是指将这一绑定通知上游或者下游的过程。标记分配与分发都是在LDP协议的控制下完成的。

    标记的分配有数据流驱动、基于控制流的拓扑驱动和基于控制流的请求驱动3种方式。数据流驱动是在分组到达时，LSR在线地进行标记分配，该方式在LSP尚未建立的初期时延较大：拓扑驱动根据路由表的条目“预分配”标记，时延较小；请求驱动是在数据传输前LSR根据RSVP(资源保留协议)的请求，动态地进行标记的分配，也是一种“预分配”方式。

    标记的分发可以通过专门的LDP协议或者改造的OSPF协议来完成。分发的顺序可以上游分发或者下游分发。下游标记分发是指标记的分发沿着数据流传输的反方向进行，由出口LSR发起分发过程，适合单播应用：上游标记分发是指标记的分发沿着数据流传输的方向进行，由入口LSR发起分发过程，适合多播情况。

    3.LSP(标签交换路径)的建立

    要建立LSP，每一个LSR需要做如下工作：把数据流分组映射到某个FECF1，为F1分配未被使用的标记L1(绑定)，在本地标记映射表中增加条目(Fl，L1)；绑定信息通知上游LSR：在本地转发表中增加条目(Ll，L2，Pout)，Ll是入口标记，L2是出口标记，Pout是输出端口。

    LSP是一系列LSR执行标记分配和标记分发操作的结果，通常也有3种驱动方式：数据流量驱动、拓扑驱动和请求驱动。

    流量驱动方式是指在实际数据流分组到达时进行标记的分配并在线建立LSP，它可以把属于同一个数据流的分组映射到同一个FEC。在数据传输的初始阶段可能有较大的时延。适用于LSR标记空间有限、网络数据流较多而生命期又不是太长的情况。

    拓扑驱动是以网络的拓扑结构为基础进行标记的分配。网络上的路由器通过OSPF和BGP(边界网关协议)等协议定期向其他节点分发网络状态信息，各节点通过这些信息生成或维护本地的网络拓扑图，并根据此计算路由。以路由表为基础，沿路由方向逐跳地进行标记的分配。这是一种预分配LSP的方式，与实际到达的分组无关，缺点是不能为单个数据流提供QoS(服务质量)保证。

    请求驱动是在数据传输之前，利用扩展的RSVP协议等发出请求，各LSR接收到请求后分配和分发标记直至LSP建立。

    4.数据分组在LSP上的传输

    LSP建立之后就可以进行数据分组的传输。传输时依靠LSR的两张表：标记映射表和转发表。标记映射表存放FEC与分组的映射信息，条目形式是(Fi,Li)，Fi是转发等价类，Li是对应的标记；转发表指明某一入口标记对应的出口标记和输出端口，条目形式(Li1，Li2，Pi)，Lil是入口标记，Li2是出口标记，Pi是输出端口。

    例如：假设LSP已经建立。对一个数据流分组，入口LSRl首先将其映射到合适的FECF1，然后根据LSRl的映射表信息把对应的标记附加在分组头部，接着根据LSRl转发表中的输出口端口Pout把分组发送出去：下游LSR2接收到分组后根据输入分组的标记查找LSR2映射表中的输出标记，进行标记交换，并把数据分组发送到LSR2转发表中指定的输出端口；重复这样的处理直到分组到达出口LSR后，弹出标记，查找出口LSR转发表中的输出端口把数据发送出去。

    三、MPLS的特色

    作为极有生命力的下一代宽带网络技术，MPLS在提出之初就得到了世界闻名设备商的大力支持，目前MPLS的标准草案已经初步完成，即将批准，对MPLS的大规模实验也已经在欧美展开。MPLS的主要特色有：

    1.在原有IP路由的基础上．MPLS采用定长的短标签转发分组，既保持了路由的灵活性，又简化了转发机制。“一次路由，多次交换”使数据传输和路由计算相互分开，体现了“边缘复杂、核心简单”的原则，是面向连接的技术，能够提供有效的QoS保证。

    2.MPLS能轻松实现多协议的统一。MPLS不仅支持多种网络层技术。而且与链路层技术无关，能同时支持X.25、帧中继、ATM、PPP(点到点协议)、SDH(同步数字系列)、DWDM(密集波分复用)等，保证了多种网络的互联互通．使不同的网络传输技术在同一个MPLS平台上统一起来。

    3.MPLS可以作为综合多业务的平台。经过实验，语音业务、VoIPonMPLS十分成功。它先天承载IP业务，对数据业务得心应手，欧美一些国家经实验证实，MPLS能较好地承载多媒体业务。