MPLS技术及其应用分析

zjol

MPLS技术及其应用分析（1）

目前Everything over IP和IP over Everything已成为通信界的热点之一。IP over Everything体现了IP的优势所在，即通过统一的IP层协议屏蔽下层各种物理网络（如X.25、DDN、以太网、令牌环、帧中继、ATM、SDH、WDM）的差异性，实现异种网互联；而“Everything over IP”的“Everything”是指所有的信息业务，包括数据、图像和话音等实时和非实时的业务。但目前的IP技术还存在一些问题，突出地表现在：（1）时延问题，每一个包的逐个路由器寻址（逐跳寻址）造成端到端的时延很大且时延抖动也大，路由器逐个包的地址解析、寻址和过滤也引入了额外时延。（2）缺乏流量控制机制。（3）缺乏QoS保证，是一个“尽力而为”的机制。
——ATM技术由于协议较为复杂、缺少良好的API接口和网卡价格高等原因，使得ATM到桌面已趋于消亡。但ATM是一种面向连接和统计复用的技术，其主要优势是网络资源的统计复用。保证端到端的QoS、具有流量控制和拥塞控制功能、灵活的动态带宽分配与管理、可扩展性强、支持多业务等。将IP与ATM结合，解决IP网存在的问题，是电信运营商十分关注的问题之一。
1 IP与ATM的结合
——IP over ATM的核心问题是如何将ATM的优点引入IP网。 ATM是面向连接技术，IP是无连接技术，各自都有一套完整的体系，实现IP与ATM相结合，目前有两种模式，即重叠模式和集成模式。
——重叠模式主要有CIPOA、LANE、MPOA，这种模式需要定义两套地址结构及选路协议，ATM网上的边缘系统除了需要分配IP地址外，还需要分配ATM地址；在路由选择过程中，存在着IP地址与MAC地址、MAC地址与ATM地址间两级翻译，降低了效率。且子网间通信仍需经路由器，不能真正实现QoS功能，不利于电信级的应用。
——集成模式是指ATM边缘系统仅需要标识IP地址，网络不再需要ATM的地址解析规程，而是采用IP的选路策略。采用集成模型的技术有东芝公司的CSR（信元交换路由器）技术、Ipsilon公司的IP交换、Cisco公司的Tag交换和IETF等组织定义的MPLS、CSR、IP交换、Tag交换都是各公司自己的标准，MPLS是国际组织的标准，吸收了IP交换、Tag交换等技术特点。
——MPLS基于标记交换的机制，在ATM层上直接承载IP业务，与重叠模型相比，提高了业务的性能和网络的效率，对于IP业务也略去了ATM信令的复杂性。在ATM网络引入MPLS后，网络将能够同时支持IP业务和ATM业务。
2 MPLS实现机制及主要技术特点
2.1 基本原理
——MPLS是属于第三层交换技术，引入了基于标记的机制，它把选路和转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径。MPLS网络由核心部分的标签交换路由器（LSR）、边缘部分的标签边缘路由器（LER）组成。LSR的作用可以看作是ATM交换机与传统路由器的结合，由控制单元和交换单元组成；LER的作用是分析IP包头，用于决定相应的传送级别和标签交换路径（LSP），MPLS网络如图1所示。

——LSR就是实现了MPLS功能的ATM交换机；LER可以是具有MPLS功能的ATM交换机，也可以是具有
MPLS功能的路由器。标记交换的工作过程可概括为以下3个步骤：
——1）由LDP（标记分布协议）和传统路由协议（OSPF等）一起，在LSR中建立路由表和标记映射
表。
——2）LER接收IP包，完成第三层功能，并给IP包加上标记；在MPLS出口的LER上，将分组中的标记去掉后继续进行转发。
——3）LSR对分组不再进行任何第三层处理，只是依据分组上的标记通过交换单元对其进行转发。
2.2 信令方式的实现
——目前MPLS实现信令的方式可分为两类，一类是LDP／CR-LDP，它是基于ATM网络的。CR-LDP和
LDP是同一个协议，CR-LDP是LDP的扩展，它使用与LDP相同的消息和机制，如对等发现、会话建立和保持、标记发布和错误处理。另外一类是RSVP，它基于传统的IP网。RSVP和LDP／CR-LDP是两种不同的协议，它们在协议特性上存在不同，有不同的消息集和信令处理规程。从协议可靠性上来看，LDP／CR-LDP是基于TCP的，当发生传输丢包时，利用TCP协议提供简单的错误指示，实现快速响应和恢复。而RSVP只是传送IP包。由于缺乏可靠的传输机制，RSVP无法保证快速的失败通知。从网络可扩展性上看，LDP较RSVP更有优势，一般电信级网络中，特别是ATM网络中，应采用MPLS／LDP。ITU-T倾向于在骨干网中采用CR-LDP。
2.3 MPLS主要技术特点
——MPLS的技术内容较多，本文重点介绍MPLS如何实现流量控制及QoS功能。
——（1）MPLS流量管理
——传统IP网络一旦为一个IP包选择了一条路径，则不管这条链路是否拥塞，IP包都会沿着这条路径传送，这样就会造成整个网络在某处资源过度利用，而另外一些地方网络资源闲置不用，MPLS可以控制IP包在网络中所走过的路径，这样可以避免IP包在网络中的盲目行为，避免业务流向已经拥塞的节点，实现网络资源的合理利用。MPLS流量管理机制的功能有两个，从网络运营商的角度看，是要保证网络资源得到合理利用；从用户的角度来看，是要保证用户申请的服务质量得到满足。MPLS的流量管理机制主要包括路径选择、负载均衡、路径备份、故障恢复、路径优先级及碰撞等。
——a）路径的选择
——MPLS采用显示路由的方式为IP包选一条从源到目的地的路径，网络中的中间节点不需要再为IP包选择路由，仅需根据CR-LDP信令中携带的路由信息将信令信息转发到下一节点。这种显式路由的选择是在MPLS入口节点LER上完成的，具体实现可以由操作员配置或通过源路由协议实现。这种显式路由的优点就是，网络管理者可以根据网络资源合理地引导业务的流向，可以避免网络业务流向已经拥塞的节点。
——b）负载均衡
——MPLS可以使用两条和多条LSP来承载同一个用户的IP业务流，合理地将用户业务流分摊在这些LSP之间。
——c）路径备份
——可以配置两条LSP，一条处于激活状态，另外一条处于备份状态，一旦主LSP出现故障，业务立刻导向备份的LSP，直到主LSP从故障中恢复，业务再从备份的LSP切回到主LSP。
——d）故障恢复
——当一条已经建立的LSP在某一点出现故障时，故障点的MPLS会向上游发送Notification消息，通知上游LER重新建立一条LSP来替代这条出现故障的LSP。上游LER就会重新发出Request消息建立另外一条LSP来保证用户业务的连续性。
——e）路径优先级及碰撞
——在网络资源匮乏的时候，应保证优先级高的业务优先使用网络资源。MPLS通过设置LSP的建立优先级和保持优先级来实现的。每条LSP有n个建立优先级和m个保持优先级。优先级高的LSP先建立，并且如果某条LSP建立时，网络资源匮乏，而它的建立优先级又高于另外一条已经建立的LSP的保持优先级，那么它可以将已经建立的那条LSP断开，让出网络资源供它使用。