下一代运营商网络的核心技术-MPLS.doc

下一代运营商网络的核心技术----MPLS 摘要：本文简要阐述了MPLS的网络结构、基本原理、主要应用及其标准化进程，指出MPLS必将成为下一代运营商网络的核心技术。 关键词：MPLS、VPN、QoS、流量工程 一、引言 IP技术发展起来了，市场情况也已发生很大变化。以前在高速交换领域ATM交换机处于垄断地位，但现在的高速路由器的转发分组速率也可以和ATM交换机一样快，因此ATM已经不再是高速网络的唯一选择技术。这样，在同一网络中同时使用IP和ATM已不再成为必须的。这就使得初衷是为了在ATM上承载IP的多协议标记交换MPLS协议多少显得有些尴尬，但由于它具有以下几个方面的优势使它仍然受到网络界人士的高度重视。 对于目前的高速路由器来讲，直接承载在光上无疑是有益的，MPLS协议一个重要发展分支就是将MPLS下移，直接作为分组层和光传输层之间的控制技术，进一步提高IP包以及其他业务在光层上（或者说光波上）的使用效率，也就是说由上层的业务直接驱动光波； 支持多种网络协议。MPLS并不限于使用ATM，它可以使用多种链路层协议，如IPX、DECnet、PPP、以太网及帧中继等； 支持面向连接的服务质量； 支持流量工程，平衡网络负载； 有效地支持虚拟专用网VPN。 基于MPLS的以上特点，使各种IP的业务应用成为可能，如：基于IP的VPN、IP级业务服务质量保证、骨干网络流量控制等。MPLS交换主要目的是为下一代的多用户、多服务的Internet骨干网络提供一种路由交换的技术基础。各网络厂商纷纷推出基于各自特点的MPLS的技术实现及设备，比较成功的有Cisco、Juniper、Lucent等厂家。看其发展趋势，MPLS必然会在不久的几年内完成各种方面的标准制定，真正成为下一代Internet的路由技术主流。 二、MPLS的网络结构 图（一）MPLS的网络结构 MPLS 把网络层（第三层）的转发和数据链路层（第二层）的交换有机的结合起来，实现了“一次路由多次交换”，大大提高了分组转发效率。MPLS的网络分为边缘层和核心层两层，分别对应于标记边缘路由器LER和标记交换路由器LSR。其中LER将完成IP分组的分类、过滤、安全和转发功能，同时将IP分组转换为采用标记标志的流连接，提供QoS、流量控制、虚拟专网、多播等功能。针对不同的流连接，MPLS边缘节点采用标记分配协议进行标记分配。LDP必须具有标记指定、分配和撤消功能，它将在MPLS网内分布和传递。在LSR内，控制模块以IP功能为中心，转发模块基于标记交换算法，并通过标记分配协议完成标记信息以及相关信令的发送。LDP信令以及标记分配信息只在MPLS相邻结点传递。LSR之间或LSP与LER之间依然需要运行标准的路由协议，并由此获取网络拓扑信息。通过这些信息LSR可以明确选取报文的下一跳并最终建立特定的标记交换路径LSP。MPLS使用控制驱动模型，即基于拓扑驱动方式对用于建立LSP的标记分配信息的分配及转发进行初始化。LSP属于单向传输路径，因而全双工业务需要两条LSP，每条LSP负责一个方向上的业务。MPLS的网络拓扑结构如图（一）所示。 三、MPLS的基本原理 基本工作过程 在传统的IP网络中，分组每到达一个路由器，都必须查找路由表，并按照“最长前缀匹配”的原则找到下一跳的IP地址（而前缀的长度是不确定的）。当网络很大时，查找含有大量项目的路由表要花费很多时间。在出现突发性的通信量时，往往还会使缓存溢出，这就引起分组丢失、传输时延增大和服务质量下降。 MPLS的一个重要特点就是不用长度可变的IP地址前缀来查找转发表中的匹配项目，而使用很简单的转发算法对打上固定长度“标记”的分组用硬件进行转发，这就使得在分组转发的过程中省去了每到达一个结点都要上第三层用软件查找路由表的过程，因而分组转发的速率就大大加快了。采用硬件技术对打上标记的分组进行转发就称为标记交换。“交换”也表示在转发分组时不再上升到第三层，并且用软件分析第三层的IP首部和查找转发表，而是根据第二层的标记用硬件进行转发。MPLS并不限于使用ATM，它可以使用多种链路层协议，如IPX、DECnet、PPP，以太网以及帧中继等。因此这种标记交换是“多协议”的。图（一）是MPLS协议的基本原理的示意图。 MPLS域（MPLS domain）是指该域中有许多相邻的路由，并且所有的路由器都能支持MPLS技术。支持MPLS的标记交换功能的路由器称为标记交换路由器LSR（Lable Switching Router）。LSR之所以需要同时具有标记交换和路由选择这两种功能，是因为LSR使用其标记交换功能对分组进行快速转发。但在转发分组之前LSR需要使用路由选择功能构造分组转发表。 图（二） MPLS协议的