多协议标签交换技术服务(MPLS)的原理和应用.doc

多协议标签交换技术服务(MPLS)的原理和应用 一. 引言 随着Internet的迅猛发展，上网人数成百上千的增加，同时Internet上传输的信息由文件传送（FTP）、电子邮件等文字信息，向以WWW为代表的图形、图象、动画、视频等多媒体信息转变。因此，对网络的带宽、传输速率、服务质量提出了愈来愈高的要求。由于光纤技术的革命，尤其是最近WDM/DWDM的发展，网络传输带宽已经得到了长足的发展，而网络节点和服务质量始终是现代通信网的潜在瓶颈。因此如何提高网络节点的速率和服务质量，从而来适应大规模的网络发展已经成为业界关心的焦点问题。而Internet采用面向无连接的IP协议，只能提供“尽力而为”（Best Effort）的服务，无法提供服务质量保证，而ATM网有较高的速率和服务质量保证，如果把IP和ATM两种各具优势的技术结合到一起，那将发生一场技术革命。与以往的技术进步不同，这次技术革命可以更加形象地称之为一次技术联姻，其结果就是产生了新一代的网络技术——多协议标记交换（MPLS，Multi-Protocol Label Switching）。 二. MPLS的基本原理 究竟什么是MPLS呢？还是让我们首先来看一看MPLS的名称。这里的核心概念是交换，也就是这里最后一个字母S(Switching)的含义；其次的重要概念是标记，即这里 L(Label)字母的含义；最后一层概念是多协议，即这里的MP(Multi-Protocol)的含义。通过对MPLS名称的理解，我们不难发现MPLS与ATM的相似之处。因为在ATM中，VPI/VCI 本身也是标记，而ATM面向连接的交换是一种固有特性。 MPLS是一个新的网络标准。MPLS是由CISCO标记交换演变而来的IETF的标准协议，MPLS是一种标记转发的典范。标记表示路径和业务的属性，在入口的边缘、流入的数据包被处理做上标记，位于核心的设备仅仅读这些标记，赋于适当的业务，然后根据标记转发这些数据包，对这些数据包的分析、分类和过滤只发生一次，是在进入边缘设备时，经过出口的边缘设备时，标记被移去，数据包转发到最终目的地。 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2-1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。 让我们通过一个例子进一步了解数据包被转发的具体过程。　 见图2-2，一个流入的数据包到达边缘LSR时，它将读包的目的地址的前辍，128.89，下一步，这个边缘LSR查看交换表中目的地址，加入对应的标记4，然后通过端口1发出。 在中心的LSR读到这个标记，然后在交换表中查找对应的标记，然后用标记9取代4，从端口0转发。在出去的边缘LSR查看标记9，在此除去数据包的标记，从端口0出去。 按照当前的定义，MPLS是基于标记的IP路由选择方法。这些标记可以被用来代表逐跳式或者显式路由，并指明服务质量（QoS）、虚拟专网以及影响一种特定类型的流量（或一个特殊用户的流量）在网络上的传输方式的其它各类信息。 目前，路由协议在一个指定源和目的地之间选择最短路径，不论该路径是否超载。利用显式路由选择，服务提供商可以选择特殊流量所经过的路径，使流量能够选择一条低延迟的路径。 MPLS协议实现将第三级的包交换转换成第二级的交换。MPLS可以使用各种第二层的协议，MPLS工作组到目前为止已经把在帧中继、ATM和PPP链路以及IEEE 802.3局域网上使用的标记实现了标准化。MPLS在帧中继和ATM上运行的一个好处是它为这些面向连接的技术带来了IP的任意连通性。目前MPLS的主要发展方向是在ATM方面。这主要是因为ATM具有很强的流量管理功能，能提供QoS方面的服务，ATM和MPLS技术的结合能充分发挥在流量管理和QoS方面的作用。 标记是用于转发数据包的报头。报头的格式取决于网络特性。在路由器网络中，标记是单独的32位报