中国电信集团数据通信事业部 殷一平
摘 要 分析了ＩＰ与ＡＴＭ技术的发展趋势，阐述了多协议标志交换（ＭＰＬＳ）技术的起因、原理及优势。
关键词 ＩＰ ＡＴＭ 路由 交换 ＭＰＬＳ ＬＳＲ ＬＳ
１ 多协议标志交换的提出
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务的持续快速增长，尤其是在多媒体业务的支持上，对Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务提供商（ＩＳＰ）的网络带宽提出了严峻的挑战。这种挑战不仅是对高带宽的要求，也是对目前Ｉｎｔｅｒｎｅｔ所基于的传统路由交换模式的要求。此外，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的增长还要求Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的现有路由系统拥有更好的扩展性能。
ＭＰＬＳＭｕｌｔｉｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｃｈｉｎｇ技术的提出主要是为了能更好地将ＩＰ与ＡＴＭ的高速交换技术结合起来，发挥两者的优势，充分利用目前ＡＴＭ网络的各种资源，实现ＩＰ分组的快速转发交换。多协议标志交换（ＭＰＬＳ）技术与其他技术相比具有以下３个特点。
１ＭＰＬＳ的转发表可以由路由表产生，也可以从源头显式建立。
２ＭＰＬＳ中所使用的标志（ｌａｂｅｌ）没有固定的格式，它随着下层媒体的变化而不同，对于ＡＴＭ媒体，标志为ＡＴＭ的ＶＣＩ／ＶＰＩ，对于帧中继则为ＤＬＣＩ。
３ＭＰＬＳ的路由控制管理是一种面向网络拓扑的实现，只有当整个网络拓扑发生变化时，ＭＰＬＳ的路由转发表才会发生变化。
从Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的维护及应用角度考虑，如何对Ｉｎｔｅｒ ｎｅｔ实行流量工程（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ），实现基于ＩＰ业务的虚拟专网（ＶＰＮ），保证ＩＰ级的服务质量（ＩＰ＿ｌｅｖｅｌ ＱｏＳ），也对目前基于传统网络拓扑及ＩＰ路由系统的ＩＳＰ骨干网络提出了挑战。
２ ＭＰＬＳ协议和功能
２．１ 路由和交换
路由协议（如ＲＩＰ、ＯＳＰＦ）是使网络中的每台设备都知道在将一个分组送向其目的地时，传送这个分组的下一跳级（Ｎｅｘｔ－Ｈｏｐ）是哪里的一种机制。路由器使用路由协议构建路由表，当它们接收到一个分组而必须进行转发判决时，路由器用分组中的目的地址作为索引（Ｉｎｄｅｘ）查寻路由表，利用特定算法获得下一跳机器的地址。路由表的构造和它们在转发时的查寻基本上是两个独立的操作。
交换概念通常用来描述从一个设备内的输入端口到输出端口的数据传递，这种传送一般是基于第２层的信息（如ＡＴＭ ＶＰＩ／ＶＣＩ）。
控制部件为一个节点建造并维护一个路由转发表。它与其他节点的控制部件共同协作，持续并正确地交换分布路由信息，同时在本地建立转发表。标准的路由协议（如ＯＳＰＦ、ＢＧＰ和ＲＩＰ）用于在控制部件之间交换路由信息。
转发部件执行分组转发功能。它使用转发表、分组所携带的地址等信息及本地的一系列操作来进行转发判决。在传统路由器中，最长匹配算法将分组中的目的地地址与转发表中的条项进行对比，直到获得一个最优的匹配。更为重要的是，从源到目的地的沿路节点都要重复这一操作。在一个标志交换路由器中，（最佳匹配）标志交换算法使用分组的标志和基于标志的转发表来为分组获取一个新的标志及输出端口。
路由转发表包含若干条项，提供信息给转发部件，执行其交换功能。转发表必须将每个分组与一个条项（传统条项为目的地址）相关联起来，以便为分组的下一步路由提供指引。
转发同等类（ＦＥＣ）定义了这样一组分组，从转发的行为来看，它们都具有相同的转发属性。一种是一组播分组，其目的地地址均与一个ＩＰ地址前缀相匹配；另一种是分组的源及目的地地址都相同的一组分组。ＦＥＣ可在不同的级别上进行定义。
２．２ 标志交换和转发
标志与分组的绑定有若干种方式。对于一些网络可以将标志嵌入到链路层的头端（ＡＴＭ ＶＣＩ／ＶＰＩ和帧中继的ＤＬＣＩ），有时也可以将它嵌入至位于数据链路头端和数据链路协议数据单元（ＰＤＵ）之间的小标志头端（如位于第２层头端与第３层数据负载之间），称之为“Ｓｈｉｍ”。
这种标志信息能够在链路层进行承载，“Ｓｈｉｍ”结构可以用于Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ＩＥＥＥ８０２．３或点对点（ＰＰＰ）链路，其中一个为单目广播（Ｕｎｉｃａｓｔ），另一个则为多目广播（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ）。
在ＭＰＬＳ骨干网络边缘，边界ＬＳＲ对进来的无标志分组（正常情况下）按其ＩＰ头端进行归类划分（Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）及转发判决，这样ＩＰ分组在边界ＬＳＲ被打上相应的标志，并被传送至目的地地址的下一跳。
在后续的交换过程中，由ＬＳＲ所产生的固定长度的标志替代ＩＰ分组头端，大大简化了以后的节点处理操作。后续节点使用这个标志进行转发判决。一般情况下，标志的值在每个ＬＳＲ中交换后改变，这就是标志转发。
２．３ 标志交换控制
标志由标志交换路径（ＬＳＰ）的上游ＬＳＲ（Ｕｐｓｔｒｅａｍ ＬＳＲ）节点来附加至分组中，下游ＬＳＲ（Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ＬＳＲ）收到标志分组后进行判决处理，这些都由标志交换的控制部件来完成。它使用标志转发表中的条项内容作为引导。
标志交换控制部件除了基本的表的建立和维护外，还负责以一种连续的方式在ＬＳＲ之间进行路由的分布及将这些信息生成为转发表的操作。标志交换控制部件包括所有的传统路由协议（如ＯＳＰＦ、ＢＧＰ、ＰＩＭ等）。这些路由协议为ＬＳＲ提供了ＦＥＣ与下一跳地址的映射。绑定技术有多种选择，建立标志流的决定可以基于多个标准（如数据源地址）。数据驱动的标志绑定技术仅当有需求时才建立激活的标志绑定。
２．４ 标志交换路由器
ＭＰＬＳ的设备按其在ＭＰＬＳ路由网络中所处的位置可分为边界标志交换路由器（Ｅｄｇｅ Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｒｏｕｔｅｒｓ）和中间标志交换路由器（Ｔｒａｎｓｉｔ ＬＳＲ）。边界标志交换路由器有进口／出口边界交换路由器，进口边界ＬＳＲ负责在标志交换路径（ＬＳＰ）的起始处对正常分组封装标志；出口边界ＬＳＲ在ＬＳＰ的末端负责对标志分组剥除封装标志，并还原为正常ＩＰ分组，向目的地传送。而网络中的其他ＬＳＲ仅负责基于到达分组的标志进行快速准确的路由选择。
边界ＬＳＲ除对分组的标志进行附加或移除外，还负责对流量进行分类。标志的分配除了基于目的地地址外还有其他很多因素。边界ＬＳＲ判定流量是否为一个长持续流，可采取管理政策和访问控制，并在可能的情况下将普通业务流汇聚成较大的数据流。这些都是在ＩＰ与ＭＰＬＳ的边界处所要具有的功能，因此边界ＬＳＲ的能力将会是整个标志交换环境能否成功的关键环节。对于服务提供者而言，这也是一个管理和控制点。
３ ＭＰＬＳ在ＣｈｉｎａＮＥＴ上的实施
鉴于ＭＰＬＳ较传统ＩＰ转发的优越性，中国电信考虑在ＣｈｉｎａＮＥＴ上实现与ＭＰＬＳ相关的技术。首先由于ＢＧＰ／ＭＰＬＳ ＶＰＮ在安全性和可扩展性方面的优点，ＣｈｉｎａＮＥＴ正积极实施基于ＭＰＬＳ的ＩＰ－ＶＰＮ，目前已经初步完成了一期６个省的实施工作，正进入第二阶段６省的实施工作。中国电信的ＭＰＬＳ ＶＰＮ采取与现网整合的思路，即将ＭＰＬＳ ＶＰＮ整合在统一的ＩＰ骨干网上，而不是额外构建独立的业务网，为此，目前在ＣｈｉｎａＮＥＴ网上的部分区域已经实现了标记交换，至今运行情况良好。此外，ＣｈｉｎａＮＥＴ还计划针对重点地区，采取基于ＭＰＬＳ的流量工程等技术，对重要电路、重要用户进行保护。
４ ＭＰＬＳ技术总结
ＭＰＬＳ技术也为一些目前ＩＰ网络急需提供的应用服务如流量控制（ｔｒａｆｆｉｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、虚拟专网（ＶＰＮ）和服务类别质量保证等提供了一套更为合理有效的解决方案。
各网络厂商纷纷推出基于各自特点的ＭＰＬＳ的技术及设备，比较成功的有Ｃｉｓｃｏ、Ｊｕｎｉｐｅｒ和Ｌｕｃｅｎｔ等厂商。看其发展趋势，ＭＰＬＳ必然会在不久的几年内完成各方面的标准制定，真正成为下一代Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的路由技术主流。
摘自《电信技术》
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