|
移动IP与MPLS<2>
三、移动IP和MPLS融合方案的实现
移动IP技术提供了一种IP路由机制,使移动节点(MN)采用固定不变的IP地址,一次登录即可
实现在任意位置上保持与IP主机的单一链路层连接,使通信持续进行。但在移动IP的封装转
发过程中,除了有IP的IP封装(IP-in-IP Encapsulation)为净负荷的原始IP数据分组前插入
一个外层IP头标的显开销外,还有如果原数据分组长度正好等于数据链路层MTU(Maximum
Transmission Unit),加上隧道封装后长度势必会超过MTU,分组被分片后传输产生的隐开销。
并且隧道封装转发过程耗费的时间与当前连接到外地网络上的移动节点数有关,当节点很多
时,转发过程就会耗费很长时间。考虑到每一个被转发的分组必须经历这一过程,即使通过路
由优化和查找算法优化后,开销仍然太大,这必将影响到移动IP的应用。MPLS技术的出现和发
展为上述问题的解决提供了思路。MPLS综合了IP路由的高效性、简易性和ATM高速交换的特
性。通过移动IP与MPLS的融合,在基于MPLS技术的骨干网上实现移动IP,用MPLS的标记交换
替代IP路由可以降低开销,提高移动IP的可扩展性。
3.1 单MPLS域方案
注册过程
MN通过获得的代理广播消息确定自己是连在本地网络还是外地网络。如果是在外地网络,MN
从FA处获得一个临时的CoA,并向FA发注册请求。因为FA是一个LER,它将检测接收的注册请求
消息,获得请求的目的地址,然后FA更新路由表,按MN本地地址为路由表增加一行特定主机路
由。另外,FA设置这一行的出端口值为接收到的注册请求的入端口号。注册请求消息被基于
逐跳的IP路由发送到HA,当HA获得注册请求消息,得到CoA后,检测标记表找到以MN本地地址作
为FEC的那一行,然后,通过LDP发送标记请求到FA,CoA作为FEC。FA以LDP标记映射消息对HA作
出应答,当标记映射消息到达HA后,标记交换路径(LSP)将建立(表1中的第一行由LDP产生),拓
扑驱动的情况下,利用传统的IP路由将建立从FA到HA和从HA到FA的尽力而为的LSP,因此,对于
尽力而为的传输,我们可以利用尽力而为的LSP来降低注册时间。然后,HA用MN本地地址作为
FEC改变标记表中的相应行,设置出标记和出端口为从HA到FA的LSP出标记和出端口的值。这
样,HA可将发往MN本地地址的数据分组转发给连接在外地网络上的MN,最后,HA沿从HA到FA的
LSP向FA发注册应答消息,当FA收到后,就记录应答消息的入端口号和入标记值,然后FA在它的
标记表中增加一行。表2列出了FA接收到注册应答消息后的新标记表。
表1是注册后的HA标记表。从HA到FA的LSP的出标记值和出端口号分别是5和1,表的第一行是前
面提到的从HA到FA的LSP的标记绑定,因为HA是LSP的入口LSR,因此入标记值是空的。第二行是
从CN到MN的LSP的标记绑定,因为HA是这一LSP的出口LSR,因此最初出端口号和出标记值都是空
的,但HA将在接收到注册请求后把它们设置为从HA到FA的LSP的出标记值和出端口号。
端口栏是发送注册应答的端口号,标记栏是接收到的注册应答消息的标记值,FEC栏是FA CoA,
出端口和出标记栏是空的。
数据发送过程
从CN到MN的分组被发送到MN本地地址,如果MN还在本地网络中,则HA中出标记和出端口号栏将
是空的。分组被送到IP层,从路由表中对应MN栏指示的端口将分组发送出去。如果MN正位于外
地网络上,数据分组被HA截获,HA以分组的标记值为索引查询标记表1,HA在分组中插入标记表
中第二行的标记值,从同一行中指示的端口将分组发送出去。分组通过标记交换沿LSP从HA传
递到FA。FA接收到分组后查询标记表,因为它是从HA到FA的LSP的出口,所以它的出标记和出端
口栏都是空的,FA剥离标记发送分组到IP层。最后,FA按路由表中新增加的特定主机行转发分
组到MN。MN就接收到了CN发出的数据包了。
如上所述,MPLS和移动IP的综合使得数据转发过程的IP的IP隧道封装技术变的多余。利用MPLS
标记交换技术转发分组到外地网络,从LER到HA再到FA。因为标记交换要比传统的IP转发快的
多,整个数据转发过程是在MPLS层完成的,HA在转发分组到移动节点的过程中不需经过IP层,这
就改善了移动IP的可扩展性,另外,因为标记头要比IP封装头小的多,从而降低了从HA到FA的传
输开销,并且,利用强制标记分发协议(CR-LDP)可以建立满足QoS需求和实现流量工程的LSP。
MN在FA之间切换
当MN从一个FA移动到另一个FA时的注册和数据传递的方案如图4所示,假设新的FA CoA的IP地
址是a.s.d.f。当MN移动到新的FA时,就在HA和新的FA之间重复前面描述的注册过程。注册完
成后,表3中就会出现从HA到新的FA的LSP的标记绑定这一新行。第二行的出端口号和出标记值
改变为新的FA的相应值,以便发送到MN本地地址的数据被正确的转发到新的外地链路。在新的
FA处,按MN本地地址在它的路由表中增加一行特定主机路由。从CN到MN的数据包被HA截获, HA
通过分组的标记查询标记表,HA在分组中插入标记表中第二行的标记值,从同一行中指示的端
口将分组发送出去。分组通过标记交换沿LSP从HA传递到FA。FA接收到分组后查询标记表,因
为它是从HA到FA的LSP的出口,所以出标记和出端口栏都是空的,FA剥离标记发送分组到IP层。
最后,FA按路由表中新增加的特定主机行转发分组到MN。MN就接收到了CN发出的数据分组。
3.2 多MPLS域方案
MN可能从本地MPLS域移动到其它的MPLS域,因此我们必须考虑对多域连通性的支持。
多MPLS域
在图4所示的结构中,HA和FA是LER,属于两个直接相连的MPLS域,它们都支持MPLS和移动IP功能。
两个LER(LER2和LER3)是LDP边界网关协议(BGP)路由对等实体,即它们可以彼此交换标记信息。
因此,在这种情况下,我们可以通过连接不同MPLS域的链路建立从HA到FA的LSP。前面讨论的注
册和数据转发过程可以以相同的方式在多MPLS域中实现。
多MPLS域+IP域
当HA位于MPLS域1,FA位于相邻的纯IP域时,需要通过IP隧道发送数据包到FA。在这种情况下,
LER2将在LSP和IP隧道之间完成交换功能,从HA的角度看LER2好象是FA。数据包从HA被交换到
LER2然后通过隧道被发往FA。此处可以通过分层的FA管理方案解决,前提是每一个边缘路由器
也必须支持分层路由。
当FA位于另一个MPLS域2时,数据分组在LER2和LER3之间通过IP隧道转发,LER2和LER3在LSP和
IP隧道之间完成交换功能,从LER3到FA的LSP将转发数据分组到FA,LER3必须支持移动IP协议。
在这种情况下,性能将会比前面几种情况都差,但依然比传统的移动IP要强。因为标记交换要
快于传统的IP转发,不管在何种情况下,IP隧道都被缩短,传输延迟将得到改善。还有其它一
些多域情况,但它们都可有以上两种情况综合得到,当然关键的问题在于HA对截获的分组的处
理是否要经过IP层,如果是,则必须通过IP隧道转发分组到FA。
四、结束语
移动IP可以为网络提供主机移动性的解决方案,由于连接到未来系统的用户和终端数将是非
常庞大的,因此移动IP的可扩展性将是非常关键的。移动IP与MPLS技术融合的方案将促进移
动IP和MPLS协议在未来基于IP的核心网中的应用和结合,利用MPLS的标记交换代替传统的IP转
发,可以降低传输的时延和分组处理过程的开销;整个过程在MPLS层完成,不经过IP层,会增强
移动IP的可扩展性;并且,标记报头要比IP封装报头小的多,因此还能降低从HA到FA的传输开
销。反过来,移动IP与MPLS的融合方案还可以为MPLS提供移动性支持。
作者: 陈福 高福令 刘云
北方交通大学电子信息工程学院
|