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多协议标记交换技术（李惠敏）
MPLS（多协议标记交换）技术目前尚处于研究开发阶段，正在由IETF MPLS工作组进行
标准化工作，但普遍认为MPLS是未来公用骨干网上利用ATM传送IP的一种最适用的技术方案。
MPLS既具有ATM的高速性能、QoS性能、流量控制性能，又具有IP的灵活性和可扩充性。
1IP与ATM技术的结合
由于Internet只能提供尽力而为的服务，因此无法提供QOS（服务质量）的保证。随着
因特网用户数量呈指数性增长和多媒体业务的涌现，因特网将面临种种考验，如带宽、快
速传输、网络的扩展性、路由、QoS等，这就要求传统的、基于网络层（L3）的路由器必须
改善其转发速度慢、时延大、时延抖动大、实时传输性能差的特性。基于数据链路层（L2）
实现交换的ATM技术为解决因特网的这些问题带来契机，因为ATM技术具有高带宽、快速、
高性能和对QoS支持等等特性。那么如何将ATM技术与IP技术两者互相融合，如何实现将L3路
由转发转化为L2交换，如何解决ATM面向连接与IP无连接的矛盾，近几年始终处于研究的热
点。众多厂商和学者提出了多种实现IP与ATM技术相结合的方案，从IP协议与ATM协议的关
系划分，IP与ATM技术的结合存在两种模式：重叠模式和集成模式。两种模型的基本差别在
于地址解析过程和ATM虚连接的建立过程不同，重叠模型分为地址解析和建立连接两个标准
化过程，需要定义IP和ATM两套地址结构及选路协议，需要进行IP地址、ATM地址两类地址的
映射。集成模型则是综合地解决这两个问题，它把第三层的选路功能和第二层的转发功能融
合在同一系统中实现，直接将目的地IP4址和VPI/VCI值进行映射，网络只需要标识出IP这一
种地址。转发使用ATM交换结构，但ATM交换结构受IP的选路控制，从而兼具IP选路的灵活性、
强壮性和ATM交换的高速度、高带宽的优点。已经确定的或正在研究推广的方案，属于重叠
模式的有：
（1）IETF RFC（Request For Comment）1577及 RFC2225：传统的 IP Over ATM；
（2）ATM Forum（ATM论坛）af－lane一0021.000：局域网仿真（LANE）（版本LANEv
1.0和 LANEV2.0）；
（3）ATM Forum af－mpoa－0087.000：ATM上的多协议（MultiProtocol Over ATM，
MPOA）。
属于集成模式的有：
（1）IP交换
RFC1953：Ipsilon流管理协议（IFMP）；
RFC 1954：通用交换管理协议（GSMP）。
（2）标记（Tag）交换
标记分配协议（TDP）。
（3）多协议标记（Label）交换（MPLS）。
（4）I一PNNI集成型PNNI（PNNI一专用网络节点接口）。
前三种由IETF（因特网工程任务组）研究推广，I－PNNI由ATM论坛研究。本文将对MPLS
技术的基本原理做些介绍。
2 MPLS的基本模型结构
2.1 MPLS概述
传统的路由器数据包的转发效率不能满足实际需要，虽然通过高效率的路由选择算法和
优化的数据结构以及采用高速处理器、内存等措施也可以解决一些问题，但都不如采用MPLS
的解决方案。
MPLS不像传统的 IP Over ATM那样把所有数据包都放在L2层进行交换，而是通过流分类
决策对输入数据流区别对待：对于持续时间长、数据量大的长流（如FTP）放在L2层建立直通
交换；对于持续时间短、数据量少的短流（如DNS查询）认为不值得为其建立直通连接而放在
L3层转发。
MPLS的节点识别网络的拓扑结构，以标签形式把L3的路由信息映射到L2交换中，它是具
有路由功能的交换机、MPLS以FEC（前向等价类）为单位进行L2交换，所谓FEC是在网络中的
各个节点都以相同处理方式进行传输的一系列IP分组。
MPLS通过简化核心设备的实际转发功能，在内部称面向连接的机制引入到无连接的IP协
议中，为每个路由建立一条标记交换路径（LSP）。在MPLS网络中，只在进入网络时（在LER
标记边缘路由器）对FEC的每个分组进行一次分类处理，并分配相应的标记，在网络的中间节
点不再重复，后续的节点只需分析标记含义，沿着由标记确定的路径转发数据包即可，从而
简化了转发过程，提高了性能和可扩展性。
MPLS并不是针对某一种特定网络层的技术，它可以运行在X.25、ATM、帧中继、SDH等多
种网络，使得不同网络的传输技术统一在同一个MPLS平台上。MPLS目前主要解决支持IPv4和
IPv6协议，以后逐步扩展到支持多种其他协议。
2.2基本模型结构
多协议标记交换技术首先将在ATM骨干网上引入，它由标记边缘路由器（LER）和标记交
换路由器（LSR）两部分组成。LER和LSR利用通用域内路由协议（如OSPF）进行路由处理。在
网络边缘处引人用于确定服务质量、区分业务和用户管理的功能，而在网络主干主要解决性能
和容量问题。
（1）LER
LER位于ATM骨干网的边线并作为 MPLS网络的入口／出口路由器，用来连接到本MPLS网络
内部的一个LSR和其他网络节点。其它网络节点可以是非 MPLS的也可以是另一 MPLS网络节点。
LER执行全部 L3功能和由运行LDP（标记分配协议）产生的基于LIB（标记信息库）的标记捆绑
功能。入口点LER负责分析每个输入数据包的IP包头。以便进行FEC分类（即找到对应的前向等
价类）。对于值得建立L2直通交换的数据流，生成固定长度的相应标记粘贴在其IP包头上，以
供LSR实现标记交换功能；出口点LER对接收到的带有标记的IP包去除其标记后放在L3层发送至
目的地。
（2）LSR
LSR与MPLS网络的其它LSR或LER连接，执行基于LIB的标记交换。LSR类似通用IP交换机，
具有L3转发分组和L2交换分组的能力。LSR通过标记分配协议（LDP）实现标记分配和发布，它
也能执行一个特殊控制协议与相邻的LSR协调FEC和标记捆绑信息。
基于ATM的标记交换路由器称为ATM－LSR，它包括标记交换控制的ATM接口（LC－ATM）和
ATM交换结构。用LC－ATM接口互连的一组ATM－LSR可构成MPLS域，信元在LC－ATM接口之间转
发。用做LSR的ATM交换机必须具有标记交换的控制功能，包括参与选路协议（如OSPF）和支持
标记分配协议（LDP）以实现标记的分配、捆绑、分发和保持等功能。但是不要求具有ITU－T
和ATM论坛制定的ATM控制面的功能。
标记交换即转发分组的过程是由LSR接收到带有标记的数据包后，使用该标记做索弓间标
记信息库LIB查找到与它匹配的相关新标记，以查找到的信息替换多协议标记交换信头中的标
记并将数据包置于出口转发到下一个LSR或LER。
3标记及真分配方式
MPLS中使用的标记是具有一定语义、代表数据传输路径和属性的固定长度数组，主要用来
在网络中引导数据分组沿着路径转发。一个标记只在正处于通信状态的一对LSR之间起作用。
标记的格式与分组封装所处的介质有关，如在ATM中使用VCI、VPI／VCI、VCID（用做隧道
的SVC、 PVC）作为标记，在帧中继中使用DLCI作为标记。对于无内在标记结构的封装介质。
采用薄片（shim）式标记格式。薄片可灵活地封装到不同位置，如放在L2层头或L3层头、甚至
可在L2与L3层头之间。根据不同的数据链路层有不同的shim格式，它支持标记堆栈（分层标
记），
进入网络的数据可以携带多个标记，这些标记采用先进先出的难栈方式，这使得MPLS可以支持
层次化操作。
根据路由协议的信息进行标记分配和分发，通过使用LDP提供标准的MPLS信令机制执行分配
和分发标记的工作。MPLS可支持两种标记分配方式：一种是在上游节点没有明显请求时，就由
下游节点分配标记，这称为“非请求下游标记分配”方式。另一种是收到上游节点的明显请求
时，才由下游节点分配标记，这称为“下游按需标记分配”方式。可以使用任意一种分配方式
也可以两种方式兼用，如果在同一网络中使用两种分配方式时，相关的邻接节点应协调确定采
用哪种分配方式。
标记保留采用保守的和自由的两种方式。保守的标记保留方式只对真正用来转发分组的标
记才予以分配和保留，好处是节省标记保留空间，缺点是当选路方案变化时应变能力迟缓。自
由的标记保留方式无论转发分组时是否使用，LSR对收到的所有标记映射都予以保留，这种方式
的优缺点与前者正好相反。对于使用ATM交换机的情况下，适合采用保守的标记保留方式。
4标记交换路径（LSP）的建立
LSP是经过一个或多个LSR的通路。如果每个LSR通过LDP都与上游节点和下游节点生成标记
及其捆绑信息，则在一个节点的ATM交换机建立起L2层直通交换，各个节点连成一串就构成了人
口节点到出口节点的一条标记交换路径LSP。由于每个节点有到同一目的地的多个上游节点，因
而LSP通常是多点到一点的路径。使用LSP可以传送一定的FEC的各个分组。
建立LSP可以采用独立控制方式和按序受控方式进行。独立控制方式，即任何节点可以在任
何时刻为它所认识的流进行标记分发；按序受控方式，即一个流的标记分发从该流所属的出口
节点开始，这种标记分发方式使得标记与流的映射在整个网络中保持完整一致。
MPLS使用LDP分发标记和捆绑信息的过程中，即为每个路由器建立一个LIB信息库，同时在
相应人口／出口LSR之间建立起LSP。LIB只对目前正在使用的标记进行登记，在LIB信息库中包
含着标记与相应的FEC之间的关联关系（如入标记、出标记、人接口、出接口、FEC等）。无论
何时当FIB（由IP选路的前向信息库）发生变化，LSR均将重新协商标记前向等价类，汇集并更
新LIB。
标记分配协议提供出三类信息以便执行相应的操作：第一类称为“发现类消息”用于发现
在MPLS网络中存在的标记交换路由器LSR；第二类称为“邻接类消息”用于建立和保持两个标记
分配协议对之间的邻接点关系；第三类称为“广告类消息”用于处理发布和传播新的标记映射、
更改和撤消标记映射。
5相关技术措施
5.1流的聚合
对于具有相同路由的一群FEC，MPLS可以（不是必须）将同一标记分配给其多个FEC，使得
多个流在某些节点汇聚成一个流，实现了流的聚合。这种标记分配可以节省标记的使用数量，
同时也减少了用于标记分配的控制用业务流量。
5.2 VC合并、VP合并
当MPLS运行在基于帧的介质上时，实现流的聚合比较方便，只要在节点处将多个上游标记
对应到同一个下游标记即可（所以也叫帧合并）。但是当MPLS运行在ATM上时，因为标记与ATM
信头中的VPI／VCI相对应，所以流的聚会就是要实现VPI／VCI合并。通常ATM不能支持多点到点
和多点到多点的VC连接，即不支持VC合并，所以选用ATM做为标记交换路由器（ATM－LSR）时需
采取一定的措施实现VC合并。
VC合并就是将多个输入信元流的不同输入VCI合并为同一输出VCI。两个输入信元流的输入
VCI分别为50和70，而输出VCI均为40。若直接进行VC合并可能会导致不同分组的信元产生交错，
以至接受端无法区分出各个分组。
摘自《有线电视技术》
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