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基于SDL承载MPLS的一种方案研究（温向明 杨红梅 关若其 朱祥华）
摘 要：针对目前Internet网络中数据传输速度和服务质量越来越难以满足业务发展需求的问
题，本文提出一种在SDL（简易数据链路）中承载MPLS（多协议标签交换）的方案。并探讨了
MPLS承载于SDL的帧结构和工作原理，分析了与WDM网络相结合的应用情况。
关键词：SDL MPLS O-LER O-LSR WDM
一、引言
目前，随着Internet网络规模的不断扩大和业务量的迅速增长，传统的路由器转发方式已
成为网络的瓶颈。MPLS（多协议标签交换）正是针对这个问题提出的一种新的网络技术，其主
要作用就是将三层的路由和二层的交换结合起来，实现网络快速转发分组。由于MPLS具有固定
长度标签，因此通过申请一个缺省或非缺省的业务，使其与一组标签相关联，就可以在具有标
签交换机制的网络中灵活传送各种用户业务信息。
SDL（简易数据链路）协议是IETF于2000年1月提出的一种新的数据链路层协议，用于对同
步或异步传送的可变长度的IP数据包进行高速定界，相对于RFC1662中提出的HDLC和我国2000年
10月发布的LAPS帧格式，其定帧速度更快、纠错检错性更好、网络安全可靠性能更高，可以在
STM-16以上速率的SDH链路上传送不同的PDU（协议数据单元）信息。
显然，MPLS和SDL具有可结合性，合理地利用它们各自的优势，必将进一步提高网络在定帧
效率、路由选择和安全及可靠性等方面的性能。根据Internet草案“PPP SDL on SONET／SDH”
（2000／1）中的定义，作者提出了一种在SDL协议中实现MPLS的方案。
二、SDL协议机制
为了兼容各种网络层协议，对草案中提出的帧格式进行了补充，增加了可选的Protocol域。
LI为信息域长度指示字段；CRC为头部循环冗余校验域；Protocol域用于区分不同的网络层协议
；信息域长度为4-64K字节；
FCS为帧校验序列域。系统启动时，可使用基于CRC的捕获方法或者通过SDH通道开销中的H4字节
指示来确定SDL的帧边界。一旦找到SDL PDU的开始位置，便可根据LI值计算出整个帧的长度，
从而确定出本帧的帧尾位置和下一帧的帧头位置，即实现帧定界。当不传数据时LI=0，SDL帧被
称为空闲帧，其帧长为4字节，包括头部LI域和
CRC域，这种空闲帧在接收端都将被丢弃；当LI=1时表示本帧传送扰码器状态信息，此时无协议
域，信息域的内容是链路层的6字节扰码器状态信息，FCS选2字节CRC-16帧校验方式；LI=2或3
表示传送的是软件规定的消息（
SDL草案中叫做A、B消息），无协议域，信息域仍是6字节，这些消息在“PPP SDL on SONET／
SDH”中目前尚未定义，保留给链路维护协议以模拟ATM的OAM信元的方式，此时FCS仍为2字节。
因此，依据LI的值计算整个PDU长度的方法如下：
LI=0时，PDU长=4字节；LI=1，2，3时，PDU长=4字节（头部长度）＋6字节（扰码器状态信
息长度或A、B信息长度）＋2字节（FCS）；LI＞3时，PDU长=4字节（头部长度）＋1字节（协议
域长度）＋LI域的值（信息域的长度）＋2字节（FCS）。
采用CRC捕获方法为SDL定帧时，每次都需要对SDL帧中的头部（LI域和CRC域）进行CRC校验
，若CRC无效，则认为LI指示域无效而进入搜索状态，直到捕获到要求数目的连续有效CRC校验
，才停止搜索并进入同步状态。
SDL协议的另一特点是支持帧头单比特错误校正，这对于任何形式的定帧方式都很重要。在
SDL帧中，LI域中的一个单比特错误将直接使接收端进入搜索状态，因此具有单比特错误校正功
能可以避免由于随机比特错误而导致频繁进入搜索状态。
另外，当SDL封装完成之后，要映射进SDHSPE或其它形式的物理层时，需要确保其负载的透
明性，以保证网络的安全可靠性。因此，在SDL系统中需要采用X（48次方）非自同步扰码器，其
生成多项式为l＋x＋x（27次方）＋x（28次方）＋x（48次方）。草案中规定，传扰码器状态数
据时，LI=0X0001，其状态传送间隔时间可通过编程改变。而且，由干扰码器状态信息的传送与
物理层的结构或开销无关，所以SDL协议可以在SDL／WDM或SDL／任何其它核心传送网中应用。
三、MPLS标签机制
1.MPSL标签机制与传统的路由器转发方式
传统的路由器转发方式是，当一个无连接网络层协议分组从一个路由器传向下一个路由器时
，每个路由器都必须对分组头部进行分析处理和运行路由算法，并根据结果为分组独立地选择下
一跳。可见，这种转发方式占用的分组头部处理时间较长，日益显露出速度慢、时延大、时延抖
动大和实时传输性能差等问题。MPLS标签转发方式是，当分组进入MPLS网络时，只有第一个路由
节点需要查找网络层地址，其它后续节点均通过标签转发实现分组传送。这种通过简化地址查找
过程的方法，有效地提高了转发速度和实时传输性能。
2.MPLS标签机制的实现过程
MPLS网络由两大部件组成：标签交换路由器（LSR）和标签边线路由器（LER）。LER位于MPLS
网的边缘，作为MPLS网的人口点和出口点，连接外部网（如 IP网）和标签交换网络，至少有一个
MPLS接口与LSR相连。LER负责FEC（前向等价类）的分类；LSR是构成MPLS网络主干的部件，它侧
重于网络容量和性能，负责FEC标签的分配和发布。在多协议标签交换网络中的每个节点都必须建
立标签信息库，该信息库包含标签捆绑信息。LSR最基本的转发操作包括查看入标签来决定出标签
，从而实现标签交换。前向等价类（FEC）包括到某一目的地的通信业务，FEC的主要属性是地址
前缀，同时也可有其他属性，如服务种类等。标签是与FEC绑定在一起分配与发布的，在MPLS中，
是由下游LSR决定标签与FEC的绑定并通知上游LSR；还可以通过这种关系传送一些其他属性。标签
及其绑定关系分配是由标签分配协议（LDP）完成的。LDP是MPLS网络节点用来相互通知标签和信
息流之间映射的一个协议。使用LDP交换标签信息流映射信息的两台LSR称为“标签分配协议对”
，它们具有一个“标签分配协议邻接点”。共有三类标签分配协议消息：一类用于宣布在网络中
存在标签交换路由器，称为“发现类消息”；一类用于建立、保持和关闭标签分配协议对之间的
邻接点，称为“邻接类消息”；一类用于处理发布新的标签映射，更改和撤消标签映射，称为“
广告类消息”。
3.MPLS中标签交换路径（LSP）的建立过程
LSP以分布方式产生和保持。每一个LSR节点利用LDP与其路径上的上行和下行节点协商，为
每个前向等价类分配一个标签，结果每个路由器建立一个标签信息库。在标签信息库中包含链路
标签与相应的FEC之间的关系。一旦由IP选路算法得出的前向信息库发生变化，标签信息库将得
到更新。每个LSR根据各自的信息库来选择正确的路由即LSP。
四、SDL承载MPLS的方案研究
1.具有MPLS功能的SDL帧格式
用SDL协议机制传送MPLS标签时，其标签格式的内容依赖于链路层网络的类型。由于SDL封装
中没有内在的标签结构，因此不能象ATM和帧中继封装那样直接借用VPI／VCI或DLCI作为标签，
而必须在SDL机制中采用一种特殊的数值填充作为标签。Tag是标签的具体内容；COS是用来区分
不同的业务级别，从而提供不同的服务质量保证；S是标签堆栈指示，用于指示在本帧中是否还
有后续标签；TTL是生存时间数值，用于防止自环。
具有MPLS功能的SDL帧格式，其协议数据单元的长度计算方法与第二节相同，只是需增加一
个标签域的长度。接收端用该长度值可以确定当前PDU的结束和下一个PDU的开始。LI域占16比特
，最大指示信息域长度可达65535字节，最小指示长度为4字节。CRC域的值是通过对LI域的内容
循环冗余校验后得到的，接收端可以检出多比特错误并通过比较图案纠正单比特错。能够纠正1
比特错误对于SDL高速定帧方式是非常重要的，否则CRC失效将使LI域指示的值失信，系统将频繁
地进入同步搜索状态。Protocol域规定处理数据链路帧的一个数据链路实体类型。当其取值分别
为4；6；8；12；16；255时，分别表示数据链路实体基于IPv4协议；IPv6协议；IS－IS协议；
Ethernet IEEE802.3协议；MPLS协议和PPP协议。Label为标签域，此域内存放标签的具体内容。
由于MPLS采用多级转发机制，因此标签长度随转发级数的差异而不同。目前标签的最大长度暂定
为32字节。当Protocol域的值取16时，Label域内是标签的具体内容，可根据标签格式内的标签
堆栈指示比特（S）来确定出整个级联标签的长度；当Protocol域取除16以外的其它值时，Label
域为空。Information为信息域，承载Protocol域指示的各种类型的PDU。FCS为帧校验域，其计
算对象为SDL信息域中的所有用户数据比特。校验方法可选择CRC－16或CRC－32。
2.MPLS承载于SDL的基本网络模型
SDL承载MPLS的基本网络模型，其中O－LER是光的标签边线路由器；O－LSR是光的标签交换
路由器。它们都具有SDL协议功能，能够承载MPLS标签及封装和识别SDL帧格式。由于具有光传送
特性的MPLS网是一个透明的独立选路网络，还可用来传送如前所述的多种网络层协议的业务，因
而其网络具有稳定性高和可扩展性强的特点。
O－LER是网络的边缘入口点和出口点。作入口点时，首先要分析来自非MPLS接口的数据包包
头，进行前向等价类分类，决定属于哪个FEC并分配标签；然后将MPLS标签承载于SDL帧格式中，
经数据封装后发送。O－LSR是网络的核心节点。在该节点中，数据包发送的路径由标签信息决定
，通过查找SDL帧中的标签，得到人口数据包标签；从标签信息库（LIB）中检索到出口标签和出
接口，并进行标签的交换及数据包转发。O－LER作为出口点时，去掉数据包的标签，在第三层转
发数据包到目的地。
这种网络模型也适用于基于MPLS的IP over WDM网络。这时，O-LSR节点用分组标签来建立LSP
并简化转发和选路过程，根据接收到的标签来决定进行哪些必要的操作。对于O-LSR，由于它以波
长作为LSP的粒度，因此其操作少了许多，不需要标签合并和入栈／出栈操作。在LSP建立后，不
需对光通道的净荷做任何处理，所有操作均透明。在这里，标签与WDM波长通道是对应的，因此一
个LSR接口端口上的不同LSP不能共享同一标签。
另外，MPLS提供的一个重要服务是区分COS（业务级别）。传统的IP选路是根据目的地址由一
定的算法算出一条路由，而这条路由会根据网络的一些变化而发生改变，这对有些业务（如对时
延变化敏感的业务）是不合适的。而MPLS首先在网络边界识别客户数据流（通过分组头中的多个
字段），然后将这些流放置在一条具有区分COS或QOS（业务质量）的特定LSP上。这条LSP在它建
立后到拆除的这段时间内，只要没有明确的干预是不会改变的。并且选路结构的变化也不会使LSP
的转发路径发生不必要的变化。这样就可选定一些LSP并使其带宽等性质不发生影响业务质量的变
化，从而保证QOS。MPLS实现这一过程由下列技术完成：一是附加在每个分组上的标签可以传输一
个COS指示符；另外一个是COS值要与一个特定的LSP关联，MPLS可采用LDP或其他协议（如RSVP）
为LSP分配一个COS值，从而正确处理该数据流。
五、结束语
IP承载于WDM网络需要一个接入层，而SDL能够完成接入层的基本功能；各种PDU业务承载于
WDM网络都需要路由选择，而MPLS能够完成选路的基本功能。因此，将MPLS承载于SDL协议并应用
于WDM网络，既能提高节点转发效率，又能提供良好的网络服务质量，不失为一种有价值的应用方
案。
摘自《数据通信》
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