MPLS技术及其在城域网中的应用

MPLS(多协议标签交换)是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的新技术。

它的价值在于具有在一个无连接的网络中引入连接模式的特性;其主要优点是降低了网络复杂性。兼容现有各种主流网络技术，能降低50%网络成本，在提供IP业务时能确保QoS和安全性，具有流量工程能力。此外，MPLS能解决VPN(虚拟专用网)扩展问题和维护成本问题。MPLS技术是最具竞争力的下一代通信网络技术。

一、MPLS技术的产生

随着Internet的不断发展，各种新兴业务以及迎合其需求的专有网络也在不断发展，但是原先针对不同业务、同时处理多种网络连接的运营方式已经束缚了企业的发展，它们希望通过一个单一、灵活的接入设备来提供多种混合业务，并在将来执行统一的接入协议，如IP，然而，不同的业务(如语音、数据和多媒体应用等)对网络传输质量的要求差别很大，如果ISP(因特网服务提供商)依旧基于传统路由器发展大规模的IP网络，相关问题(如路由器转发部件的软件操作，构造高速路由器组件的开销，传统路由寻径机制在传输时难以预计的网络性能，网络无法提供针对特定业务的QoS等)将变得日益突出。

相对于IP路由技术，基于ATM和帧中继的快速交换技术可利用多种转发算法(其本质就是标签交换算法)。由于这些转发算法简单有效，因而被直接固化到交换机硬件内部。与传统的IP路由机制相比，L2的快速交换技术具有很高的性能价格比。

为解决上述IP网络存在的问题，每个ISP都渴望寻求一种能够结合快速交换技术和IP路由技术中各自优势的网络解决方案，由此标签交换技术应运而生。标签交换技术就是致力把L2交换技术的最优属性(通常由ATM或帧中继具体实现)，与L2路由技术的最优属性(由IP具体实现)紧密结合起来，其中MPLS是目前标准最统一、最具发展前景的标签交换技术。MPLS由因特网工程任务组(IETF)制定，始于1997年初，它被设计成为能够符合大规模电信级网络所必须遵循的各种属性。其目标是实现在大规模IP网内，通过ATM和帧中继等多种媒介实现有QoS保证的快速交换，因而MPLS的出现对于网络发展具有革命性的意义。

二、MPLS的技术优势

MPLS在解决网络的扩展性、实施流量工程、同时支持多种要求特定QoS保障的IP业务等诸多方面具有得天独厚的技术优势。

*满足了ATM传送IP技术的网络总体技术要求。ATM支持IP的网络的强制性要求包括以下方面：网络的技术方案必须独立于所支持的IP协议版本;必须具备支持大型网络的足够的可扩展性;必须包括在ATM网络上支持高效而且具有可扩充性的IP组播的能力;必须具有足够的捆绑性以便支持大型网络。

*适用于较大规模的网络。众所周知，MPOA(ATM上的多协议规范)非常适用于小规模的网络，然而它应用于较大规模的网络就要受到限制。而MPLS正是为满足大规模网络的各种要求(如灵活性、可扩充性与可管理性等要求)而设计的。

*适用于多种承载网络。大规模的网络可以使用包括ATM在内的多种承载技术。从一个较宽的范围来讲，应该选取一种对于IPOA(IP over ATM)是最优，而且对于其它的链路层技术也是最优的技术，而MPLS则可能正是能够适应这一范围的惟一技术。

*路由控制的灵活性。从选路的角度来讲，MPLS技术可以使我们获得同时选择使用固定路由或者是动态路由方式的可能性。具体使用哪种方式取决于网络操作者的选择。

*能同时支持MPLS和ATM控制协议。较理想的情况是有一种独立于链路层协议的控制技术，同时，同一交换机上也可以使用ATM控制方式。

*IP业务的业务量工程。目前，ATM拥有最完整的业务量工程能力。然而，IPOA的重叠模型无法高效地使用所有的ATM能力，而且在使用全连通的PVC(永久虚电路)方式时，其应用的可扩充性将受到“N平方”问题的限制。MPLS借用了一些ATM技术的功能，如QoS、选路、资源管理等方面，而且引入了显式路由的概念，它有助于将业务量要求映射到网络拓扑之上。这样，使用MPLS可以获得新的、更多的业务量管理功能。

*利用现有投资。考虑到现有的ATM与其它技术的投资，另外，在各种链路层技术上传输IP的需求也是显而易见的，所以需要有一种统一的交换技术。当前的承载网络中，ATM硬件对于IP业务量的传输使用的是一种固定方式，而MPLS则被认为是CIPOA(ATM上的传统IP技术)近期的演进方向，因为显式选路可以建立在现有的固定PVC的基础上，而且MPLS的网络结构的灵活性足以满足潜在的网络演进需求。

*支持VPN业务。MPLS的主要优点是能够以无连接方式或者是显式路由方式提供面向连接的业务，这种特点使得MPLS尤其适用于动态隧道技术。而动态隧道技术是目前支持VPN业务的有效传送手段。但目前由于提供基于MPLS的VPN的方式不是惟一的，这使得将它同其它IPOA技术进行比较较为困难。

*OoS方面。IP DiffServ(IP区分服务)与MPLS有明显的默契，因为它们的设计中都满足了业务提供商的需求。由于标记的扩展语义可以携带DiffServ信息，借助于标记与端到端的标记交换路径及一定的资源预留机制，将可以保证QoS机制在特定MPLS域中的一致性。

三、内嵌MPLS的MSTP技术

1.MPLS在MSTP中的技术实现

内嵌MPLS的基于SDH的MSTP可以利用引入MPLS后增加的封装开销，解决现有技术开销能力不足的问题：同时引入了MPLS协议簇具有的网络交换、选路和流量工程等功能，解决现有基于SDH的MSTP节点承载ETH业务时应用能力不足的问题。

MPLS标签位置(图1)在第二层头信息与第三层头信息之间，由4字节构成。

标签：标签真实值，20 bit。

TTL：分组在网络中生存时间值的编码，8 bit，分组第一次打标签时标签TTL设为IP TTL域的值，当最后一个标签被弹出堆栈时，将标签TTL值拷贝到IP TTL域。

服务类型：3bit实验用bit，可用于QoS。

标签堆栈指示：1bit，为1时表明本条目为标签堆栈中最后一条，否则值为0。

烽火通信的Citrans系列MSTP设备，在以太网盘中内嵌了MPLS功能，不仅能灵活地支持数据业务的调度和组网，而且能有效地保护用户的原有投资。

2.RPR和MPLS在MSTP中的应用

随着城域以太网等数据业务的迅速发展，以太网技术与光传送网技术逐渐融合，城域传送网承载无连接数据分组业务的需求正在不断增长。近年来，RPR和MPLS技术已成为城域光传送网的一个亮点，国内外相关的标准制订和产品研发工作进行得如火如荼，两种技术的融合将更快地促进新一代城域MSTP技术的发展和应用。