多協議標志交換（MPLS）技術的分析及應用

南京信息職業技術學院通信學院　聶睿瑞

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多協議標志交換（MPLS）技術的分析及應用

南京信息職業技術學院通信學院聶睿瑞

【摘要】MPLS是一種可以在多種第二層媒質上進行標記交換，提高網絡節點的速率和服務質量的網絡技術。本文對其標記交換過程進行了分析。并根據MPLS的技術優勢，列舉其在通信網絡，尤其是在構建核心網絡中的應用。

【關鍵詞】MPLS；標記交換；技術應用

0　引言

隨著Internet的不斷發展，傳輸的信息由文件傳送、電子郵件等文字信息向以www為代表的圖形、圖像、動畫等多媒體信息轉變，這對網絡帶寬、傳輸速率、服務質量提出了更高要求。光纖技術的革命，尤其是WDM／DWDM的發展，為網絡傳輸帶寬帶來了長足發展，而網絡節點和服務質量始終是現代通信網的潛在瓶頸。因此，如何提高網絡節點的速率和服務質量，以適應大規模網絡發展，已成為業界關心的焦點。在現有技術中，二層交換和三層交換解決了數據交換問題，但它們都不能較好的平衡轉發效率和網絡流量的問題。而結合IP和ATM技術的多協議標記交換(MPLS)能夠綜合處理這個問題。

1　MPLS技術分析

MPLS是一種可以在多個第二層媒質上進行標記交換的網絡技術。MPLS技術根據二層交換和三層路由的特點，將二層基礎設施和三層路由有機的結合起來。在MPLS的網絡邊緣實施第三層的路由，并在網絡核心采用了二層交換。它通過在各個節點的標簽交換實現了包的轉發。在不改變現有路由協議的基礎上，能夠在多種第二層的物理媒質上進行實施。通過MPLS，第二層技術可以很好的補充第三層的路由，充分利用第二層良好的流量管理設計和第三層“逐跳尋徑（HBH)”靈活性路由，從而實現端到端的QoS保證[1]。

標記交換過程大概分為4個步驟：

(1)根據標記分配協議(LDP)以及傳統路由協議(OSPF)等，在各LSR 中建立標記交換轉發表和路由表；

(2)入口處為分組添加標記：LER接受IP包，完成第三層功能，判定數據分組所屬的FEC，根據數據流的目的地信息等把數據流分組頭和固定長度的標記進行對應。這樣就給IP包加上標記形成了MPLS標記組；

(3)LSP上的標記交換：在MPLS域內的網絡轉發過程中，不再進行任何第三層處理。在每一跳中，LSR剝離現有的標記，將一個新的標記應用于該分組，并告訴下一跳如何轉發它。通過從標記建立起來的從網絡入口到網絡出口的路徑就是LSP；

(4)出口處為分組剝除標記：在MPLS出口的LSR上，將分組中的標記去掉后繼續進行轉發。

MPLS利用事先分配好的標簽，為報文建立了一條標簽轉發通道。經過通道中的每一臺設備時，只需要一次查找即可進行快速的標簽交換。由此可以看出，MPLS標簽轉發具有更高的數據轉發效率[2]。

因此，MPLS和目前常用的其它網絡設計技術相比，優勢十分明顯，特別是在構建核心網絡時，例如公司的骨干網、ISP網絡等[3]。

2　MPLS技術的應用前景

MPLS技術能夠應用于網絡流量工程、QoS保證、VPN、負載均衡、阻止循環、鏈路自愈與恢復、MPLS組播等方面[4]。

2.1在網絡流量工程上的應用

網絡流量工程的關鍵在于能夠高效利用網絡資源以及提高網絡性能。使用MPLS技術，可以實現對營運網絡的實時流量檢測和資源動態控制。MPLS有兩種路由選擇機制，逐段轉接(hop-by-hop)和顯式路由(explicit routing)。其中逐段轉接是一種傳統路由選擇機制，每個段上的LSR決定了下一跳的路由。而顯式路由機制是通過對網絡中的骨干節點，或是出入節點設置一套中繼流量參數來計算顯示路徑，并且通過顯示路徑建立LSP。LSP子序列的路徑使用第一次交換時選擇的路徑，由LSP進行流量的分配。

MPLS技術實現的網絡流量工程，能統計和監測網絡中的數據流量。各個分組不限于按目的地址轉發，可采用手動配置或者依據相關協議自動改變轉發路徑。當網絡中某條鏈路資源發生擁塞時，便自動的把數據包切換到其它相對空閑的鏈路上。

2.2在VPN領域的應用

VPN是一種虛擬專網技術，它通過公共網絡將不在相同地點的異地網點實現互聯。通常分為Dialing-VPN和LAN-to-LAN-VPN兩種。MPLS技術常應用于LAN-to-LAN-VPN中。在基于MPLS技術的VPN中，每一個VPN都被指定了一個路由區分符(RD)，它是一個8字節數值，全局惟一。在該類型網絡的每一節點路由轉發表(VRF)中，包含了由RD以及用戶私有IP地址組合而成的VPN-IP地址，它對應著網絡中的某一節點。VPN流一般在MPLS規定的ISP中進行傳輸。在MPIS網絡中，BGP／MPLS VPN是現在較為常見的MPLS技術和邊緣網關協議(BGP)相結合的應用案例。將MPLS作為通道實現報文的透明傳輸，使用BGP來傳送LDP消息，能夠避免VPN的相關信息向其他成員泄漏，有效提高了MPLS網絡安全性能。

2.3在QoS保證中的應用

MPLS可以把第三層的數據包映射到面向連接的第二層里進行傳輸，而二層的傳輸協議在技術上支持了QoS的實施。MPLS為數據流定義了不同的粒度，并通過區分服務或者資源預留協議來實現QoS，這樣就可以滿足各種業務的不同服務質量要求。

在這種類型的網絡中，一旦數據包進入了MPLS域，MPLS會分析IP頭部，把IP包所含信息劃分不同服務等級。IP包經過分類后，將IP QoS映射為MPLS標簽中的QoS域，以流量參數的形式打包在建立LSP的申請消息中，LSR收到申請消息后會為不同的業務預留相應的資源。ATM網絡具有較好的QoS，把MPLS和ATM進行結合，在ATMLSR網絡中，MPLS通道可以直接映射到某條ATM的虛電路上。那么，MPLS標記中的QoS信息域就能明確指出需要的是固定比特率(CBR)虛電路或是可變比特率(VBR)虛電路。因此，不論網絡的核心層是ATM或是IP，不論MPLS在ATM或是路由器中實施，QoS都可以得到有效保證。

2.4在IP電信網方面的應用

中國鐵通公司的IP骨干網采用了MPLS技術進行構架。該網使用Cisco公司的12000系列和7000系列的高端路由器組建。鐵通公司在全國各大中城市部署了專用的MPLS VPN路由器，其IP骨干網可以在全國范圍內提供相應業務。這樣的網絡結構布置可以更為方便執行演進策略，鐵通公司能夠根據客戶需求和公司計劃逐步推進VPN業務。盡管未來會需要更新軟件版本以支持更多的MPLS VPN功能，但通過使用專用的VPN路由器，可使軟件更新不影響網絡中的其它路由器。

圖1　基于MPLS技術的電信網

所有MPLS VPN網絡中的PE路由器都運行IBGP以交換VPN的信息，包含有VPN-IP地址、下一跳和標記、路由目標等。因此所有PE間需通過路由反射技術進行全網狀IBGP連接。中國鐵通公司的IP骨干網采用了專用的VPNRR，該方式具有以下優勢：

(1)僅PE必須和VPN-RR對應，使得VPN-RR的擴展性更好。

(2)骨干網的拓撲結構變化對VPN-RR無影響，而且VPN內部需求的改變也不會對骨干網中的RR產生影響。

(3)VPN-RR的配置具有很好的靈活性，在MPLS VPN的發展初期，只需要少量的VPN-RR。當網絡發展到非常大的規模時，則采用多RR組，各RR組僅對某個特定的MPLS VPN組進行服務。

3　結語

MPLS技術使得網絡運營商在現有通信網絡基礎上，無需大規模增加投資，便能優化網絡性能、提升網絡資源利用率以及網絡服務質量。采用MPLS技術實現的VPN網絡可以滿足大部分企事業單位的遠程辦公本地化，可以滿足通信網絡中語音、數據和視頻的個性化。MPLS技術對通信網絡的發展具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]Chamberland S. Oulai D.Pierre S. A New Routing-Based Admission Control for MPLS Networks[J].Communications Letters, IEEE,2007,11(2):216-218.

[2]Hung Tran-Cong, Chan Nguyen-Ngoc, Thang Nguyen-Duc. Interoperability Between Mobile IPv4 and Mobile IPv6 based on MPLS Core Network[J].Advanced Communication Technology,2007,2(1):1187-1190.

[3]Bin Chen, Wen-De Zhong, Bose S K. Applying saturated cut method for dynamic traffic grooming in IP/MPLS over WDM networks[J].Communications Letters,IEEE,2006,10(2):117-119.

[4]El-Sayed M, Mezhoudi M, Sayed Z. Transport Technologies for Wireless Backbone Networks[J].Telecommunications Network Strategy and Planning Symposium,2006,1(1):1-6.