多协议标志交换(MPLS)原理

华中科技大学　董涛

　　1.多协议标志交换(MPLS)技术的提出 Internet业务量的飞速增长以及宽带技术的不断出现，对Internet服务提供商(ISP)的网络带宽提出了严峻的挑战。这种挑战不仅是对高带宽的要求，也是对目前Internet所基于的传统路由交换模式的要求。

　　要建立这样一种服务质量较好且具备扩展性支持的新一代路由系统，需要由各单个路由器来维持大容量的路由信息，并能建立一种路由信息的分层结构；在增强路由器对IP分组包转发性能的同时，还需要增加对多目广播的路由支持，提供分层式的路由信息结构；此外，未来的路由体系还必需具有灵活的适应能力以满足将来可能出现的各种新型需求。

　　从Internet的维护及应用角度考虑，如何对Internet实行合理而简便的流量控制(TrafficEngineering)，实现基于IP业务的虚拟专网(VPN)，保证IP级的服务质量(IP-levelQoS)，也对目前基于传统网络拓扑及IP路由系统的ISP骨干网络提出了挑战。

　　2.MPLS的技术原理

　　2.1MPLS协议和功能

　　(1)路由和交换概念

　　在对MPLS技术进行详细描述前，首先回顾几个与交换技术相关的概念。

　　路由协议(如RIP，OSPF)是一种机制，使网络中的每台设备都知道在将一个分组送向其目的地时，传送这个分组的下一跳级(Next-Hop)是哪里。路由器使用路由协议构建路由表，当它们接收到一个分组而必须进行转发判决时，路由器用分组中的目的地址IP地址作为索引(Index)查寻路由表，利用特定算法获得下一跳机器的地址。路由表的构造和它们在转发时的查寻基本上是两个独立的操作。

　　交换概念通常用来描述从一个设备内的输入端口到输出端口的数据传递，这种传送一般是基于第二层的(如ATMVPI/VCI)信息。

　　控制部件为一个节点建造并维护一个路由转发表(ForwardingTable)。它与其它节点的控制部件共同协作，持续并正确地交换分布路由信息，同时在本地建立转发表。标准的路由协议(如OSPF、BGP和RIP)用于在控制部件之间交换路由信息。

　　转发部件执行分组转发功能。它使用转发表、分组所协携带的地址等信息及本地的一系列操作来进行转发判决。在传统路由器中，最长匹配算法将分组中的目的地地址与转发表中的条项进行对比，直到获得一个最优的匹配。更为重要的是，从源到目的地的沿路节点都要重复这一操作。在一个标志交换路由器中，(最佳匹配)标志交换算法使用分组的标志和基于标志的转发表来为分组获取一个新的标志及输出端口。

　　路由转发表包含若干条项，提供信息给转发部件，执行其交换功能。转发表必须将每个分组与一个条项(传统条项为目的地址)相关联起来，为分组的下一步路由提供指引。

　　转发同等类(FEC)定义了这样一组分组，从转发的行为来看，它们都具有相同的转发属性。一种FEC是一组单目广播分组，其目的地地址均与一个IP地址前缀相匹配。另一种FEC是分组的源及目的地地址都相同的一组分组。FEC可在不同的级别上进行定义。

　　标志(label)相对较短，长度固定且无结构标识，可在转发进程中使用。标志通过一种绑定操作与一个FEC关联起来。标志正常情况下，对于一个单一数据链路来说仅具有本地意义，不具有全局意义。在ATM环境中相当于它们的VPI/VCI。由于ATM使用固定短区域进行交换，因此可以相信标志交换能成为一种IPoverATM应用的有效方案。在某种事件驱动下，标志与FEC进行绑定，从而具有一定意义，这种事件可分为以下两种类型：

　　一种是数据驱动绑定，即在数据流开始产生时进行绑定。标志绑定仅在需要时建立，在转发表中只存在很少的几个条项。标志被分配给不同的IP数据流。在一个ATM网络环境中，它需要使用大量的虚电路资源，不易于扩展。

　　另一种是拓扑驱动绑定，当在控制平面激活时来建立与数据流的产生无关。标志绑定可能与路由的更新或RSVP消息的接收有关。拓扑驱动绑定较数据驱动绑定更易于扩展，因此用于MPLS中。

　　(2)标志交换转发部件

　　标志与分组的绑定有若干种方式。对一些网络可以将标志嵌入到链路层的头端(ATMVCI/VPI，和帧中继的DLCI)。有时也可以将它嵌入至位于数据链路头端和数据链路协议数据单元(PDU)之间的小标志头端(如位于第二层头端与第三层数据负载之间)，称为“Shim”。

　　这种标志信息能够在链路层进行承载，“Shim”结构可以用于Ethernet，IEEE802.3，或点对点(PPP)链路上，其中一个是为单目广播，另一个是为多目广播(Multicast)。每个标志为4字节。
(未完待续)

----《通信产业报》