MPLS的ATM應用

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　　摘要：為了解決目前Inte.net為主的IP主干網絡所面臨的問題， IETF提出了多協議標簽交換（MPLS）。 MPLS能在主干網上大大提高IP轉發性能， 并提供業務分類（CoS）以及業務質量保證（QoS）。 MPLS可以用在現有的相當一部分主干ATM網上， 在這些網絡上實現高性能的IP業務。

雖然MPLS不能解決目前Internet所存在的所有問題， 但人們仍然對它寄予厚望。
　　關鍵詞：多協議標簽交換， 標簽， 標簽棧， ATM，信元， 虛連接， VCID， 標簽分配協議。
　　
　　
　　　　IETF提出的多協議標簽交換（MPLS）[1]與標記交換（Tag Switching）相似， 它給數據包加上標簽， 通過定長短標簽與轉發方向的映射關系來進行數據包的轉發。 與傳統IP轉發不同，MPLS不需要對數據包頭中的目的地址進行最長匹配， 只需要用較為簡單的算法對標簽進行匹配檢索， 從而可以提高轉發效率， 這種標簽的匹配運算（包括出標簽替換入標簽） 也可以使用具有類似功能的交換硬件來完成， 如ATM交換網絡。 MPLS用于ATM網絡時， 可以實現高效的IP轉發， 并不需要傳統IPOA的地址解析過程， 屬于IP和ATM融合的集成模型。
　　
　　
　　　　IETF的MPLS構架中討論了以ATM交換機作為標簽交換路由器的應用。 這些ATM交換機運行網絡層的路由選擇協議（如OSPF， IS-IS等）， 而其數據轉發就根據這些路由協議的路由選擇結果， 不需要ATM專用的路由選擇或尋址方式。 這類ATM交換機稱為ATM-LSR（ATM標簽交換路由器）。 通常， ATM-LSR使用下游按需標簽分配方式， 特別是對于不支持VC合并的ATM交換機。
　　
　　
　　一、ATM和標簽交換
　　
　　
　　　　由標簽交換控制部件（Label Switching Control Component） 控制的ATM接口稱為LC-ATM （標簽交換控制的ATM）接口。 在這類接口上傳輸的包為加上標簽的包， 其標簽棧頂部的標簽在VPI/VCI域中。 ATM-LSR之間通過標簽分配協議（LDP） 來協商決定標簽使用部分還是全部VPI/VCI域。
　　
　　
　　　　一個ATM-LSR通常具有若干個LC-ATM接口， 這些接口之間以標簽方式傳輸數據包， 而標簽分配過程則通過ATM-LSR之間的非標簽接口進行。 當然ATM-LSR為了和其它標簽路由器或非標簽路由器連接， 也可以具有一般的非標簽或標簽傳輸接口 （如一般的ATM接口或基于幀的標簽接口）。 通常LC-ATM接口同時支持直接的和基于幀的標簽接口相連。
　　
　　
　　ATM-LSR的特性
　　
　　
　　MPLS構架的規定相當靈活， 但由于硬件和ATM標準的約束， ATM-LSR具有一定的特殊性， 在于：
　　
　　
　　1.由于標簽互換（Label Swapping） 過程基于信元頭中特定的域（VCI或VCI/VPI）， 所以標簽的位置和長度就受到了限制。
　　
　　
　　2.一般的ATM-LSR 不支持多點到點或點到多點（樹形） 的VC連接， 即大多數ATM-LSR 不支持上面提到的VC合并。
　　
　　
　　3.由于受到 ATM信元格式的限制， ATM-LSR通常不支持通常 IP路由器對IP包頭所進行的 TTL遞減操作功能。
　　
　　
　　ATM的標簽交換控制
　　
　　
　　　　ATM交換機通過標簽控制部件支持標簽交換， 標簽控制包括標簽分配、 發布、 以及維護過程。 標簽綁定信息可以通過多種方式傳遞， 主要是LDP。 標簽控制部件只使用從網絡層路由選擇協議（如OSPF，IS-IS等） 直接得到的信息。 在某些情況下， 標簽綁定信息可能通過其它協議發布， 如RSVP、 BGP等（此時ATM交換機應該支持這些協議）。
　　
　　
　　　　而ATM-LSR中的標簽控制部件并不排斥ITU和ATM論壇所定義的ATM控制部件， 也就是說在一個LC-ATM接口上可以同時支持標簽控制和標準的ATM控制方式。 這兩部分可以相互獨立地工作， 其間只需要交流少部分信息， 如兩個部分各自使用的VCI/VPI空間等。
　　
　　
　　VPI/VCI的使用
　　
　　
　　　　標簽交換是通過將標簽值與轉發等效類（FEC）相關聯， 從而使用標簽及其互換實現數據包的轉發。 在ATM-LSR應用中， 標簽值攜帶在VPI/VCI域或VCI域中， 后者通過VP連接兩個LSR。 ATM-LSR之間還需要一個連接來傳送非標簽的IP包， 用于傳送LDP或路由協議包， 這個非MPLS連接上使用RFC1483所規定的LLC/SNAP封裝。
　　
　　
　　　　LC-ATM接口可以通過配置使用標簽值范圍以外的VPI/VCI 來傳送控制信息或其它非標簽包， 用于這個目的的VCI值為0~32。 這里可以使用 RFC1483中規定的空（null）封裝或LLC/SNAP封裝。
　　
　　
　　　　兩個直接相連的ATM-LSR（即通過LC-ATM接口相連而中間沒有別的LSR） 一起控制其間接口上的VPI/VCI值的分配及使用。 其間非MPLS連接的缺省VPI值為0， VCI值為32。 并且只要雙方約定好了， 也可以使用別的VPI/VCI值。 由此可知ATM-LSR之間使用的標簽值的 VCI部分的值不能編碼在0~32。 連接的兩個方向上的標簽空間是相互獨立的。
　　
　　
　　　　兩個LSR不直接相連時， 如果它們是通過ATM虛通路（VP） 連接的， 也可以將其看作是具有相鄰關系的。 這時VPI用于VP連接， 標簽只編碼在VCI域中。 這種情況下， ATM-LSR之間的非MPLS連接的缺省VCI為32， VPI的值隨VP連接而不同。 并且0~32之間的VCI值也保留用于非標簽運用。 兩個LSR通過LDP 相互協商決定在允許范圍內的可用標簽空間， 其間不同VP上的 VCI標簽空間可以不同（分別協商）。
　　
　　
　　　　有時需要將兩個實際上通過 LC-ATM接口不直接相連的LSR看作具有鄰接性。 由于對應于各個虛連接（VC） 的VPI/VCI在沿途的交換機會被重寫， 因此標簽值（VPI/VCI）不能用來標識該"鄰接"VC， 為了識別端到端的虛連接（VC）， 這時就需要給每個這樣VC指定一個VCID值， LDP被用于將FEC與VCID綁定起來。 所收到的包的最上層標簽指的是包到達的虛電路。 這種情況下不定義非MPLS連接的缺省VPI/VCI。
　　
　　
　　標簽分配和維護過程
　　
　　
　　　　在ATM-LSR一般使用下游按需標簽分配方式， 特別是對于不支持VC合并的交換機。 而對于ATM-LSR域的邊緣路由器和內部路由器來說， 這種過程有一些小的區別。
　　
　　
　　1·邊緣LSR（ELSR）
　　
　　
　　　　對于處于ATM-LSR域邊界上的LSR來說， 它們本身并不是純的ATM-LSR， 還具有與ATM-LSR域外路由器的連接能力， 域內路由器是否支持 VC合并不影響這些邊緣路由器的行為。
　　
　　
　　　　假設某個ELSR根據路由選擇運算的結果選定一個ATM-LSR 作為某FEC的下一跳， 并且通過LC-ATM接口到達該下一跳LSR。 那么ELSR將使用LDP向下一跳請求一個標簽綁定， 請求消息中的跳數（Hop Count） 域置為1。 一旦ELSR收到了回應的標簽綁定信息， 它就能用MPLS轉發過程來處理該FEC的包， 把收到的標簽作為它們的出標簽。 在使用VCID時則把對應于特定VCID 的VPI/VCI作為出標簽。
　　
　　
　　　　ELSR收到的標簽綁定可能含有一個跳數域， 其中的跳數值表示了使用這個標簽的包穿過本ATM-LSR域要經過多少跳。 ELSR在轉發包之前對數據包的TTL作相應處理， 減去這個跳數值， 由此判斷通過這個ATM-LSR域是否會耗盡其生命， 若是則不向下一跳轉發該包。
　　
　　
　　　　如果ELSR收到一個來自某ATM-LSR的標簽請求消息， 它就分配一個標簽， 并通過LDP將該綁定信息回送到發出請求的LDP對等節點。 此時， ELSR將回送綁定信息的LDP消息中的跳數值置為1， 它將是某個正在建立的LSP的出節點。
　　
　　
　　　　當ELSR的路由選擇功能發現某FEC 的下一跳發生了變化， 而以前的下一跳在ATM-LSR域內， 它就通知原來的下一跳不再需要先前為該FEC指定的標簽綁定了。
　　
　　
　　2·域內的ATM-LSR
　　
　　
　　　　對于域內的ATM-LSR， 要看它是否支持 VC合并來討論其不同的標簽分配和維護過程。
　　
　　
　　(1)一般的ATM-LSR（不支持VC合并）
　　
　　
　　　　對于不支持VC合并的一般的ATM-LSR， 當它收到通過LC-ATM接口相連的對等節點對于某FEC的標簽請求消息時， 將分配一個標簽， 然后向該FEC的下一跳請求一個標簽綁定， 接著向發出請求的上游對等節點返回本節點分配的標簽綁定。 ATM-LSR在收到下游的標簽綁定信息后就可以開始使用這個標簽。
　　
　　
　　　　在這個過程中， 定義了最大跳數（MAXHOP）， 其缺省值為255， 也可通過配置指定別的值。 LSR取出所收到的標簽請求消息中的跳數值， 加1后放在發向下游的標簽請求消息的跳數域中， 但如果收到的跳數加1后大于MAXHOP， 則不向下游發出請求， 并通知上游鄰節點本LSR無法滿足它的標簽請求。
　　
　　
　　　　ATM-LSR可以在等待下游回應的標簽綁定消息到達后再向上游發出本地分配的標簽綁定， 這稱為順序控制方式， 這里特指入節點發起的順序控制方式。 這種情況下， LSR收到下游的標簽綁定信息后將取出其中的跳數值， 如果跳數值介于0和MAXHOP之間， 就將其加1后置于發往上游的標簽綁定消息中； 如果跳數值超出了MAXHOP， 則不向上游發出標簽綁定消息， 并應該通知上游無法滿足其標簽請求。 如果從下游收到的標簽綁定消息中的跳數值為0， 則表示實際的跳數是未知的， 這時向上游發出的標簽綁定消息的跳數值也應該為0。
　　
　　
　　　　同樣ATM-LSR也可以在收到下游標簽綁定信息之前就將本地分配的標簽綁定發布給上游對等節點， 這稱為獨立控制方式。 此時綁定信息中攜帶的跳數值都置為0， 表示真實的跳數未知， 確切的跳數值將另外傳遞。 如果標簽分配失敗， 超出MAXHOP或下游無法滿足標簽請求， LSR應該告知上游， 并向上游請求回收標簽。
　　
　　
　　　　不支持VC合并的ATM-LSR必須為某個LSR針對同一個FEC 的多次標簽請求分別作出響應， 為每個請求產生一個標簽綁定， 并且向其下游發出標簽請求， 同時保留原有的該FEC的標簽綁定， 即

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