MPLS的技術優勢及相關問題

領測軟件測試網

　　 
　　摘 要： MPLS在解決網絡的擴展性、實施流量工程。同時支持多種要求特定QoS保障的IP業務等諸多方面具有得天獨厚的優勢。但是它在對標簽合并功能的支持、解決環路問題和如何實施分類業務等方面還存在相當大的難點。

MPLS像其他寬帶技術一樣，會不斷發展，最終形成一套統一完善的寬帶技術標準。
　　
　　關鍵詞： MPLS 標簽合并 流量工程
　　
　　一、當今的Inte.net網絡
　　隨著Internet的不斷增長，各種新興業務以及迎合其需求的專有網絡也在不斷發展，但是原先針對不同業務、同時處理多種網絡連接的運營方式已經束縛了企業的發展，它們希望通過一個單一、靈活的接入設備來提供多種混合業務，并在將來執行統一的接入協議，如IP，然而，不同的業務（如語音、數據和多媒體應用等）對網絡傳輸質量的要求差別很大，如果ISP依舊基于傳統路由器發展大規模的IP網絡，相關問題（如路由器轉發部件的軟件操作，構造高速路由器組件的開銷，傳統路由尋徑機制在傳輸時難以預計的網絡性能，網絡無法提供針對特定業務的QoS等）將變得日益尖銳。
　　
　　相對于IP路由技術，基于ATM和幀中繼的快速交換技術可利用多種轉發算法（其本質就是標簽交換算法）。由于這些轉發算法簡單有效，因而被直接固化到交換機硬件內部。與傳統的IP路由機制相比，L2層的快速交換技術具有很高的性能價格比。
　　
　　為解決上述IP網絡存在的問題，每個ISP都渴望尋求一種能夠結合快速交換技術和IP路由技術中各自優勢的網絡解決方案，由此標簽交換技術應運而生。標簽交換技術就是致力把L2層交換技術的最優屬性（通常由ATM或幀中繼具體實現），與L2層路由技術的最優屬性（由IP具體實現）緊密結合起來，其中多協議標簽交換（MPLS）是目前標準最統一、最具發展前景的標簽交換技術。MPLS由Internet工程任務小組（IETF）制定，始于1997年初，它被設計成為能夠符合大規模電信級網絡所必須遵循的各種屬性。其目標是實現在大規模IP網內，通過ATM和幀中繼等多種媒介實現保證QoS的快速交換，因而MPLS的出現對于網絡發展將具有革命性的意義。
　　
　　二、MPLS技術中的關鍵概念
　　由于MPLS技術可適用于任何網絡層協議，故稱為多協議（multiprotocol），目前主要是致力于傳輸IP業務。同時，多協議也表明MPLS技術的應用并不局限于某一特定的鏈路層媒介，即采用MPLS技術，網絡層的數據包可以基于多種物理媒介進行傳送，如ATM、幀中繼、租賃專線／PPP等。在MPLS網絡中的關鍵元素是標簽交換路由器（LSR），它具備了理解和參與IP路由與L2層交換的能力。MPLS要求LSR參與IP路由，其轉發機制與傳統逐跳路由判決機制的區別很大。結合上述多種傳輸技術，通過一種單一的操作模式，MPLS可以避免在L2層與L3層之間因相互操作而產生的相關問題，同時確保兩種機制獨立運行。LSR通過L3層的標準路由協議（如OSPF）進行尋徑操作。從而獲得整個網絡的拓撲結構，由此獲悉的路由信息將用來對特定IP報文分配相應的標簽（Label）。從端到端的角度上來看，標簽用于確定端點之間IP報文的傳輸路徑，這種路徑被稱為標簽交換路徑（LSP）。LSP是通過MPLS的核心協議 標簽分配協議（LDP）在LSR對等體（Peer）之間建立的，其本質上與交換技術定義的VC連接十分相似。在傳輸IP報文時，MPLS標簽邊緣路由器（LER）通過特定判決機制，對報文進行標簽封裝，隨后將攜帶特定標簽的報文轉發到網絡內部升級后的交換機（如ATM-LSR或LSR），它們在接收到相應IP報文后通過內部的標簽信息庫（LIB）進行標簽查詢與交換并沿著LSP轉發報文。
　　
　　三、MPLS的技術優勢
　　MPLS在解決網絡的擴展性、實施流量工程、同時支持多種要求特定QoS保障的IP業務等諸多方面具備得天獨厚的技術優勢。下文將詳細分析MPD的技術特點。
　　
　　1．擴展性
　　
　　目前多數網絡基于IP over ATM／幀中繼的重疊模型組網方式。無論是對于路由協議的影響,還是對管理大量虛電路時所造成的負擔而言，都存在很大的局限性。由于MPLS技術采用的標簽分配協議僅在相鄰的LSR對等體之間進行通信，每臺LSR均可根據網絡層的拓樸建立相應的LSP，因而有效解決了重疊模型中因全網狀連接所帶來的N2條邏輯鏈路的擴展問題。
　　
　　2．利用單一的轉發機制同時支持多種業務
　　
　　MPLS利用短小且長度固定（4字節）的標簽，采用精確匹配的尋徑方式取代了傳統路由器的最長匹配尋徑方式。相比較而言。標簽的編碼結構遠比IP報頭封裝機制簡單，因此MPk技術可以通過升級現有網絡設備，很容易地構建高速交換的LSR。
　　
　　傳統上ISP總是通過專門化的網絡把多種業務劃分開，以適應各種特定業務的需求。隨著Internet的發展，業界一致認為應該建設一個可同時提供多種混合業務且基于分組的網絡。雖然傳統的電信業務和更多的數據業務可以被集中到同一個IP網絡中，但是眾多企業仍不斷尋求更先進更專業化的業務以適應它們特定的要求。針對于此，ISP必須能夠基于多種因素動態地調整網絡需求，這些因素包括：特定業務流的帶寬分配和傳輸性能（QoS/CoS）等。顯然目前的IP網還遠不能實現這一目標，而MPLS的一大優勢就是可以在網絡內部通過單一的標簽交換機制同時支持多種IP混合業務。并可以在現有的IP網絡中實施該技術。這種方式不僅節約了網絡基礎設施，而且易于網絡管理與維護，從而為ISP節省了大量的運營成本。
　　
　　3．邊緣節點功能與網絡內部節點功能分離
　　
　　MPLS在網絡邊緣節點之間構建端到端的服務，其目的主要是分離網絡中各節點的功能。通過在邊緣節點實施特定規范，可使其具備基于QoS的選路功能，而網絡內部節點主要用于保證數據的有效傳輸。ISP與用戶依照服務等級協定（SLA）來確立網絡邊緣節點的實施規范，其中包括邊緣節點傳輸、標志擁塞、丟棄報文等流量調節操作。
　　
　　4．標簽合并（Label Merge）
　　
　　標簽合并是指：如果來自MPLS域內不同邊緣入節點（Ingress LSR）且攜帶不同入標簽值的多條業務流，均被網絡內的某個節點LSRn所接收，并且從該LSRn開始直到MPLS域內邊緣出節點（Egress LSR）為止，它們的標簽交換路徑是完全相同的。那么就在節點LSRn處將上述不同的業務流映射到同一個出標簽，并沿同一條LSP轉發到邊緣出口節點。標簽合并是MPLS的一項重要功能，它有兩個明顯的優點：大量節省轉發標簽的使用數量，減少LSR對于每個標簽的控制負擔。
　　
　　標簽合并功能對于L2層的傳輸有著深遠的影響，對于ATM或幀中繼鏈路而言，MPLS的頂層標簽是直接存放在相應的信元頭中的VPI／VCI或幀頭中的DLCI字段內。其標簽資源十分有限。對于ISP而言，為了在提高網絡利用率的同時，盡量減少網絡運行成本，需要在同一個ATM／幀中繼骨干網上既支持傳統的ATM／幀中繼業務又要運行MPLS，這就要求LSR的特定端口必須同時具備MPLS功能和標準的L2層轉發功能，二者使用同一端口內不同的標簽空間，相互獨立運行。此種方式意味著在同一網絡內存在兩種轉發方式卻共用同一有限的端口資源。因而，若此LSR處于一個很大的網絡中，標簽合并的功能就顯得尤為重要。
　　
　　5、顯式路由
　　
　　顯式路由技術（ER）與IP協議中定義的源路由技術十分相似，但又存在著重大區別。源路由技術要求在網絡中傳輸的每一個IP報文部要攜帶用于明確標識整條路徑的IP地址，其傳輸開銷太大，使得網絡負載難以承受，因而難以得到實際應用。而MPLS僅在建立特定ISP時，才要求在標簽分配信令中攜帶明確的標簽交換路徑信息，而非具體針對到每個IP傳輸報文，因此MPLS中的顯式路由技術得到了廣泛的實際應用。事實上，顯式路由以及下文將要描述的流量工程和QoS路由功能是MPLS作為下一代Internet寬帶技術最為顯著的技術優勢。
　　
　　6．多種標簽映射方法
　　
　　通常，LSP的建立基于標準的IP路由協議，如OSPF。此外MPLS為邊緣標簽交換路由器的標簽映射方式提供了多種算法，充分顯式了其技術上的靈活性，其中包括：
　　
　　·服務類別。它與基于目的地址前綴的判別方式相似，允許不同的標簽在網絡中接受不同的QoS。
　　
　　·應用流。在查看報文源和目的地址時，同時檢查其他L3層或L4層的信息，這種方式可為路徑選取提供更精細的粒度。
　　
　　·多點廣播。通過使用獨立多點廣播協議（PIM），MPLS技術能夠使ATM交換機直接支持PIM并完全集成到IP的環境（甚至VPN）中文持IP多點廣播服務。
　　
　　·顯式路由。通過顯式路由，網絡管理員可以在各節點問的主干線上平衡負載，即通過第3層路由器（LSR）取代傳統的手工配置口層PVC方式，輕松實現對Internet的流量規劃。
　　
　　·VPN。MPLS技術還可以用來支持在普通IP網絡上實現多層重疊IP地址空間，即根據報文的目的地址以及VPN編碼聯合組建多個IP專用網。
　　
　　7．流量工程
　　
　　流量工程是指根據各種數據業務流量的特性選取傳輸路徑的處理過程。流量工程用于平衡網絡中的不同交換機、路由器以及鏈路之間的負載。ISP通過流量工程可以在保證網絡運行高效、可靠的同時，對網絡資源的利用率與流量特性加以優化，從而便于對網絡實施有效的監測管理措施。 在現今于用IP Over ATM／幀中繼重疊模型的網絡內，網管人員只能通過手工配置PVC以實現流量工程，此外由于網絡中出現故障節點的下確定性。技術人員很難在網絡中配置出與IP可恢復性機制相似的備份PVC。而對于以路由器為核心的網絡，只能依靠改變路由的度量權值平衡鏈路負載。隨著當今網絡規模和復雜性的不斷增加，基于度量權值的流量控制變得越來越復雜，以至于難以實現對整個網絡帶寬的全面綜合的利用，因而無法有效實施流量工程。
　　
　　MPLS技術可通過特定的QoS路由算法，采用離線方式計算出網絡內對應不同業務流的所有可行的標簽交換路徑，即將要求特定QoS的業務流直接映射到網絡對應的物理拓撲上，并通過標簽

文章來源于領測軟件測試網 http://www.kjueaiud.com/