MPLS網路的應用

 

ＭＰＬＳ Ｍｕｌｔｉｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ－多協議標籤交換技術　是一種在開放的通訊網上利用標籤引導資料高速、高效傳輸的新技術。它的價值在於能夠在一個不需連線的網路中引入串連模式的特性；其主要優點是減少了網路複雜性，相容現有各種主流網路技術，能降低５０％網路成本，在提供ＩＰ業務時能確保ＱｏＳ和安全性，具有流量工程能力。此外，ＭＰＬＳ能解決ＶＰＮ擴充問題和維護成本問題。ＭＰＬＳ技術是下一代最具競爭力的通訊網路技術。

ＭＰＬＳ技術的主要特點：ＭＰＬＳ在網路中的分組轉寄是基於定長標籤，由此簡化了轉寄機制，使得轉寄路由器容量很容易擴充到太位元級；充分採用原有的ＩＰ路由，在此基礎上加以改進；保證了ＭＰＬＳ網路路由具有靈活性的特點；拋棄了複雜的ＡＴＭ信令，無縫地將ＩＰ技術的優點融合到ＡＴＭ的高效硬體轉寄中；ＭＰＬＳ是一種連線導向的傳輸技術，能夠提供有效ＱｏＳ保證；ＭＰＬＳ是一種與鏈路層無關的技術，它同時支援Ｘ．２５、框架轉送、ＡＴＭ、ＤＷＤＭ……，保證了多種網路的互連互連；ＭＰＬＳ支援大規模層次化的網路拓撲結構，具有良好的網路擴充性；ＭＰＬＳ的標籤合并機制支援不同資料流的合并傳輸；ＭＰＬＳ支援流量工程、ＣｏＳ、ＱｏＳ和大規模的虛擬私人網路；

ＭＰＬＳ的優勢：ＭＰＬＳ在定長標籤的嚴格匹配下簡化了轉寄過程，而且這個轉寄的硬體基礎是便宜、成熟的ＡＴＭ交換技術，這大大減少了裝置製造商的研發投資；由於ＭＰＬＳ將路由與分組轉寄從ＩＰ網中分隔開來，這使得在ＭＰＬＳ網中可以通過修正轉寄方法來推動路由技術的演化；新的路由技術可以在不間斷網路啟動並執行情況下直接應用到網路中，而不必改動現有路由器上的轉寄技術ＭＰＬＳ簡化了ＡＴＭ與ＩＰ的整合技術，推動了它們的統一，從而起到平衡使用者在ＡＴＭ和ＩＰ網上的巨大投資，由此減少了網路維護成本和擴充性問題在ＭＰＬＳ網中可以直接使用顯式路由，增強了ＩＰ網路流控和自愈恢複能力，為支援更多的新業務提供了保障；同時ＭＰＬＳ在保證串連可靠性的條件，使得各種新業務可以在基於ＭＰＬＳ的ＩＰ網上實現；ＭＰＬＳ技術進一步促進了網路功能的劃分，它將複雜的交易處理推到網路邊緣去完成，這有利於在一個大的網路中維護ＩＰ協議的擴充性；ＭＰＬＳ網路中標籤堆棧的使用將龐大的路由表變得很小，極大地改善了路由擴充能力；ＭＰＬＳ可用於多種鏈路層技術，最大限度地兼顧了原有的各種技術，保護了現有投資和網路資源，ＭＰＬＳ能夠以無串連方式或顯式路由的方式提供連線導向的業務，這使得ＭＰＬＳ適用於動態遂道技術，並保障資料轉送業務的ＱｏＳ需求，而遂道技術是目前支援ＶＰＮ業務的有效手段，ＱｏＳ的保障是ＩＰ網上實現語音、即時多媒體資訊傳輸的基礎作為綜合平台。

基於各項優勢，ＭＰＬＳ在全世界獲得了比較迅速的發展。２００１年，隨著ＭＰＬＳ技術的初步成熟，各電訊廠商紛紛開始採用ＭＰＬＳ建立或升級其網路。２００２年，中國電信在中國大陸建立其高密度的ＩＰ／ＭＰＬＳ網路。中國電信美國公司則將向在中國有業務的美國公司提供ＭＰＬＳＶＰＮ、通達中國內地各處的專線業務和到ＣＨＩＮＡＮＥＴ的直接ＩＰ接入等業務。２００３年，ＭＰＬＳ技術得到更為廣泛的應用。印度的最大的ＩＮＴＥＲＮＥＲ網路和電子商務供應商Ｓｉｆｙ有限公司，建成了印度最大的ＭＰＬＳ網路，提供安全ＶＰＮ業務並作為串連到美國的ＩＮＴＥＲＮＥＴ網關。２００４年初，美國全國性電訊廠商Ｓｐｒｉｎｔ推出針對企業使用者的ＭＰＬＳ ＶＰＮ業務。同年，中國鐵通ＩＰ骨幹網全面採用ＭＰＬＳ技術進行構架，通過在全國各大城市部署專用ＭＰＬＳ ＶＰＮ路由器（ＰＥ），中國鐵通ＩＰ骨幹網可在全國範圍內提供的ＭＰＬＳ ＶＰＮ 業務。２００４年全球ＭＰＬＳ的業務量超過了５０億美金的規模，並且每年有２０％的增長率。可以預見，隨著業務的創新、應用的推廣今後ＭＰＬＳ將顯示出更為迅速發展速度。

IP的出路——MPLS 

隨著Internet的蓬勃發展,人們對應用也提出了更高的需求。由於Internet缺乏有效流量和網路頻寬管理手段，網路經常會發生擁塞。無法提供服務品質（QoS）保證，使得很多應用如語音和視頻等，對於目前的IP技術來說是力不從心。而新興的多協議標記交換技術(MPLS)有望解決這一問題。

MPLS的工作原理

按照當前的定義，MPLS是基於標記的IP路由選擇方法。這些標記可以被用來代表逐跳式或者顯式路由，並指明服務品質（QoS）、虛擬專網以及影響一種特定類型的流量（或一個特殊使用者的流量）在網路上的傳輸方式的其它各類資訊。

目前，路由協議在一個指定源和目的地之間選擇最短路徑，不論該路徑是否超載。利用顯式路由選擇，服務提供者可以選擇特殊流量所經過的路徑，使流量能夠選擇一條低延遲的路徑。

MPLS協議實現將第三級的包交換轉換成第二級的交換。MPLS可以使用各種第二層的協議，MPLS工作群組到目前為止已經把在框架轉送、ATM和PPP鏈路以及IEEE 802.3區域網路上使用的標記實現了標準化。MPLS在框架轉送和ATM上啟動並執行一個好處是它為這些連線導向的技術帶來了IP的任意連通性。目前MPLS的主要發展方向是在ATM方面。這主要是因為ATM具有很強的流量管理功能，能提供QoS方面的服務，ATM和MPLS技術的結合能充分發揮在流量管理和QoS方面的作用。

標記是用於轉寄資料包的前序。前序的格式取決於網路特性。在路由器網路中，標記是單獨的32位前序。在ATM中，標記置於虛電路標識符/虛通道標識符(VCI/VPI)信元前序。在核心，只解讀標記，而不讀資料包前序。對於MPLS可擴充性非常關鍵的一點是標記只在通訊的兩個裝置之間有意義。

IP包進入網路核心時，邊緣路由器給它分配一個標記。自此，MPLS 裝置就會自始至終查看這些標記資訊，將這些有標記的包交換至其目的地（參見原理圖）。由於路由處理減少，網路的等待時間也就隨之減少，而延展性卻有所增加。

MPLS資料包的服務品質類型可由MPLS邊緣路由器根據IP包的各種參數來決定，如IP的源地址、目的地址、連接埠號碼、TOS值等參數。如對於到達同一目的地的IP包，可根據其TOS值的要求來建立不同的轉寄路徑，以達到其對傳輸品質的要求。同時，通過對特殊路由的管理，還能有效解決網路中的負載平衡和擁塞問題。如當網路中出現擁塞時，MPLS可即時的建立新的轉寄路由來分擔其流量，以緩解網路擁塞。

目前，廠商採用的協議有兩種，一種是基於限制的路由標記分配協議(Constraintbased Routing Label Distribution Protocol,CRLDP)，另一種是資源保留協議（Resource Reservation Protocol，RSVP)。標記分配協議(LDP)在邊沿和核心裝置之間提供通訊，與路由選擇協議，如OSPF、ISIS、EIGRP(增強內部網關路由選擇協議)或BGP等相結合在邊沿和核心裝置之間分配標記，建立標記交換路徑。目前，MPLS工作群組對這兩種方法都使用。雖然選擇常常是件積極的事情，但在解決同一問題有兩個標準,顯然將會帶來嚴重的互通性問題。許多廠商同樣也發現自己肩負著實施兩套協議的擔子。

廠商期待著市場來決定哪種方法將會成功，但過去的經驗證明，使用者常常因為面臨不穩定而延遲採用新的技術。

MPLS的應用

MPLS將協助電訊廠商提供更好的IP 服務。像AT ＆ T、Level 3、MCI WorldCom和UUNET已經開始布署和營銷他們的MPLS網路了。而電訊廠商們也面臨著一個大問題，這就是：是用MPLS簡化他們現存的ATM網路，還是建立沒有ATM的MPLS網路。問題的答案取決於要傳輸什麼類型的資料。包網路用MPLS 結構體系就較好，而語音和位同步資料則用ATM最為理想。

MPLS將會帶來更多的頻寬控制、輸送量保證和虛擬私人網路功能性。在MPLS的網路內，甚至象IP語音這樣的包Voice Messaging Service也會得到改進，因為等待時間縮短了，擁塞控制加強了。總而言之，所有這一切的結果都是為了讓使用者從服務提供者享受到更好的服務。因此，當選擇供應商或評估合約時，要留意對方提供MPLS的情況。

很明顯，MPLS主要是面向服務提供者和電訊廠商。不過，它也擁有將會使企業使用者受益的許多特徵，不論這些企業是使用公用的還是專用的WAN服務。

虛擬私人網路

MPLS對服務提供者具有很大潛在好處的一項應用就是對VPN服務的支援。將MPLS用於VPN是通過使用ATM或框架轉送永久虛擬電路（PVC）或各種形式的隧道來建立VPN，以將客戶的路由器互連起來。

使用MPLS的VPN可以提供基於PVC模式的許多有利條件。客戶可以選擇自己的定址計劃，這些計劃可能會也可能不會與其它客戶或服務提供者的計劃重疊。每個客戶都可以相信，資料只會被發送到該客戶的VPN內的網站上。正因如此，加密常常是不需要的，這點不同於許多隧道方式。不過，和PVC模式不同，MPLS VPN模式隨著網站和客戶的不斷增加可以達到很高的延展性。它也支援一個VPN內的網站中任意兩點之間的通訊模式，而無需安裝一個完整的PVC網格或者在服務提供者網路上將流量往回傳輸。對於每一個MPLS VPN 用戶端，服務提供者的網路似乎提供了一個虛擬專用骨幹網，客戶可以通過它與機構內的其它網站取得聯絡，而不能與任何其它客戶的網站取得聯絡。

從客戶的角度而言，MPLS VPN模式的一個重要有利條件是，在很多情況下，相對於PVC模式，路由選擇可以得到大大簡化。MPLS VPN客戶不是通過一個由許多PVC組成的技術複雜的虛擬骨幹網來管理路由選擇，而是可以使用服務提供者作為通往該公司的所有網站的預設路線。

VPN服務提供者常常需要向客戶提供一系列服務品質（QoS）。MPLS VPN利用新的差異服務技術來支援QoS。這些技術根據各種策略如來源站點點、應用類型等，允許客戶流量在進入供應商網路時被分類。在這個網路內，流量類型由標題位或者由不同的標記來識別，路由器利用它們來確定排隊待遇，並因此確定時延和損失之類的QoS參數。

流量工程

MPLS為服務提供者提供的另一好處是在流量工程領域。流量工程一詞指控制網路中的通訊流的能力，目的在於減少擁塞並充分利用可用的功能。

例如，在所示的這個流量工程例子中，有兩條從路由器C到路由器E的路徑。如果一個路由器選擇了其中一條從C到E的最短路徑，那麼它就會傳送所有預定前往那些通過E可以抵達的網路通訊。因而在該路徑上帶來的流量可能會造成擁塞，而另一條路徑則負載不足。為了最大限度地提高整個網路的效能，將一部分流量從一條鏈路轉移到另一條鏈路也許是可取的辦法。

雖然人們在這個簡單的例子中可以設定C－D－E路徑的成本等於C－F－G－E路徑的成本，但這種負載平衡方法在複雜的拓撲網路中會變得十分麻煩（雖然這種方法不是不可能）。使用MPLS實現的顯示路徑可用作解決這一問題的一種更加簡單和靈活的方式，以便讓一條擁擠的路徑上的一部分流量被轉移到一條不太擁擠的路徑上。

流量工程問題的解決方案即通過各種不同的控制模組建立標記和標記交換路徑。例如，流量控制模組可以建立一條從A 到C到D到E的標記交換路徑，另一條從B到C到F到G到E的路徑。通過定義一些選擇某些資訊包來跟隨這些路徑的策略，可以對網路上的通訊流進行管理。

MPLS今後將會利用基於限制的路由選擇來確定流量工程策略。在這種環境中，只需指定網路的不同點之間預計流動的負載量（一個流量矩陣）,路由選擇系統將會計算出傳送該負載的最佳路徑，並因此確定顯式路徑。

IP與ATM整合

MPLS能夠讓ATM交換器執行IP路由器的幾乎所有的功能。它之所以擁有這一能力，是因為MPLS的轉寄模式——標記交換——與ATM交換器硬體提供的轉寄模式完全相同。傳統的ATM交換器與ATM標記交換器之間的主要差別在於用來建立交換器上的VCI表項的控制軟體。ATM標記交換器使用IP路由選擇協議和標記分配協議（LDP）來建立這樣的戳印金鑰。

一個ATM標記交換器可以同時作為一個傳統的ATM交換器。在這種環境中，交換資源（如VCI空間或頻寬）在傳統的ATM控制面和MPLS控制面之間被劃分。MPLS控制面可以用來提供基於IP的服務，而ATM控制面則提供像電路模擬這樣的面向ATM的服務或者PVC服務。

MPLS是一項能夠為服務提供者實現許多新的服務的通用技術。它帶來了一種利用QoS（包括內部網和外部網）來提供虛擬專網服務的靈活方法，這樣為服務提供者提供了良好的延展性，允許使用各種QoS，並減少了VPN客戶的管理負擔。MPLS的流量工程特徵作為一種管理路由網路的流量和鏈路利用率的方式是很有用的。最後，作為一種整合ATM和IP技術的方法，它對希望使用ATM骨幹網來建立一個多服務網路的供應商來說是有利的。

Cisco

Cisco已向服務提供者和大型商業網路推出了多款提供標籤交換（Tag Switching）技術的產品。當前的產品具備以下兩種準系統：

1. 與一種IGP協議——如Open Shortest Path First（OSPF）——相結合，使用標籤分配協議（TDP），實施基於目的地的單播路由的能力；
2. 流量工程能力，平衡流量負載，以便更好地利用骨幹網中的所有鏈路。

當前的MPLS產品

MPLS網路的邊緣和中心都可以使用Cisco的MPLS產品：邊緣裝置，或者說邊緣交換路由器（Edge LSR）是一種全功能的第三層裝置，而中心裝置，即標記交換路由器（LSR），則可以是第二層交換器或第三層路由器。

Cisco公司將會不斷增加MPLS功能，如建立無需隧道和加密的、高度可伸縮的虛擬私人網路（VPN），提供服務等級（CoS）功能，從而，服務商可以向不同種類的業務提供優先等級，甚至是在VPN內。基於約束的路由能力還將增強流量工程功能，使網路管理員能夠最佳化骨幹網上POP間流量的路由，同時自動化佈建隧道和將流量映射到隧道。

Lucent

朗訊科技公司已推出了基於MPLS技術的產品IP Navigator。IP Navigator 與B－STDX、CBX 500和GX 550 交換器可構建多業務解決方案，除提供ATM、框架轉送業務和傳統的IP業務外，還可提供基於IP具有服務品質保證的服務。

1.提供具有絕對服務品質的Voice Over IP服務

IP Navigator具有絕對服務品質功能(Absolute QoS)，即能建立端到端的滿足Voice Messaging Service品質的串連。使用朗訊科技公司的MultiVoice網關和IP Navigator能建成具有絕對服務品質的Voice Over IP服務網路。MultiVoice網關在PSTN和基於IP的網路之間提供一個介面，使語音電話能進出IP網路。當語音訊號經過MultiVoice網關後轉換成VoIP分組語音流。MultiVoice網關將語音分組中的服務類型(ToS)位元組設定為特定值，向IP Navigator 說明IP資料包為語音分組。IP Navigator接收到語音分組後，看信源和信宿之間是否存在一條交換虛電路(SVC)，如果信源和信宿之間已存在一個SVC，則通過該SVC自動傳送分組。如果SVC不存在，IP Navigator 會根據要求，使用端到端的符合語音傳輸品質要求的串連，為語音分組提供低時延、低抖動的傳輸通路，從而保證語音的服務品質。由於採用ATM作為網路基礎，能提供大規模的話音通訊，適合於組建大規模的語音通訊網路。

2.基於IP的VPN業務

IP Navigator的VPN技術能夠在一個MPLS的網路上同時提供多個VPN網路，支援多種應用，如區域網路的遠程接入、企業網的互聯及Internet的應用等。

IP Navigator的VPN功能對每一個VPN使用者指派一個路由網域和一個ID號。每個VPN使用者可有自己獨立的路由協議、路由表。不同的VPN使用者使用的IP地址可以重疊，這樣使用者在通過IP Navigator互聯時，可以不改變其IP地址規劃。IP Navigator 支援的路由協議包括BGP－4、OSPF、RIP－2以及其他的路由協議。IP Navigator在VPN上採取了安全措施，保證不同的VPN之間不能建立起IP串連，相當於從物理上將兩個網路隔離開。IP Navigator利用ATM網路的QoS服務機制保證對VPN使用者的頻寬、傳輸品質、時延等服務品質。IP Navigator通過使用者代理程式網關提供使用者VPN的管理，便於使用者即時的獲得全面的配置、效能和故障資訊

Marconi

(原FORE系統公司)

長期以來Marconi通訊(FORE系統公司)在MPLS技術的發展中起到了至關重要的作用,對MPLS技術提供了全面支援。

1. 在一個裝置（譬如ASX－4000 骨幹交換器)中讓MPLS同時提供對ATM、POS（Packet over SDH)、DWDM和乙太網路的支援，實現IP端到端的連線導向。而且在串連上充分利用Marconi的特色技術，這些特色包括TE（流量工程）、TM（流量管理）、CR（容量感知型路由選擇）和QoS（服務品質）。
2. 在一個控制面內實現連線導向的鏈路層（COLL）。過去的IP和ATM融合技術需要兩套控制面協議，現在Marconi的MPLS技術只需要一個控制面就可以實現完善的COLL（Connection Oriented Link Layer）。
3. 提供“午夜航船”工作模式。Marconi的裝置能在同一種物理連接埠上提供ATM和IP兩種控制面功能，使同一種物理網路同時支撐多種控制機制，實現ATM和MPLS之間的平滑過渡。
4. 提供支撐MPLS的高速智能化的硬體平台。Marconi的標記交換硬體提供基於串連和串連組以及連接埠和連接埠組的排隊、緩衝、調度和整形功能。保證MPLS軟體和硬體實現首選。
5. 按照使用者需求靈活升級。Marconi提供純ATM工作模式、純IP工作模式和MPLS工作模式，並且能實現這些模式的並存和切換。而且所有這些都是採用軟體升級實現的。
6. 提供大型隧道或串連分層結構。Marconi的MPLS提供靈活的標記堆棧機制，支援多級虛擬串連和多級VPN，即多級虛擬串連嵌套和VPN嵌套。
7. 解決N2的IP鄰接問題。Marconi的MPLS採用IGP（Interior Gateway Protocol）提供直接的IP鄰接，避免了耗時、費力的路由更新問題。
8. 簡化IP查表過程。Marconi的全線MPLS產品保證只在串連的出入端裝置進行IP查表、轉寄和分類，大大提高了網路的效率。
9. 支援連線導向資料流的合并功能。

   Marconi通訊(FORE系統公司)的MPLS不僅具有IETF標準要求的一切功能，而且其在實現上也十分靈活，安全，可靠。

多協議標記交換的工作原理：

Internet工程任務小組提出的MPLS規範將ATM的可靠性、交付機制和QoS效能置於大型IP網路。MPLS為多供應商環境中的可靠和快速的IP包交付定義由標記驅動的串連。

1. 將IP包傳送至MPLS裝置
   
2. MPLS裝置為包定義最佳線路，並在WAN上進行傳送。同時，它還給每個包貼上MPLS標記。在WAN上的每一跳，路由器或交換器只查看MPLS標記並將包繼續轉寄下去。
   
3. MPLS裝置將包轉至另一個合適的目的地，或將包重新貼上標記後傳遞至新的目的地