多协议标志交换（MPLS）技术的分析及应用

南京信息职业技术学院通信学院　聂睿瑞



多协议标志交换（MPLS）技术的分析及应用

南京信息职业技术学院通信学院聂睿瑞

【摘要】MPLS是一种可以在多种第二层媒质上进行标记交换，提高网络节点的速率和服务质量的网络技术。本文对其标记交换过程进行了分析。并根据MPLS的技术优势，列举其在通信网络，尤其是在构建核心网络中的应用。

【关键词】MPLS；标记交换；技术应用

0　引言

随着Internet的不断发展，传输的信息由文件传送、电子邮件等文字信息向以www为代表的图形、图像、动画等多媒体信息转变，这对网络带宽、传输速率、服务质量提出了更高要求。光纤技术的革命，尤其是WDM／DWDM的发展，为网络传输带宽带来了长足发展，而网络节点和服务质量始终是现代通信网的潜在瓶颈。因此，如何提高网络节点的速率和服务质量，以适应大规模网络发展，已成为业界关心的焦点。在现有技术中，二层交换和三层交换解决了数据交换问题，但它们都不能较好的平衡转发效率和网络流量的问题。而结合IP和ATM技术的多协议标记交换(MPLS)能够综合处理这个问题。

1　MPLS技术分析

MPLS是一种可以在多个第二层媒质上进行标记交换的网络技术。MPLS技术根据二层交换和三层路由的特点，将二层基础设施和三层路由有机的结合起来。在MPLS的网络边缘实施第三层的路由，并在网络核心采用了二层交换。它通过在各个节点的标签交换实现了包的转发。在不改变现有路由协议的基础上，能够在多种第二层的物理媒质上进行实施。通过MPLS，第二层技术可以很好的补充第三层的路由，充分利用第二层良好的流量管理设计和第三层“逐跳寻径（HBH)”灵活性路由，从而实现端到端的QoS保证[1]。

标记交换过程大概分为4个步骤：

(1)根据标记分配协议(LDP)以及传统路由协议(OSPF)等，在各LSR 中建立标记交换转发表和路由表；

(2)入口处为分组添加标记：LER接受IP包，完成第三层功能，判定数据分组所属的FEC，根据数据流的目的地信息等把数据流分组头和固定长度的标记进行对应。这样就给IP包加上标记形成了MPLS标记组；

(3)LSP上的标记交换：在MPLS域内的网络转发过程中，不再进行任何第三层处理。在每一跳中，LSR剥离现有的标记，将一个新的标记应用于该分组，并告诉下一跳如何转发它。通过从标记建立起来的从网络入口到网络出口的路径就是LSP；

(4)出口处为分组剥除标记：在MPLS出口的LSR上，将分组中的标记去掉后继续进行转发。

MPLS利用事先分配好的标签，为报文建立了一条标签转发通道。经过通道中的每一台设备时，只需要一次查找即可进行快速的标签交换。由此可以看出，MPLS标签转发具有更高的数据转发效率[2]。

因此，MPLS和目前常用的其它网络设计技术相比，优势十分明显，特别是在构建核心网络时，例如公司的骨干网、ISP网络等[3]。

2　MPLS技术的应用前景

MPLS技术能够应用于网络流量工程、QoS保证、VPN、负载均衡、阻止循环、链路自愈与恢复、MPLS组播等方面[4]。

2.1在网络流量工程上的应用

网络流量工程的关键在于能够高效利用网络资源以及提高网络性能。使用MPLS技术，可以实现对营运网络的实时流量检测和资源动态控制。MPLS有两种路由选择机制，逐段转接(hop-by-hop)和显式路由(explicit routing)。其中逐段转接是一种传统路由选择机制，每个段上的LSR决定了下一跳的路由。而显式路由机制是通过对网络中的骨干节点，或是出入节点设置一套中继流量参数来计算显示路径，并且通过显示路径建立LSP。LSP子序列的路径使用第一次交换时选择的路径，由LSP进行流量的分配。

MPLS技术实现的网络流量工程，能统计和监测网络中的数据流量。各个分组不限于按目的地址转发，可采用手动配置或者依据相关协议自动改变转发路径。当网络中某条链路资源发生拥塞时，便自动的把数据包切换到其它相对空闲的链路上。

2.2在VPN领域的应用

VPN是一种虚拟专网技术，它通过公共网络将不在相同地点的异地网点实现互联。通常分为Dialing-VPN和LAN-to-LAN-VPN两种。MPLS技术常应用于LAN-to-LAN-VPN中。在基于MPLS技术的VPN中，每一个VPN都被指定了一个路由区分符(RD)，它是一个8字节数值，全局惟一。在该类型网络的每一节点路由转发表(VRF)中，包含了由RD以及用户私有IP地址组合而成的VPN-IP地址，它对应着网络中的某一节点。VPN流一般在MPLS规定的ISP中进行传输。在MPIS网络中，BGP／MPLS VPN是现在较为常见的MPLS技术和边缘网关协议(BGP)相结合的应用案例。将MPLS作为通道实现报文的透明传输，使用BGP来传送LDP消息，能够避免VPN的相关信息向其他成员泄漏，有效提高了MPLS网络安全性能。

2.3在QoS保证中的应用

MPLS可以把第三层的数据包映射到面向连接的第二层里进行传输，而二层的传输协议在技术上支持了QoS的实施。MPLS为数据流定义了不同的粒度，并通过区分服务或者资源预留协议来实现QoS，这样就可以满足各种业务的不同服务质量要求。

在这种类型的网络中，一旦数据包进入了MPLS域，MPLS会分析IP头部，把IP包所含信息划分不同服务等级。IP包经过分类后，将IP QoS映射为MPLS标签中的QoS域，以流量参数的形式打包在建立LSP的申请消息中，LSR收到申请消息后会为不同的业务预留相应的资源。ATM网络具有较好的QoS，把MPLS和ATM进行结合，在ATMLSR网络中，MPLS通道可以直接映射到某条ATM的虚电路上。那么，MPLS标记中的QoS信息域就能明确指出需要的是固定比特率(CBR)虚电路或是可变比特率(VBR)虚电路。因此，不论网络的核心层是ATM或是IP，不论MPLS在ATM或是路由器中实施，QoS都可以得到有效保证。

2.4在IP电信网方面的应用

中国铁通公司的IP骨干网采用了MPLS技术进行构架。该网使用Cisco公司的12000系列和7000系列的高端路由器组建。铁通公司在全国各大中城市部署了专用的MPLS VPN路由器，其IP骨干网可以在全国范围内提供相应业务。这样的网络结构布置可以更为方便执行演进策略，铁通公司能够根据客户需求和公司计划逐步推进VPN业务。尽管未来会需要更新软件版本以支持更多的MPLS VPN功能，但通过使用专用的VPN路由器，可使软件更新不影响网络中的其它路由器。

图1　基于MPLS技术的电信网

所有MPLS VPN网络中的PE路由器都运行IBGP以交换VPN的信息，包含有VPN-IP地址、下一跳和标记、路由目标等。因此所有PE间需通过路由反射技术进行全网状IBGP连接。中国铁通公司的IP骨干网采用了专用的VPNRR，该方式具有以下优势：

(1)仅PE必须和VPN-RR对应，使得VPN-RR的扩展性更好。

(2)骨干网的拓扑结构变化对VPN-RR无影响，而且VPN内部需求的改变也不会对骨干网中的RR产生影响。

(3)VPN-RR的配置具有很好的灵活性，在MPLS VPN的发展初期，只需要少量的VPN-RR。当网络发展到非常大的规模时，则采用多RR组，各RR组仅对某个特定的MPLS VPN组进行服务。

3　结语

MPLS技术使得网络运营商在现有通信网络基础上，无需大规模增加投资，便能优化网络性能、提升网络资源利用率以及网络服务质量。采用MPLS技术实现的VPN网络可以满足大部分企事业单位的远程办公本地化，可以满足通信网络中语音、数据和视频的个性化。MPLS技术对通信网络的发展具有十分重要的意义。

参考文献

[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.