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解析MPLS技术:融合路由器和ATM交换机

时间:2006-01-23 来源: 作者: 点击:
在IPOA技术的发展过程中,陆续出现了CIPOA(经典IPOA,即ATM上的传统lP)、LANE(局域网仿真)、MPOA(ATM上的多协议传输)、IP交换、CSR(信元交换路由器技术)、ARIS(集成IP交换技术)、TapSwitching(标签交换技术)、MPLS等技术。 这些IPOA技术可以分为两类,即重
  

  在IPOA技术的发展过程中,陆续出现了CIPOA(经典IPOA,即ATM上的传统lP)、LANE(局域网仿真)、MPOA(ATM上的多协议传输)、IP交换、CSR(信元交换路由器技术)、ARIS(集成IP交换技术)、TapSwitching(标签交换技术)、MPLS等技术。 这些IPOA技术可以分为两类,即重叠模型和集成模型。

  集成模式既采用MPLS技术作为解决方案。MPLS是一种新的网络标准,此项技术已得到了广泛的认可。提出这种技术的出发点是把路由器和ATM交换机融为一体,从而提高IP包的传送速度,简化网络,并作为L3Switching(三层交换)技术的国际标准。

  MPLS网络由标记边缘路由器(LER)和标记交换路由器(LSR)组成(如图1所示)。在LSR内,MPLS控制模块以IP功能为中心,转发模块基于标记交换算法,并通过标记分发协议(LDP)在节点间完成标记信息以及相关信令的发送。LDP信令以及标记绑定信息只在MPLS相邻节点间传递。LSR之间或LSR与LER之间依然需要运行标准的路由协议,并由此来获得拓扑信息。通过这些信息LSR可以明确选取报文的下一跳并可最终建立特定的标记交换路径(LSP)。MPLS使用控制驱动模型,即基于拓扑驱动方式对用于建立LSP的标记绑定信息的分配及转发进行初始化。LSP属于单向传输路径,因而全双工业务需要两条LSP,每条LSP负责一个方向上的业务。

  

  MPLS网络图

  一个数据在具有MPLS功能的网络中传递可由以下四步完成。

  第一步:网络可自动生成路由表,因为路由器或ATM交换机可参与内部网关协议如OSPF/ISIS信息交换。LDP使用路由表中的信息去建立相邻设备的标记值,这个标准创建了LSP,预先设置了与最终目的地之间的对应关系,不象ATM永久虚电路,需要人工设置VPI/VCI,MPLS的标记是自动分配的。

  第二步:一个数据包进入边缘LER时,它会被处理,决定需要哪种第三层的业务,如QoS和带宽管理。基于路由和策略的需求,边缘LER有选择地放入一个标记到数据包头中,然后转发。

  第三步:位于网络核心的LSR读每一个数据包的标记,并根据交换表替换一个新的,这个动作将会在所有中心设备中重复。

  第四步:在出口边缘的LER,除去标记,读数据包头,将其转发到最终目的地。

  MPLS将IP路由和ATM交换技术紧密结合,既实现了路由器的智能,又利用了ATM交换机的高效硬件交换。ATM与IP的完美结合可以比任何一项单独技术更优越。

  MPLS技术可以提高路由器的转发能力,从而提高整个IP网络的性能,并且只需在用户现有的路由器上进行软件升级,即可以完全支持MPLS技术,从而可以保证用户原有的投资。

  MPLS解决方案,给ATM网络提供了智能的IP应用服务,这是与ATM/FR的传输业务有区别的。相比,IP-OVER-ATM的解决方案,将IP数据流和ATM数据流作同等处理,限制了实现端到端IP服务的能力。MPLS使业务提供商通过利用IP和ATM的属性,维持目前ATM和FR业务的营业额。同时,在同一网络上,提供商业IP服务,如Internet和ExtranetVPN来增加产值和利润。

  MPLS只是多业务ATM网络的一项技术,网络运营商仍旧可以提供现存的FR,语音和多业务的ATM传输业务。通过IP+ATM平台,多种网络业务如IP、FR和ATM可以利用虚拟交换端口(VSI)技术通过一个单一网络支持。VSI是多业务论坛(MSF)的新标准,用于将二层交换与三层控制分开进行模快化设计,提高交换机的灵活性以及可扩展性。虚拟交换端口(VSI)这种机制可以明确控制分配给每种服务的网络资源,因此每一个虚拟网络彼此独立。VSI可同时支持MPLS和PNNI以及其他控制平台,因为它允许在同一个IP+ATM交换机上同时运行不同的协议栈。

  没有MPLS,IP经由ATM的传输就需要一个复杂的协议翻译过程,要把IP地址路由对应于ATM地址和路由,放入到ATM交换表中。在这种情况下,ATM网络需要PNNI路由协议、ATM地址解析协议(ATMARP)将IP网段映射到ATM网段中,然后通过NHRP实现网间路由。相反,MPLS省略了把IP地址和路由映射到ATM交换表上的复杂性,MPLS标记交换与ATM交换机交换信元机制相同。

  通过MPLS,IP unicast和multicast信息与现有ATM体系相集成,使得服务提供商不但可以提供IP服务给用户,而且为日益扩大的Internet带来好处:通过将IP的优先级别与ATM交换机中的不同服务等级队列相映射,为用户提供端对端的QoS;每个MPLS优先级别的带宽分配都是可以任意调节的;通过Opticlass的带宽预定和分配功能满足用户对带宽,优先级别和时延的不同要求。

  同时,TrafficEngineering功能使得服务提供商能够根据Traffic的要求来分配和调整带宽以及提供诸如VPN(虚拟专网)等增值服务。MPLS丰富、强大的功能让服务提供商在建立自己大型、可扩展业务服务网络的同时,更具备了强大的市场竞争力。

  MPLS具有较强的可扩展性。传统的IP与ATM的结合是依靠中间层的翻译。这种方式带来了一系列的后果,如虚电路“N的平方”问题等等。而MPLS有效地解决了这一系列的问题,使ATM的可扩展性得到了提高。

  MPLS主要采用以下方式解决IP与ATM结合时所带来的可扩展性问题:

  VC合并:为了减少虚电路的数量,降低系统的开销,采用了一种VCMerge的技术。它可以将多个虚电路压缩到一组,共同使用一个标记。这样这一组的虚电路实现上就只相当于一个虚电路。

  支持CIDR:EdgeLSR和LabelSwitchingController都支持标准的IP路由协议,如用于INTERNET骨干网上的BGP4及多数电信运营商所采用的内部路由协议, OSPF、IS-IS等标准的IP路由协议都支持定义于RFC1519的CIDR(Classless Inter-Domain Routing)。

  CIDR的主要功能表现在:在路由表中降低C类网段的总数,因此,在今天的国际互连网的主干网中,总共只有600,000个网段,而不是2,000,000个网段。由于路由表的总数降低,使得路由器查询的速度急剧提高,也降低了路由器对Memory及CPU的要求。此项功能由标志路由器来完成,由于CIDR的功能,使标志交换机需建立的LVC总数大大减少。

  支持IPCoS(ClassofService):MPLS提供与IP CoS(Class of Service)的互通,使得电信运营商能够更有扩展性的提供不同等级的CoS给一般大众;而对优先客户,则提供与RSVP的互通,或经由Traffic Engineering提供特定的QoS。因此,TVC的总数也会有相当程度的降低。

  避免端到端的重新路由(Rerouting):每个交换都有第三层的智能,能重新选择路径进行连接。因此,即使是主干网发生故障后,服务也不会被中断。当中间的某个路线出现故障时,系统不是像以往那样重新建链(这需要很长的时间),而是采用重新选择路径的迂回方法。这就不仅提高了可连接性,还使系统的开销降至最低。传统IP技术下,IP的地址空间很大,索引、查找还均无法实现硬件化。这就会大大降低网络的速度。而ATM的好处是用了标记和虚电路之后,使用标记来索引避免了在路由表中的漫长的查找。因此,它就会允许IP直接驱动硬件,实现超高速的查询索引。这样就无需信元化处理,因此省掉了大型路由器中的信元缓冲器,节省了开支。

  另外,MPLS还支持IPVPN业务,这将是电信运营商的业务增长点。

  对于新加的IP商业服务,MPLS最显著的益处在于能够分配标记,这有非常特殊的意义,不同的标记可以区分路由信息、应用类型和业务级别。MPLS标记类似于中心设备中预先计算好的交换表,并含有第三层信息,允许每个交换机自动将每个数据包赋与正确的IP服务,表是预先计算的,因此没有必要在每一跳都重新处理数据包,这样不仅仅使数据流量分类成为可能,例如将best-effort数据流与基于重要任务的数据流分开,还可提供高扩展性。

  MPLS减少了数据转发分析IP包头的时间,因为它使用了标记交换的机制,标记只受本地局限,因此,用尽标记的可能性几乎没有,这种特性是实施IP增值服务的基础,如QoS、VPNTracfficEngineering。

  综上所述,MPLS集成了IP与ATM技术各自的优势,采用三层路由机制与LDP结合的方式建立路由表以及前传表,采用二层ATM技术进行快速交换,为新一代电信网络提供了优越的技术基础,既可以完成三层的灵活性、可扩展性,又可以完成二层的快速交换、流量管理、安全性以及QoS的保障机制。MPLS已被证明是大型网络可扩展性的最佳解决方案。

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