殷國(guó)恒

（民航中南空管局通信網(wǎng)絡(luò)中心，廣東廣州，510405）

0　引言

多協(xié)議標(biāo)簽交換，英文全稱為MultiProtocol Label Switching，是最近幾年出現(xiàn)的一種利用第二層交換能力提高第三層路由轉(zhuǎn)發(fā)速度的新技術(shù)。MPLS技術(shù)為提升Internet網(wǎng)絡(luò)的承載能力和管理能力等提供了很好的解決方案，有效地提升了信息系統(tǒng)的處理能力，其可以簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的IP over ATM中復(fù)雜的疊加模式，實(shí)現(xiàn)了IP系統(tǒng)與ATM系統(tǒng)的無(wú)縫融合。同時(shí)，MPLS也為Internet業(yè)務(wù)量工程以及虛擬專用網(wǎng)絡(luò)等提供了更加有效的工具。因此本文重點(diǎn)針對(duì)MPLS系統(tǒng)中的層次化標(biāo)簽交換和標(biāo)簽合并兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)分析。

1　MPLS體系結(jié)構(gòu)

一般來(lái)說(shuō)，MPLS協(xié)議層所完成的功能在OSI系統(tǒng)中沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的位置，因此同行將MPLS協(xié)議層描述為處于2.5層的一個(gè)協(xié)議類型，位于網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層之間。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)都是通過(guò)硬件接收層—軟件層路由—硬件層轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)完成的，而MPLS通過(guò)特定的機(jī)制將網(wǎng)絡(luò)層的轉(zhuǎn)發(fā)路徑完整的映射到了數(shù)據(jù)鏈路層的交換路徑中，從而簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)。MPLS完成這種映射的先決條件是事先在每個(gè)IP數(shù)據(jù)分組前添加一個(gè)標(biāo)簽，然后在經(jīng)過(guò)的路由器中建立對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽信息表，然后在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中就直接根據(jù)標(biāo)簽和標(biāo)簽信息表中的數(shù)據(jù)即可進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而不需要通過(guò)中間路由器的查詢即可完成。MPLS中的一個(gè)重要的組成部分就是標(biāo)簽，每一個(gè)標(biāo)簽規(guī)定長(zhǎng)度為20bits，加上4bits的附加比特和8bites的TTL，一起構(gòu)成32bites的Shim Header。

2　MPLS中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1　層次化標(biāo)簽交換

MPLS中的層次化標(biāo)簽交換是通過(guò)Label Stack來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些Label Stack以先進(jìn)后出的堆棧形式進(jìn)行組織，就稱為L(zhǎng)abel棧。在IP網(wǎng)絡(luò)中為了解決網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性問(wèn)題引入了網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)，整個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)由各個(gè)自治域組成，在自治域內(nèi)又分為不同的區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)分層后通過(guò)不同層次間的路由匯聚可以大大減小路由表的表象，從而使得在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大以后路由表仍然能夠保持一個(gè)合理的大小。在網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)路由匯聚機(jī)制中，底層網(wǎng)絡(luò)的具體路由信息在高層網(wǎng)絡(luò)中被掩蓋了。同時(shí)同層內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)路由信息只會(huì)在一個(gè)區(qū)域內(nèi)交換傳遞，不會(huì)擴(kuò)散到其它區(qū)域中去。這樣就只能在同層同區(qū)域的LSP 之間建立，不能建立同層不同區(qū)域內(nèi)LSR間的LSP。因此，在MPLS中建立完全只在第二層交換的端到端的LSP有很大的困難，在網(wǎng)絡(luò)層次和區(qū)域的邊緣，數(shù)據(jù)分組總是要回到第三層做傳統(tǒng)的路由轉(zhuǎn)發(fā)。這個(gè)局限性使得第二層交換的優(yōu)勢(shì)還不能夠充分地發(fā)揮對(duì)于一些特定業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流，對(duì)LSP的要求可能很高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)可能有很強(qiáng)的敏感性，傳送這些業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)分組時(shí)，一條端到端的完全由第二層交換完成的高效LSP就很有必要建立。另外，為減輕邊緣MPLS第三層路由的負(fù)擔(dān)，建立一定數(shù)量的穿越邊緣LSP的LSP也是值得考慮的。為解決這樣的問(wèn)題可以通過(guò)路由注入的方法，即將區(qū)域外的路由信息傳遞到區(qū)域的內(nèi)部來(lái)。如將Area2中162.105.1的路由信息傳遞到Area1中，并建立相應(yīng)表項(xiàng)，Area1與Area2間就可以以某種方式建立起端到端的LSP。但這種方法違背了層次化網(wǎng)絡(luò)減少路由信息的原則，同時(shí)也缺少相應(yīng)的建立機(jī)制，增加了協(xié)議設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。如何在保證業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量與降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度之間獲得平衡是個(gè)非常重要的問(wèn)題，同時(shí)也是比較難以解決的。由于MPLS Hierarchy與Routing Hierarchy之間的關(guān)系比較復(fù)雜，導(dǎo)致在網(wǎng)絡(luò)中難以獲得一致的MPLS Hierarchy的配置。一個(gè)可能的方案是將一個(gè)MPLS域局限在一個(gè)IP路由區(qū)域內(nèi)。這樣的好處是能與目前已有的協(xié)議體系較好地適應(yīng)，能獲得較多廠商的支持。

2.2　標(biāo)簽合并

MPLS中實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽交換的辦法就是在每個(gè)LSR中建立標(biāo)簽交換表，每個(gè)表項(xiàng)都包括有入口標(biāo)簽和出口標(biāo)簽等基本信息。一般情況下，入口和出口標(biāo)簽應(yīng)該是一一對(duì)應(yīng)的。但在某些情況下將會(huì)出現(xiàn)在標(biāo)簽交換表中入口標(biāo)簽多于出口標(biāo)簽，如上游LSR的Label Granularity出于本地LSR的Label Granularity，或者由于硬件限制，需要為同一FEC在不同網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)布不同的入口Label。這些都造成一個(gè)FEC的入口Label多于出口Label。標(biāo)簽交換表將變?yōu)橄旅嫘问健?/p>

如果一個(gè)LSR能夠?qū)⒍鄠€(gè)入口Label映射到單一的出口Label，則稱該Label具有Label Merging的能力。根據(jù)這一點(diǎn)可以將LSR分為Non-Merging LSR和Merging LSR。Merging LSR在標(biāo)簽交換表中表現(xiàn)為多對(duì)一的標(biāo)簽交換，在網(wǎng)絡(luò)中則體現(xiàn)為L(zhǎng)SR的合并。LSR能夠有效合并是LSR解決平方問(wèn)題的根本，也是LSR保證可擴(kuò)展性的關(guān)鍵。Non網(wǎng)絡(luò)中LSR的合并需要靠Label來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于專用的Label容易實(shí)現(xiàn)。對(duì)于采用軟件升級(jí)的Non-Merging LSR存在信元交織的問(wèn)題。解決信元交織問(wèn)題的方案有Merging和Merging但實(shí)現(xiàn)上兩者還各有不同的問(wèn)題需要解決。前者是硬件上具有復(fù)雜度，后者是協(xié)議上具有復(fù)雜度。因此目前VR Merging體系結(jié)構(gòu)中權(quán)衡選擇的結(jié)果是最好兩者都支持，這意味著每LSR需要知道相鄰FEC采用的是何種Merging LSR方式，從而采取不同的標(biāo)簽分配和交換方式。在簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)多對(duì)一的時(shí)侯會(huì)出現(xiàn)信元交織ATM-LSR的問(wèn)題。如圖1，三個(gè)V1數(shù)據(jù)包ATM-LSR在ATM-LSR網(wǎng)絡(luò)中被拆分成信元，分別被加以不同的標(biāo)簽（即Merging LSR）發(fā)往ATM-LSR。在ATM-LSR處決定要將Non-Merging三個(gè)Non合并，于是ATM-LSR經(jīng)過(guò)交換后都變?yōu)锳TM-LSR作為出口標(biāo)簽。在經(jīng)過(guò)后， 屬于不同LSR;: 的信元將不再是次序排列，而是以一種隨機(jī)的次序排列，如Merging LSR的信元中夾有MERGING的信元。這樣，在最終某個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要將LSR信元恢復(fù)成ATM-LSR時(shí)，恢復(fù)的數(shù)據(jù)包將會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)丟失的情況。這種錯(cuò)誤就是因?yàn)榘l(fā)生了信元交織所引起的。

圖1　層次化的標(biāo)簽交換

3　結(jié)束語(yǔ)

本文系統(tǒng)分析了MPLS中的結(jié)構(gòu)性能與工作機(jī)理，并著重介紹了兩種基于MPLS的關(guān)鍵技術(shù)類型，即層次化標(biāo)簽交換和標(biāo)簽合并。分析結(jié)果指出，這兩個(gè)技術(shù)系統(tǒng)對(duì)于構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定的MPLS系統(tǒng)具有重要的意義，但是也存在諸多問(wèn)題亟待解決。為此，相關(guān)行業(yè)的從業(yè)人員有必要針對(duì)具體情況和實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行深層次的挖掘和研究，并構(gòu)建一個(gè)相對(duì)完整的網(wǎng)絡(luò)。