网络多协议标记交换技术探析

Ｎｏ．１，２００６　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＨＡＮＧＣＨＵＮ　ＦＩＮＡＮＣＥ　ＣＯＬＬＥＧＥ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ８３　．网络多协议标记交换技术探析　刘智勇，殷树友　（长春金融高等专科学校计算机系，吉林长春１３００２２）　［摘要］　多协议标记交换（ＭＰＬｓ）通过在传统的ＩＰ包里加入标记，使原来依赖于ＩＰ头标分析的路由转　发转变为依赖于标记的转发，这不仅可以大大地提高ＩＰ包的转发速度，更可使传统ＩＰ网络具有服务质量管　理（ＱｏＳ）￣能力。　（关键词］标记；服务质量；信令；ＭＰＬＳ　［中图分类号】ＴＮ９１５．０４　［文献标识码］Ａ　［文章编号】１６７１．６６７１（２００５）０１．００７８．０４　一、引言　（１）服务水平（ＱｏＳ）保证。如：语音需要低的延　网络在今天已取得了惊人的发展。在过去的二　迟和小的时延变化，视频需要很高的带宽等。　十多年中，传统的以ＩＰ包转发为基础的机制以其良　（２）流量工程（Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）能力。从网　好的统一性、兼容性已确立了无可撼动的地位。ＩＰ　络管理者的角度看，他总是要使网络资源尽可能地　融合了各种不同的物理网络，并以尽力传送，服务不　被利用。因而，如何使网络流量均衡地在网络中分　分等级的转发，保证了网络资源的充分利用。在带　布，而不是总是沿着传统的ＯＳＰＦ最短路径（容易造　宽资源紧张，主要以数据传输为中心的时代，这无疑　成网络部分拥塞，部分却利用不足），是下一代网络　是成功的。　必须要解决的问题之一。　然而，在二十多年后的今天，无论是网络的基础　（３）对虚拟私有网（ＶＰＮ）的支持。ＶＰＮ是正在　下部结构通信，还是上部推动力消费需求，都已发生　兴起的应用。ＶＰＮ允许客户通过公共网络，组成一　了很大的变化。从通信技术的发展看，目前的主干　个私有局域网，而不受地域的限制。服务提供商们　网络达到了每秒几十个Ｇ比特的速度，带宽瓶颈已　保证这个私有网内传送的质量及传送的安全保密。　得到了很大的缓解，已有能力提供更好的服务；从客　支持以上３种技术要求一个网络是基于限制　户角度看，用户对网络的需求已不仅仅限于数据，而　（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｂａｓｅｄ）的，并且支持确定路由（ｅｘｐｌｉｃｉｔ　ｒＯ１．１－　是进一步上升为语音、视频等的传送。用户对传送　ｔｅ）。基于限制的特征使网络能够为一个连接保留带　的可靠性、时延、时延变化等传输质量有了更明确的　宽等资源，从而保证传输质量。支持确定路由意味　要求；从网络服务商的角度看，提供高层次的服务，　着网络具有按照预先确定的路径建立真正的传输路　推出新的业务（如ＶＰＮ等）以开发高层次用户的消　径的能力。这保证了网络具有流量工程的能力。　费，也是开发新的利润点的来源。所有这些因素，都　二、ＭＰＬＳ介绍　说明传统的ＩＰ网络已不太适应时代的要求，都推动　ＭＰＬＳ（Ｍｕｌｔｉｐ．ｒｏｔｏｃｏｌ　Ｌａｂｅｌ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）是２０世　了下一代网络的发展。作为下一代网络，对以下技　纪９０年代末出现的网络技术。名称中的多协议是　术的支持是必不可少的：　指该协议支持多种协议的传送，标记交换是指该系　（收稿日期】２０ｏ６＿　３一ｌＯ　（作者简介】刘智勇（１９７４一）。男，吉林长春人，长春金融高等专科学校计算机系讲师。　一７８—　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６第１期　长春金融高等专科学校学报　总第８３期　统的转发依赖于标记。标记是一个长３２　ｂ，其位置　和值依赖于具体的物理网络的不同而不同的值，目　前，对标记的位置和值有３种不同的规定：　想其实是将包转发过程中所需的复杂的信息（ＱｏＳ，　路由等）映射到—个简单的可自由分配的标记中，即：　（Ｌａｙｅｒ２ＩＤ；Ｌａｙｅｒ３ＩＤ；ＱｏＳ）Ｌａｂｌｅ　ＭＰＬＳ利用该标记的　（１）在ＡＴＭ网络中，标记的值是ＡＴＭ的ＶＣＩ／　简单性，实现转发的快捷性；利用标记对ＱｏＳ的映　ＶＰＩ，其位置位于ＩＰ包的第二层地址。　（２）在帧中继中，值是ＤＬＣＩ，位置位于ＩＰ包的　第二层地址。　（３）在最普通的情形中，标记的值未作规定，其　位置位于ＩＰ包的第三层地址与第二层地址之间。如　图１所示。　与传统的网络相似，ＭＰＬＳ系统也包含以下４个　部分：　（１）一个信息交换机制是用来提供网络资源信　息。传统ＩＰ网络利用ＩＧＰ协议，让每个路由器广播　自己的连接信息，来达到互相之间拓朴信息交换的　目的。ＭＰＬＳ扩展了ＩＧＰ协议，让其还携带诸如最　大连接带宽、最大可保留带宽以及目前带宽保留率　等信息。　（２）一个路径选择过程利用上述信息挑选一个　满足用户数据流需求，同时符合流量工程需求的路　径。这个过程能用一个基于限制的路由计算算法实　现。　（３）一个信令过程用来建立路径和保留该路径　的资源。　（４）一个包转发机制用来转发数据包。　上述４个过程中，第１个过程实现较简单。第２　个过程与流量工程算法有关，依赖于不同的评价指　标及算法。第３，第４过程是ＭＰＬＳ转发机制的主要　实现部分。目前，用来做ＭＰＬＳ信令协议的主要有　２个，即：资源保留协议流量工程（ＲＳＶＰＴＥ），基于限　制的标记分配协议（ＣＲＬＤＰ　ｏ两种协议的实现过程　大体相同。　三、标记的思想　１．映射　传统的ＩＰ转发机制需要对ＩＰ头标进行分析，以　确定目的地的网络地址。然后根据路由表找到对应　的下一驿站网络地址，然后据此转发。标记转发只　需根据转发状态表就可以找到去往下一站的端口，　无需分析。标记转发相比传统的ＩＰ转发要简单，然　而却可实现更多的功能如ＱｏＳ，流量工程等，这是什　么原因呢？总结前面的介绍可看出，标记转发的思　射，实现ＱｏＳ能力；利用标记ｘ，－ｔ￣三层地址的映射，　使标记能象ＩＰ地址那样，具有兼容各种不同物理网　的能力。此外，标记本身也可直接包含网络的第二　层地址，如ＡＴＭ　ＶＣＰ／ＶＰＩ（这种情况下标记的转发　速度可达到第二层的转发速度）；标记也可直接具有　物理意义等。总之，标记通过映射实现了简单性与　复杂性的结合。　２．工作的转移　与基于路由表的传统ＩＰ转发机制相比，用标记　转发仅需分析ＩＰ头标一次，因而包转发速度可得到　提高。然而与传统的ＩＰ机制比，建立和维护路径的　开支却大了许多。可以这样认为：ＭＰＬＳ其实是把一　部分正常转发过程中所需要做的重复的工作，转移　到了路径的建立过程中。这样做，对于需要一次传　输大量数据的转发而言，是可以大大地提高效率的。　但对于那些一次只需传输很少数据的传输而言，则　是得不偿失的。这种工作的转移其实也是造成ＭＰＬＳ　可扩展性问题的根本原因。　３．局部路径　对一个普通的ＩＰ包而言，在一个自治系统内，每　个路由器都必须能识别他的目的地地址，否则就无　法转发。而由于目的地地址可能是全局中的任何网　络，因而每个路由器必须建立和维护一个庞大的目　的地路由表（其表项数为整个自治系统内的网络数，　其实自治系统的机制也是为了解决路由表过大的问　题）。除了维护代价之外，路由表太大造成的问题是：　为了找出一个ＩＰ包的下一转发站，必须进行的平均　匹配操作次数也随着增大。这样就加大了路由器的　负担，也造成了更长的转发延时。　然而对ＭＰＬＳ的标记转发而言，标记却是局部　的。ＭＰＬＳ的路径其实是由一连串的局部标记组成　的。每一个标记只负责局部的路径转发工作。这样，　就造成了一种可能：许多总体不同，但局部相同的路　径在局部可以合并，即：在局部他们拥有相同的标记。　例如，假设图１存在着两条路径分别为：Ｄ．Ｅ．Ｂ．Ｃ．Ｄ　和Ｆ…Ｅ　Ｂ　Ｃ．Ａ，则在ＬＳＲＢ上，这两条路径的转发状　态表可以是一致的。　・－－——７９—－－——　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｎｏ．１，２００６　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＨＡＮＧＣＨＵＮ　ＦＩＮＡＮＣＥ　ＣＯＬＬＥＧＥ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．８３　前的ＩＰ网络相容，即２个协议可以互不干扰地在一　起工作。此外，在某些场合，仅需改变软件就可以使　目前的路由器变成ＭＰＬＳ标记交换路由器（ＬＳＲ），　这无疑可以大大地节省投资。　四、结语　ＭＰＬＳ在传统的ＩＰ网络基础上，不但提高了包　图１　ＭＰＬＳ局部路径的重合　转发速度，而且还使传统的ＩＰ网络具有了ＱｏＳ和流　量工程的能力。ＭＰＬＳ能够满足现代网络的要求。　局部路径的合并能大大的减小转发状态表的规　目前，影响ＭＰＬＳ进人大规模应用的主要问题是扩　模，同时也能减少转发时的匹配操作次数。回囚　　展性问题。ＭＰＬＳ主要是通过将第２层、第３层ＩＰ　４．标记值　地址及ＱｏＳ等信息映射成一个简单的标记来实现上　仔细考虑标记的意义发现，标记值其实是用来　述功能的。标记的局部性使得路径在局部合并成为　表示２个路由器之间约定的连接及其连接特性的。　可能，这样大大地减少了转发状态表的规模。ＭＰＬＳ　标记值存在于上游路由器的出端口和下游路由器的　与传统的ＩＰ网络的兼容性为其进入实际部署提供了　人端口中，表示的是这２个路由器之间的一个连接。　可靠的保障。　理论上，表示这个连接的可以是任何数只要不　与其他连接混淆。然而实际上，标记值可被进一步　【参考文献】　用来表示这个连接的物理属性。例如，在光纤网络　【１］Ｂｒａｄｅｎ　Ｅｄ　Ｒ．Ｚｈａｎｇ　Ｌ，Ｂｅｍｏｎ　Ｓ，ｅｔ　ａ１．Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　中，标记值常用来表示这个连接的波长、频率等。关　ｐｒｏｔｏｃｏｌｖｅｒｓｉｏｎ　１　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎＲＦＣ　２２０５，Ｓｅｐｔｅｍ　于ＭＰＬＳ在光网络中的应用，请参见文献［３】。　ｂｅｒ．２００３．　【２］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄａｔａｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．ｃｏｒｎ　ｒｈｉｔｅ　ｐａｐｅｒ；ＭＰＬＳ　Ｔｒａｆｉｆｃ　５．与传统ＩＰ网络的关系　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：Ａ　Ｃｈｏｉｃｅ　ｏｆ　Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ．　值得注意的是，ＭＰＬＳ并没有取代ＩＰ协议。相　［３］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄａｔａｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．ｃｏｒｎ　ｗｈｉｔｅ　ｐａｐｅｒ：ＭＰＬＳ　ｉｎ　Ｏｐｔｉｃ－　反，ＭＰＬＳ还依赖于ＩＰ协议在ＭＰＬＳ路径建立之前　ａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ｃＯＯ１）．　的信令过程必须运行于ＩＰ协议之上。ＭＰＬＳ也与目　Ｉｎｑｕｉｒｅ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ＭＰＬＳ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＬＩＵ　Ｚｈｉ－ｙｏｎｇ，ＹＩＮ　Ｓｈｕ－ｙｏｕ　（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｆｉｎａｎｃｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１　３００２２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：．ＭＰＬＳ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｒｏｕｔｉｎｇ　ｆｏｒｗａｒａｋｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｔｈｍ　ｄｅｐｅｎｄｓ　ｏｎ　ＩＰ　ｈｅａｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎｔｏ　ｍｅｃｈ－　ｎａｉｓｍ　ｔｈａｔ　ｄｅｐｅｎｄｓ　ｏｎ　ｌａｂｌｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｒｌ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｓｐｅｅｄ　ｕｐ　ｈｔｅ　ＩＰ　ｐａｃｋａｇｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｙ　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｍａｒｋ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ＩＰ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｈａｖｅ　ｈｔｅ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆＱｏＳ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍａｒｋｓ；ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）；ｍｅｓｓａｇｅ　ａｎｄ　ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ＭＰＬＳ　［责任编辑：黄岚】　一８０一