MPLS技术在城域传送网中的应用探析
(1.铁通乌兰察布分公司，内蒙古 乌兰察布 012000；2.铁通呼和浩特迎信 段，内蒙古 呼和浩特 010050)
摘 要： 文章介绍了MPLS的基本概念、MPLS相对于其他城域传送网技术的优势以及目前MSTP设 备支持MPLS的现状，分析了MPLS技术在城域传送网中的应用前景。
关键词：城域传送网；多协议标签交换；弹性分组环；业务分类；标签交换协议
中图分类号：TP399.11 文献标识码：A 文章编 号：1007—6921(2009)03—0310—03
随着城域网数据业务的快速增长，城域传送网承载数据分组业务的需求也相应在不断增长， 为了进一步适应城域网业务的发展要求，提高城域传送网对各种业务的支撑效率，以太网技 术和光传送技术在城域网中的融合成为大势所趋，基于SDH的多业务传送平台(MSTP)的出现 ，正是这种融合的最好体现。
经过多年的发展，MSTP技术经历几代的演进变化，目前已经比较成熟。MSTP技术发展主要体 现在对以太网业务的支持上，包括最初提供以太网点到点透传，后来发展到对以太网二层交 换能力的支持，再到近来的第三代MSTP。最新一代的MSTP主要特征之一就体现在对MPLS的支 持上，我们称之为内嵌MPLS功能的MSTP设备。
1 MPLS基本概念
MPLS的概念最早是在数据网中引入的，主要是为了解决路由转发速度问题。传统的IP数 据网是无连接的网络，每台路由器根据所收到的每个包的地址查找匹配的下一跳，并做相应 的转发。但由于路由器使用的是最长前缀匹配地址搜索，无法实现高速转发。MPLS在网络的 入口边缘路由器为每个包加上一个固定长度的标签，核心路由器根据标签值进行转发，在出 口边缘路由器再恢复成原来的IP包。正是因为MPLS技术能够根据固定长度的标签搜索目的地 址，所以其能够实现高速转发。
MPLS将面向非连接的IP业务移植到面向连接的标记交换业务之上，实现上将路由选择层面和 数据转发层面分离。MPLS网络中，在入口LSR处分组按照不同转发需要划分成不同转发等价 类(FEC)，并将每个特定FEC映射到下一跳，即进入网络的每一特定分组都被指定到某个特 定的FEC中。每一特定FEC都被编码为一个短而定长的值，称为标记，标记加在分组前成为标 记分组，再转发到下一跳。在后续的每一跳上，不再需要分析分组头，而是用标记作为指针 ，指向下一跳的输出端口和一个新的标记，标记分组用新标记替代旧标记后经指定的输出端 口转发。在出口LSR上，去除标记使用IP路由机制将分组向目的地转发。MPLS功能的本质是 将分组业务划分为FEC，相同FEC的业务流在标记交换路径(LSP)上进行转发。
选择下一跳的工作可分为两部分：将分组分成FEC和将FEC映射到下一跳。在面向非连接的网 络中，每个路由器通过分析分组头来单独地选择下一跳，而分组头中包含有比用来判断下一 跳丰富得多的信息。传统IP转发中，每个路由器对相同FEC的每个分组都要进行分类和选择 下一跳；而在MPLS中，分组只在进入网络时进行FEC分类，并分配一个相应的标记，网络中 后续LSR则不再分析分组头，任何转发直接根据定长的标记转发。有些传统路由器在分析分 组头的同时，不但决定分组的下一跳，而且要决定分组的业务类型(COS：Class of Servic e)，以给予不同的服务规则。MPLS能够(但不是必须)利用标记来支持COS，此时标记用来 代表FEC和COS的结合。MPLS的转发模式和传统网络层转发相比，除相对地简化转发、提高转 发速度外，并且易于实现显式路由、流量工程、QoS和VPN等功能。
随着数据技术的不断发展，路由器性能的不断提高，路由的高速转发已经不存在问题了，MP LS的优势更多地体现在实现数据业务的服务质量、实施流量工程以及组建VPN。在城域传送 网中引入MPLS技术，正是利用MPLS在数据领域的众多优势，使城域传送网在高质量地支撑原 有TDM业务的同时，能够高效可靠地传送各种分组业务。图1给出了内嵌MPLS功能的MSTP设备 中以太网业务的映射结构。从图中可以看出，MSTP中内嵌MPLS处理过程为：以太网业务通过 MPLS封装，加上内层MPLS标签即VC标签，再加上外层MPLS标签即隧道标签，然后通过GFP或L APS或PPP/HDLC映射进SDH VC进行传送。
2 MPLS相对于其他城域传送网技术的优势
根据前面所述，内嵌MPLS功能的MSTP设备，主要是在以太网和SDH间引入了中间智能适 配层即MPLS封装子层，将以太网的业务适配映射到SDH通道上进行传送。这种具有MPLS智能 适配层的MSTP设备具备了以往MSTP设备所没有的独特优势。
2.1 独特的QoS保障机制
MPLS技术可以基于物理端口、VLANID和用户优先级PRI对业务进行COS分类。COS分类后 的业务相当于赋予了不同的优先级标识，MPLS能够针对不同的优先级标识提供不同的QoS保 障。在MPLS技术中定义了三种QoS保障级别：快速转发(EF)、保障转发(AF)和尽力传送(BE) 。MPLS QoS信息由MPLS标签中的标签字段和EXP字段进行定义。
2.2 流量工程支持
MPLS不仅可以作为以太网的业务适配层，还可作为以太网业务的控制层，其面向连接的 接入控制特征能够提供基于全网的流量工程，从整体上提高了MSTP系统的流量均衡能力。
2.3 强大的VLAN扩展能力
通过嵌入MPLS技术，MSTP从根本上解决了4096的VLAN地址空间限制，允许不同的用户使 用同样的VLAN ID，使设备所支持的VLAN数目达到现有设备的256倍。
2.4 更加灵活的业务调度
通过在MSTP中内嵌MPLS功能，使得MSTP网络的以太网处理层从L2交换向标签交换改变。 MPLS通过多标签方式，在整个MSTP的以太网处理层能够建立大量透明的LSP通道，使业务通 过打标签的方式在MSTP网络中隔离传送和交换，在网络的汇聚节点和枢纽节点实现多方向LS P的业务调度。同时，随着MPLS标准化进程的完成，在接入层和核心网IP数据设备之间，可 以使MSTP和IP数据设备标签共享。如果数据网承载层采用了基于MPLS的MSTP技术，那么二层 VPN的建立将直接基于传送网层面实现，标签穿透整个MSTP网络，VPN业务能够真正实现端到 端。
2.5 更细致的业务颗粒区分
基于MPLS的MSTP技术的融入，改变了以往传输网络采用VC12/VC3/VC4颗粒等固定带宽调 度的习惯，使得MSTP网络的业务调度带宽动态分配，而且业务颗粒区分更加细致，节省大量 的线路和调度管理资源。
3 MPLS技术在城域传送网中应用
3.1 MPLS VPN
提供MPLS VPN业务，满足大客户专线的需求(如图2)。MPLS VPN根据扩展方式的不同能够 划分为BGP MPLS VPN 和LDP扩展VPN，根据PE(Provider Edge)设备是否参和VPN 路由能够 划分为二层VPN 和三层VPN。
BGP MPLS VPN 主要包含骨干网边缘路由器(PE)，用户网边缘路由器(CE)和骨干网核心 路由器(P)。PE上存储有VPN的虚拟路由转发表(VRF)，用来处理VPN-IPv4 路由，是三层 MPLS VPN 的主要实现者；CE上分布用户网络路由，通过一个单独的物理/逻辑端口连接到PE ；P路由器是骨干网设备，负责MPLS 转发。多协议扩展BGP(MP-BGP)承载携带标记的IPv4/ VPN 路由，有MP-IBGP 和MP-EBGP之分。
BGP MPLS VPN中扩展了BGP NLRI中的IPv4 地址，在其前增加了一个8字节的RD(Route Dist inguisher)来标识VPN的成员(Site)。每个VRF 配置策略规定一个VPN 能够接收来自哪些 Site的路由信息，能够向外发布哪些Site 的路由信息。每个PE根据BGP扩展发布的信息进行 路由计算，生成相关VPN的路由表(如图3)。PE-CE之间交换路由信息能够通过静态路由、RIP、OSPF、IS-IS连同BGP等路由协议。通常采 用静态路由，能够减少CE设备管理不善等原因造成对骨干网BGP路由产生震荡影响，保障了 骨干网的稳定性。
采用MPLSVPN的优点：①安全性高。采用MPLS作为通道机制实现透明报文传输，MPLS的标签 交换路径(LSP)具备和FR和ATMVCC相类似的安全性；②强大的扩展性。包括两点，网络中 能够容纳的VPN数目很大；同一VPN中的用户很容易扩充。③业务的融合。提供了数据、语 音和视频相融合的能力。④灵活的控制策略。能够定制特别的控制策略，满足不同用户的 特别需要，实现增殖服务。⑤强大的管理功能。采用集中管理的方式，业务配置和调度统 一平台。减轻了用户的负担。⑥服务级别协议：现在有差别服务、流量整形和服务级别来 确保一定的流量性能，将来能够提供带宽确保和更高的服务质量确保。⑦为用户节省费用 。线路费：价格比租用专线节约。设备费：用户只须配备CE设备，无需专门的VPN网关。融 合业务：通过融合语音数据业务来节约费用。管理费用：用户不必进行专门管理维护。人员 费用：不必要雇用大量的专业技术人员。
3.2 提供多种以太网业务的快速配置
MSTP中以太业务的类型有四种：EPL(以太专线业务)、EVPL(以太虚拟专线业务)、EPLn(以太 专用局域网业务)和EVPLn(以太虚拟专用局域网业务)。在MSTP引入MPLS技术之前，主要采用 STACK VLAN技术或GFP的CID作为以太虚拟连接标志，来实现以上四种以太网类型，这种实现 方式无论在标准化程度，还是在业务连接的快速配置以及扩展性上都存在一定问题。在最近 完成规范《内嵌MPLS功能部分》中，明确规定了可以通过MPLS实现EPL/EVPL/EPLn/EVPLn等 四种以太网业务。因此在城域网中，采用具有MPLS功能的MSTP网络来提供端到端的EPL/EVPL /EPLn/EVPLn业务快速配置是今后必然趋势。
3.3 提供全业务接入、传送和交换，适应城域网多业务需求
MSTP自身的定义在于多业务的传送，但随着网络形态和应用的发展，仅仅拘泥于TDM，IP，A TM等业务的承载是不够的，MSTP必然会面临更多的业务类型接入，包括DDN，帧中继等，甚 至还会有新的技术的出现对MSTP提出更多的传送要求，因此MSTP最终的发展方向是不局限于 接入业务的类型。具有MPLS功能的MSTP网络可以通过建立一个业务隧道的方式，解决了城域 网络中各种业务的接入、透明传送和交换问题。
3.4 GMPLS
随着智能光网络技术连同ＭＰＬＳ技术的发展，自然希望能将二者结合起来，使ＩＰ分组能 够通过MPLS的方式直接在光网络上承载，于是出现了新的技术概念多协议波长交换(ＭＰλ Ｓ)。随着对未来网络发展的的研究，MPLS的外延和内涵不断扩展产生了通用MPLS(GMPLS )技术，其中也包含ＭＰλＳ相关内容。
GMPLS也是MPLS的扩展，更准确地说，是MPLS-TE的扩展。由于GMPLS主要是扩展了对于传输 网络的管理，而传输网络的主要业务为点到点业务，这和MPLS-TE的业务模型很相似，因此G MPLS主要借助MPLS-TE的协议栈，将其加以扩展而形成。
和MPLS完全相同，GMPLS网络也由两个主要元素组成：标记交换节点和标记交换路径。但GMP LS的LSR包括任何类型的节点，这些ＬＳＲ上的接口能够细分为若干等级：分组交换能力(P SC)接口、时分复用能力(TDM)接口、波长交换能力(LSC)接口和光纤交换能力(FSC) 接口。而LSP则既能够是一条传递IP包的虚通路，也能够是一条TDM电路，或是一条DWDM的波 道，甚至是一根光纤。GMPLS分别为电路交换和光交换设计了专用的标记格式，以满足不同 业务的需求。在非分组交换的网络中，标记仅用于控制平面而不用于用户平面。一条TDM电 路(TDM-LSP)的建立过程和一条分组交换的连接(PSC-LSP)的建立过程完全相同，源端发 送标记请求消息后，目的端返回标记映射消息。所不同的是，标记映射消息中所分配的标记 和时隙或光波一一对应。
传统网络模型中，传输层、链路层、网络层在控制层面上相互单独，各自使用本层协议在本 层内的设备之间互通，也形成了各自的标准体系。而在GMPLS的体系结构中，没有语言的差 异，只有分工的不同，GMPLS成了各层设备的一起语言。
4 结束语
在城域网业务特别是城域数据业务快速发展的今天，城域光传送网络建设将为运营商和设备 商带来新的发展机遇。由于MPLS技术在端到端的业务配置，QoS，VPN等方面具有优势，因此 已成为新一代MSTP技术发展的一个趋势，利用内嵌MPLS技术的MSTP设备组建城域传送网已经 日益为大家所看好。随着内嵌MPLS技术的MSTP设备技术规范和测试规范相继颁布实施，相信 在不远的将来，内嵌MPLS技术的MSTP设备会在城域光传送网的建设中大有作为。在综合考察 用户现有的网络状况和充分考虑用户的未来发展的基础上，采用了先进的标准的MPLS技术， 提出了基于用户需求的、安全可靠的、可扩展的可行性虚拟专网技术方案。城域网技术和应 用必将有一个新的发展空间。
［参考文献］
［1］ 徐荣，龚倩著.高速宽带光互联网技术.北京：人民邮电出版社，2002.
［2］ 吴江，赵慧玲著.下一代IP骨干网络技术——多协议标记交换［M］.北京：人 民邮电出版社，2001.