MPLS技术及其在城域网中的应用

 MPLS(多协议标签交换)是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的新技术。

它的价值在于具有在一个无连接的网络中引入连接模式的特性;其主要优点是降低了网络复杂性。兼容现有各种主流网络技术，能降低50%网络成本，在提供IP业务时能确保QoS和安全性，具有流量工程能力。此外，MPLS能解决VPN(虚拟专用网)扩展问题和维护成本问题。MPLS技术是最具竞争力的下一代通信网络技术。

一、MPLS技术的产生

随着Internet的不断发展，各种新兴业务以及迎合其需求的专有网络也在不断发展，但是原先针对不同业务、同时处理多种网络连接的运营方式已经束缚了企业的发展，它们希望通过一个单一、灵活的接入设备来提供多种混合业务，并在将来执行统一的接入协议，如IP，然而，不同的业务(如语音、数据和多媒体应用等)对网络传输质量的要求差别很大，如果ISP(因特网服务提供商)依旧基于传统路由器发展大规模的IP网络，相关问题(如路由器转发部件的软件操作，构造高速路由器组件的开销，传统路由寻径机制在传输时难以预计的网络性能，网络无法提供针对特定业务的QoS等)将变得日益突出。

相对于IP路由技术，基于ATM和帧中继的快速交换技术可利用多种转发算法(其本质就是标签交换算法)。由于这些转发算法简单有效，因而被直接固化到交换机硬件内部。与传统的IP路由机制相比，L2的快速交换技术具有很高的性能价格比。

为解决上述IP网络存在的问题，每个ISP都渴望寻求一种能够结合快速交换技术和IP路由技术中各自优势的网络解决方案，由此标签交换技术应运而生。标签交换技术就是致力把L2交换技术的最优属性(通常由ATM或帧中继具体实现)，与L2路由技术的最优属性(由IP具体实现)紧密结合起来，其中MPLS是目前标准最统一、最具发展前景的标签交换技术。MPLS由因特网工程任务组(IETF)制定，始于1997年初，它被设计成为能够符合大规模电信级网络所必须遵循的各种属性。其目标是实现在大规模IP网内，通过ATM和帧中继等多种媒介实现有QoS保证的快速交换，因而MPLS的出现对于网络发展具有革命性的意义。

二、MPLS的技术优势

MPLS在解决网络的扩展性、实施流量工程、同时支持多种要求特定QoS保障的IP业务等诸多方面具有得天独厚的技术优势。

*满足了ATM传送IP技术的网络总体技术要求。ATM支持IP的网络的强制性要求包括以下方面：网络的技术方案必须独立于所支持的IP协议版本;必须具备支持大型网络的足够的可扩展性;必须包括在ATM网络上支持高效而且具有可扩充性的IP组播的能力;必须具有足够的捆绑性以便支持大型网络。

*适用于较大规模的网络。众所周知，MPOA(ATM上的多协议规范)非常适用于小规模的网络，然而它应用于较大规模的网络就要受到限制。而MPLS正是为满足大规模网络的各种要求(如灵活性、可扩充性与可管理性等要求)而设计的。

*适用于多种承载网络。大规模的网络可以使用包括ATM在内的多种承载技术。从一个较宽的范围来讲，应该选取一种对于IPOA(IP over ATM)是最优，而且对于其它的链路层技术也是最优的技术，而MPLS则可能正是能够适应这一范围的惟一技术。

*路由控制的灵活性。从选路的角度来讲，MPLS技术可以使我们获得同时选择使用固定路由或者是动态路由方式的可能性。具体使用哪种方式取决于网络操作者的选择。

*能同时支持MPLS和ATM控制协议。较理想的情况是有一种独立于链路层协议的控制技术，同时，同一交换机上也可以使用ATM控制方式。

*IP业务的业务量工程。目前，ATM拥有最完整的业务量工程能力。然而，IPOA的重叠模型无法高效地使用所有的ATM能力，而且在使用全连通的PVC(永久虚电路)方式时，其应用的可扩充性将受到“N平方”问题的限制。MPLS借用了一些ATM技术的功能，如QoS、选路、资源管理等方面，而且引入了显式路由的概念，它有助于将业务量要求映射到网络拓扑之上。这样，使用MPLS可以获得新的、更多的业务量管理功能。

*利用现有投资。考虑到现有的ATM与其它技术的投资，另外，在各种链路层技术上传输IP的需求也是显而易见的，所以需要有一种统一的交换技术。当前的承载网络中，ATM硬件对于IP业务量的传输使用的是一种固定方式，而MPLS则被认为是CIPOA(ATM上的传统IP技术)近期的演进方向，因为显式选路可以建立在现有的固定PVC的基础上，而且MPLS的网络结构的灵活性足以满足潜在的网络演进需求。

*支持VPN业务。MPLS的主要优点是能够以无连接方式或者是显式路由方式提供面向连接的业务，这种特点使得MPLS尤其适用于动态隧道技术。而动态隧道技术是目前支持VPN业务的有效传送手段。但目前由于提供基于MPLS的VPN的方式不是惟一的，这使得将它同其它IPOA技术进行比较较为困难。

*OoS方面。IP DiffServ(IP区分服务)与MPLS有明显的默契，因为它们的设计中都满足了业务提供商的需求。由于标记的扩展语义可以携带DiffServ信息，借助于标记与端到端的标记交换路径及一定的资源预留机制，将可以保证QoS机制在特定MPLS域中的一致性。

三、内嵌MPLS的MSTP技术

1.MPLS在MSTP中的技术实现

内嵌MPLS的基于SDH的MSTP可以利用引入MPLS后增加的封装开销，解决现有技术开销能力不足的问题：同时引入了MPLS协议簇具有的网络交换、选路和流量工程等功能，解决现有基于SDH的MSTP节点承载ETH业务时应用能力不足的问题。

MPLS标签位置(图1)在第二层头信息与第三层头信息之间，由4字节构成。

标签：标签真实值，20 bit。

TTL：分组在网络中生存时间值的编码，8 bit，分组第一次打标签时标签TTL设为IP TTL域的值，当最后一个标签被弹出堆栈时，将标签TTL值拷贝到IP TTL域。

服务类型：3bit实验用bit，可用于QoS。

标签堆栈指示：1bit，为1时表明本条目为标签堆栈中最后一条，否则值为0。

烽火通信的Citrans系列MSTP设备，在以太网盘中内嵌了MPLS功能，不仅能灵活地支持数据业务的调度和组网，而且能有效地保护用户的原有投资。

2.RPR和MPLS在MSTP中的应用

随着城域以太网等数据业务的迅速发展，以太网技术与光传送网技术逐渐融合，城域传送网承载无连接数据分组业务的需求正在不断增长。近年来，RPR和MPLS技术已成为城域光传送网的一个亮点，国内外相关的标准制订和产品研发工作进行得如火如荼，两种技术的融合将更快地促进新一代城域MSTP技术的发展和应用。

RPR和MPLS技术融合的主要目的是解决以太网业务QoS方面的要求。

在MSTP平台中引入RPR机制，有效地解决了传送效率和QoS的矛盾;一方面，通过RPR的双环业务传送、统计复用、带宽共享、公平接入等多种技术手段提高了传送效率，通过严格的CoS和业务优先级保证了用户业务的服务质量，并可以提供50ms的快速保护;另一方面，采用MPLS技术可通过LSP标签栈很好地解决VLAN的可扩展性、提供VPN业务问题，为以太网业务QoS、SLA(服务等级协议)的增强提供很好的支持，并且可为RPR提供跨环组网能力，有利于全网端到端业务的配置、保护和网络资源的优化利用。

结合RPR和MPLS的双重优势，新一代MSTP技术使建设一个可扩展、调度能力强、有QoS保证的城域传送网成为可能。它不但能很好地解决提供最大收益的TDM业务的传送，同时大大提高了对数据业务的支持能力和带宽利用率。

*大幅度提升网络效率

MSTP网络作为基础传送网络，需要关注传送网特有的几个基本特征：安全性、透明性和高效性。对于传统的MSTP来说，通过引入GFP+VC-xv+LCAS和L2交换，采用点到点电路连接方式来支持突发的数据业务，仅仅解决了以太网端口的接入和端口汇聚问题，网络的使用效率不高。只有引入基于MPLS的虚拟连接技术，实现全网络数据业务的统计复用和提供透明的端到端VPN业务，网络效率才能得到很大的提升。另外通过引入RPR的最短路径选择技术，内环、外环同时传送数据业务，可以比传统的MSP保护提高100%的环路使用效率。

*提供端到端的VLL/VPLS业务快速配置

根据ITU-T G.etnsrv草案，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)。其中EVPL/EVPLn业务在MEF中也称为VLL/VPLS业务。

根据ITU-T的草案和信产部的标准草案，MSTP中实现EVPL和EVPLn都会采用MPLS技术，从而可以与采用标准MPLS技术的数据网络一起提供端到端VLL/VPLS业务。目前，采用MPLS技术实现VLL/VPLS已经成为MEF论坛的标准做法，其相关的LSP连接建立的信令技术也已经非常成熟，并已经在交换机、路由器中得到了广泛的应用。因此MSTP中采用MPLS技术来提供端到端的VLL/VPLS业务快速配置是必然选择。

*有效支持跨环业务

传统MSTP的MSP保护只能提供基于网络拓扑变化的物理层网络保护，而对支持RPR和MPLS技术的MSTP来说，可以提供基于RPR MAC层和MPLS层的网络保护。

由于RPR的保护功能只能局限在一个单环，对于复杂的跨环网络来说，此时必须采用MPLS层连接保护技术来实现。对于不支持MPLS交换调度的设备，可以采用MPLS的双节点互联技术来实现跨环的网络保护。

烽火通信的Citrans系列MSTP设备，在以太网盘中内嵌了MPLS和RPR功能，不仅能在单环内实现基于RPR MAC层的保护，而且对于跨环业务，同样能实现MPLS层连接保护。

四、烽火通信内嵌MPLS的MSTP解决方案

烽火通信新一代MSTP解决方案是在标准MSTP特性的基础上，充分考虑了MSTP实际应用的需求，对MSTP的体系结构、安全性、分组业务的封装、动态带宽匹配、QoS保障、下一代网络的适应性等方面采取了卓有成效的处理，更深层次地优化了MSTP城域传送网。

烽火通信全系列的MSTP解决方案，以个性化的产品设计满足不同网络状况的组网需求，每个速率等级的产品均针对应用环境的差异提供包括标准型、紧凑型，甚至Mini型的不同产品形态，使用户能够根据自身需求特点，选择性价比最为合理的网元或网元组合进行组网。

(1)Citrans 700系列城域核心MSTP产品

*Citrans 780核心MSTP节点—具有超强组网能力和业务调度能力的业界领先MSTP产品

*Citrans 750骨干MSTP节点—适应大多数骨干网络需求的实用型MSTP产品

2)Citrans 500系列城域汇聚MSTP产品

*Citrans 580城域汇聚节点—超强汇聚型MSTP

*Citrans 550城域汇聚节点—经典城域MSTP的代表

(3)IBAS 100系列城域边缘传输MSTP产品

*IBAS 180边缘MSTP—为复杂边缘节点而专门设计的边缘MSTP

*IBAS 130边缘MSTP—经济灵活的MSTP

*IBAS 110边缘MSTP—边缘经济型MSTP

烽火通信肩负着技术创新与体制创新的使命，将MPLS技术引入到MSTP设备中。Citrans/IBAS系列产品的应用，将在一个无连接的网络中引入连接模式，从而降低了网络复杂性，为运营商提供了广阔的选择空间。综合来看，针对城域网需求，烽火通信推出的基于MSTP的Citrans/IBAS系列产品，通过引入RPR、MPLS机制，进一步增强了数据业务的支持能力，这一系列产品将在城域网的核心、汇聚、接入等各个层面得到广泛应用，为组建一个传送效率更高、传送质量更好的城域光网络服务。