MPLS网络技术及其应用前景

MPLS (Multiprotocol Label Switching-多协议标签交换技术)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。它的价值在于能够在一个无连接的网络中引入连接模式的特性；其主要优点是减少了网络复杂性，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扩展问题和维护成本问题。MPLS技术是下一代最具竞争力的通信网络技术。

MPLS技术发展背景

互联网的迅猛增长对当前基于IP的干线网提出了挑战。这表现在：

1）新的应用层出不穷，如语音传送、视频服务、多媒体信息传输等。这些新应用业务要求网络能保证将它们按各应用的特性正确予以传送，但传统的IP网络没有数据属性的判别能力，也就谈不上按数据属性进行区别服务；

2）目前的IP路由技术采取基于目的地址的最优数据传输通路查找法，而不考虑所要传送数据的其它性能要求；

3）网络规模迅速增长，但现有的IP路由技术及组网方式不适应网络的扩展和许多增值服务的提供。

网络的发展正向宽带化、智能化和一体化方向演进。目前在世界范围内存在两大核心网络技术：一个是计算机界倡导的IP网络技术，另一个是电信界推祟的ATM技术。IP技术的优点是有灵活的路由体系，采用非面向连接的尽力而为的服务方式，适合于非实时信息的传输，但传统的IP技术对时延、带宽等QoS无法保证，也就不能满足语音、视频等实时信息的传输要求。ATM是宽带通信网的核心技术，是一种面向连接的传输技术，它综合了分组交换和电路交换的优点，具有良好的QoS保证，支持语音、数据和图像通信。缺点是，其连接建立信令过于复杂，路由灵活性不高，在传输较短的一般数据时，其效率不高。例如，在Internet Web连接中，用户每点击一个连接，就需启动一个与远端服务器的连接，而每个HTTP传输的数据量平均为2K，若链路的传输速率为155Mb/s，则整个传输时间约为100微秒，但最先进的ATM交换机建立连接的时间都以几个毫秒计，可见链路建立时间占了整个数据吞吐量的99%。因此如何把IP和ATM的优点结合起来，在满足新的业务需求的同时，维护现有的投资，成了业界探索的一个方向。

各种IP与ATM融合的技术，如LANE、IPOA、MPOA、ARIS、TAG SWITCH等都只能解决局部的问题。这些技术虽说利用了ATM高速交换的特性，但要么没有充分利用ATM的QoS特性，要么过于复杂和标准不完善。例如，LANE只能应用于较小规模的网络，不能支持像Internet这样的大型网络。IPOA在不同子网间的互连仍需使用传统的路由器，因而吞吐量和时延问题仍然存在，此外，它只限于处理ATM上的IP业务，只支持较小规模的网络。MPOA经实验证明也只能支持中小型网络。

目前数据传输的承载技术具有多样性的特点。如ATM、帧中继、PPP、SDH、SONET等。因此，如何实现多种不同传输承载链路技术的网络互连、互通是一个迫切需要解决的问题。

未来的业务以突发性数据业务为主，ATM对此显得效率不足，传输成本和交换成本较高，网络资源浪费，而IP又显得能力不足。

VPN是提供新一代电信业务的基石。据Yankee Group（1998）预计，到2002年，美国IP VPN总市场将与帧中继的市场规模相当，其潜在的收入和利润非常惊人，但是当前的网络技术在实现VPN扩展性、安全性、管理性方面都有很大的、先天的缺陷，急需加以改造以适应VPN市场增长的需求。

为了解决上面的问题，1997年，以Cisco公司为主的几家公司[包括Ipsilon(已被Nokia并购)、IBM、Cascade(已被Lucent并购)、Toshiba]提出了MPLS技术。

所谓MPLS就是：(1) 在LDP协议控制下，LSR根据IP路由技术产生具有一定语义的代表数据传输路径及属性的标签; （2）应用本地标签与媒介（ATM、FR、PPP…）；（3）多层的标签置换传输（标签堆栈）；（4）转发基于标签，入口压入标签，出口剥去标签，分组QoS、CoS等分析只在入口做一次，中间节点只分析标签的含义。

MPLS技术的主要特点

* MPLS在网络中的分组转发是基于定长标签，由此简化了转发机制，使得转发路由器容量很容易扩展到太比特级；

* 充分采用原有的IP路由，在此基础上加以改进；保证了MPLS网络路由具有灵活性的特点；

* 采用ATM的高效传输交换方式，抛弃了复杂的ATM信令，无缝地将IP技术的优点融合到ATM的高效硬件转发中；

* MPLS网络的数据传输和路由计算分开，是一种面向连接的传输技术，能够提供有效的QoS保证；

* MPLS不但支持多种网络层技术，而且是一种与链路层无关的技术，它同时支持X.25、帧中继、ATM、PPP、SDH、DWDM……，保证了多种网络的互连互通，使得各种不同的网络传输技术统一在同一个MPLS平台上；

* MPLS支持大规模层次化的网络拓扑结构，具有良好的网络扩展性；

* MPLS的标签合并机制支持不同数据流的合并传输；

* MPLS支持流量工程、CoS、QoS和大规模的虚拟专用网；

* MPLS的标准化进程十分迅速，这是它能迅速普及成功的关键。

MPLS的优势

* MPLS在定长标签的严格匹配下简化了转发过程，而且这个转发的硬件基础是便宜、成熟的ATM交换技术，这大大减少了设备制造商的研发投资，加快了MPLS设备的面市时间和产品的成熟稳定性；

* 由于MPLS将路由与分组转发从IP网中分隔开来，这使得在MPLS网中可以通过修正转发方法来推动路由技术的演进；新的路由技术可以在不间断网络运行的情况下直接应用到网络中，而不必改动现有路由器上的转发技术，这是以前的各种网络技术不易做到的；

* MPLS简化了ATM与IP的集成技术，推动了它们的统一，从而起到平衡用户在ATM和IP网上的巨大投资，消除了现有网络的限制，由此减少了网络维护成本和扩展性问题；

* 在MPLS网中可以直接使用显式路由，这使得流量工程的应用变得简单，增强了IP网络流控和自愈恢复能力，为支持更多的新业务提供了保障；同时MPLS在保证连接可靠性的条件下取消了专线连接的要求，使得各种新业务可以在基于MPLS的IP网上实现；

* MPLS技术进一步促进了网络功能的划分，它将复杂的事务处理推到网络边缘去完成，核心网只负责完成传送功能；这有利于在一个大的网络中维护IP协议的扩展性；

* MPLS网络中标签堆栈的使用将庞大的路由表变得很小，极大地改善了路由扩展能力；

* MPLS可用于多种链路层技术，做到对下层与上层的多协议，最大限度地兼顾了原有的各种技术，保护了现有投资和网络资源，促进了网络互连互通和网络的融合；

* MPLS能够以无连接方式或显式路由的方式提供面向连接的业务；这使得MPLS适用于动态遂道技术，并保障数据传输业务的QoS需求，而遂道技术是目前支持VPN业务的有效手段，QoS的保障是IP网上实现语音、实时多媒体信息传输的基础。

* 作为综合平台，在语音方面，VoIP on MPLS实验十分成功；在数据方面，它先天就能承载IP业务；在视频方面，它已能承载多媒体应用。

* 与ATM相比，MPLS标准能更快地被接受是因为它是以软件为主，运行在各种不同的网络上，而ATM网则需要极大的软、硬件投资。

MPLS的标准化现状

1997年IETF提出MPLS以后，到目前为止，有关MPLS技术的协议标准草案和规范已经约有140个，并且在1999年就有厂商推出MPLS设备。这种进展速度是以前任何一种技术所没有的。

互联网络工程组（IETF）

在2000年以前，MPLS的标准化制定工作仅由IETF MPLS工作组完成。MPLS工作组成立于1997年3月，当时的主要任务和工作重点是研究制定MPLS技术的实现规范，使得这种新的网络技术能够达到：

* 灵活的网络层路由选择；

* 高效的分组交换转发(QoS保障)；

* 有效的网络管理；

* 强大的网络扩展能力；

* 有效的增值服务提供能力；

* 兼容性好。

这些目标现在看来由MPLS技术实现已基本没有问题。目前，MPLS工作组的工作重点已从原来技术的基本实现转移到MPLS技术的应用上来。主要是MPLS如何更有效地提供增值服务、MPLS在局域网中的应用、MPLS与光纤传输网（OTN）的融合、MPLS网流量工程的具体应用等。

国际电信联盟（ITU-T）

IP技术到现在已经在Internet上占了绝对的领导地位，MPLS技术的提出又使得IP可以为用户提供如语音传输、视频会议、多媒体等实时业务，并且其QoS保障可以达到电信级；因此，ITU-T各研究组在1999年底的总结会上进行了未来研究工作的战略转移，全面开展有关IP标准化方面的研究工作，其中作为全球信息基础设施（GII）和B-ISDN的主导研究组——ITU-T SG13小组将MPLS列为2000～2003年的重点研究课题,并一致同意将LDP/CR-LDP作为公网传输标准信令。

MPLS论坛

为了更好地研究发展MPLS技术，协调各厂商之间的利益和统一思想，2000年3月以Lucent公司为首的有关机构联合成立了MPLS论坛。论坛的基本成员为计算机网络及电信通信软件、设备制造商和 ISP及研究开发机构。论坛的工作重点主要在以下四个方面：

* 流量工程；

* 服务等级（CoS）；

* 服务质量（QoS）；

* 虚拟专用网（VPN）。

进入2000年以后，各标准化组织更进一步加快