内嵌MPLS的多业务传送平台

　　为了提高多业务传送平台(MSTP)组网的路由能力、交换能力和服务质量(QoS)处理能力，需要将多协议标签交换(MPLS)的固有优势引入MSTP。

　　方法是通过内嵌MPLS的MSTP，实现将以太网业务适配到MPLS层，然后映射到SDH通道中传送。MPLS技术通过将交换的概念引入MSTP，实现了数据流的统计复用和负载均衡；通过将QoS引入MSTP，实现了对各种新兴业务的支持；通过基于二层和三层技术的解决方案，在MSTP中实现了MPLS虚拟专用网(VPN)；通过支持单向1+1、1:1标签交换路径(LSP)和MPLS快速重路由保护倒换，在MSTP中实现了MPLS的保护倒换机制。

　　虚级联(VCAt)、链路容量调整方案(LCAS)和通用成帧规程(GFP)技术虽然在多业务传送平台(MSTP)中实现了高效传送数据的功能，但其连接提供方式仍为点到点的SDH传输通道，业务量大多通过E1、E3、STM-1或STM-4接口，以较粗颗粒进入网络，光纤带宽的利用效率较低。MSTP必须引入交换的概念，实现数据流的统计复用和负载均衡。

　　MPLS无缝集成了二层交换的简捷性与三层路由的灵活性。在IP网中，MPLS流量工程技术成为一种管理网络流量、减少拥塞、保证业务服务质量(QoS)的重要手段，MPLS虚拟专用网(VPN)在解决企业网互连、提供网络增值服务等方面得到了广泛的应用。将MPLS的固有优势引入MSTP，可以显著提高MSTP组网的路由能力、交换能力和QoS处理能力。

　　1 内嵌MPLS的多业务传送平台实现方案

　　1.1 MPLS基本原理

　　MPLS技术结合了面向连接的转发技术与IP路由协议，在面向无连接的IP网络中增加了面向连接的属性，可以视为介于二层与三层的“垫层”网络技术[1]。MPLS的实质是将三层路由在网络的边缘实施，而网络的核心采用二层交换，对一个连接请求实现一次路由、多次交换，将路由选择层面与数据转发层面分离，从而提高网络的性能。

　　标签是MPLS网络中实现分组转发与交换的主要依据。MPLS使用标签对上层数据进行统一封装，转发行为是基于标签实现的，如图1所示。位于MPLS网络边缘的入口标签交换路由器(LSR)将分组按不同的转发要求划分成不同的转发等价类(FEC)，并将每个特定的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标签，当分组被转发到下一跳时标签也随同前传。在随后的各跳中，将不再需要解析分组头，而是将分组的标签作为指向下一跳输出端口和新标签的索引。旧标签被替换后，从指定的输出端口转发标签分组。在网络的出口处，标签弹出后即还原成初始的IP分组，并且按照传统路由方式转发至目的地。

1.2 内嵌MPLS的多业务传送平台的功能结构

　　内嵌MPLS的MSTP是指基于SDH平台，嵌入MPLS功能，并提供统一网管的多业务传送节点设备。其关键特征是将以太网业务适配到MPLS层，然后映射到SDH通道中传送。图2所示为内嵌MPLS的多业务传送平台的功能结构。

　　内嵌MPLS的MSTP节点主要包括业务输入输出接口、二层交换、多协议标签交换、通用成帧规程/点到点协议/SDH上的链路接入规程(GFP/PPP/LAPS)、虚级联和LCAS，以及传统的SDH处理功能等模块。业务输入输出接口功能主要负责业务的接收、汇聚及对数据包的检错处理等。二层交换功能主要在媒体访问控制(MAC)层上进行流量梳理，有利于减轻传输网的负荷。GFP/PPP/LAPS的功能主要是完成数据包的映射封装。虚级联和LCAS分别实现了业务带宽与SDH虚容器间的适配及带宽动态调整，提高了网络资源利用率[2]。传统SDH处理功能用于完成信道的交叉连接及开销处理。

　　1.3 基于MPLS的以太网接入功能的实现

　　内嵌MPLS的MSTP除了一般的MSTP功能外，其MPLS处理模块还具有以下功能：将以太网业务适配到MPLS层的功能；在MSTP入口处为以太网业务数据包添加MPLS标签，组成MPLS数据包，在出口处将MPLS标签剥离；判断业务分组所属的转发等价类，可以根据分组的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号等来对业务分组进行分类，从而判定其属于那个转发等价类，并贴上相应的MPLS标签，以确定相应的转发路径；MPLS操作管理维护功能和标签交换路径(LSP)的自动建立、保护、恢复功能；对业务的统计复用功能，并能在MPLS层按服务等级调度业务；MPLS二层和三层VPN功能。

　　基于MPLS与基于二层交换的SDH的以太网传送(EOS)实现方案基本相同，将相应的二层交换模块用MPLS处理模块代替即可。映射器和SDH处理模块仍使用GFP、VCat、LCAS等协议，只是对数据包的交换方式和打包分包处理方式不同，从而导致系统的性能存在差别。使用MPLS协议实现的EOS组网灵活，传送效率高，具有较好的QoS能力。目前厂商多使用“网络处理器(NP)+可编程门阵列(FPGA)+软件”的方式来完成基于MPLS的以太网接入功能。

　　对以太网业务，MPLS处理模块在接收到的数据包上附加内层MPLS标签(即VC标签)，形成伪线(PW)或虚电路(VC)，相同源地址和目标地址的多个PW再加上外层MPLS标签进行复用，建立一条MPLS标签交换路径(LSP)，以太网业务和虚拟局域网(VLAN)业务在LSP中根据外层MPLS标签进行转发。隧道标签标示MPLS数据包从源端点传送到目的端点，VC标签标示以太网数据从入口用户网络接口(UNI)传送到出口UNI。

　　对于端口的以太网业务，其映射具体过程为先将前导和帧校验序列(FCS)剥离，加上控制字(此功能可选)，再附上相应的PW标签，用于复用，最后加上相应的隧道标签。映射进程如图3所示。VC标签代表了仿真虚电路的标识符，它必须被入口和出口节点所认同，用于从目的MSTP转发数据帧到目的UNI。

2 MPLS技术在MSTP中的应用

　　2.1 在MSTP中引入交换功能

　　在MSTP中，交换功能的实现有多种方式。最简单也最直接的就是二层交换，然而这种方式在实际应用中面临很多问题。三层交换采用路由协议，尽管功能强大，但配置较为繁琐，同时不能完全透明地承载以太网业务，在某些应用场合受到限制。采用MPLS技术实现2.5层数据交换则可使MSTP具有多种性能优势。随着用户对QoS要求的增加，在MSTP中内嵌MPLS可以显著提高MSTP设备支持以太网数据业务传送的能力[3]。

　　2.2 增强MSTP的QoS处理能力

　　为了能够将真正的QoS引入MSTP，从而支持新兴的各种业务，需要在业务和SDH间引入一个中间层来处理业务的QoS要求。MPLS可在多种二层媒质上进行标签交换，为进入网络中的IP数据包分配标签，并通过对标签的交换来实现IP数据包的转发。在网络内部，MPLS在数据包所经过的路径沿途通过交换标签来实现转发，将IP分组转换为采用标签标识的流连接，提供服务质量、流量控制、虚拟专用网、组播等功能。内嵌MPLS技术的MSTP相当于在业务和SDH之间引入了一个中间智能适配层，根据业务要求适配、映射到SDH通道上，同时支持GFP高速封装协议、虚级联、LCAS以及二层交换等技术。

　　2.3 基于MPLS的MSTP网络

　　当以太网接口作为UNI时，进入以太网接口的数据直接或经二层交换后适配到MPLS层；当以太网接口作为网络节点接口(NNI)时，进入以太网接口的数据首先去除MPLS封装开销，然后直接或经二层交换后适配到MPLS层；适配到MPLS层的以太网业务直接或经标签交换后，通过GFP等协议封装，再适配到SDH虚容器中传送。

　　在内嵌MPLS时，将网络侧的与LSP相连接的端口定义为一个网络逻辑端口，网络逻辑端口面向的物理通道可以是SDH级联/虚级联通道；当一个以太网接口作为NNI接口时，网络逻辑端口面向的物理通道也可以是以太网通道。

　　基于MPLS的MSTP网络具有以下技术特点：支持动态建立链路和标签转发，简化转发机制使得路由器易于扩展；数据传输与路由计算分离，能提供有效的QoS保证；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；标签合并机制支持不同数据流的聚合传输；支持流量工程、服务类型(CoS)、QoS和大规模VPN。

　　将MPLS技术融入MSTP网络中，还能提供更多的业务保护恢复功能，如复用段保护(MSP)、子网连接保护(SNCP)、MPLSLSP线性保护或重路由甚至弹性分组环(RPR)保护等。当然，在实际应用中必须注意这些保护机制的相互协调。此外，MPLS技术还有利于拓展RPR技术的应用。RPR技术仅适合单环结构，网络扩展能力有限，在环与环相连接时，不可避免地要引入三层路由设备，且无法提供VLAN地址重用和扩展，不支持端到端QoS能力，因此需要结合MPLS技术来保证网络扩展能力与QoS。

　　3 MPLS VPN在MSTP中的实现

　　MPLSVPN在MSTP中的实现存在二层和三层两种方式。三层MPLSVPN技术比较成熟，但在实际应用中，要综合考虑网络的运营、维护和管理，以及边界路由器需要存储的客户路由信息，建议实施前对网络进行一定的规划。二层MPLSVPN将成为MPLS VPN的重要分支，可以实现帧中继、ATM、以太网、VLAN、点到点协议/高速数据链路(PPP/HDLC)、SDH链路仿真服务和多种二层链路技术的互通，是迈向IP/MPLS全业务网的关键步骤[3,4]。

　　在二层MPLSVPN实现中，以太网业务或VLAN业务，加上内层MPLS虚电路标签，形成PW或虚电路。相同源地址和目标地址的多条PW再加上外层MPLS隧道标签进行复用，建立一条MPLSLSP。以太网业务和VLAN业务在LSP中根据外层MPLS标签进行转发。当经过中间节点时，交换隧道标签而保持虚电路标签不变。隧道标签标识MPLS数据包从发送端传送到接收端，虚电路标签标识以太网数据从入口UNI传送到出口UNI。

　　对于以太网的伪线封装可采用透传和标签两种操作。在标签模式下，伪线格式的帧必须包括802.1QVLAN标签，这些标签对于两端的MSTP是有意义的，并且是可理解的，即两端的MSTP设备必须对VLAN标签的处理方式达成统一。在透传模式下，伪线格式的帧可以包括VLAN标签，该标签对于两端的MSTP没有意义，只是透明传送。当两个MSTP在MPLS层面相邻或由SDH虚容器通道或RPR环连接时，隧道LSP是可选的，因为此时SDH虚容器通道和RPR可以起到隧道LSP的功能[4,5]。

　　根据现有MSTP技术，VLAN在公网中的应用受限于有限的地址空间数量(4096个)。在常规MSTP实现中，VLAN地址不允许被重用，即：假设VLAN标识地址1已分配给用户A使用，那么用户B就不能再使用VLAN标识地址1。内嵌MPLS功能的MSTP设备具有强大的VLAN支持能力，通过嵌入二层MartiniMPLS技术，可以从根本上解决VLAN的可扩展性问题。允许不同的用户使用同样的VLAN标识地址，可使设备支持的VLAN数目达到现有设备的256倍。

　　4 基于MSTP的MPLS保护功能

　　内嵌MPLS的MSTP应支持MPLS保护功能，具体包括：支持ITU-TY.1720规范的单向1+1和1∶1两种LSP保护倒换机制；支持MPLS快速重路由保护机制，其实现机理应遵从IETF文稿的规定[6]。

　　对于有内嵌MPLS的MSTP节点所承载的以太网业务来说，需要经过一个分层的处理过程，即以太网/

　　MPLS/SDH。不同层次的处理技术能够提供不同类型的业务保护机制，如位于数据链路层和网络层的MPLS保护机制和物理层的SDH保护倒换机制。不同层次的保护机制具有不同的保护特性，一般来说，低层的保护机制保护的速度较快，而高层的保护机制所能保护的路径更长。因此，在内嵌MPLS的MSTP网络内，存在多层保护机制的协调问题。

　　图4所示为同时具有SDH保护倒换和MPLS保护倒换机制的MPLS网络内的多层保护机制的协调方法，即通过采用一个拖延MPLS层启动保护倒换动作的时间来防止多层保护机制的冲突。图中，拖延时间t3是检测到承载MPLS业务的SDH通道故障到启动MPLS层保护倒换之间的等待时间。拖延时间的范围为0～10s，步进单位默认为50ms，且可通过管理系统设置。如果已经为承载以太网/MPLS业务的SDH传送通道配置了保护，则拖延时间t3的最小值为50ms。

两个保护层间的配合规则如下：

　　当传送以太网/MPLS业务的SDH通道发生故障时，即出现SDH层告警时，首先启动SDH层的保护倒换动作；如果SDH层保护倒换失败，再启动MPLS层的保护倒换。

　　如果在保护倒换动作期间检测到故障消失，必须在保护倒换动作完成之后才开始保护状态恢复。

　　经过拖延时间t3，如果业务恢复，将不启动MPLS层倒换；否则，启动MPLS层保护倒换。

　　5 结束语

　　目前，MPLS研究取得了可喜的进展。尤其是在内嵌MPLS的MSTP方面，整个行业都投入了大量的人力物力进行部署和实施。MPLS技术将在未来IP电信级网络中发挥重要的作用，较好地解决原有技术(包括ATM、IPv4技术)所存在的缺点[7]。在城域网部分，内嵌MPLS的MSTP将极大地提高数据传输效率和业务服务质量，全面提升网络性能，将具有更加广阔的应用前景。