宽带信息传输交换技术的发展与MPLS

1宽带网络信息传输交换技术的发展
    本世纪末的最后10年中，计算机、电信、电视、无线电和卫星等领域的信息传输技术
正在迅速地融合。信息的获取、传送、存储和处理之间的孤岛随着计算机网络和多媒体技
术的发展而逐渐消失。曾经独立发展的电信网、电视网和计算机网，无论是技术上还是所
提供的服务上都在相互渗透、融合。在这融合过程中，以计算机界倡导的IP和以电信界倡
导的ATM 在信息的传输交换上扮演着重要的角色。
    IP由计算机网演变而来，是一种面向尤连接的网络层通信协议。它具有简单、灵活和
已广泛应用于桌面的特点。以IP协议为基础的Internet的迅猛发展，已使IP成为当前计算
机网络应用环境中的“既成事实”标准和开放系统平台。其优点在于：①易于实现异种网
络互联；②对延迟、带宽、QOS等要求不高，适于非适时的信息通信；③具有统一的寻址体
系，易于管理。
    ATM则是电信界为实现BISDN而提出的面向连接的技术。它集中了电路交换和分组交换
的优点，具有可信的QOS来保证语音、数据、图像和多媒体信息的传输。它还具有无级带宽
分配、安全和自愈能力强等特点；缺点在于控制复杂，成本高，一般的桌面用户无力承受。
    原先的计算机网络是为少数科研机构、大公司、政府部门等共享应用数据，并实现简
单数据传输而设计；随着网上主机量的膨胀和各种网上新业务的出现，原有的IP方式已无
法满足要求。于是从1997年开始，美国各著名大学和IT研究部门着手研究下一代Internet
（NGI），以支持实时高速信息传输的需要。NGI研究主题包括以下六个主要方面：（1）网
络应用；（2）中间部件；（3）服务质量；（4）Internet流量工程；（5）安全件；（6）
网络体系结构；整个网络要满足的性能要求是：
    *大数百Mbit/s以上的传输速率；
    *集成现有的所有服务，并能智能化的适应新业务的加入；
    *提供用户所需的Qos；
    *灵活高效的网络管理与维护。
    由于IP在Internet上的巨大成功，使得电信界和计算机界都对IP的研究投入极大的热
情。他们探索“Everything over IP”，力图将语音、实时数据、图像及多媒体通信与IP
捆绑，并先后制定了RSVP、RTP、IPng等协议。可IP本质上是“尽可能做得最好”的天连
接技术，使得其在带宽分配。流控和QOS方面无法达到ATM的境界。
    如何把最先进的信息传输交换技术和最普及的IP技术有机地结合起来呢？IT业界研究
人员提出了种种模型，主要有IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM。
1.1IP over ATM
    ATM和IP的相互交融有多种技术方案，大致可分为两种模型：重叠模型和集成模型。重
叠模型是指IP协议在ATM上运行，主要有IETF推荐的CIPOA（Classsic（IP over ATM）、AT
M Forum推荐的LANE（LAN Emulation）和MPOA（Muti－Protocol over ATM），这种模型需
要定义两套地址结构及选路协议，ATM网上的端系统除了需要分配IP地址外，还需要分配AT
M地址。集成模型是指ATM端系统仅需要标识IP地址，网络不再需要ATM的地址解析规程，而
采用IP的选路，其实现技术主要有：Ipsilon公司的IP交换技术、Cisco公司提出的标记交换
（Tagswitch）技术。
    IP over ATM有以下一些优缺点。优点：（1）由于ATM本身具有良好的QOS，使得IP业务
的服务质量得到大大提高；（2）IP在ATM上具有了更完备的流量控制和网络管理能力，加强
了网络的韧性。缺点：（1）IP和ATM技术原则上的固有差异，使目前两者还未能做到完美结
合，当前出台的产品和标准都只限于一些基本应用；（2）IP数据包到ATM信元的转化割结所
加入的信头造成大量带宽浪费；（3）加剧了ATM本身的复杂性。
1.2IP over SDH
    IP over SDH实质上是路由器加专线的传统组网模式，它使用链路及PPP协议对IP数据包
进行封装，把IP分组根据RFC1662规范简单地加入到PPP帧中的信息段中，并最终映射到SDH。
其优点在于：（1）符合传统互联网业务特点，组网简单；（2）对IP路由的支持能力强，省
略了ATM层，简化了网络结构；缺点是：（1）仍未解决传统庞大的路由表如何高效检索的问
题；（2）只支持IP，并且没有ATM那样的QOS保证。
1.3 IP over WDM
    IP  over  WDM是将IP直接落在光层上，中间不经SDH；它是一个真正的链路层数据网，
它充分利用了WDM的巨大容量，适于经济地建设大容量长途网络。该技术充分利用了光纤的
带宽资源，可以与现有网络兼容。缺点是：WDM本身的组网技术还处于初级阶段，它在光信
号的损耗与监视。光通路的保护切换以及网络配置管理等方面的问题均未解决。
    从上面的三种流行主要技术的相互比较上我们可以看到：几种方案都存在这样或那样的
缺陷，同时还有一点是它们只主要支持IP，适应性和扩展能力不强，不能有效保护用户现有
的投资；而现有网络类型的多样性和未来市场的要求是要有一个易扩展。绝对可靠的既具有
电信级的网络管理又具有传统路由寻址灵活性的高效综合业务网；于是多协议标签交换技术
（MultiProtocol Label Swithing：MPLS）便应运而生。
2 MPLS概述
      MPLS是由Cisco提交的由IETF MPLS工作组研制的标准协议，它将第三层技术（如IP路
由）与第二层技术（如ATM，FR）有机地结合起来，使得在同一个网络上允许各种消息传递，
既能提供单点传输，也可以提供多点投递；既能提供尽力而为的无特殊服务质量要求的无连
接信息传递服务，也能提供具有很高QOS要求的实时交互服务。MPLS宽带互联网信息传输交
换技术已被当前网络界认为是未来网络发展的趋势，是多种网络技术的最终融合点。众多通
信和计算机产商（如IBM，Cisco，Nortel，Lucent，Alcatel，Ericsson）都在密切关注MPLS
的标准化进程，并积极参与讨论标准的制定。其中，Ericsson公司已经推出具有MPLS功能的
ATM交换机。加拿大的北方电信以及美国Cisco公司等都有类似于MPLS功能的专用交换机出厂。
3 MPLS的工作原理
    MPLS网络由核心部分的标签交换路由器（LSR）和接入部分的标签边缘交换路由器（LE
SR）组成。当数据包（可为以太网、令牌环、ATM、帧中继等产生的数据）进入LESR时，LE
SR先进行数据包头的分析，根据一定的规则和协议（如 LDP、OSPF、BGP4、IGP等）决定相
应的传送级别。传送路径。QOS要求，根据所做决定给数据包加上一个本地标签交换路径标
识符后，将数据包沿标签所标识的路径传送给相应的LSR。后续的LSR节点只需沿着由标签所
确定的标签交换路径（LSP）转发数据包即可，无需再做其它的工作，从而显著提高了网络
的性能。
4 MPLS网络的性能
    MPLS通过交换标签，网络中所有节点都会知道每个节点对应的标签，这样就可以根据这
些标签快速地与目的地建立一条标签交换路径来传输数据。由于MPLSR的转发机制与控制机
制相互独立，路由属于控制机制的一部分，所以整个MPLS网路由信息的维护十分灵活。MPLS
使用CLDR机制（Classless Domain Routing），从而满足了互联网用户快速增长的需要。MP
LS采用流合并的机制，这一特性有利于组播的实现。此外，MPLS从本质上支持多种网络协议，
从而极大保护了已有的投资，同时它固定长度的标签头格式（20bit）非常便于硬件实现，
有利于设计专用的高速MPLS交换网络；这些都使得MPLS成为当前最有效的网络信息传输交换
技术。
5 MPLS服务
    从MPLS的工作原理我们知道，它具有支持不同网络业务的能力，这是网络供应商所追求
的；但这还不是选择MPLS作为组网技术的主要原因。关键还是在于MPLS有一个简单固定长度
的标签，它不是网络层信息，却通过网络层来转发分组。它可以灵活地运送任何用户业务量，
申请一个缺省或非缺省的业务，把它与一组标签相关联，然后采用相同的、高性能、高容量
的标签交换机制运送业务量。它使得网络供应商可以开发并提供网络层新服务，并维持一个
单一的高性能传输网络。因为数据转发路径是脱离开网络层服务而完全独立的，于是MPLS使
得网络供应商可以开发和提供有创见仅吸引力、客户也愿意付钱的网络服务。
6结束语
    本文详细分析了当前互联网络技术发展趋势，介绍了一些新兴的宽带互联网络信息传输
交换的新技术。并重点分析研究了MPLS技术的原理和应用，在分析比较了各自的优缺点后指
出MPLS是未来网络传输交换技术的融合点，它将成为最有竞争力的宽带网络交换技术。