MPLS技术在城域传送网中的应用探析

nettec

MPLS技术在城域传送网中的应用探析

摘要本文先容了MPLS的基本概念、MPLS相对于其它城域传送网技术的优势以及目前MSTP设备支撑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(MPLS)弹性分组环(RPR)业务分类(COS)　标签交换协议(LSP)

    1、引言

    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撑上，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撑，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的支撑上，大家称之为内嵌MPLS功能的MSTP设备，相应的设备规范《基于SDH的多业务传送节点(MSTP)技术要求—内嵌MPLS功能部分》(后面简称《内嵌MPLS功能部分》)已在2004年底完成。

    2、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。

    下面简单先容一下MPLS技术进行标签转发的基本工作原理。MPLS网络中，在入口标签交换路由器(LSR)处分组按照不同转发要求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。

    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，MPLS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*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LAPS或PPP/HDLC映射进SDHVC进行传送。



    图1内嵌MPLS功能的MSTP设备中以太网业务的映射结构

    3、MPLS相对于其它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。

    (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)。MPLSQoS信息由MPLS标签中的标签字段和EXP字段进行定义。

    (2)流量工程支撑

    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。

    (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VLANID，使设备所支撑的VLAN数目达到现有设备的256倍。

    (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LSP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。

    (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。

    4、MPLS技术设备支撑现状

    在新一代MSTP的产品对MPLS技术支撑方面，从目前了解的情况看，已有五六个国内外厂家的STM-64或STM-16MSTP设备支撑内嵌MPLS功能，部分厂家还可以在STM-1/4MSTP设备上提供内嵌MPLS功能。大部分厂家的MPLS技术是与RPR(弹性分组环)技术结合出现的，个别厂家可以在无RPR功能的以太网卡上支撑MPLS功能。

    根据规范《内嵌MPLS功能部分》的要求，内嵌MPLS处理层的功能要求包括控制平面功能和数据平面功能两个部分，其中控制平面包括信令、业务质量、操作管理维护、保护以及流量工程和L2VPN等6个方面；数据平面提供的功能主要包括：业务数据流分类、以太网业务到MPLS的适配处理、MPLS标签交换以及MPLS到SDHVC的映射等。从目前设备情况看，各个厂家的MSTP设备基本上能够支撑MPLS的数据平面功能要求，但在控制平面功能支撑方面比较欠缺。在信令方面，厂家一般只支撑隧道LSP的静态指配，不支撑利用信令动态建立隧道LSP；对于业务质量QoS，虽然很多厂家支撑基于物理端口、VLANID和用户优先级PRI对业务进行COS分类，但大多数厂家不具备在MPLS层按服务等级调度业务(QoS)的能力；操作管理维护、保护和流量工程方面，只是个别厂家支撑；相对而言，在控制功能中，各个厂家对L2VPN的支撑程度最高，大部分内嵌MPLS的MSTP设备均支撑L2VPN功能。大部分厂家对MPLS控制平面功能支撑不够，主要是两个方面的原因，一是内嵌MPLS功能的MSTP设备的相关标准刚刚出台，产品研发落后于标准是比较正常的，因此从总体来讲，内嵌MPLS的MSTP设备还不够成熟；二是与MPLS技术在MSTP中的定位是有很大关系，基于MPLS的MSTP在未来定位上还主要是面向VC12/VC3/VC4业务的调度，采用MPLS的LSP调度还是处于辅助地位，当然，对于动态建立隧道LSP的需求也就不会很强烈；另外，一般认为，MPLS会与RPR技术结合起来使用，因此有些功能如QoS、保护以及流量工程可以由RPR提供。

    5、MPLS在城域传送网中的应用前景

    (1)与RPR技术的结合

    RPR技术在传送数据业务具有独特的优势，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数据业务的服务质量，并可以提供50ms的快速保护。但是，RPR终究只是一个单环技术，其在多环环境下无法保证业务的端到端QoS要求，MPLS技术可以弥补RPR的这种技术缺陷，通过RPR和MPLS技术的结合，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。因此，同时具备RPR和MPLS功能的MSTP设备在城域传送网中的应用前景被大家一致看好。

    (2)提供MPLSVPN业务，满足大客户专线的需求

    经过DDN、帧中继和2M专线多年的发展，客户对专线的认同度不断提高，政府、金融、企业、小区、教育网等用户都表现出对专线业务有很大的需求。随着大客户内部网络的改造和升级，专线业务量不断增大，DDN网络容量已经很难满足企业专线带宽的要求。帧中继专线也因为用户端设备的IP化导致效率降低，大量的客户从租用DDN、帧中继向自购终端路由器租用E1电路方式转化，同时由于E1业务容量上的受限，以及终端路由器的投资和维护成本都较高等原因，在这种转化的过程中有一定量的用户提出直接租用以太网业务的需求。

    最近，人们对于基于二层MPLSVPN服务的兴趣逐渐升温，该服务支撑局域网和传统传输，成本较低且易于管理。事实上，目前各运营商的具有MPLS功能的数据网已经正在开展VPN业务。内嵌MPLS功能的MSTP网络同样能够支撑二层MPLSVPN，其完全可以利用当前大好的市场机会开展大客户以太网专线服务，这也是MPLS技术在城域传送网中重要的应用策略。由于内嵌MPLS功能的MSTP网络先天具有的完善的QoS机制、高安全可*性、可管理性，利用其开展以太网大客户专线业务更加容易赢得客户的信任。

    (3)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STACKVLAN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。

    (4)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，ATM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。

    6、结束语

    受到城域网业务特别是城域数据业务快速发展的驱动，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。根据各大运营商多次组织MSTP测试的结果，支撑MPLS功能的MSTP的厂家和设备类型越来越多，设备的成熟度也越来越高。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。