（光学工程专业论文）mpls在epon中的应用研究.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 近年来，通信网的骨干部分已经发生了巨大的变化，而接入网却没有多大的变化。无 源光网络( p o n ) 由于其传输距离长、维护费用低廉等优点，最近已开始在接入网开始商 业铺设了。在p o n 技术中，e p o n 由于其速率高、费用低、互操作性、低开销等多种特性， 已由i e e e 成立“第一英里以太网( e f m ) 研究组8 0 2 3 a h 进行其标准化工作，因此e p o n 被认为是f t t h 的最佳实现方案之- 。现在e p o n 的标准化已经基本完成，其与骨干网的融 合成为迸一步发展的目标。 m p l s ( m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) 是新一代的i p 高速骨干网络交换标准，由 i e t f ( e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 所提出，使用短而定长的标签来封装分组。m p l s 从链路层 ( 女i p p p 、a t m 、帧中继、以太网等) 得到链路层服务，又为网络层提供面向连接的服务。 m p l s 从i p 路由协议和控制协议中得到支持，同时还支持基于策略的约束路由，路由功能强 大、灵活，满足各种新应用对网络的要求。 通过m p l s ，服务供应商和企业可以提高带宽的效率和扩展性，降低运营和管理开支并 提供可靠的业务。m p l s 还是第3 层v p n 等新型i p 业务的重要支持技术，还可通过第2 层v p n 来 支持现有的专线、帧中继和a t m 业务。作为骨干网的关键技术，m p l s 已经相当成熟。基于 m p l s 的种种优势，本文以m p l s 技术作为e p o n 向骨干网延伸的切入点，以e p o n 作为m p l s 技术 的应用向接入网扩展的载体，实现m p l s 与e p o n 的结合。 本文首先介绍了多协议标记交换m p l s 的基础( 概念和体系结构) ，内核( m p l s 的控制) 和主要应用及e p o n 的系统结构，工作原理和关键技术。然后详细介绍了e p o n 中m a c 层的 m p c p 协议和m a c 控制帧。根据前面介绍的m p l s 的工作原理，对o l t 、o n u 及m a c 控制帧进 行改进，使m p l s 的应用范围向下延伸到接入网( e p o n ) 中，即o l t 和o n u 整体完成m p l s 域中边缘路由器l e r 的功能。 最后用o p n e t 对本文提出的m p l s 与e p o n 的结合方案进行仿真实验。实验结果分析表 明：本文提出的结合方案可行，在不影响原工作流程的前提下，e p o n 中实现了m p l s 的功 能，并改善了效率。 关键词：以太无源光网络多协议标记交换多点控制协议光网络单元光线路终端 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t 摘要 w h i l et h eb a c k b o n en e t w o r k sh a v ee x p e r i e n c e ds u b s t a n t i a lc h a n g e si nt h el a s td e c a d e ，t h e a c c e s sn e t w o r k sh a v en o tc h a n g e dm u c h r e c e n t l y ，p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k s ( p o n s ) h a sb e g u n t 0b ed e p l o y e dc o m m e r c i a l l yi na c c e s sn e t w o r k sd u et ot h em a t u r i t yo fan u m b e ro fe n a b l i n g t e c h n o l o g i e s ，s u c ha sl o n gd i s t a n c ea n dr e d u c e dm a i n t e n a n c e a m o n gp o nt e c h n o l o g i e s ，t h e e t h e m e tp o n ( e p o n ) a l r e a d ys t a n d a r d i z e db yt h ei e e e8 0 2 3 a h - e t h e m e ti nt h ef i r s tm i l e s ( e f m ) t a s kf o r c ei sm o s ta t t r a c t i v eb e c a u s eo f i t sh i g hs p e e d ，l o wc o s t , i n t e r o p e r a b i l i t ya n dl o w o v e r h e a d ，s oe p o ni se x p e c t e dt ob eo n eo ft h eb e s ts o l u t i o n sf o rt h ef r 哪t h es t a n d a r d i z a t i o n o fe p o nh a sa l r e a d yb e e nb a s i c a l l yf i n i s h e dn o w , i t si n t e g r a t i o nw i mb a c k b o n en e t w o r k b e c o m e st h eg o a lf u r t h e rd e v e l o p i n g m p l s ( m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) i st h en e wg e n e r a t i o no fi ph i g hs p e e db a c k b o n e n e t w o r ke x c h a n g es t a n d a r d ，p r o p o s e db yi e t f ( e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) ，u s e ss h o r ta n dt h e f i x e d l e n g t hl a b e l s e a l st h eg r o u p i n g m p l so b t a i n st h el i n kl e v e ls e r v i c ef r o mt h el i n kl e v e l ( f o r e x a m p l ep p p , a t m ，f l a m er e l a y , e t h e m e ta n ds oo n ) ，a l s op r o v i d e sf a c i n gt ot h ec o n n e c t i o n s e r v i c ef o rt h en e t w o r kl e v e l m p l ss u p p o r t st h ei pr o u t ep r o t o c o la n dt h ec o n t r o l l i n gp r o t o c o l ， m e a n w h i l es u p p o r t st h er e s t r a i n tr o u t eb a s i n go nt h es t r a t e g y , t h er o u t ef u n c t i o ni sf o r m i d a b l e a n dn i m b l e ，s a t i s f i e se a c hk i n do fn e w a p p l i c a t i o nt ot h en e t w o r kr e q u e s t t h r o u g hm p l s ，s e r v i c es u p p l i e ra n de n t e r p r i s ec a ni m p r o v ee f f i c i e n c ya n de x p a n s i o no f t h eb a n d w i d t h ，r e d u c et h ee x p e n s e so fr u n n i n ga n dm a n a g e m e n ta n do f f e rt h er e l i a b l eb u s i n e s s m p l si ss t i l lt h ei m p o r t a n ts u p p o r tt e c h n o l o g yo fn e wi pb u s i n e s ss u c ha st h et h j r dl a y e ro fv p n ， c a na l s os u p p o r te x i s t i n gs p e c i a ll i n e ，f l a m er e l a ya n da t mb u s i n e s sb yt h es e c o n dl a y e ro f v p n a st h ek e yt e c h n o l o g yo fb a c k b o n en e t w o r k , m p l sh a sb e e na l r e a d yq u i t er i p e o nt h eb a s i so f a l ls o r t so fa d v a n t a g e so fm p l s ，t h i st e x tr e g a r d sm p l st e c h n o l o g ya st h eb r e a k t h r o u g hp o i n t t h a te p o ne x t e n d st o w a r d sb a c k b o n en e t w o r k ，r e g a r d se p o na st h ec a r r i e r se x p a n d e dt ot h e a c c e s sn e t w o r ki na p p l i c a t i o no fm p l st e c h n o l o g y , r e a l i z et h ec o m b i n a t i o no fm p l sa n d e p o n t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h eb a s i s ( c o n c e p ta n ds y s t e ms t r u c t u r e ) o fm u l t i p r o t o c o l l a b e ls w i t c h i n g ( m p l s ) ，t h ek e r n e l ( t h ec o n t r o lo fm p l s ) ，t h em a i na p p l i c a t i o n sa n dt h e s y s t e ms t r u c t u r e ，p r i n c i p l ea n dk e yt e c h n o l o g i e so fe p o n t h e ni n t r o d u c et h em p c pp r o t o c 0 1 i i 南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 a n dt h em a cc o n t r o lf l a m ei nt h em a c l a y e ri nd e t a i l a c c o r d i n gt ot h ef r o mi n t r o d u c t i o no ft h e o p e r a t i o np r i n c i p l eo fm p l s ，t h i sp a p e r 伽 r i e so u ti m p r o v e m e n to no l t , o n ua n dm a c c o n t r o lf l a m e ，m a k e st h em p l s a p p l i c a t i o nr a n g ee x t e n dt ot h ea c c e s sn e t w o r k ( e p o n ) n a m e l y , o l ta n do n ur e a l i z et h ef u n c t i o no ft h ee d g er o u t e r ( l e r ) i nm p l sd o m a i na saw h o l e a tl a s t , t h i sp a p e ru s e st h en e t w o r ks i m u l a t i o ns o f t w a r ec a l l e do p n e tt oc o n s t r u c tt h e m o d e lo ft h ec o m b i n a t i o no fm p l sa n de p o n a n a l y z i n gt h er e s u l t so fs i m u l a t i o n s ，a c o n c l u s i o nc a nb ed r a w n ：硼坞c o m b i n a t i o ns c h e m et h a tt h i sp a p e rp u t sf o r w a r di sf e a s i b l e ，t h e f u n c t i o no fm p l sc a nb er e a l i z e do nt h ep r e m i s eo fn o ti n f l u e n c i n ge p o nw o r k f l o w , a n dg e t s i m p r o v e m e n to ne f f i c i e n c yi nt h ej o b k e yw o r d s ：e t h e r n e t - b a s e dp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ( e p o n ) ， m u l t i p r o t o c o ll a b e l s w i t c h i n g ( m p l s ) ，m u l t i - p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l ( m p c p ) ，o p t i c a ln e t w o r ku n i t ( o n u ) ， o p t i c a ll i n e rt e r m i n a l ( o l t ) 1 1 1 南京邮电大学硕士研究生学位论文 n 伊l s a 耵订 l d p l s p f e c l s r l e r l i b o s p f r 田 b g p i g p i s i s f m l f i b c 1 0 l d p r s v p - 1 e v p n v r f p v c l a n o a n o d n o l t m a c e p o n f c s 缩略语 多协议标记交换 异步传输模式 标记分发协议 标记交换路径 转发等价类 标记交换路由器 边缘标记路由器 标签信息表 链路状态路由选择协议 距离矢量路由选择协议 边界网关路由选择协议 内部网关路由选择协议 中间系统到中间系统的路由选择协议 转发信息表 标签转发信息表 限制路由标记分发协议 扩展资源预留协议 虚拟专用网 路由表转发 帧中继永久虚拟电路 局域网 光接入网 光配线网 光线路终端 媒体接入层 基于e t h e m e t 的无源光网络 帧校验序列 缩略语 南京邮电大学硕士研究生学位论文 q o s g a t e r e p o r t r e g i s t e r _ r e q r e g i s t e r l 之e g i s t e ra c k l l i d m p c p s y n ct i m e o p c o d e t d 阪 s a o n u d b a d a t a r e s e r v e d p a d d a 无源光网络 服务质量 授权帧 报告帧 注册请求帧 注册帧 注册证实帧 逻辑连接标识号 多点控制协议 同步时间 操作码 时分多址 源地址 光网络单元 动态带宽分配 数据保留填充 目的地址 u - 缩略语 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特j i j i j j n 以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：亟雄魄幽：坠 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：埠 导师签名：猫。二 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 第一章绪论 在局域网、城域网到广域网全部是以太网结构的i p 网络中，采用与i p 统一以太网帧 结构的e p o n 接入技术，各网之间可以实现无缝连接，不需要任何格式转换，这将大大提 高运行效率，方便管理，降低成本，并且可以提供端到端的连接和提供与用户签订服务协 议的保证服务质量q o s 。e p o n 技术简单，标准化程度和q o s 支持的折衷将有力地推动o n u 厂家的互通互用，而且e p o n 属于无源光网络，大大降低了维护成本，是现阶段综合业务 接入网的一种选择，具有十分光明的应用前景。经历多年发展的e p o n 技术已经成熟，开 始走向了规模应用。e p o n 作为新一代的接入网如果要进一步发展，必须要克服传统以太 网的缺陷，即在以支持i p 业务为主、提高接入带宽的q o s 保证和多业务接入等方面，必 须有端到端服务来保障。 多协议标记交换( m u l t i p r o t o c 0 1l a b e ls w i t c h i n g ，m p l s ) 是一种介于第二层和第 三层之间的标记交换技术，是专门为i p 设计的，可以将第二层的高速交换能力和第三层 的灵活特性结合起来。利用m p l s 能提供基于全网的流量工程，实现空间重用和带宽保证， 提供有q o s 保证的端到端业务连接，加强了支持数据灵活联网的能力，应用范围则可以扩 展到网状网等复杂拓扑结构，这些恰好可以满足e p o n 进一步发展的需要。而且对服务商 而言，m p l s 能对i n t e r n e t 产生巨大的影响，它将减少网络阻塞并提供更好的端到端服务。 而将来利用m p l s 建成的公众i p 数据网，不仅仅是i n t e r n e t ，更主要的是为许多企业提 供服务质量( q o s ) 和稳定性更好的v p n 应用。m p l s 能够在不同的网络的站点间建立起有保 证的带宽连接以及其它的q o s 特征服务。其中最基本的一点是，通过流量控制，能够使网 络有效地减少拥塞、使流量平均分配。 m p l s 发展前景是骨干走向边缘。随着m p l s 应用的不断升温，无论是产品还是网络， 对m p l s 的支持已不再是额外的要求，而应该是必备的功能。此外，m p l s 从骨干网走向边 缘网也是一种越来越明显的趋势，这一进程将给边缘网带来更多的带宽、更高的智能和更 多的服务。本文提出了一种利用m p l s 的优势来弥补e p o n 进一步发展的不足，并利用e p o n 作为m p l s 向边缘延伸的基石，使两者互补结合的方案。 本文的具体结构安排如下：第二章简要介绍了多协议标记交换m p l s 的基础，包括概 念、体系结构和工作流程，及m p l s 的控制平面和m p l s 的主要应用；第三章首先简要介绍 了e p o n 的系统结构，工作原理和关键技术，然后分别介绍了e p o n 中o l t 和o n u 的功能和 i 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 技术要求，最后详细介绍了e p o n 中m a c 层的m p c p 协议和五种m a c 控制帧；在第四章里， 根据第二章介绍的l | l p l s 技术原理，在不改变e p o ns e 作流程的前提下，对m a c 帧中的g a t e 帧和r e p o r t 帧进行改进，完成m p l s 相应的功能，使m p l s 的应用范围向下延伸到接入网 ( e p o n ) 中，即使o l t 和o n u 整体完成l | i p l s 域中边缘路由器l e r 的功能。首先介绍了总 体设计思想，然后依次介绍了o l t 端和o n u 端的改进及帧结构的变化，并对结合后的v p n 和d b a 功能进行了具体的介绍。在第五章，利用o p n e t 仿真软件对本文提出的方案进行了 建模仿真，并对仿真结果进行分析，结果表明本文提出的结合方案可行，在不影响e p o n 工作流程的前提下实现了i l p l s 的功能，并在效率上得到了改善。最后一章对全文进行简 单的总结，并提出对下一步工作的展望。 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章i v i p l s 网络技术 第二章m p l s 网络技术 m p l s 的最早原型是9 0 年代中期由i p s i l o n 公司率先推出的i ps w i t c h i n g 协议，其目的 主要是解决a t m 交换机如何更好地支持i p ，该协议使a t m 交换机成为一台路由器，因而具有 a t m 交换机的高性能，突破了传统路由器的性能限制。当时路由器厂家实现标记交换的目 的是为了解决i p 路由查找不能达到线速的问题。后来i b m ，c i s c o 等公司又相继提出自己的 i p 交换协议，其中c i s c o 公司提出的t a gs w i t c h i n g 逐步在其高端产品线中实现。这些早期 不同厂家的标记交换的实现存在互通问题，所以在1 9 9 7 年i e t f 成立一个负责标记交换标准 化的工作组- - - - m p l s i 作组，它独立于各个设备实现厂家。1 9 9 7 年5 月，c is c o ，i b m b a y 和c a s c a d e 公司的小组研究人员提交了第一份关于m p l s 框架的草案。现有的m p l s 相关协议 和草案墓本上来自于这个工作组和它后来派生出来的流量工程工作组和m p l sv p n 工作组。 虽然发展m p l s 最初的动机是提高路由交换设备的转发速度，随着硬件技术及网络处理 器技术的不断发展，目前的高端路由器( 女d c i s c o 公司的g s r 系列) 及高性能三层交换设备都 已经能够做到线速转发，2 5 g 甚至1 0 g 端口的路由线速查找都已经不成问题，m p l s 在提高 路由和转发速度方面的优势已经不明显。但由于m p l s 将2 层交换和3 层路由技术结合起来的 固有优势。在解决v p n 、c o s ( c l a s so fs e r v i c e ，服务等级) 和流量工程( t r a f f i ce n g i n e e r i n g ) 这些i p 网络的重大问题时具有很优异的表现，m p l s 技术获得了越来越多的注意力。m p l s 应 用也逐步转向m p l s 流量工程和m p l sv p n 等应用方面。在i p 网中，m p l s 流量工程技术成为一 种主要的管理网络流量、减少拥塞、一定程度上保证i p 网络q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ，服 务质量) 的重要工具。在解决企业互连，提供各种新业务方面，m p l sv p n 也越来越被运营 商看好。m p l sv p n 正逐渐成为i p 网络运营商提供增值业务的重要手段，m p l s 也正日益成为 i p 骨干网络的主流技术。 2 1 肝l s 概述m 多协议标记交换m p l s 属于第三代网络架构的核心技术，是新一代的i p 高速骨干网络 交换标准，由i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，因特网工程任务组) 提出，由 c i s c o 、a s c e n d 、3 c o m 等网络设备大厂所主导。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章n i p l s 网络技术 m p l s 是集成式的i po v e ra t m 技术，即在f r a m er e l a y 及a t ms w i t c h 上结合路由功 能，数据包通过虚拟电路来传送，只须在o s i 第二层( 数据链路层) 执行硬件式交换( 取 代第三层( 网络层) 软件式r o u t i n g ) ，它整合了i p 选路与第二层标记交换为单一的系统， 因此可以解决i n t e r n e t 路由的问题，使数据包传送的延迟时间减短，增加网络传输的速 度，更适合多媒体讯息的传送。因此，m p l s 最大技术特色为可以指定数据包传送的先后 顺序。m p l s 使用标记交换( l a b e ls w i t c h i n g ) ，网络路由器只需要判别标记后即可进行 转送处理。 m p l s 的运作原理是提供每个i p 数据包一个标记，并由此决定数据包的路径以及优先 级。与m p l s 兼容的路由器( r o u t e r ) ，在将数据包转送到其路径前，仅读取数据包标记， 无须读取每个数据包的i p 地址以及标头( 因此网络速度便会加快) ，然后将所传送的数据 包置于f r a m er e l a y 或a t m 的虚拟电路上，并迅速将数据包传送至终点的路由器，进而减 少数据包的延迟，同时由f r a m er e l a y 及a t m 交换器所提供的q o s 对所传送的数据包加以 分级，因而大幅提升网络服务品质提供更多样化的服务。 用m p l s 构建核心网时，与传统路由器比较具有明显的优点： ( 1 ) 简化的转发机制。 ( 2 ) 有效的显式选路：只要在标记交换路径( l s p ) 建立时携带显式路由信息，并不 需要每个分组携带。 ( 3 ) 有利于业务流工程。 ( 4 ) q o s 选路：q o s 选路的目的是选择可以保证q o s 要求的通路。 ( 5 ) i p 分组到f e c 的灵活映射：m p l s 只要在m p l s 网的入口处一次完成i p 分组到f e c 的映射。 ( 6 ) 功能的区分：m p l s 边缘具有较多的功能，而在网络的核心分只需要简单的功能， 标记转发。 ( 7 ) 同一网络支持多种业务。 2 1 1 基本术语和概念嘲 ( 1 ) l d p ( l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c 0 1 ) 标记分发协议： l d p 协议是根据数据流的要求。负责在标记交换路由器之间分发标记的协议。 标记分发协议提供了标记交换路由器与其他标记交换路由器和边缘标记交换路由器 交换标记信息的规程。边缘标记路由器和标记交换路由器使用标准的路由协议( 如e i g r p ， 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章m p l s 网络技术 b g p ，o s p f ) 建立它们的路由数据库，邻近的标记交换路由器和边缘路由器使用l d p 相互分 发标记值。与标准的a t m 不同，这里没有呼叫建立过程。 ( 2 ) l s p ( l a b e ls w i t c h e dp a t h ) 标记交换路径： 通过标记分发协议，在数据流将要通过的路径沿途，每一个标记交换路由器将标记和 特定的转发等价类绑定完成后，就建成了标记交换路径。 建立l s p 的方式主要有2 种，一种是以h o p - b y - h o p 路由方式建立l s p ；另外一种就 是以显式路由方式建立l s p 。后面会对这2 种建立l s p 的方式进行介绍。 ( 3 ) f e c ( f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s ) 转发等价类： 将若干等同的数据流合并起来，就叫做转发等价类。 简单地来说，f e c 就是定义了一组沿着同一条路径，有相同处理过程的数据包。这就 意味着所有f e c 相同的包都可以映射到同一个标记中。 ( 4 ) l s r ( l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r ) 标记交换路由器： 支持标记交换协议的路由器交换机就称作标记交换路由器。 标记交换路由器是标记交换网络的核心，短而长度固定的标记使标记交换路由器能够 进行简单而快捷的查找。这使标记交换路由器能够用快速硬件技术( 包括a t m 信元交换) 实现表查找和转发功能。 当安装标记交换软件后，标准的路由器就可以充当标记交换路由器了。它通过支持标 记分发协议，以标记值交换来提高分组转发能力。a t g 路由器也可用作标记交换路由器。 当它作为标记交换路由器使用时，a t m 路由器除了必须实现标记转发协议外，还必须实现 某些标准的第三层路由协议。标记将被边缘标记路由器放在信元的v c i 域，a t m 路由器根 据信元的v c i 域的值交换信元，就像它对所有的信元进行交换一样。标记交换和a t m 间的 一个重要区别是：标准的a t m 使用连接建立规程分配v c i ，而标记交换使用标准的路由协 议和标记分发协议。因而进行标记交换的a t m 交换机不需要高的呼叫建立速率。 ( 5 ) l e r ( l a b e le d g er o u t e r ) 边缘标记路由器： 在m p l s 域与其他网络边缘的标记交换路由器叫做边缘标记路由器。 边缘标记路由器是位于标记交换网络边界地具有完整第三层功能的路由设备。它们给 进入的分组加上标记，剔除外出分组( o u t g o i n gp a c k e t s ) 上的标记。作为具有完整功能的 路由器，标记边缘路由器还提供第三层增值业务，如：安全、计费和q o s 分类。边缘标记 路由器的功能不需要特殊硬件，可以作为附加软件实现。现有的路由器可以通过软件升级 而具备边缘标记路由器的能力。 5 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章i v l p l s 网络技术 2 1 2 基本工作流程 m p l s 的工作流程可以分为三个方面：网络的边缘行为，网络的中心行为及如何建立 标记交换路径。m p l s 网络如图2 1 所示： 图2 1 肝l s 网络 ( 1 ) 网络的边缘行为( l e r ) 当i p 数据包到达一个l e r 时，i p l s 第一次使用标记。首先，l e r 要分析i p 包头的信 息，并且按照它的目的地址和业务等级加以区分。 在l e r 上，m p l s 使用了转发等价类( f e c ) 这一概念将输入的数据流映射到一条l s p 上去。对于每一个f e c ，l e r 都建立一条独立的l s p 穿过网络到达目的地。数据包分配了 一个f e c 后，l e r 就可以根据标记信息表( l i b ) 来为其生成一个标记。标记信息表将每 一个f e c 都映射到l s p 下一跳的标记上。 转发数据包时，l e r 检查标记信息表的f e c ，然后将数据包用l s p 的标记封装，从标 记信息表规定的下一个接口发送出去。 ( 2 ) 网络的核心行为( l s r ) 当一个带有标记的包到达l s r 的时候，l s r 提取入局标记，同时以它作为索引在标记 信息表中查找。当l s r 找到它的相关信息后，取出出局的标记，并由出局标记代替入局标 记，从标记信息表所描述的下一跳接口送出数据包。 最后，数据包到达了m p l s 域的另外一端，在这一点，l e r 剥去封装的标记，仍然按 照i p 包的路由方式将数据包继续传送到目的地。 6 南京邮电太学硕研究生学位论文第= 章m p l s 网络技术 ( 3 ) 建立标记交换路径 建立l s p 的方式有两种，一种是以h o t ) 一b y h o p 路由方式建立f s p ；另外一种就是以 显式路由方式建立l s p 。 ( a ) “h o pb y 1 0 p ”路由 一个h o pb y h o p 的l s p 是所有从源站点到一个特定目的站点的i p 树的一部分。对于 这些l s p m p l s 模仿i p 转发数据包的面向目的地的方式建立了一组树。 从传统的i p 路由来看，每一台沿途的路由器都要检查包的目的地址，并且选择一条 合适的路径将数据包发送出去。而m p l s 则不然，数据包虽然也沿着i p 路由所选择的同一 条路径进行传送，但是它的数据包头在整条路径上从始至终都没有被检查。 在每个节点，m p l s 生成的树是通过一级一级为下一跳分配标记，而且是通过与它 们的对等层交换标记而生成的。交换是通过l d p 的请求以及对应的消息完成的。 ( b ) 显式路由 m p l s 最主要的一个优点就是它可以利用流量设计“引导”数据包，比如避免拥塞或 者满足业务的o o s 等。m p l s 允许网络的运行人员在源节点就确定一条显式路由的 l s p ( e r l s p ) ，以规定数据包将选择的路径。 不像h o p b y h o p 的l s p ，e r l s p 不会形成i p 树。取而代之，e r l s p 从源端到目的 端建立一条直接的端到端的路径。肝l s 将显式路由嵌入到限制路由的标记分配协议的信 息中，从而建立这条路径。 2 2m p l s 体系结构。1 m p l s 的功能抽象成为一个平面的模型。如图2 2 所示 巨四 亟 凰豳曩圈圈豳 习 羽一|阌 网篱陵llilll麟一 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章m p l s 网络技术 图2 2 _ i p l s 框架模型 整个框架可以分成两个最主要的部分，一个部分是控制平面，包括m p l s 的信令( 即 标记分配协议) 和路由。控制层面负责标记交换路径的建立、拆除、保护、重建立和重路 由等，是整个m p l s 理论的核心；另一部分则是数据平面，数据平面更多地侧重与各链路 层媒质配合的问题，包括标记和标记封装等相关规定。 2 2 1m p l s 的数据平面 数据平面的主要作用就是如何利用标记进行数据的传输工作。什么是标记，如何利用 链路层电路的标识构成标记的封装就是数据平面的主要内容。 标记是包含在每个分组中的短固定长度的值，用于标识一个集合流( s t r e a m ) ，一个 集合流包含一个或多个流( f l o w ) 。标记只在本地有意义，经每一跳后标记是变化的，但 经逻辑级联就构成l s p ，类似于v p i v c i 构成p v c 。标记的格式依赖于分组封装所在的介 质，例如，a t m 封装的分组采用v p i v c i 。 标记的结构如图2 3 所示，包含2 0 比特的标记3 个比特的e x p 。现在通常用作c o s ， 1 个比特的s ，用于标识这个m p l s 标记是否是最低层的标记，和8 个比特的t t l ( t i m et o l i v e ) 。 标签 e x ps1 t l l 3 2 比特 i 2 层头部 m p l s 头部l 口头部 数据 图2 3 标记的结构 m p l s 包头的位置界于二层和三层之间，俗称2 5 层。m p l s 可以承载的报文通常是i p 包( 当然也可以改进直接承载以太包、a t m 的从l 5 包甚至a t m 信元等) 。可以承载m p l s 的 二层协议可以是p p p 、以太网、a t m 和帧中继等。对于p p p 或以太网二层封装，m p l s 包头 结构如图2 4 所示。但是对于a t m 或帧中继，m p l s 则直接采用分别采用v p i v c l 或d l c i 做为转发的标记，具体结构如图2 4 所示： 8 南京邮电太学碗研究生学位论文第二章m p l s 同络技术 以太网 帧中继 a t m 包 叵巫丑亘巨工三正理 离豳 图2 4u p l s 标记位置”3 l i p l s 可以看做是一种面向连接的技术。通过m p l s 信令或手工配置的方法建立好m p l s 标记交换路径( l s p ) 以后，在标记交换路径的入口把需要通过这个标记交换路径的报文 打上m p l s 标记，中间路由器在收到m p l s 报文以后直接根据肝l s 报头的标记进行转发， 而不用再通过i p 报文头的i p 地址查找。在m p l s 标记交换路径的出口( 或倒数第二跳) ， 弹出l f p l s 包头，还回原来的i p 包( 在v p n 的时候可能是以太网报文或a t m 报文等) 。 222m p l s 的控制平面 控制平面的主要功能是通过它的工作为数据平面的业务数据传输做出应有的保障，包 括标记交换路径的建立，拆除，保护，重新建立以及重新路由等。具体来说是，和其他 l s r 交换三层路由信息，以此建立路由表；和交换标记对路由的绑定信息以此建立l a b e l i n f o r m a t i o nt a b l e ( l i b ) 标记信息表；同时再根据路由表和l i b 生成f o r w a r d i n g i n f o r m a t i o nt a b l e ( f i b ) 表和l a b e lf o r w a r d i n gi n f o r m a t i o nt a b l e ( l f i b ) 表。控制平 面也就是我们一般所说的路由引擎模块。 对于控制平面中所使用的路由协议，可以使用以前的任何一种，如o s p f 、r i p 、b g p 等等，这些协议的主要功能是和其他设备交换路由信息，生成路由表e 这是实现标记交换 的基础。在控制平面中导入了一种新的协议l d p 。该协议的功能是用来针对本地路由 表中的每个路由条目生成一个本地的标记，由此生成l i b 表，再把路由条目和本地标记的 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章m p l s 网络技术 绑定通告给邻居l s r ，同时把邻居l s r 告知的路由条目和标记帮定接收下来放到l i b 表里， 最后在网络路由收敛的情况下，参照路由表和l i b 表的信息生成f i b 表和l f i b 表。 通常使用的建立m p l s 标记交换路径的信令有l d p c r - l d p ，r s v p - t e 。 l d p 协议是即l s 中最重要的一个协议，负责标记的绑定及l s p ( 标记交换路径) 的建立 和维护。它有4 种消息：发现消息、会话消息、公布消息以及通知消息，其中的发现消息 就是用来发现l d p 对等体的存在。处在网上的l s r ( 标记交换路由器) 周期性地用组播方式 发送h e l l o 消息( 非连接的用户数据报协议方式) 给所有同一子网上的其他路由器，以声明 和维护自己的存在。 l d p 的标记分配模式有d o d ( d o w n s t r e a mo nd e m a n d ：下游按请求分配标记模式) 和 d u ( d o w n s t r e a mu n s o l i c i t e d ：下游未被请求标记分配模式) 两种方式，l d p 能够建立到 某个目的路由其或目的子网的l s p ，起到建立虚连接的作用。 c r - l d p 和r s v p - t e 则能够携带带宽、部分明确路由、着色等约束参数，c r - l d p 或 r s v p - t e 可以通过流量工程的约束路由计算建立满足这些约束条件的l s p 。其中 l d p c r l d p 是i t u - t 认可的m p l s 信令标准，也是中国国标中认定的m p l s 信令标准。 2 3m p l s 的主要应用 2 3 1o o s 人们希望i p 网络能够提供高带宽、低延时的服务，这就要求在i p 网上实现一定的q o s 功能。i p 网中的q o s 不可能实现成和a t m 一样，因为i p 网是一种面向无连接的网络。i po o s 的一个基本要求就是对现有网络结构改变要求尽量的小，适合这个要求的i pq o s 机制现 在有流量工程和d if f s e r v c o s 。 流量工程就是一种o o s 机制，在i p 网这是非常重要的一种机制。这是因为在影响网络 o o s 的最主要原因就是因为网络存在拥塞。i p 包的网络延时主要来自于路由器队列调度时 的排队延时。在一个没有拥塞的网络中q o s 是可以得到很好的保证的。而流量工程的作用 就是调配网络流量，使得l s p 的流量能够避开网络拥塞点，从而达到均衡网络流量、减少 网络的拥塞的目的。 i p 网要实现q o s 可以只支持d i f f s e r v 或c o s ，也可以是m p l s 流量工程或者两个同时 采用。采用d i f f s e r v c o s 的方法需要对所有的i p 包在网络边缘或用户侧进行流分类，打 上d i f