（电路与系统专业论文）基于mpls流量工程的应用研究.pdf

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发展历程和技术优势进行了介绍，并以此引出论文要研 究的问题。 第二章主要介绍了m p l s 的体系结构和概念，并对m p l s 体系结构中的各种 技术选择进行了分析比较。m p l s 是基于标签的信息转发机制，分组的转发路径 完全由m p l s 标签决定。m p l s 可以支持多种网络层面上的协议，并可通过有效 的隧道机制实现流量工程。 第三章总体介绍了m p l s 流量工程的相关概念及其相关协议。在当今多媒体 业务日趋增多，网络流量业务不断增加的情况下，基于数据报文传输模式的i p 网 络对于“服务质量”，只能尽“最大努力”，而t c p 只是通过端到端的传输控制 功能试图替代和减少网络自身的质量控制，显然这些难以保证足够的吞吐量和满 足传送延迟等服务质量要求。从本质上说，流量工程是一种网络控制技术，其中 包括接入控制、策略控制、质量控制和楠塞控制等。m p l s 流量控制的目的就是 解决尽力而为的传统i p 服务与q o s 的统一问题。在提出流量工程和m p l s 流量 工程的基本概念后，具体介绍了支持流量工程的2 种协议：资源预约协议 ( r s v p ) 和基于强制路由的标签分配协议( l d p ) ，并加以分析和比较。 第四章是整个论文的重点，本章研究了m p l s 网络中应用其流量工程技术解 决网络中网络中各种不期望出现的业务流冲突现象，从而实现了优化网络链路负 载分配的优化及减少网络链路超荷导致严重丢包的目标，本章中详细介绍了基于 m p l s 流量工程的各种经典路由算法及其优缺点，并在此基础上提出并阐明本文 的算法，最后通过应用当前流行的网络仿真软件n s 实现了该算法，并通过仿真， 验证了所提方法的可行性。 第五章，对提出的方法应用网络仿真软件u s 进行仿真。n s 是一个基于i p 的 仿真器，是由u cb e r k e l e y 在1 9 9 8 年开发出的对不同的真实网络进行仿真的一个 平台。通过对r l s 功能的扩展设计，实现了对n s 自身所带m p l s 库的扩展，并通过 t c l 语言实现了本论文提出的算法。 关键词：m p l s ，r s v p ，t e ，n s ，c a _ l d p ，o o s 山东大学硕士学士论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i di n c r e a s eo f i n t e r n e t ，t h en e t w o r kt r a f f i c i sg r o w i n ga c c o r d i n g l y h o w t om a n a g ea n dc o n t r 0 1t h eb u r s ta n du n e x p e c t e dt r a 施el o a dt oa v o i dc o n g e s t i o ni sah o t i s s u ei nc u r r e n tr e s e a r c h e s n o wt r 拭ce n g i n e e r i n g ( t e ) ，w h i c hm a i n l yc o n c e l t l st h e o p t i m i z a t i o n o fn e t w o r k p e r f o r m a n c e ，b e c o m e s m o r ea n dm o r e i m p o r t a n t i n i n t e m e t w h o s eo b j e c t i v ei st om a k et h eo p e r a t i o no fn e t w o r ke 衔c i e n t a n d r e 1 i a b l e a n dt o o p t i m i z en e t w o r kr e s o u r c e s m p l sh a sm a n yc h a r a c t e r i s t i c sf o ri e s s e n i n gc o n g e s t i o n a n db a l a n c i n gl o a da n dp r e s e n t san e w p a t ht oi m p l e m e n t i n gt e t h i sp a d e rd i s c u s s e st h e r e l e v a n t i s s u e s o nm p l sa n dt e ，a n da n a l y z e sh o wt or e a l i z et ew i t hm p l s f i r s ti n c h a p t e r1 m a i n l yp r e s e n t s t h e b a c k g r o u n do fm p l st e c h n o l o g y , a n d i t s c o n c e p t ，d e v e l o p e n ts t a g e a n dc h a r a c t e r i s t i c i nc h a p t e r2 p r e s e n t sc o n c e p t sa n dt h ea r c h i t e c t u r eo fm p l s m p l si sai a b e l b a s e d m e s s a g ef o r w a r d i n gm e c h a n i s m 南vu s i n gl a b e l s ，i tc a ns e tu pe x p l i c i tr o u t e sw i m i na n m p l sd o m a i n ap a c k e t s f o r w a r d i n gp a t hi sc o m p l e t e l y d e t e r m i n e db vi t sm p l s l a b e l m p l sa l s oc a nr o u t em u l t i p l en e t w o r kl a y e rp r o t o c o l sw i t h i nt h es a m en e t w o r k a n dc a nb eu s e da sa ne f f i c i e n tt u n e l i n gm e c h a n i s mt oi m p l e m e n tt r a f i l ee n g i n e e r i n g i nc h a p t e r3 p r e s e n t sa no v e r v i e wo ft r a f f i ce n g i n e e r i n g a n ds o m ep r o t o c o la st o t e w i t ht h ei n c r e a s eo fm u l t im e d i a b u s i n e s sa n dn e wd e m a n d so fn e t w o r kt r a m c t h ei p n e t w o r k w h i c hi sb a s eo nd i a g r a mt r a n s m i s s i o ns c h e m e c a no n l yp r o v i d e “q u a l i t yo f s e r v i c e ”b vi t s “b e s te f r o r t ”a l s ot c p ，i tc a no n l yr e p l a c eo rr e d u c et h eq u a l i t yc o n t r o lb y t h ef u n c t i o no fe n dt oe n dt r a n s f e rc o n t r 0 1 i ti so b v i o u st h a tt h e s et e c h n o l o g i e sc a n n o t e n s u r et h eo o sd e m a n d s s u c ha ss u 历c i e n t t h r o u g h p u t t r a n s f e r d e l a y , e t c e s s e n t i a l l y , t r a f f i c e n g i n e e r i n g i st h et e c h n o l o g yo fn e t w o r kc o n t r o l ，i n c l u d i n g c o n n e c t i o n c o n t r o l ，p o l i c yc o n t r 0 1 q u a l i t y c o n t r o la n dc o n g e s t i o nc o n t r 0 1 t h ea i mo f m p l st r a f f i cc o n t r o li st oc o m p r o m i s et h et r a d i t i o n a li ps e r v i c ea n dq o s a f t e rt h em a i n i d e aa n ds o m eb a s i cc o n c e p t so ft r a f f i ce n g i n e e r i n ga r eb r o u g h tf o r a r d ，t w op r o t o c o l so f r s v pa n dc rl d pa r ei n t r o d u c e d w h i c hs u p p o r tt r a 陌ce n g i n e e r i n g c h a p t e r4i st h ee m p h a s i so ft h ep a p e r , i nm p l sd o m a i n t h ec h a p t e rr e p r e s e n tt h e t r a f f i ce n g i n e e r i n gm e c h a n i s m sa i mt oo p t i m i z et h el o a dd i s t r i b u t i o na n dr e d u c el i n k o v e r l o a di nan e t w o r ki nt h ec a s eo fu n e x p e c t e dt r a f f i cv a r i c t i o n s ，a n do nt h eb a s i co f t h a t t h ep a p e rp r e s e n taa l g o r i t h m a n dr e l i z ei tw i t hn sw h i c hi sap o p u l a rn e t w o r k s i m u l a t o r , a n dt h ep e r f o r m a n c er e s u l tp r o o tt h a ti t i sv i a b l e i n c h a p t e r5 ，d e s c r i b e s t h ep u r d o s es i m u l a t o rw h i c hh a sb e e ni m p l e m e n t e db y e x t e n d i n gn s n s j sa ni pb a s e ds i m u l a t o r b e g a na sav a r i a n to ft h er e a ln e t w o r k s i m u l a t o ri m p l e m e n t e db yu cb e r k e l e vi n19 9 8 4 k e yw o r d s ：m p l s ? r s v p , t e ! n s ! c 也l d e , o o s 符号说明 a t m ：a s v n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e 异步传输模式 b o p ：b o r d e rg a t e w a vp i ，o t o c o l 边界网关协议 c b r ：c o n s t r a i n t b a s e dr o u t i n g 基于约束路由 c r - l d r ：c o n s t r a i n t b a s e dl d p 基于约束路由的标签分发协议 d i f f s e r v ：d i f f e l ：e n t i a t e ds e r v i c e s 区分服务 e g p ：e x t e r i o rg a t e w a yp r o t o c o l外部网关路由协议 f e c ：f o r w a r d i n ge q u i v a l e n tc l a s s 转发等价类 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 ei n t e r n e t 工程任务组 i g p ：i n t e r i o rg a t e w a yr o u t i n gp r o t o c o l内部网关路由协议 l d p ：l a b e ld i s t r i b u tp r o t o c o l标签分发协议 l e r ：l a b e le d g er o u t e r标签边界路由器 l s r ：l a b e ls w i t c hr o u t e r标签交换路由器 m p l s ：m u l t i p l ep r o t o c o l l a b e ls w i t c h i n g多协议标签交换协议 n s ：n e t w o r ks i m u l a t o r网络仿真 o s p f ：o p e ns h o r t e s t p a t hf i r s t丌放式最短路径优先协议 q o s ：q u a l i t yo fs e r v i c e 服务质量 r s v p ：r e s o u r c er e s e r v _ a t i o np r o t o c o l资源预留协议 s d h ：s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y同步数字序列 t c p ：t r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c o l传输控制协议 t e ：t r a f f i cg n g i n e e r i n g流量工程 u d p ：u s e rd a t a g r a mp r o t o c ol用户数据报协议 5 山东大学硬士学士论文 第一章引言 随着信息技术的高速发展，i n t e r n e t 已经成为一个巨大的公众数据网，快速增 加的用户数量使得i n t e m e t 主于网的数据量迅速增长。i n t e m e t 的发展对宽带化、 多媒体化提出了越来越多的要求，i p 网络的建设迫切需要一种更为高效的技术。 出于i n t e m e t 的迅速发展，i p 计算机网络的应用环境已成为“既成事实”的 标准和开放系统平台。标签交换的想法来自于对i p 网络中两种基本设备的考察， 它们便是我们再熟悉不过的交换机与路由器。可以看到，若仅就交换速度，流量 控制性能与性能价格比而言，交换机无疑要远远优于路由器，然而路由器却具有 交换机所不能比拟的丰富而灵活的路由功能。这样，我们不禁要想，能不能让一 部设备既有交换机的高速度与流量控制能力，又具备路由器灵活的功能呢? 这实 际上是标签交换技术产生的一个关键动机。 标签交换技术( l a b e ls w i t c h ) ，是对现有的各种标签交换技术的统称，而这 些技术，正是m p l s 技术产生的基础。多协议标签交换，即m p l s ( m u l t i p r o t o c o i l a b e l s w i t c h i n g ) ，是i p 通信领域中的项崭新的传输技术，是 对传统i p 网络传输技术( 如i po v e ra t m ，i po v e rs d h ) 的改进。它采用集成模 型，将第三层i p 路由技术与第二层的硬件交换技术结合在一起，并且使用一个定 长的标签作为分组在m p l s 网络传输时所需处理的唯一标志。这种技术兼具了i p 的灵活性、可扩展性与a t m 等硬件交换技术的高速性能、流量控制性能、q o s 性能。使用这一技术，将不仅能解决当前网络中存在的其它传统技术难以解决的 大量的问题( 如n 平方问题、带宽瓶颈、q o s 保证以及v p n 支持等问题) 而 掰能够实现许多崭新的功能( 如流量工程、显示路由等) ，是一种理想的r p 骨干 网络技术。 当阿，m p l s 技术是当前网络传输研究的热点，也是各大通信设备提供商力 推的重点。国际上关于m p l s 的研究十分活跃，i e t f 这两年出台了一些m p l s 的胁议手订协议草案，而i t u t 的各个工作组也在积极进行相关的研究以及标准的 指定工作。 1 1 m p l s 发展背景及其优势 m p l s 是在一系列技术的发展和推动下不断发展起来的。其中主要有： a 丁m 沦坛推出的i p o a 、l a n e 和m p o a ； t o s h i b a 公司的信元交换路由器技术c s r ( c e l ls w i t c h i n gr o u t e r ) 技术； i p s i l o n 公司的i ps w i t h i n g ； c i s c o 公司的t a gs w i t c h i n g ；该方案与前两种技术由很大的差别。例如，它 不足使用流驱动而是控制( 拓扑) 驱动方式来建立交换机中的转发表，而且该技 术将不仅限于在a t m 交换机之上使用。 i b m 公司的a r i s 与n o r t e l 公司的v n s ；在c i s c o 公司宣布其技术之后，很 快i b m 公司也推出了它们的标签交换技术a r i s ( a g g r e g a t er o u t e b a s e d i p s w i t c h i n g ) ，并且也形成了r f c 文件。 国际标准组织认为m p l s 作为最佳网络传输技术，主要有以下原因： 专多协议标签交换技术为解决i p 网络上流量规划方面的局限性提供了一种新 的可能性。尽管m p l s 是一种非常简单的协议，但它为在i p 网络上实现流量规 划引入一套完整的控制手段。m p l s 通过显示的标签交换路径，能够有效的支持 6 山东大学硕士学士论文 源端对连接的控制，通过区分服务及基于约束的寻找路由协议相结合，m p l s 能 够在i p 网络上支持q o s ； 专适应与较大规模的网络。众所周至，m p o a 非常适用与于小规模的网络， 然而在较大规模的网络中应用受到限制。而m p l s 正是为满足大规模网络的各种 要求( 如灵活性、可扩展性与可管理性等要求) 而设计的。 专适用与多种承载网络。大规模的网络可以使用包括a t m 在内的多种承载技 术。从一个较宽的范围来讲，应该选取一种对于i p o a 是最优，而且对于其它的 链路层技术也是最优的技术。而m p l s 则可能正是能够覆盖这一范围的唯一技 术。 路由控制的灵活性。从选路的角度来讲，m p l s 技术允许我们可以选择使 用固定寻路方式或者动态寻路方式，具体使用那种方式可以取决于网络操作者的 选择。 专i p 业务的业务量工程。目前，a t m 拥有最完整的业务量工程能力。然而， i p o a 的重叠模型无法高效地利用a t m 的所有能力，而且在使用全连通的p v c 方式时，其应用的可扩展性将受到“n 平方”问题的限制。m p l s 借用了也些 a t m 技术如选路、资源管理等技术方面的特性，而且引入了显示路由( e x p l i c i t r o u t i n g ) 的概念，它有助于将业务量的要求映射到网络拓扑之上。这样，使用 m p l s 可以获得新的、更多的业务量管理性能。 支持v p n 业务。m p l s 的主要优势是能够以无连接方式或者显示路由方式 提供面向连接的业务，这种特点使得m p l s 尤其适用于动态隧道技术。而动态隧 道技术使目前支持v p n 业务的有效传送技术手段。但目前由于提供基于m p l s 的v p n 的方式不是唯一的，这使得将它同其他i p o a 技术进行比较较为困难。 - - ) q o s 方面，i pd i f f s e r r 与m p l s 具有明显得默契，因为它们在设计中都考虑 了满足业务得需求。由于标签的扩展语义可以携带d i f f s e r v 信息，借助于标签与 端到端的标签交换路径及一定的资源预留机制，可以保证q o s 机制在特定m p l s 域中的一致性。 1 2m p l s 网络现状及展望 世界各大通信厂商及研究部门都在加紧进行m p l s 的研究工作，并己推出具 有b t p l s 功能的设备，有些厂商还宣称已设计出实现m p l s 功能的专用芯片组，但 目前大多数公司的产品只支持基本的m p l s 功能。 目前实际运行的具有m p l s 功能的网络有：欧洲国家网络u u n e t ，美国互联网 正利用m p l s 技术为i p 网络实现流量工程调节；a t & t 用m p l s 构建了基于桢中继 的i p 服务网和通过m p l sp v c 实现a n y t o a n y 连接。 i t u _ t 也已经决定使用c r l d p 作为其最新通过的y 1 3 1 0 建议中支持i p o a 的 唯一控制协议。我国的m p l s 行业标准中，也建议使用c r l d p 作为骨干网上i p 实现m p l s 的主导技术。 以上的发展现状充分表明，发展作为下一代网络技术已成为业界的共识。但 由于的相关协议及技术细节还不完善，各公司对于产品的开发与研究也还处于初 级阶段。使用扩展的r s v p 实现的产品会在当前和今后一段时阳j 内存在，由于 c r l d p 协议的简单性和良好的可扩展性，以及官方的支持，因此使用c g l d p 实 现的m p l s 的产品必将占据市场主导地位。我们的重点应该放在c r l d p 和流量工 7 山东大学硕士学士论文 程以及d i f f s e r v 的研究和产品的开发上。 8 山东大学硕士学士论文 第二章m p l s 基本原理 2 1m p l s 体系结构 m p l s 协议层所完成的功能在o s i 的七层模型中没有相对应的位置，可以认 为m p l s 是处于2 5 层的一个协议，处于网络层和数据链路层之间。m p l s 通过 适当的机制将网络层的转发路径映射到数据链路层的交换路径，使得数据分组的 转发主要通过硬件层接收一硬件层转发来完成，从而改变了传统硬件层接收一软 件层路由一硬件层转发的过程。m p l s 完成这种路径映射的办法是在每个i p 数据 分组前添加一个标签，并在中间经过的路由器中建立相应的标签信息表l i b ，在 转发时就直接根据标签信息和l i b 中的表项进行转发，不再进行传统的路由查询 转发。 m p l s 中一个很重要的概念是转发等价类f e c ( f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c e c l a s s ) 。在传统的i p 转发机制中，每个路由器对接入端口到达的数据分组都要 分析其包含在分组头中的信息并做相应处理。如果对于某一类数据分组的各步处 理都完全相同，在m p l s 中则称这些数据分组为转发等价类( f e c ) 。所谓转发 等价即指为转发这些数据分组所进行的处理是一样的。最简单的情况就是具有相 同目的地址的数据分组属于一个转发等价类。f e c 是仅具本地意义的，如何确定 f e c 也是由每个路由器内部决定的，m p l s 的协议框架中并没有对此做规定。 m p l s 中另外一个重要的概念就是标签( l a b e l ) 。l a b e l 就是一个短而定长 的字段。l a b e l 包含在m p l s 垫片头( s h i mh e a d e r ) 中。m p l s 中规定l a b e l 的 长度是2 0 b i t s ，加上4 b i t s 的附加比特和8 b i t s 的t t l ( t i m et ol i v e ) 一起构成 3 2 b i t s 的s h i mh e a d e r 。l a b e l 是只具有本地意义的，这一点是与i p 地址的全局唯 一性本质不同的。除了s h i mh e a d e r 外，a t m 中的v p i v c i 字段，帧中继 ( f r a m er e l a y ) 中的d l c i 字段和d w d m 中光波波长都可以作为m p l s 的 l a b e l 。如果i p 的底层是n b m a 网络，如a t m 、f r a m er e l a y 等，则可以直 接使用v p i ，v c i 、d l c i 作为l a b e l ，因为这些网络已采用的交换机制是与m p l s 完全类似的；如果1 p 的底层是共享型网络，如e t h e m e t 、f d d i 等，则可使用 m p l ss h i mh e a d e r 作为l a b e l ，在一个无交换的网络中增加交换机制。 支持m p l s 功能的路由器称为标签交换路由器l s r ，若干个l s r 组成的网 络成为m p l s 云，处于m p l s 云边缘的l s r 称为边缘标签交换路由器，分为入 口l s r 或出口l s r 。非边缘标签交换路由器有时也称为转发标签交换路由器。 m p l s 的工作原理：当数据分组到达m p l s 云的入口l s r 后，入口l s r 通 过分析数据分组的信息头决定该分组属于哪个f e c ，然后将一个与该f e c 相关联 的l a b e l 加在数据分组前。在后继的l s r 中，只需要查看数据分组的l a b e l 即可 决定其转发出口，在转发前将新的l a b e l 取代旧l a b e l 然后转发到下个 l s r 。当数据分组到达出口l s r 时，出口l s r 将l a b e l 从数据分组中去掉，又 按照传统的转发方式对数据分组进行转发。 与a t m 不同，m p l s 中标签交换路径的建立和这个l s p ，上数据分组的转 9 山东大学硕士学士论文 发是同时进行的。当l s p ，没有完全建立好或发生改变时，数据分组仍可以采用 第三层的交换进行传统的i p 转发，或者部分在第三层部分在第二层进行转发。建 立l s p 的过程是标签分发协议将l a b e l 与f e c 绑定信息通过标签映射消息在 m p l s 云中扩散的过程。每个f e c 由一系列的f e c 基本单元限定，目前f e c 基 本单元仅包括i p 地址前缀和主机地址两种。当一个i p 数据分组的地址与某一个 f e c 基本单元以某种原则匹配时，该数据分组即属于这个f e c 。l d p 采用的是下 游l s r 发送l a b e lm a p p i n g 消息的方式，即下游l s r 在上游l s r 发送请求的 情况下发布l a b e lm a p p i n g 消息或者独立发布l a b e lm a p p i n g 消息。l d p 与o s p f 等第三层的路由协议相似，是一个分布式的控制协议，通过相互交换信 息来获得全网l s p 在各个节点l a b e l 分配的收敛。 m p l s 目前主要是用于i n t e m e t 的骨干网络。在近期，m p l s 设备开始进入市 场，现有高端设各，如传统a t m 交换机，通过软升级成为a t m g l s r 来提供 m p l s 功能，与新入网的m p l s 设备互连互通。在中期m p l s 设备将不断从骨干 网向周边延伸，逐步延伸到用户终端，全面实现m p l s 技术的各项标准化协议。 w i s c o n s i n 大学已经把l d p 协议集成到l i n u x 操作系统中，这为m p l s 推广应用 到终端打下了坚实的基础。在远期，m p l s 技术与光纤传输交换技术融合在一起 是发展的大趋势，在一个透明的光传输网络上承载未来不断出现的新业务和已有 的业务，这方面的研究也已有了很多成果。 2 zm p l s 中的关键技术 网络规模正在不断扩大，为了适应未来网络的特点，m p l s 必须是一个有良 好可扩展性的技术。实现这一点在m p l s 中有两个关键的技术：层次化标签交换 和标签合并。下面将对这些技术做具体分析和讨论。 2 2 1m p l s 层次化标签交换 标签栈通过使用l a b e ls t a c k ，可以实现非常重要的m p l s 层次化标签交 换。对于已经加以l a b e l 的数据分组，可以再加上第二层、第三层等多层 l a b e l 。这些l a b e l 以先进后出的堆栈形式组织，就称为l a b e l 栈，如图1 所示。图1 标签栈的组织形式如果一个数据分组加有m 个l a b e l ，处于l a b e l 栈底部的l a b e l 称为第一级l a b e l ，其上一个l a b e l 称为第二级l a b e l ，最 上层为第2 级l a b e l 。在m p l s 中，l a b e l 数据分组的转发处理只根据最上层 的l a b e l 来进行，与所有最上层下面的l a b e l 都无关。 l a b e l3 l2 l lk k e t ，_ _ _ _ j 一一一一_ _ _ 一 图1 标签栈的组织形式 2 2 2 层次化标签交换机制 在i p 网络中为解决网络可扩展性问题，引入了网络的分层结构。整个i p 网 络由各个自治域组成，在自治域内叉分为不同的区。网络分层以后通过不同层次 间的路由汇聚可以大大减少路由表的表项，从而使得在网络规模不断扩大以后路 由表能够仍然保持一个合理的大小。在m p l s 网络中l s p ，的建立是依据第三层 山东大学硕士学士论文 的路由表来建立的。当采用以i fp r e f i x 为依据的l a b e l lg r a n u l a r i t y 时，l a b e l 交换表的表项数目与路由表的表项数目是相同的，这意味着m p l s 的l s r 建立 的l s p ，也是属于不同层次的。如图2 中，l s r l ，2 ，7 ，8 ，9 ，1 0 是自治域的 边缘l s r ，它们运行的是b o p ( 边晃网关协议) ，处于网络的最上层。l s r 3 ， 4 ，5 ，6 是自治域d o m a i n 2 内的l s r 。它们运行的是o s p f ( 内部网关协议) ， 处于低一层网络。这样，l s r l ，2 ，7 ，8 ，9 ，1 0 之间将互相发布l a b e l 分配信 息，建立b g p 级的l s p ，：而l s r 3 ，4 ，5 ，6 之间将建立o s p f 级的l s p ，。 从图中可以看到，l s r 2 ，9 是通过d o r l l a i n 2 内的l s r 3 ，4 ，5 ，6 连接起来的， 即l s r 2 ，8 之f i j ：f 的数据分组转发实际上是需要通过d o m a i n 内的l s r 来完成的。 这样，需要一种机制将o s p f 级的l s p ，嵌入到b g p 级的l s p ，中。利用标签栈 可以实现这一点。 图2 层次化的标签交换 考虑l s r 2 处的具体操作情况可以看出l a b e l 栈的使用。l s r 2 处将一个 b o p 级l s p 上接收到的数据分组，加以合适的b g p 级l a b e l 后转发给l s r 3 。 为了使用d o m a i n 2 内的o s p f 级l s p ，将这个数据分组转发到l s r 3 ，l s r 3 将给 数据分组，再加以一个o s p f 级的l a b e l 转发给d o m a i n 2 内的其它l s r 。这样 该域的l s r 获得的是含有两层l a b e l 的数据分组，。根据l a b e l 栈的使用原 则，以后的转发将只根据最上层的o s p f 级l a b e l 来进行。于是d o m a i n 2 内的 l s r 将数掘分组沿已经建立好的o s p f 级l s p ，交换到该l s p 的出口l s r 6 。出 于l s r 6 是l s p 的出口，最上层的l a b e l 将被去掉只含有b g p 级l a b e l 的 数据分组将被转发到l s r 9 。l s r 9 再继续在b g p 级的l s p ，上进行数据分组转 发。这样利用l a b e l 栈就实现了不同级别l s p ，之间的连接和嵌套称为层次 化标签交换。 2 2 3m p l s 网络层次与i p 路由网络层次的关系 从前面的例子看到，两级网络中利用两级l a b e l 栈可以建立穿越不同层 次、不同区域的l s p ，并且l a b e l 栈的层次与路由的层次有着很好的对应关 系。一个简单的推论是m p l sl a b e l 栈的使用层次与婵路出的层次是一致的， 但事实并不是如此。从下面的例子可以看出：如图3 a r e a l 也是个o s p f 域 域内的网络前缀形如1 6 6 1 1 1 1 ，1 6 6 1 1 1 ，2 等；a r e a 2 也是o s p f 域，域内网络前 缀形如1 6 2 1 0 5 1 ，1 6 2 1 0 5 2 等；a r e a 0 是骨干o s p f 域，对网络地址进行了汇 山东大学硕士学士论文 聚，域内的网络前缀形如1 6 6 1 1 1 ，1 6 2 1 0 5 等。l s r l 、2 是域内路由器，l s r 3 、 4 是边缘路由器。虽然在路由上这也是层次化的网络，但是却无法利用m p l s l a b e l 栈的层次化来建立l s r l 与l s r 2 之间的l s p 。各个域内的路由表如下： 图3 0 s p f 路由层次 l s r l 不会要求建立到1 6 6 1l l ，l 或1 6 2 1 0 5 2 等网络前缀的l s p ，因为这些 网络地址根本不在l s r i 的路由表中出现。同样，l s r 2 也不会提出任何类似的要 求。l s r l 只会简单地将目的地址是a r e a 2 内的数据分组加以一个l a b e l 转发到边 缘l s r 3 。l s r 3 此时无法只根据l a b e l 来决定转发动作，这样数据分组必须回到 第三层进行一次传统的路由转发然后再加上a r e a 0 内的l a b e l 发给l s r 4 。在数 据分组到达l s r 4 时，数据分组所带的l a b e l 的l a b e lg r a n u l a r i t y 相当大，包括所 有1 6 2 1 0 5 的网络前缀，l s r 4 也无法只根据l a b e l 决定转发动作必须回到第三 层进行一次传统的路由转发，然后再加上a r e a 2 内的l a b e l 做进一步转发。这样 边缘路由器的工作负担实际上比传统路由方案还要大一些，因为不仅要完成传统 的路由转发工作，还要进行l a b e l 处理工作，复杂度更大了。 表1a r e a l 域内路由表 n e t w o r kp r e f i x f o r w a r d i n ga c t i o n 1 6 6 1 1 l1【a c t i o n 1 6 6 1 1 1 2a c t i o n o t h e rn e t w o r k a d d r e s s f o r w a r d i n gt o 】s r 3 表2a r e a 2 域 l j 路由表 i n e t w o r kp r e f i x f o r w a r d i n ga c t i o n l1 6 2 1 0 5 1a c t i o n 【1 6 2 1 0 5 2a e t i o n f 】 o t h e rn e t w o r k ia d d r e s s f o r w a r d i n gt o1 s r 4 表3a r c a o 域内路由表 山东大学硕士学士论文 n e t w o r kp r e f i xf o r w a r d i n ga c t i o n 1 6 6 1 1 1a c t i o n 1 6 2 1 0 5a c t i o l l o t h e rn e t w o r k f o r w a r d i n gt o a d d r e s sd o m a i ne d g ei s r 2 2 4 层次化结构的局限 在i p 网络的传统路由汇聚机制中，底层网络的具体路由信息在高层网络中被 掩盖了。同时同层内的网络路由信息只会在一个区域内交换传递，不会扩散到其 它区域中去。这样l s p 就只能在同层同区域的e f 之间建立，不能建立同层不同 区域内l s r 间的l s p 。因此，在m p l s 中建立完全只在第二层交换的端到端的 l s p 有很大的困难，在网络层次和区域的边缘，数据分组总是要回到第三层做传 统的路由转发。 这个局限性使得第二层交换的优势还不能够充分地发挥。对于一些特定业务 的数据流，对q o s 的要求可能很高，对网络延时可能有很强的敏感性，传送这 些业务的数据分组时，一条端到端的完全由第二层交换完成的高效l s p 就很有必 要建立a 另外，为减轻边缘l s r 第三层路由的负担，建立一定数量的穿越边缘 l s r 的l s p 也是值得考虑的。 为解决这样的问题可以通过路由注入的方法，即将区域外的路由信息传递到 区域的内部来。如将a r e a 2 中1 6 2 1 0 5 1 的路由信息传递到a r e a l 中，并建立相应 表项，a r e a l 与a r e a 2 问就可以以某种方式建立起端到端的l s p 。但这种方法违 背了层次化网络减少路由信息的原则，同时也缺少相应的建立机制，增加了协议 设计的复杂度a 如何在保证业务服务质量与降低网络复杂度之间获得平衡是个非 常重要的问题，同时也是比较难以解决的。 由于m p l s h i e r a r c h y 与r o u t i n gh i e r a r c h y 之间的关系比较复杂，导致在网络 中难以获得一致的m p l sh i e r a r c h y 的配置。个可能的方案是将一个m p l s 域 局限在一个i p 路由区域内。这样的好处是能与目前已有的协议体系较好地适应， 能获得较多厂商的支持。 2 2 5 标签合并 m p l s 中实现标签交换的办法就是在每个l s r 中建立标签交换表，每个表项 都包括有入口标签和出口标签等基本信息。一般情况下，入口和出口标签应该