公用ATM网向MPLS演进的几种可能方式

 引言

    多协议标记交换（ＭＰＬＳ）技术采用集成模型，将ＩＰ技术与下层技术结合在一起，兼具了高速交换、ＱｏＳ性能、流量控制性能以及ＩＰ技术的灵活性、可扩展性，它不仅能够解决当前网络中存在的问题，而且能够支持许多新的功能，是一种较为理想的骨干ＩＰ网技术。ＭＰＬＳ将可能成为重要技术在公用网使用，其协议本身与底层的传输媒体无关。近期，ＩＴＵ－Ｔ ＳＧ１３ 通过了Ｙ．１３１０（公用ＡＴＭ网络传送ＩＰ）建议， 提出了公用ＡＴＭ网络演进的技术方案 。Ｙ．１３１０对不同的运营商提出了向ＩＰ网络演进的指导性意见?押传统运营商宜采用ＡＴＭ支持ＩＰ的解决方案?熏对于语音业务提供商宜首先保持七号信令系统（ＳＳ７）的控制，逐渐将话音业务量从时分复用（ＴＤＭ）网络向分组化网络分流?熏并向采用ＭＰＬＳ技术的网络过渡。Ｙ．１３１０给出了ＡＴＭ ＰＶＣ上支持ＭＰＬＳ、虚拟中继等技术方案。

     ＭＰＬＳ的优势主要有以下几个方面：

    （１）能够提供以往ＩＰ网中无法保证的流量工程业务，可最佳利用链路和节点，平衡负荷，确保某些业务流有必要带宽，使ＩＰ网络将能够具备一定的ＱｏＳ能力?熏这对于日益增长的互联网业务与ＩＰ网的规模是至关重要的。

    （２）能够增强网络的性能，它可以实现许多以往技术所无法实现的路由功能，如显式路由功能、环路控制、组播和虚拟专用网（ＶＰＮ）等。

    （３）采用集成模型，将路由、寻址与控制等功能集成到一起，使得控制过程大大简化，避免了经典ＡＴＭ上的ＩＰ（ＩＰＯＡ）中下一转接路由协议（ＮＨＲＰ）、ＡＴＭ上的多协议规范（ＭＰＯＡ）等技术地址解析的复杂性。

    （４）改善了传统ＩＰ网络中的Ｎ平方问题，增强了可扩展性。

    （５）利用现有的已经发展成熟的路由协议（如ＯＳＰＦ，ＢＧＰ－４）以及传输层协议（如ＴＣＰ），一方面简化了网络的设计过程，另一方面也保证了网络的可靠性。

    （６）当使用ＡＴＭ交换机来支持ＭＰＬＳ时，ＭＰＬＳ对ＩＰ／ＡＴＭ良好的结合能够使目前设备的投资得到充分的利用。

    （７）能够支持各种传输层协议与链路层协议，是一种标准的解决方案，这一点有利于保证各个厂商产品之间的互操作性。

      ＭＰＬＳ的发展也还面临着下面一些问题：

    （１）ＭＰＬＳ标准的制定过程中，控制协议面临着基于约束条件的标记分发协议（ＣＲ－ＬＤＰ）与资源预留协议－扩展这两种方式的取舍问题，这些问题若解决不好，将带来复杂的互联互通问题。

    （２）在没有出现合适的用户终端设备之前，真正的端到端的服务质量（ＱｏＳ）支持尚难以实现，目前只能支持区分服务（Ｄｉｆｆｓｅｒｖ）的服务类别（ＣｏＳ）业务。

    （３）虚电路合并技术（ＶＣ Ｍｅｒｇｅ）还有待进一步研究，解决其带来的信元交织问题将消耗更多的缓冲资源，这将不可避免地带来对现有ＡＴＭ设备的硬件升级投资。

   （４）当ＭＰＬＳ应用于ＡＴＭ交换机时，由于ＡＴＭ交换机虚信道，虚通道数量的限制，目前只能支持两级标记栈，这一问题正处于研究之中。

    （５）引入ＭＰＬＳ后， 将面临与已有网络的兼容和改造。

    当前，国际上关于ＭＰＬＳ的研究十分活跃， 该技术将很有可能成为下一代ＩＰ网络的基础。总而言之，较之其它技术，ＭＰＬＳ具有许多优势，虽然它尚未形成标准， 但它将是未来ＩＰ网络技术强有力的竞争者。

现有网络结构如何向ＭＰＬＳ演进，不仅依赖于实际的网络状况，也依赖于特定网络运营商所要提供的业务。

    如果要将ＭＰＬＳ在现有的ＡＴＭ骨干网中实施 ，网络如何演进将取决于该网络是一个新网络还是一个已经建成的网络，以及网络承载的是以ＩＰ为主的业务还是包括数据、语音、图像、租用线业务在内的全业务。虽然上述网络划分并不严格，但是这种划分方法是基于服务提供商实际网络状态和所能够提供业务基础上的，是一种十分方便的分类方法。

２ 几种可能引入ＭＰＬＳ的网络结构

２．１ 已经建成的全业务网络

    在这种网络中可以包含一个传统的语音网络，网络将使用ＴＤＭ网络或是另一个网络来进行数据业务的传输。网络的运营商需要解决的问题就是要将其数值与话音网络合并成为一个网络。

    这种网络中可能已经包含了传统的ＡＴＭ技术，而且已经在使用这种技术来支持数据业务（ＩＰ或ＦＲ），另外，网络还可能已经在使用这一技术来提供语音与图像业务或者是其它的ＡＴＭ本地业务。在这种情况下，ＡＴＭ表现为一种多业务交换技术。

    这种网络对于ＩＰ业务的传送可以有以下３种方式：

    使用点到点的ＡＴＭ ＰＶＣ及ＲＦＣ２６８４封装；

    使用经典ＩＰＯＡ（Ｃ－ＩＰＯＡ）；

    使用ＡＴＭ上的多协议规范（ＭＰＯＡ）。

    如果网络只使用永久虚电路（ＰＶＣ）、软永久虚电路（ＳＰＶＣ）、软虚电路（ＳＶＣ）、永久虚通路（ＰＶＰ）、软永久虚通道（ＳＰＶＰ）而不使用ＭＰＬＳ控制下的虚电路（ＶＣ）的话，使用上述任何一种方式传送ＩＰ业务的网络都有必要引入ＭＰＬＳ技术。ＭＰＬＳ控制下的ＶＣ可以成为“标记ＶＣ（ＬＶＣ）”，以便与下一跳解析协议（ＰＮＮＩ）或类似协议控制下的ＳＶＣ相区别。

２．２ 以ＩＰ业务为主的新网络

    这种网络面临的主要问题首先是到底有没有必要使用ＡＴＭ。如果运营商真的要使用基于信元的ＭＰＬＳ的话，实际上也没有必要使用ＡＴＭ控制，网络所需使用的仅仅是ＡＴＭ的交换能力。

２．３ 全业务的新运营商网络

    这种网络除了支持ＩＰ业务之外，还要能够提供语音、图像和租用线业务。由于业务的多样性，网络将很有可能需要使用ＡＴＭ来把上述各种业务集成到一个网络之上。在这种网络的边缘，可能会使用路由器来支持ＩＰ业务，然而网络的核心将使用ＡＴＭ技术并将实现基于信元的ＭＰＬＳ技术。同时，还可能需要使用“Ｓｈｉｐ ｉｎ ｔｈｅ ｎｉｇｈｔ”方式来将基于ＭＰＬＳ的业务和基于ＡＴＭ的业务集成在一起。若使用流量工程，则需要使用有显示路由功能的ＭＰＬＳ，而对于不使用显式路由标记交换路径（ＬＳＰ）传输的业务，则需要使用逐跳路由的ＭＰＬＳ。

３ 混合ＡＴＭ网络

    有３种可以将ＡＴＭ网络中的非ＭＰＬＳ设备与ＭＰＬＳ设备结合在一起的方法。这些方法假设对象是支持ＡＴＭ交换的网络，在技术方面没有涉及ＭＰＯＡ与Ｃ－ＩＰＯＡ，但同样适用于这两种技术。

３．１ 混合ＡＴＭ网络使用的技术

    在将ＭＰＬＳ引入现有ＡＴＭ网络的过程中，标记交换路由器（ＬＳＲ）之间有时可能会需要使用传统的ＡＴＭ设备来连接，这样就构成了一个“混合”网络。在混合网络中，有的交换机或路由器中有ＭＰＬＳ能力，而有的则没有。构成混合网络的方法包括，ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ传输（ＭＰＬＳ－ｏｖｅｒ－ＰＶＣ），虚中继（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｔｒｕｎｋ），标记分发协议（ＬＤＰ）的虚电路标志（ＶＣＩＤ）通知技术。

（１）ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ传输

    需要注意的是，这种技术只能用于连接基于分组的ＬＳＲ而不能用于连接ＡＴＭ－ＬＳＲ。该技术既可以使用传统ＡＴＭ网络上的ＰＶＣ?熏也可以使用ＳＰＶＣ来连接基于分组的ＬＳＲ（对于ＰＶＣ的使用方法同样适用于ＳＰＶＣ）。

在这种技术中，路由器间将互相发送包含ＩＰ分组与明确的标记封装的ＭＰＬＳ分组。由于此时ＭＰＬＳ标记将作用于整个分组而不是单个信元，这种技术又称为“基于分组的标记技术”。当这种技术应用于ＰＶＣ上时，许多具有不同标记的分组将可能通过同一ＰＶＣ传送。

      而在ＡＴＭ ＭＰＬＳ中，每一个标记都是由不同的ＶＣ（即“标记ＶＣ”）来表示的。这种ＰＶＣ上的基于分组的标记技术实际上与下列情况是一样的：如ＭＰＬＳ ＬＳＲ通过ＳＯＮＥＴ上的分组传送（Ｐａｃｋｅｔ－ｏｖｅｒ－ＳＯＮＥＴ）、ＳＤＨ上的分组传送（Ｐａｃｋｅｔ－ｏｖｅｒ－ＳＤＨ）链路或是任何点到点链路相连的情况。

     要注意的是，在这种技术中，支持ＰＶＣ的ＡＴＭ交换机并不使用ＡＴＭ ＭＰＬＳ，在这些交换机上，仍将使用传统的ＩＰＯＡ方式中的ＰＶＣ配置与管理方法。

     这种技术将使用ＭＰＬＳ的通用标记栈封装，而链路层封装则可以使用空封装或是链路层控制／子网连接点封装方式（ＬＬＣ／ＳＮＡＰ）封装。如果ＰＶＣ只用于传送ＭＰＬＳ分组的话，则建议使用空封装。否则，则应当使用ＬＬＣ／ＳＮＡＰ封装，其中ＳＮＡＰ头中的以太网类型字段将表明该封装的类型为“ＬＡＮ媒体上的ＭＰＬＳ传送”。

   （２）虚中继

    实现混合ＡＴＭ网络的另一种方式是虚中继。虚中继是由虚通道（ＶＰ）连接构成的。在ＡＴＭ ＭＰＬＳ中一般是通过把ＩＰ分组装入同一ＡＴＭ中继内的不同ＶＣ中来对ＩＰ分组进行标记。中继上的每一个不同的ＶＣ都将代表一个标记值。而对于虚中继，ＡＴＭ－ＬＳＲ的处理方式与它对一条物理中继的处理几乎是一样的（同一ＶＰ中的不同ＶＣ将表示不同的标记值）。不同在于虚中继不是ＡＴＭ－ＬＳＲ之间的物理中继，虚中继实际上是使用传统ＡＴＭ交换机的方法建立起来的永久虚通道（ＰＶＰ）连接或是软永久虚通道（ＳＰＶＰ）连接。虚中继还可以用于与将边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ与中间ＡＴＭ－ＬＳＲ相连或是边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ之间的连接。虚中继的使用如图１（ｂ）所示。使用虚中继和基于虚电路标志（ＶＣＩ）的标记来实现ＡＴＭ ＭＰＬＳ的方式可以参见文档“使用ＬＤＰ与ＡＴＭ ＶＣ交换来实现ＭＰＬＳ”（见Ｉ-ＥＴＦ草案，Ｄｒａｆｔ－ｉｅｔｆ－ｍｐｌｓ－ａｔｍ－０２．ｔｘｔ，Ａｐｒｉｌ １９９９），这种方式在许多方面与使用基于ＶＰＩ／ＶＣＩ的标记来实现物理中继上的ＭＰＬＳ的方式都是一样的。在这种方式中，必须有一个ＶＣ专门用于ＬＤＰ控制流的传送，而且这一ＶＣ必须使用ＬＬＣ／ＳＮＡＰ封装。

    （３）ＬＤＰ 虚连接标志（ＶＣＩＤ）通知

     使用ＶＣＩＤ技术，在ＡＴＭ ＭＰＬＳ技术中将可以使用ＰＶＣ，ＳＰＶＣ以及ＳＶＣ几种连接（此处，ＳＶＣ特指传统ＡＴＭ网络中动态建立的ＶＣ。而为ＡＴＭ ＭＰＬＳ所直接使用的ＶＣ，此处称为“标记ＶＣ”或“ＬＶＣ”。）。

     而在前面两种方式中，ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ传送技术是基于分组的ＭＰＬＳ而不是ＡＴＭ ＭＰＬＳ，虚中继技术是ＰＶＰ而不是ＰＶＣ、ＳＰＶＣ以及ＳＶＣ。

     在与虚中继方式类似的网络配置下，ＶＣＩＤ技术将可以使用ＰＶＣ，ＳＰＶＣ以及ＳＶＣ 。当使用ＶＣＩＤ时，在ＡＴＭ ＭＰＬＳ设备之间将使用一些ＰＶＣ，ＳＰＶＣ以及ＳＶＣ来传送标记分组，每一个ＶＣ都将表示一个标记。由于每一个标记都由一个不同的ＶＣ来表示，在使用ＶＣＩＤ技术的ＡＴＭ ＭＰＬＳ设备上将可以使用ＡＴＭ ＭＰＬＳ的分组转发。

    在这种技术中，相邻的两个ＬＳＲ之间，必须预先设置一个默认的ＶＣ以便传输ＩＰ路由信息与ＬＤＰ信息。这一ＶＣ应当是使用ＶＣＩＤ与标记相关联的ＶＣ之外的一个ＶＣ。

３．２ 使用ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ传送技术的网络

   （１）ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ传送技术的使用

    使用ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ传送技术的最简单的网络具有全网状结构。显然，在这种网络中ＩＰ路由协议的操作将导致与传统ＩＰＯＡ网络中类似的可扩展性问题。解决这一问题的一个方法是在路由器之间使用部分网状连接，但这将导致低效的多跳路径的产生。另一种方法是在网络中使用一些额外的边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ，还可以为这些标记交换路由器（ＬＳＲ）再各自配上一个冗余边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ。对于这些额外ＬＳＲ的性能要求将是很高的，因为它们要承担很大一部分网络业务量。在使用ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ传送技术的网络中，无法直接使用ＡＴＭ－ＬＳＲ。

    为了支持ＭＰＬＳ应用，一些运营商可能倾向于建设一个独立于它们的传统ＡＴＭ网络的ＭＰＬＳ网络。这种为了可以使用ＡＴＭ ＭＰＬＳ也可以使用基于分组的ＭＰＬＳ的技术，在网络中将使用基于分组的ＬＳＲ以及类似于ＰＰＰ－ｏｖｅｒ－ＳＤＨ的链路。这种基于分组的ＭＰＬＳ网络可以使用ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ传送技术作为一个过渡阶段，以便在引入基于分组的ＭＰＬＳ网络的过程中允许使用传统的ＭＰＬＳ网络来传送ＡＴＭ业务。随着这种网络的发展，使用ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ传送技术的链路将逐渐为物理链路所替代。

   （２）ＰＶＣ上的ＭＰＬＳ传送技术所使用的设备

     ＭＰＬＳ－ｏｖｅｒ－ＰＶＣ网络的核心是一个传统的ＡＴＭ网络，该网络只需要能够支持ＰＶＣ或ＳＰＶＣ即可。实际上，这一网络可以是任何ＡＴＭ网络。边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ应当能够满足下列要求：

   具有一个或多个ＡＴＭ网络接口卡；

   具有在ＰＶＣ或ＳＰＶＣ上进行局域分组的ＭＰＬＳ封装的能力；

   对于ＰＶＣ或ＳＰＶＣ参数的业务量整形。

３．３ 使用虚中继的网络

（１）虚中继的使用方法

     虚中继的使用可以有以下几种方法：

     一种简单的方法是在网络中不使用任何ＡＴＭ－ＬＳＲ而完全依靠虚中继来连接边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ网络。在这种方法中，所有的ＭＰＬＳ分组都将依靠虚中继来传送，而网络的ＡＴＭ部分完全由传统的ＡＴＭ交换机组成。

     而更普遍的一种情况是，ＡＴＭ网络中的一些交换机将能够支持ＭＰＬＳ协议栈，而另一些不能。在这种情况下，虚中继将不仅可以用于连接边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ，而且可以用于ＡＴＭ－ＬＳＲ之间或是ＡＴＭ－ＬＳＲ与边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ之间的连接。

   （２）向ＭＰＬＳ网络的演进

     一种将ＭＰＬＳ引入传统的ＡＴＭ网络的演进过程： 首先，在传统ＡＴＭ网络的周围部署边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ或者是将ＭＰＬＳ功能添加到现有的路由器中。这一方面可以实现ＶＰＮ，另一方面也为下一步的演进打下了基础。随后，在一些ＡＴＭ交换机中添加ＭＰＬＳ功能或是在网络中添加一些额外的ＡＴＭ－ＬＳＲ。通过这一过程，将可以减少网络所需的虚中继的数量，并且开始减轻混合网络所带来的可扩展性问题。

    此后，在网络中不断增加ＡＴＭ－ＬＳＲ，进一步减少虚中继的数量并开始引入纯ＡＴＭ ＭＰＬＳ链路，这一步将自然而然地导致网络演进进入最后一步。最终，所有的ＡＴＭ交换机都将称为ＡＴＭ－ＬＳＲ，网络不再需要使用虚中继，整个网络将运行ＡＴＭ ＭＰＬＳ，不再存在混合网络的缺点。

    还可能存在的其它一些演进方式，因为ＬＳＲ与传统ＡＴＭ交换机的融合可以有许多不同的方式。图４显示了其它一些可能的混合网络结构。一个ＡＴＭ ＭＰＬＳ网络必须包含边缘ＬＳＲ，但是在网络内部则可以使用虚中继来实现任意数量ＡＴＭ－ＬＳＲ与任意数量传统的ＡＴＭ交换机的组合。

   （３）在传统ＡＴＭ交换机上支持虚中继

     传统ＡＴＭ网络中的交换机必须能够支持ＰＶＰ或者是ＳＰＶＰ连接以及与边缘ＬＳＲ相匹配的ＡＴＭ论坛或者是ＩＴＵ规定的业务量管理类型。网络中的交换机不需要具有ＭＰＬＳ能力。

   （４）在边缘ＬＳＲ上支持虚中继

    边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ必须满足下列要求，以便能够支持虚中继：

    必须能够支持一个或多个ＡＴＭ网络接口；

    如果某一特定的虚中继在边缘ＬＳＲ上使用了一个ＶＰＩ，则用于该虚中继的标记分发协议（ＬＤＰ）信令ＶＣ必须处于该ＶＰ之中。比如，它们的值可以是ＶＰＩ＝ｘ，ＶＣＩ＝３２，而不能是一般情况下用于ＬＤＰ信令的缺省值ＶＰＩ＝０， ＶＣＩ＝３２。当然，通过双方的协商，还可以使用其它的ＶＣＩ值。

３．４ 使用ＶＣＩＤ技术的网络

    （１）逻辑链路的概念

    ＶＣＩＤ技术将使用多个ＰＶＣ、 ＳＰＶＣ或ＳＶＣ来连接传统网络中的每一对ＡＴＭ ＭＰＬＳ设备。虽然ＶＣＩＤ技术与虚中继技术是不同的两种技术，然而它们可以使用于相似的网络配置之中，如图１所示。 引入“逻辑链路”的概念，使用这一概念将可以实现ＶＣＩＤ技术与虚中继技术的对比。

    当使用ＶＣＩＤ将两台ＡＴＭ ＭＰＬＳ设备（ＡＴＭ－ＬＳＲ或边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ）连接起来时，需要使用许多条ＰＶＣ、ＳＰＶＣ或ＳＶＣ，其中有一条用于信令，而其它的则用于表示ＭＰＬＳ标记。 然而，ＶＣＩＤ使用的这一组ＰＶＣ、 ＳＰＶＣ或ＳＶＣ只相当于ＡＴＭ ＭＰＬＳ网络中两台ＡＴＭ ＭＰＬＳ设备之间的一条ＡＴＭ链路。所以，可以将这一组ＰＶＣ、ＳＰＶＣ或ＳＶＣ看作是一条“逻辑链路”。

     ＶＣＩＤ技术中的逻辑链路也可以使用相似的方法，各种网络结构也同样适用于ＶＣＩＤ技术。

    （２）在传统的ＡＴＭ交换机上支持ＶＣＩＤ

    传统ＡＴＭ网络中的交换机必须支持ＰＶＣ、 ＳＰＶＣ或ＳＶＣ连接，以及与边缘ＬＳＲ相匹配的ＡＴＭ论坛或者是ＩＴＵ规定的业务量管理类型。网络中的交换机不需要支持ＶＣＩＤ或是具有ＭＰＬＳ能力。

    （３）在边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ上支持ＶＣＩＤ

     边缘ＡＴＭ－ＬＳＲ必须满足下列要求：

     支持一个或多个ＡＴＭ网络接口卡；

     除了ＡＴＭ ＭＰＬＳ协议之外还要支持ＶＣＩＤ。

（收稿日期：２０００－０５－０７）

[摘要] 文章对将MPLS引入现有的几种网络的策略进行了讨论，并且对在没有MPLS能力的ATM设备上实现MPLS的几种技术进行了研究。

[关键词] 异步转移模式 多协议标签交换 虚中继

[Abstract] Several existing network architectures are introduced and tactics of importing MPLS to these networks are discussed.Techniques of realizing MPLS by the ATM equipment with no MPLS capability are analyzed.

[Keywords] ATM MPLS Virtual trunk