多协议标记交换3

 ＭＰＬＳ是目前被产业界、分析家和市场一致看好的技术。本刊在前两期已介绍的ＭＰＬＳ的主要内容有：ＩＰ选路与ＩＰ交换、ＭＰＬＳ概述、标记分配与管理、标记分配协议，本期继续介绍基于ＡＴＭ的标记交换路由器、ＭＰＬＳ的ＳＩＮ模式以及ＭＰＬＳ的有关技术。

５．２ ＶＣ合并ＡＴＭ交换的实现方式

（１）ＶＣ合并的含义

    所谓ＶＣ合并，就是来自多个输入信元流的不同的输入ＶＣＩ可以合并为同一输出ＶＣＩ。作为示例，图７表示了无ＶＣ与有ＶＣ合并的情况。无ＶＣ合并时，输入ＶＣＩ１、ＶＣＩ２、ＶＣＩ３分别变换为输出ＶＣＩ７、ＶＣＩ６、ＶＣＩ９；有ＶＣ合并时，则输入ＶＣＩ１、ＶＣＩ２、ＶＣＩ３均变换为输出ＶＣＩ７。

（２）ＶＣ合并的实现

    实现ＶＣ合并的ＡＴＭ－ＬＳＲ应使得合并为同一输出ＶＣ但属于不同分组的信元不产生交插，为此属于特定分组的每个输入信元应存储在专门的缓冲器中，直到分组的最后一个信元到达。这一专门的缓冲器可称为重组缓冲器（Ｒｅａｓｓｅｍｂｌｙ Ｂｕｆｆｅｒ）。

    原则上，重组缓冲器可置于ＡＴＭ交换结构的输入侧或输出侧。如置于输入侧，为了避免不同分组的信元交插，就要求ＡＴＭ交换结构以分组（含有多个信元）作为整体来交换，相当于帧交换（Ｆｒａｍｅ Ｓｗｉｔｃｈ-ｉｎｇ）的功能，这种非信元交换方式缺少灵活性，也不利于多重服务质量（ＱＯＳ）的提供。为此，通常置于输出侧。

     可支持ＶＣ合并的输出缓冲方式的结构。除了通常的输出缓冲器以外，还有多个重组缓冲器（ＲＢ）。每个ＲＢ对应于某一特定端口和某一输入ＶＣＩ。如果ＶＣＩ是按整个交换平台分配，则每个ＲＢ对应于某一特定ＶＣＩ。

     ＲＢ实际上实现了分组级的存储转发（Ｓｔｏｒｅ－ａｎｄ－Ｆｏｒｗａｒｄ）机理，一定要某个分组的最后一个信元到达后，才将整体分组一起传送到输出缓冲器，同时将输入ＶＣＩ翻译为输出ＶＣＩ。每个ＲＢ是逻辑缓冲器，这就是说，可以将输出缓冲器、重组缓冲器共享一个公共的存储区。

６ ＭＰＬＳ的ＳＩＮ模式

６．１ ＳＩＮ模式的优点

    ＳＩＮ模式是ＭＰＬＳ与原有的ＡＴＭ交换共存于ＡＴＭ平台上，也就是在已有的ＡＴＭ网络上运行ＭＰＬＳ。如图９所示，ＡＴＭ交换平台同时受到两个控制面的控制，一个是ＡＴＭ控制面，要运行诸如ＰＮＮＩ信令，另一个是ＭＰＬＳ控制，要运行较简单的轻型信令协议——ＬＤＰ；同时，也具有两种接口，一种是纯ＡＴＭ ＶＣ接口，另一种是ＭＰＬＳ ＬＳＰ接口。

ＭＰＬＳ的ＳＩＮ模式具有以下优点：

（１）ＭＰＬＳ可充分利用ＡＴＭ硬件的标记（ＶＰＩ／ＶＣＩ）交换，可以很高速率转发分组。

（２）ＭＰＬＳ可使用原已在ＡＴＭ硬件中实现的有效的业务流管理功能。

    例如，ＡＴＭ硬件中的排队与调度技术可提供多种业务类别，并映射到ＬＤＰ协议中的业务类别（Ｃｌａｓｓ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）字段。此外，在ＭＰＬＳ域的边界上也可利用业务流成形和业务流警管（Ｐｏｌｉｃｉｎｇ）功能。

（３）可由同一网络基础设施提供多重业务，例如话音、视像和数据业务。

（４）提高已有ＡＴＭ网络的利用率，保护ＡＴＭ设施的投资，并易于从ＡＴＭ上的ＩＰ（ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ）过渡到ＩＰ ｏｖｅｒ ＭＰＬＳ ｏｖｅｒ ＡＴＭ。

（５）当ＭＰＬＳ架构发展时，ＡＴＭ提供了业务流工程的解决方法。

６．２ ＳＩＮ模式的实现技术

    为了实现ＳＩＮ模式，必须很好地解决以下有关技术问题：ＶＰＩ／ＶＣＩ空间的划分、业务流管理和处理能力。

６．２．１ ＶＰＩ／ＶＣＩ空间的划分

     在原ＡＴＭ交换平台上，使用２８比特的ＶＰＩ／ＶＣＩ字段来交换ＡＴＭ信元，对于ＭＰＬＳ中的ＬＣ－ＡＴＭ接口，标记就是ＡＴＭ信元的ＶＰＩ／ＶＣＩ字段。因此在ＡＴＭ与ＭＰＬＳ间必须分隔ＶＰＩ／ＶＣＩ的空间范围。

    一种简便的划分方法是在初始化时将ＶＰＩ／ＶＣＩ空间划分为两个子集，一个子集由ＡＴＭ使用，另一个子集由ＭＰＬＳ使用。ＡＴＭ或ＭＰＬＳ只能从配给它的子集的范围中分配ＶＰＩ／ＶＣＩ，而互不干扰。在相邻的ＬＳＲ／ＡＴＭ节点间，ＶＰＩ／ＶＣＩ有效范围的互通也由各自的协议进行：ＭＰＬＳ使用ＬＤＰ在ＬＤＰ会晤的初始化阶段交换这一信息；ＡＴＭ则可使用ＩＬＭＩ信道来协调有效的ＶＰＩ／ＶＣＩ范围。

    至于ＡＴＭ与ＭＰＬＳ关于ＶＰＩ／ＶＣＩ范围边界的选定则属于网络业务流工程的问题，与应支持的ＡＴＭ ＶＣ的数量、是否支持ＶＣ合并、流的粒度等因素有关。

６．２．２ 业务流管理

    ＭＰＬＳ也需要业务流管理。目前，ＭＰＬＳ业务流管理的实现依赖于显式路由、业务类别（ＣＯＳ）的区分和带宽预留。为此，ＭＰＬＳ应支持业务流成形、业务流警管、排队和调度功能以及ＬＳＰ接纳控制（ＬＳＰ Ａｄ-ｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）。

    ＡＴＭ和ＭＰＬＳ共享同一网络设施，必须妥善地处理ＡＴＭ业务流与ＭＰＬＳ业务流之间的影响。

（１）带宽管理

    带宽预留可在启动时配置，可有以下的不同配置方法：

    ＡＴＭ与ＭＰＬＳ之间硬分隔接口

    链路的带宽分隔为两个带宽池，一个用于ＡＴＭ，另一个用于ＭＰＬＳ，每个池占有链路带宽一定的百分比。ＡＴＭ仅从ＡＴＭ带宽池中分配带宽，ＭＰＬＳ仅从ＭＰＬＳ带宽池中分配带宽。两个带宽池边界的选定也属于网络工程问题，与ＡＴＭ和ＭＰＬＳ各自的带宽需求有关。允许两个带宽池的带宽之和超过接口链路的带宽容量。

    ＡＴＭ与ＭＰＬＳ之间的全共享

    每个接口的带宽只形成单一的带宽池，由ＡＴＭ与ＭＰＬＳ共享。

（２）排队与调度

    ＡＴＭ提供严格的ＱＯＳ保证，ＭＰＬＳ业务流不能对ＡＴＭ业务流造成任何影响其ＱＯＳ保证的干扰。反之，ＡＴＭ业务流也不能影响ＭＰＬＳ。为此，不仅要进行带宽池的划分，还要通过排除与调度来保证ＡＴＭ与ＭＰＬＳ各自的ＱＯＳ，即ＡＴＭ业务类别和ＭＰＬＳ的ＣＯＳ要恰当地映射到共享的排队与调度机制。

    这里给出ＡＴＭ与ＭＰＬＳ如何映射到多优先级系统（Ｍｕｌｔｉ－Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｓｙｓｔｅｍ）的一个示例。假定多优先级系统（ＭＰＳ）提供１２种不同的ＱＯＳ，由３种时延优先级和４种信元丢失优先级组合而成。时延优先级按优先级高低用Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３表示，即Ｄ１优先级最高，时延最小。丢失优先级用Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４表示，Ｌ１优先级最高，即丢失率最低。ＭＰＬＳ定义了３种ＣＯＳ，ＣＯＳ ０为尽力而为（Ｂｅｓｔ Ｅｆｆｏｒｔ），ＣＯＳ １为低丢失保证，ＣＯＳ ２为低时延保证。ＣＯＳ ０和ＵＢＲ为最低优先级，映射在Ｄ３／Ｌ４位置。ＣＯＳ １和ｎｒｔ－ＶＢＲ映射于Ｄ３／Ｌ３，要求低丢失率，但对时延要求不高。ＣＯＳ ２和ｒｔ－ＶＢＲ映射于Ｄ２，均要求低时延，但ｒｔ－ＶＢＲ对丢失率要求稍高于ＣＯＳ ２，因此映射到Ｌ２，ＣＯＳ ２则映射到Ｌ３。ＣＢＲ要求较高，映射到Ｄ１／Ｌ２。控制业务流则给予最高优先级，包括ＡＴＭ信令消息，ＭＰＬＳ的ＬＤＰ消息等。

６．２．３ 处理能力

     在ＳＩＮ模式时，同一节点平台上要运行两套信令和选路协议的软件和数据库，即ＡＴＭ信令与选路协议（例如ＰＮＮＩ），以及ＭＰＬＳ信令（ＬＤＰ）与选路协议（如ＯＳＰＦ、ＲＩＰ、ＢＧＰ）。为此，节点要有足够的处理机的处理能力和存储器容量，以适应ＡＴＭ和ＭＰＬＳ的同时运行。

７ ＭＰＬＳ的有关技术

    实现ＭＰＬＳ以及使ＭＰＬＳ获得有效应用的有关技术，包括标记的分配、捆合、合并、流的聚合和标记分配协议，还包括对显式选路、多播、ＱＯＳ、ＶＰＮ的支持和对环路的控制，ＡＴＭ交换机用作ＬＳＲ，以及ＭＰＬＳ与纯ＡＴＭ并存的ＳＩＮ模式等。某些技术仍在进一步研究与完善之中。本节对某些前未述及的有关技术作一简要介绍。

７．１ 流的聚合（Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）

    在某个ＭＰＬＳ域，在一群ＦＥＣ上的所有业务流可能会遵循同一路由，例如一群不同的地址前缀可能具有同一ＭＰＬＳ出口节点。对此，这一群ＦＥＣ的联合就相当于一个ＦＥＣ。于是出现两种选择：对每个ＦＥＣ分配一个不同的标记，或者对这一群ＦＥＣ分配一个共同的标记。如果分配共同的标记，就称为聚合。显然，聚合可以减少标记的数量，同时也减少用于标记分配的控制用业务流量。

    对于路由相同的一群ＦＥＣ，可以聚合为单一的ＦＥＣ，也可以聚合为几个ＦＥＣ，当然也可以不聚合。这３种情况的聚合粒度不同，聚合为单一的ＦＥＣ时粒度最粗，不聚合时的粒度最细，另一种的粒度则属于两者之间。

    当采用按序控制方式时，对于一定的ＦＥＣ群，ＬＳＲ应采用由该ＦＥＣ群的下游所用的粒度。如果采用独立控制方式，则两个相邻的ＬＳＲ有可能出现不同粒度的聚合。如果上游ＬＳＲｕ的粒度比下游ＬＳＲｄ的要细，也就是对于某个ＦＥＣ群，ＬＳＲｕ比ＬＳＲｄ分配更多的标记，这并不会产生问题。如果上游ＬＳＲｕ的粒度比下游ＬＳＲｄ的要粗，则有两种选择：ＬＳＲｕ采用ＬＳＲｄ的细粒度，或者ＬＳＲｕ将其分配的标记映射到ＬＳＲｄ的标记的一个子集，但必须导致相同的选路。

７．２ 标记合并（Ｌａｂｅｌ Ｍｅｒｇｉｎｇ）

    如果来自不同输入接口和／或具有不同标记的分组可以用相同的标记在同一输出接口上发送，就称此ＬＳＲ具有标记合并能力。如果ＬＳＲ不执行标记合并，则具有不同输入标记但属于同一ＦＥＣ的分组必须以不同的输出标记转发。标记合并可以减少标记数量。ＭＰＬＳ结构应能兼容标记合并的ＬＳＲ和非标记合并的ＬＳＲ，这就要在两种ＬＳＲ之间实现适当的互操作。

    非标记合并ＬＳＲ的转发机理与ＡＴＭ相似，进行一对一的标记转换，ＡＴＭ交换机通常不支持标记合并。否则会引起来自不同虚电路上的信元之间的交错，而不能重组原有的分组。

７．３ 显式路由的支持

     ＭＰＬＳ可以利用增强资源预留协议（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）来实现显式路由，即可以建立显式选路的标记交换通路（Ｅｘｐｌｉｃｉｔｌｙ Ｒｏｕｔｅｄ Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｐａｔｈ）。

    当采用资源预留协议（ＲＳＶＰ）建立显式选路的标记交换通路（ＥＲ－ＬＳＰ）时，ＥＲ－ＬＳＰ的第一个节点为唯一的发送者，ＥＲ－ＬＳＰ的最后一个节点为接收者。源节点生成ＲＳＶＰ ＰＡＴＨ消息，在消息中要插入显式路由对象（Ｅｘｐｌｉｃｉｔ Ｒｏｕｔｅ Ｏｂｊｅｃｔ）和标记请求（Ｌａｂｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔ）对象。显式路由对象（ＥＲＯ）规定了通路的路径，标记请求对象用来请求与此通路捆合的标记。

    ＰＡＴＨ消息沿着ＥＲＯ规定的通路向目的地传送，沿途的每个节点要将ＥＲＯ记录在节点的通路状态块中。所经过的节点也可以按一定规则修改ＥＲＯ。目的地节点收到ＰＡＴＨ消息后，分配标记并置入Ｌａｂｅｌ对象中，将Ｌａｂｅｌ对象插入ＲＥＳＶ消息，反向传送ＲＥＳＶ消息。收到ＲＥＳＶ消息的节点要将其中含有的标记作为输出标记，并分配一标记作为该节点在此通路上的输入标记，ＲＥＳＶ消息再向上游方向转发后，这一标记将成为邻接的上游节点的输出标记。以此类推，直到ＲＥＳＶ消息到达源节点，从而建立了ＬＳＲ。

    如果沿途的某个节点收到ＰＡＴＨ消息时，不能满足ＬＲＯ中的标记分配要求，就向ＰＡＴＨ消息的发送者回送ＰＡＴＨ ＥＲＲＯＲ消息。

７．４ 基于ＭＰＬＳ的ＶＰＮ

    可以实现基于ＭＰＬＳ的ＶＰＮ。对于ＶＰＮ，必须解决ＱＯＳ和安全性等问题。传统的ＡＴＭ可以支持ＱＯＳ，但单独依靠ＭＰＬＳ并不能保证ＱＯＳ。事实上，ＱＯＳ的保证涉及到４个方面：

（１）终端用户指明其所需的ＱＯＳ。

（２）能识别在源与目的地之间可以提供所需ＱＯＳ的路由。这与ＶＰＮ管理系统中的业务流工程算法有关。

（３）通知路由上的所有节点使其保留ＱＯＳ所需的资源。

（４）节点本身应设计成能保证ＱＯＳ要求。

    以上４个方面中，与ＭＰＬＳ节点有关的是后２条，即ＭＰＬＳ显式路由可用来支持第（３）条，第（４）条则要求ＭＰＬＳ节点应为新一代的能支持ＱＯＳ的ＩＰ交换路由器或基于ＡＴＭ的ＬＳＲ。

７．５ 多播支持

    ＩＰ多播协议有ＤＶＭＲＰ、ＰＩＭ－ＤＭ、ＰＩＮ－ＳＭ、ＭＯＳＰＦ等，具有不同的特性。ＭＰＬＳ要将第３层（Ｌ３）的多播树映射到第２层（Ｌ２）的多播树，形成点到多点的ＬＳＰ。生成多播ＬＳＰ可有请求驱动、拓扑驱动和数据驱动方法，请求驱动与拓扑驱动也可归为一种。

（１）请求驱动：由多播选路消息、资源预留消息等控制消息驱动。例如采用ＰＩＭ－ＳＭ协议时，其Ｊｏｉｎ消息要包含标记的分配，即原有多播协议要扩展，形成携带式分配。ＲＳＶＰ的Ｒｅｓｖ消息也可触发多播ＬＳＰ的建立。

（２）拓扑驱动：ＭＰＬＳ模块可轮询并提取Ｌ３多播选路表（ＭＲＴ）中的Ｌ３树拓扑信息，以映射到Ｌ２的多播ＬＳＰ。ＭＲＴ有变化时也直接通知ＭＰＬＳ模块。

（３）数据驱动：当多播数据到达时，才将Ｌ３树映射到Ｌ２树。由于只在数据流动时才分配标记，而非预先建立多播ＬＳＰ，标记的消耗较少。通常由ＬＤＰ完成标记分配。不具有显式Ｊｏｉｎ消息的协议，例如ＰＩＭ－ＤＭ和ＤＶＭＲＰ，可采用数据驱动。

７．６ 环路控制

由于配置错误、发生故障或者选路算法中到达数据库同步的时间较慢，Ｌ３会出现环路。ＭＰＬＳ将Ｌ３路由映射到Ｌ２的ＬＳＰ，Ｌ３的环路就反映到Ｌ２，因此ＭＰＬＳ必须有环路控制的机制，否则会造成ＭＰＬＳ域中控制分组或数据分组的环路传送，直至环路去除为止。可在３种不同的层次实现环路控制：环路承受、环路检测和环路防止。

７．６．１ 环路承受

    环路承受是指允许ＬＳＰ形成环路，但限制环路所消耗的网络资源并使环路中的分组不影响其它分组的传送性能。具有ＴＴＬ操作的ＬＳＰ或可实现按每个ＶＣ排队的Ｌ２节点可满足环路承受的要求。ＴＴＬ操作是指每通过一个ＬＳＲ，ＴＴＬ减１，当ＴＴＬ＝０时认为形成环路，分组予以丢弃。ＭＰＬＳ采用薄片式ＭＰＬＳ头时，其中含有ＴＴＬ。但采用ＡＴＭ或帧中继（ＦＲ）的Ｌ２节点则不支持ＴＴＬ操作。不支持ＴＴＬ的ＬＳＰ称为非ＴＴＬ ＬＳＰ段，有时可由入口节点实现ＴＴＬ减法操作，所减之值等于该非ＴＴＬ ＬＳＰ段中ＬＳＲ的跳数。

７．６．２ 环路检测

    环路检测也允许ＬＳＰ形成环路，但能很快发现环路并去除Ｌ２环路，也就是去除上下游节点的出入标记间的转换关系。为此，每当路由改变时，可通过向一些有关目的地发送环路检测控制消息来检测环路。ＬＤＰ可支持环路检测功能：由标记请求消息或标记映射消息携带的通路向量ＴＬＶ（ＰＶＴＬＶ）或跳数计数ＴＬＶ（ＨＣＴＬＶ）来检测环路。

（１）ＰＶＴＬＶ：ＰＶＴＬＶ中含有ＬＳＲ标识，当某个ＬＳＲ传送含有ＰＶＴＬＶ的消息时，将自身的ＬＳＲ标识加到ＰＶ清单中。如果ＬＳＲ收到的消息中已包含自身的标识，就检出了环路。ＬＤＰ还可支持最大的ＰＶ长度，当ＰＶ到达最大长度时也相当于检出环路。

（２）ＨＣＴＬＶ：ＨＣＴＬＶ中含有计数器，当ＬＳＲ传送含有ＨＣＴＬＶ的消息时，将计数器加１，当计数器到达规定的最大值，即认为形成环路。

７．６．３ 环路防止

    环路防止是最严格也最复杂的环路控制，旨在阻止ＬＳＰ形成环路。当Ｌ３环路停留较长且无措施可达到环路承受要求的网络，应采用环路防止机制。环路防止可使用通路向量（ＰＶ）的扩散算法。每当ＭＰＬＳ节点发现对某ＦＥＣ的下一跳有改变时，不能立即进行新的标记分配，而要执行ＰＶ扩散算法，使用ＰＶＴＬＶ检出环路的方法，向其各个上游节点发送询问消息，并依次再向上游传送，直至入口节点，以证实与新的下一跳的标记分配关系不会形成任何环路。另一种预防环路机制乃基于“穿线”方法，此处从略。（续完）

参考文献

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（收稿日期：２０００－０６－１２）