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宽带信息传输交换技术的发展与MPLS

2/14/2005来源:交换设备人气:9450

宽带信息传输交换技术的发展与MPLS 摘要 本文详细分析了当前互联网络技术的发展趋势,研究了一些新兴的宽带互联网络信 息传输交换的新技术,指出了各自的优缺点。在此基础上重点分析研究了MPLS技术的原理 和应用,在分析比较了各自的优缺点后指出MPLS是未来网络传输交换技术的融合点,它将 成为未来最有竞争力的宽带网络信息传输交换技术之一。 关键词 多协议标签交换(MPLS) ip ATM SDH WDM 1宽带网络信息传输交换技术的发展 本世纪末的最后10年中,计算机、电信、电视、无线电和卫星等领域的信息传输技术 正在迅速地融合。信息的获取、传送、存储和处理之间的孤岛随着计算机网络和多媒体技 术的发展而逐渐消失。曾经独立发展的电信网、电视网和计算机网,无论是技术上还是所 提供的服务上都在相互渗透、融合。在这融合过程中,以计算机界倡导的IP和以电信界倡 导的ATM在信息的传输交换上扮演着重要的角色。 IP由计算机网演变而来,是一种面向尤连接的网络层通信协议。它具有简单、灵活和 已广泛应用于桌面的特点。以IP协议为基础的Internet的迅猛发展,已使IP成为当前计算 机网络应用环境中的“既成事实”标准和开放系统平台。其优点在于:①易于实现异种网 络互联;②对延迟、带宽、QOS等要求不高,适于非适时的信息通信;③具有统一的寻址体 系,易于管理。 ATM则是电信界为实现BISDN而提出的面向连接的技术。它集中了电路交换和分组交换 的优点,具有可信的QOS来保证语音、数据、图像和多媒体信息的传输。它还具有无级带宽 分配、安全和自愈能力强等特点;缺点在于控制复杂,成本高,一般的桌面用户无力承受。 原先的计算机网络是为少数科研机构、大公司、政府部门等共享应用数据,并实现简 单数据传输而设计;随着网上主机量的膨胀和各种网上新业务的出现,原有的IP方式已无 法满足要求。于是从1997年开始,美国各著名大学和IT研究部门着手研究下一代Internet (NGI),以支持实时高速信息传输的需要。NGI研究主题包括以下六个主要方面:(1)网 络应用;(2)中间部件;(3)服务质量;(4)Internet流量工程;(5)安全件;(6) 网络体系结构;整个网络要满足的性能要求是: *大数百Mbit/s以上的传输速率; *集成现有的所有服务,并能智能化的适应新业务的加入; *提供用户所需的Qos; *灵活高效的网络管理与维护。 由于IP在Internet上的巨大成功,使得电信界和计算机界都对IP的研究投入极大的热 情。他们探索“Everything over IP”,力图将语音、实时数据、图像及多媒体通信与IP 捆绑,并先后制定了RSVP、RTP、IPng等协议。可IP本质上是“尽可能做得最好”的天连 接技术,使得其在带宽分配。流控和QOS方面无法达到ATM的境界。 如何把最先进的信息传输交换技术和最普及的IP技术有机地结合起来呢?IT业界研究 人员提出了种种模型,主要有IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM。 1.1IP over ATM ATM和IP的相互交融有多种技术方案,大致可分为两种模型:重叠模型和集成模型。重 叠模型是指IP协议在ATM上运行,主要有IETF推荐的CIPOA(Classsic(IP over ATM)、AT M Forum推荐的LANE(LAN Emulation)和MPOA(Muti-PRotocol over ATM),这种模型需 要定义两套地址结构及选路协议,ATM网上的端系统除了需要分配IP地址外,还需要分配AT M地址。集成模型是指ATM端系统仅需要标识IP地址,网络不再需要ATM的地址解析规程,而 采用IP的选路,其实现技术主要有:Ipsilon公司的IP交换技术、Cisco公司提出的标记交换 (Tagswitch)技术。 IP over ATM有以下一些优缺点。优点:(1)由于ATM本身具有良好的QOS,使得IP业务 的服务质量得到大大提高;(2)IP在ATM上具有了更完备的流量控制和网络管理能力,加强 了网络的韧性。缺点:(1)IP和ATM技术原则上的固有差异,使目前两者还未能做到完美结 合,当前出台的产品和标准都只限于一些基本应用;(2)IP数据包到ATM信元的转化割结所 加入的信头造成大量带宽浪费;(3)加剧了ATM本身的复杂性。 1.2IP over SDH IP over SDH实质上是路由器加专线的传统组网模式,它使用链路及PPP协议对IP数据包 进行封装,把IP分组根据RFC1662规范简单地加入到PPP帧中的信息段中,并最终映射到SDH。 其优点在于:(1)符合传统互联网业务特点,组网简单;(2)对IP路由的支持能力强,省 略了ATM层,简化了网络结构;缺点是:(1)仍未解决传统庞大的路由表如何高效检索的问 题;(2)只支持IP,并且没有ATM那样的QOS保证。 1.3 IP over WDM IP over WDM是将IP直接落在光层上,中间不经SDH;它是一个真正的链路层数据网, 它充分利用了WDM的巨大容量,适于经济地建设大容量长途网络。该技术充分利用了光纤的 带宽资源,可以与现有网络兼容。缺点是:WDM本身的组网技术还处于初级阶段,它在光信 号的损耗与监视。光通路的保护切换以及网络配置管理等方面的问题均未解决。 从上面的三种流行主要技术的相互比较上我们可以看到:几种方案都存在这样或那样的 缺陷,同时还有一点是它们只主要支持IP,适应性和扩展能力不强,不能有效保护用户现有 的投资;而现有网络类型的多样性和未来市场的要求是要有一个易扩展。绝对可靠的既具有 电信级的网络管理又具有传统路由寻址灵活性的高效综合业务网;于是多协议标签交换技术 (MultiProtocol Label Swithing:MPLS)便应运而生。 2 MPLS概述 MPLS是由Cisco提交的由IETF MPLS工作组研制的标准协议,它将第三层技术(如IP路 由)与第二层技术(如ATM,FR)有机地结合起来,使得在同一个网络上允许各种消息传递, 既能提供单点传输,也可以提供多点投递;既能提供尽力而为的无特殊服务质量要求的无连 接信息传递服务,也能提供具有很高QOS要求的实时交互服务。MPLS宽带互联网信息传输交 换技术已被当前网络界认为是未来网络发展的趋势,是多种网络技术的最终融合点。众多通 信和计算机产商(如IBM,Cisco,Nortel,Lucent,Alcatel,EriCSSon)都在密切关注MPLS 的标准化进程,并积极参与讨论标准的制定。其中,Ericsson公司已经推出具有MPLS功能的 ATM交换机。加拿大的北方电信以及美国Cisco公司等都有类似于MPLS功能的专用交换机出厂。 3 MPLS的工作原理 MPLS网络由核心部分的标签交换路由器(LSR)和接入部分的标签边缘交换路由器(LE SR)组成。当数据包(可为以太网、令牌环、ATM、帧中继等产生的数据)进入LESR时,LE SR先进行数据包头的分析,根据一定的规则和协议(如 LDP、OSPF、BGP4、IGP等)决定相 应的传送级别。传送路径。QOS要求,根据所做决定给数据包加上一个本地标签交换路径标 识符后,将数据包沿标签所标识的路径传送给相应的LSR。后续的LSR节点只需沿着由标签所 确定的标签交换路径(LSP)转发数据包即可,无需再做其它的工作,从而显著提高了网络 的性能。 4 MPLS网络的性能 MPLS通过交换标签,网络中所有节点都会知道每个节点对应的标签,这样就可以根据这 些标签快速地与目的地建立一条标签交换路径来传输数据。由于MPLSR的转发机制与控制机 制相互独立,路由属于控制机制的一部分,所以整个MPLS网路由信息的维护十分灵活。MPLS 使用CLDR机制(Classless Domain Routing),从而满足了互联网用户快速增长的需要。MP LS采用流合并的机制,这一特性有利于组播的实现。此外,MPLS从本质上支持多种网络协议, 从而极大保护了已有的投资,同时它固定长度的标签头格式(20bit)非常便于硬件实现, 有利于设计专用的高速MPLS交换网络;这些都使得MPLS成为当前最有效的网络信息传输交换 技术。 5 MPLS服务 从MPLS的工作原理我们知道,它具有支持不同网络业务的能力,这是网络供应商所追求 的;但这还不是选择MPLS作为组网技术的主要原因。关键还是在于MPLS有一个简单固定长度 的标签,它不是网络层信息,却通过网络层来转发分组。它可以灵活地运送任何用户业务量, 申请一个缺省或非缺省的业务,把它与一组标签相关联,然后采用相同的、高性能、高容量 的标签交换机制运送业务量。它使得网络供应商可以开发并提供网络层新服务,并维持一个 单一的高性能传输网络。因为数据转发路径是脱离开网络层服务而完全独立的,于是MPLS使 得网络供应商可以开发和提供有创见仅吸引力、客户也愿意付钱的网络服务。 6结束语 本文详细分析了当前互联网络技术发展趋势,介绍了一些新兴的宽带互联网络信息传输 交换的新技术。并重点分析研究了MPLS技术的原理和应用,在分析比较了各自的优缺点后指 出MPLS是未来网络传输交换技术的融合点,它将成为最有竞争力的宽带网络交换技术。