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摘要 本文介绍了MPLS的基本原理、MPLS在城域网应用中的技术优势及应用前景。
在以提供多业务承载为特征的MSTP技术迅速发展下，运营商已纷纷在其网络中部署MSTP设备网络，以适应城域网数据业务的需求以及未来承载3G业务的需求。MSTP技术发展主要体现在对以太网业务的支持上，包括最初提供以太网点到点透传，后来发展到对以太网二层交换能力的支持，再到最新一代的以对MPLS的支持为主要特征的MSTP设备，即内嵌MPLS功能的MSTP设备。
1、MPLS基本原理
MPLS即多协议标签交换，最初是应用在基于三层交换的IP核心网络，主要是为了解决路由转发速度问题。传统的IP数据网是无连接的网络，路由器根据所收到的每个包的地址去查找匹配的下一跳，并做相应的转发。但由于路由器使用的是最长前缀匹配地址搜索，无法实现高速转发，因此引入了MPLS技术以实现其高速转发。MPLS的运作原理是提供每个IP数据包一个标记，并由此决定数据包的路径以及优先级。这样兼容MPLS的路由器，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IP地址以及标头，然后将所传送的数据包迅速传送至终点的路由器，进而减少数据包的延迟，同时由Frame Relay及ATM交换器所提供的QoS（Quality of Service）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。
在数据技术的不断发展及路由器性能的不断提高下，路由的高速转发已经不存在问题了，MPLS的优势更多地体现在实现数据业务的服务质量、实施流量工程以及组建VPN。在城域传送网中引入MPLS技术，正是利用MPLS在数据领域的众多优势，使城域传送网在高质量地支撑原有TDM业务的同时，能够高效可靠地传送各种分组业务。如图1所示具备内嵌MPLS功能的MSTP设备，主要是在以太网和SDH间引入了中间智能适配层即MPLS封装子层，将以太网业务通过MPLS封装，加上内层MPLS标签即VC标签，再加上外层MPLS标签即隧道标签，然后通过GFP或LAPS或PPP／HDLC映射到SDH通道上进行传送。
图1 内嵌MPLS功能的MSTP设备中以太网业务的映射结构
同时城域传送网中的MPLS技术与数据网MPLS技术有所不同，主要区别如下。
（1）运行层面的不同，城域传送网是在传输设备上完成数据处理功能，而三层IP网络中通过路由器（LSR）传送的；
（2）建立方法不同，城域网主要是通过网管直接建立LSP来实现的，数据网主要还是采用协议动态实现；
（3）信令传送通道不同，MSTP可以通过开销传送信令，数据设备一般是带内传送信令。
2、MPLS在城域传送网技术中的优势
MPLS技术在城域网中的作用就像“胶水”，它把接入和城域网络中不同的下层网络技术和业务类型汇聚在一起，为接入网、城域网与分组核心网集成提供了一个公共的技术。这种具备MPLS智能适配层的MSTP设备的较传统MSTP设备主要的技术优势体现在如下几个方面。
（1）MPLS在接入网和城域网中通过封装可实现对几乎所有网络协议的支持；
（2）各个网络层次，网络结构之间，不同厂家设备之间的互通能力强。MPLS为接入网和城域网提供了一个通用协议，它可以穿越不同的网络结构实现业务的端到端传输，并保证统一的QoS和OAM能力；
（3）业务辨认能力，MPLS在网络边缘（入口）进行分组的分类工作，这样就可以非常方便灵活地辨认出特定用户的数据流或者业务；
（4）业务区分能力，MPLS的标签交换通道将根据预定的标准（比如业务类别）或者带宽要求、优先级等接受不同的服务，以保证端到端的QoS和SLA，具有独特的QoS保障机制。其具体实现方式是MPLS技术可以基于物理端口、VLANID和用户优先级PRI对业务进行COS分类。COS分类后的业务相当于赋予了不同的优先级标识，MPLS能够针对不同的优先级标识提供不同的QoS保障。在MPLS技术中定义了3种QoS保障级别：快速转发（EF）、保障转发（AF）和尽力传送（BE）。MPLS QoS信息由MPLS标签中的标签字段和EXP字段进行定义；
（5）端到端信令，MPLS控制平面通过标准的信令协议（如LDP和RSVP-TE）提供端到端的信令；
（6）流量工程的支持，MPLS不仅可以作为以太网的业务适配层，还可作为以太网业务的控制层，其面向连接的接入控制特征能够提供基于全网的流量工程，从整体上提高了MSTP系统的流量均衡能力；
（7）业务调度更加灵活，通过在MSTP中内嵌MPLS功能，使得MSTP网络的以太网处理层从L2交换向标签交换改变。MPLS通过多标签方式，在整个MSTP的以太网处理层能够建立大量透明的LSP通道，使业务通过打标签的方式在MSTP网络中隔离传送和交换，在网络的汇聚节点和枢纽节点实现多方向LSP的业务调度。同时，随着MPLS标准化进程的完成，在接入层和核心网IP数据设备之间，可以使MSTP和IP数据设备标签共享。如果数据网承载层采用了基于MPLS的MSTP技术，那么二层VPN的建立将直接基于传送网层面实现，标签穿透整个MSTP网络，VPN业务能够真正实现端到端；
（8）业务颗粒区分更加细致，基于MPLS的MSTP技术的融入，改变了以往传输网络采用VC-12/VC-3/VC-4颗粒等固定带宽调度的习惯，使得MSTP网络的业务调度带宽动态分配，而且业务颗粒区分更加细致，节省大量的线路和调度管理资源；
（9）MPLS标准成熟，几乎所有的设备供应商都支持MPLS。
3、MPLS在MSTP设备中的功能要求
目前，大部分厂家在新一代的MSTP设备上已支持内嵌MPLS功能，其中部分设备的MPLS技术是与RPR（弹性分组环）技术结合出现的，同时也可以在无RPR功能的以太网卡上支持MPLS功能。
根据相关规范的要求，内嵌MPLS处理层的功能要求包括以下几个方面，如图2所示。
图2 MPLS承载以太网业务在MSTP中传送的模型
（1）具备将以太网业务适配到MPLS层的功能；
（2）具备MPLS操作管理维护功能；
（3）具备MPLS LSP保护功能；
（4）具备在MPLS层按服务等级调度业务的能力；
（5）具备将MPLS帧映射到SDH层传送并指配SDH虚容器作为传送通道的功能。
具体设备功能主要体现在业务流分类、以太网业务适配处理、MPLS帧适配到SDH VC、路由器设置、流量工程、L2 VPN、VPN通道等功能上。从目前设备情况看，各个厂家的MSTP设备基本上能够支持MPLS的业务数据流分类、以太网业务到MPLS的适配处理、MPLS标签交换以及MPLS到SDH VC的映射等功能要求，但在信令、业务质量、操作管理维护、保护以及流量工程等功能支持方面比较欠缺。在信令方面，厂家一般只支持隧道LSP的静态指配，不支持利用信令动态建立隧道LSP；对于业务质量QoS，虽然很多厂家支持基于物理端口、VLANID和用户优先级PRI对业务进行COS分类，但大多数厂家不具备在MPLS层按服务等级调度业务（QoS）的能力；操作管理维护、保护和流量工程方面，只是个别厂家支持；相对而言，各个厂家对L2VPN的支持程度最高，大部分内嵌MPLS的MSTP设备均支持L2VPN功能。
另一方面内嵌MPLS功能的MSTP设备在传送平面的互通主要是在SDH VC互通、MPLS封装到SDH VC互通（GFP互连互通）、以太网封装到MPLS互通和映射协议的互通。控制平面的互通主要是通过网络管理接口集中建立LSP以及支持利用RSVP-TE或LDP信令或其他的相同的IP信令建立LSP。最终实现在业务上的互联互通。可以预期在将来研发具有动态信令建立连接的设备，可能要涉及到路由功能。通过定义简单的、可操作性强3层功能来完成动态信令完成业务连接建立，同时实现不同厂商MSTP设备间的VPN互通，最终实现MSTP设备和MPLS路由器的MPLS互通与互操作，实现多种业务跨厂家的互联互通。
4、MPLS技术在城域传送网中的应用
最早提出在MSTP上引入MPLS功能主要是为了更有效的在传输设备上直接支持VPN。但随着MPLS技术的成熟应用，使其在城域传送网中的应用更加广泛，主要在如下几个方面。
4.1 通过与RPR技术的融合提高MSTP网络的使用效率
RPR和MPLS技术融合的主要目的是解决以太网业务QoS方面的要求。在MSTP平台中引入RPR机制，有效地解决了传送效率和QoS方面的矛盾：通过RPR的双环业务传送、统计复用、带宽共享、公平接入等多种技术手段提高了传送效率，通过严格的COS和业务优先级保证了用户业务的服务质量，并可以提供50ms的快速保护；另一方面，MPLS技术可通过LSP标签栈为RPR提供跨环组网能力，有利于全网端到端业务的配置和网络资源的优化利用，而且还可以提供基于RPR MAC层和MPLS层的网络保护。
4.2 通过提供MPLS VPN业务满足大客户专线的需求
目前专线市场主要是由基于DDN、帧中继、ATM和SDH等传统专线技术的一层或二层VPN构成，经过多年发展，政府、金融、企业、小区、教育网等用户都对专线业务表现出很大的需求及认同度。但随着大客户内部网络的改造和升级，专线业务量不断增大，DDN网络容量已经很难满足企业专线带宽的要求，帧中继专线也因为用户端设备的IP化导致效率降低，大量的客户会从租用DDN、帧中继向自购终端路由器租用E1电路方式转化。同时由于E1业务容量受限及终端路由器的投资和维护成本都较高等因素，部分对安全和QoS没有特殊要求的客户会选择直接租用MPLS VPN业务。
由于基于二层MPLS VPN服务可支持局域网和传统传输，且成本较低、易于管理，各运营商也已开展了具有MPLS功能的数据网VPN业务。其中内嵌MPLS功能的MSTP网络同样能够支持二层MPLS VPN，其网络先天具有的完善的QoS机制、高安全可靠性、可管理性，利用其开展以太网大客户专线业务将更加容易赢得客户的信任。
4.3 实现对多种以太网业务的快速配置
MSTP技术规范中已明确规定了可以通过MPLS技术实现EPL（以太专线业务）、EVPL（以太虚拟专线业务）、EPLn（以太专用局域网业务）和EVPLn（以太虚拟专用局域网业务）等4种以太网业务，这解决了以往通过采用STACKVLAN技术或GFP的CID作为以太虚拟连接标志而存在的标准化程度、业务连接的快速配置以及扩展性等方面存在的问题。而采用具有MPLS功能的MSTP网络来提供端到端的以太网业务的快速配置也是其发展的必然趋势。
4.4 为MSTP设备的多业务承载及交换提供保障
MSTP自身的定义在于多业务的承载，而具有MPLS功能的MSTP网络可以通过建立一个业务隧道的方式，解决了城域网络中各种业务的接入、透明传送和交换问题，使其不再仅局限在TDM，IP，ATM等业务的承载，未来将满足更多新技术的出现对MSTP提出的更多传送要求，使其接入业务类型不再受到局限。
4.5 推动3G接入网中IP的应用
在3G的R99、R4版本中，都是采用ATM技术，到R5及以后，从接入网到核心网将全面采用IP承载技术，但目前将IP直接应用于以传送语言为主的电信级传输网络还存在着诸如带宽的分配、QoS的保证等众多局限性，而MPLS将IP的灵活性、帧中继、ATM等面向连接网络的QoS保证特性有效地结合在一起，这对于IP的进一步广泛应用有着巨大的推动作用。
在将MPLS网络应用于3G接入网时，可将Node B通过MPLS网络接入RNC，即由成熟的MPLS网络来传输Iub接口的信号，既实现了向IP技术承载的过渡，又充分保证了原有的ATM承载的QoS。
5、结束语
随着3G的不断深入发展，R5及以后3G版本将要求IP技术的全面应用，在3G的接入网（RAN）向IP过渡的过程中，从现有网络最有效平滑过渡的方案便是集成MPLS交换和路由功能的MSTP多业务传送平台。MPLS技术在端到端的业务配置、QoS、VPN等方面具有优势将是内嵌MPLS技术的MSTP设备在组建城域传送网中发挥更大的作用。
