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北京邮电大学 石晶林 丁炜
MPLS (Multiprotocol Label Switching-多协议标签交换技术)是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的新技术。它的价值在于能够在一个无连接的网络中引入连接模式的特性；其主要优点是减少了网络复杂性，兼容现有各种主流网络技术，能降低50%网络成本，在提供IP业务时能确保QoS和安全性，具有流量工程能力。此外，MPLS能解决VPN扩展问题和维护成本问题。MPLS技术是下一代最具竞争力的通信网络技术。
MPLS技术发展背景
互联网的迅猛增长对当前基于IP的干线网提出了挑战。这表现在：
1）新的应用层出不穷，如语音传送、视频服务、多媒体信息传输等。这些新应用业务要求网络能保证将它们按各应用的特性正确予以传送，但传统的IP网络没有数据属性的判别能力，也就谈不上按数据属性进行区别服务；
2）目前的IP路由技术采取基于目的地址的最优数据传输通路查找法，而不考虑所要传送数据的其它性能要求；
3）网络规模迅速增长，但现有的IP路由技术及组网方式不适应网络的扩展和许多增值服务的提供。
网络的发展正向宽带化、智能化和一体化方向演进。目前在世界范围内存在两大核心网络技术：一个是计算机界倡导的IP网络技术，另一个是电信界推祟的ATM技术。IP技术的优点是有灵活的路由体系，采用非面向连接的尽力而为的服务方式，适合于非实时信息的传输，但传统的IP技术对时延、带宽等QoS无法保证，也就不能满足语音、视频等实时信息的传输要求。ATM是宽带通信网的核心技术，是一种面向连接的传输技术，它综合了分组交换和电路交换的优点，具有良好的QoS保证，支持语音、数据和图像通信。缺点是，其连接建立信令过于复杂，路由灵活性不高，在传输较短的一般数据时，其效率不高。例如，在Internet
Web连接中，用户每点击一个连接，就需启动一个与远端服务器的连接，而每个HTTP传输的数据量平均为2K，若链路的传输速率为155Mb/s，则整个传输时间约为100微秒，但最先进的ATM交换机建立连接的时间都以几个毫秒计，可见链路建立时间占了整个数据吞吐量的99%。因此如何把IP和ATM的优点结合起来，在满足新的业务需求的同时，维护现有的投资，成了业界探索的一个方向。
各种IP与ATM融合的技术，如LANE、IPOA、MPOA、ARIS、TAG
SWITCH等都只能解决局部的问题。这些技术虽说利用了ATM高速交换的特性，但要么没有充分利用ATM的QoS特性，要么过于复杂和标准不完善。例如，LANE只能应用于较小规模的网络，不能支持像Internet这样的大型网络。IPOA在不同子网间的互连仍需使用传统的路由器，因而吞吐量和时延问题仍然存在，此外，它只限于处理ATM上的IP业务，只支持较小规模的网络。MPOA经实验证明也只能支持中小型网络。
目前数据传输的承载技术具有多样性的特点。如ATM、帧中继、PPP、SDH、SONET等。因此，如何实现多种不同传输承载链路技术的网络互连、互通是一个迫切需要解决的问题。
未来的业务以突发性数据业务为主，ATM对此显得效率不足，传输成本和交换成本较高，网络资源浪费，而IP又显得能力不足。
VPN是提供新一代电信业务的基石。据Yankee Group（1998）预计，到2002年，美国IP
VPN总市场将与帧中继的市场规模相当，其潜在的收入和利润非常惊人，但是当前的网络技术在实现VPN扩展性、安全性、管理性方面都有很大的、先天的缺陷，急需加以改造以适应VPN市场增长的需求。
为了解决上面的问题，1997年，以Cisco公司为主的几家公司[包括Ipsilon(已被Nokia并购)、IBM、Cascade(已被Lucent并购)、Toshiba]提出了MPLS技术。
所谓MPLS就是：(1)
在LDP协议控制下，LSR根据IP路由技术产生具有一定语义的代表数据传输路径及属性的标签;
（2）应用本地标签与媒介（ATM、FR、PPP…）；（3）多层的标签置换传输（标签堆栈）；（4）转发基于标签，入口压入标签，出口剥去标签，分组QoS、CoS等分析只在入口做一次，中间节点只分析标签的含义。
MPLS技术的主要特点
* MPLS在网络中的分组转发是基于定长标签，由此简化了转发机制，使得转发路由器容量很容易扩展到太比特级；
* 充分采用原有的IP路由，在此基础上加以改进；保证了MPLS网络路由具有灵活性的特点；
* 采用ATM的高效传输交换方式，抛弃了复杂的ATM信令，无缝地将IP技术的优点融合到ATM的高效硬件转发中；
* MPLS网络的数据传输和路由计算分开，是一种面向连接的传输技术，能够提供有效的QoS保证；
* MPLS不但支持多种网络层技术，而且是一种与链路层无关的技术，它同时支持X.25、帧中继、ATM、PPP、SDH、DWDM……，保证了多种网络的互连互通，使得各种不同的网络传输技术统一在同一个MPLS平台上；
* MPLS支持大规模层次化的网络拓扑结构，具有良好的网络扩展性；
* MPLS的标签合并机制支持不同数据流的合并传输；
* MPLS支持流量工程、CoS、QoS和大规模的虚拟专用网；
* MPLS的标准化进程十分迅速，这是它能迅速普及成功的关键。
MPLS的优势
* MPLS在定长标签的严格匹配下简化了转发过程，而且这个转发的硬件基础是便宜、成熟的ATM交换技术，这大大减少了设备制造商的研发投资，加快了MPLS设备的面市时间和产品的成熟稳定性；
* 由于MPLS将路由与分组转发从IP网中分隔开来，这使得在MPLS网中可以通过修正转发方法来推动路由技术的演进；新的路由技术可以在不间断网络运行的情况下直接应用到网络中，而不必改动现有路由器上的转发技术，这是以前的各种网络技术不易做到的；
* MPLS简化了ATM与IP的集成技术，推动了它们的统一，从而起到平衡用户在ATM和IP网上的巨大投资，消除了现有网络的限制，由此减少了网络维护成本和扩展性问题；
* 在MPLS网中可以直接使用显式路由，这使得流量工程的应用变得简单，增强了IP网络流控和自愈恢复能力，为支持更多的新业务提供了保障；同时MPLS在保证连接可靠性的条件下取消了专线连接的要求，使得各种新业务可以在基于MPLS的IP网上实现；
* MPLS技术进一步促进了网络功能的划分，它将复杂的事务处理推到网络边缘去完成，核心网只负责完成传送功能；这有利于在一个大的网络中维护IP协议的扩展性；
* MPLS网络中标签堆栈的使用将庞大的路由表变得很小，极大地改善了路由扩展能力；
* MPLS可用于多种链路层技术，做到对下层与上层的多协议，最大限度地兼顾了原有的各种技术，保护了现有投资和网络资源，促进了网络互连互通和网络的融合；
* MPLS能够以无连接方式或显式路由的方式提供面向连接的业务；这使得MPLS适用于动态遂道技术，并保障数据传输业务的QoS需求，而遂道技术是目前支持VPN业务的有效手段，QoS的保障是IP网上实现语音、实时多媒体信息传输的基础。
*
作为综合平台，在语音方面，VoIP on MPLS实验十分成功；在数据方面，它先天就能承载IP业务；在视频方面，它已能承载多媒体应用。
* 与ATM相比，MPLS标准能更快地被接受是因为它是以软件为主，运行在各种不同的网络上，而ATM网则需要极大的软、硬件投资。
MPLS的标准化现状
1997年IETF提出MPLS以后，到目前为止，有关MPLS技术的协议标准草案和规范已经约有140个，并且在1999年就有厂商推出MPLS设备。这种进展速度是以前任何一种技术所没有的。
互联网络工程组（IETF）
在2000年以前，MPLS的标准化制定工作仅由IETF
MPLS工作组完成。MPLS工作组成立于1997年3月，当时的主要任务和工作重点是研究制定MPLS技术的实现规范，使得这种新的网络技术能够达到：
* 灵活的网络层路由选择；
* 高效的分组交换转发(QoS保障)；
* 有效的网络管理；
* 强大的网络扩展能力；
*
有效的增值服务提供能力；
* 兼容性好。
这些目标现在看来由MPLS技术实现已基本没有问题。目前，MPLS工作组的工作重点已从原来技术的基本实现转移到MPLS技术的应用上来。主要是MPLS如何更有效地提供增值服务、MPLS在局域网中的应用、MPLS与光纤传输网（OTN）的融合、MPLS网流量工程的具体应用等。
国际电信联盟（ITU-T）
IP技术到现在已经在Internet上占了绝对的领导地位，MPLS技术的提出又使得IP可以为用户提供如语音传输、视频会议、多媒体等实时业务，并且其QoS保障可以达到电信级；因此，ITU-T各研究组在1999年底的总结会上进行了未来研究工作的战略转移，全面开展有关IP标准化方面的研究工作，其中作为全球信息基础设施（GII）和B-ISDN的主导研究组——ITU-T
SG13小组将MPLS列为2000～2003年的重点研究课题,并一致同意将LDP/CR-LDP作为公网传输标准信令。
MPLS论坛
为了更好地研究发展MPLS技术，协调各厂商之间的利益和统一思想，2000年3月以Lucent公司为首的有关机构联合成立了MPLS论坛。论坛的基本成员为计算机网络及电信通信软件、设备制造商和
ISP及研究开发机构。论坛的工作重点主要在以下四个方面：
* 流量工程；
* 服务等级（CoS）；
* 服务质量（QoS）；
* 虚拟专用网（VPN）。
进入2000年以后，各标准化组织更进一步加快了MPLS的标准化工作。从3月初到5月间国际上举行的有影响的MPLS技术及标准研究会议有：
* 2000年2月29日～3月2日在美国举行的有关MPLS
QoS和流量工程高峰会议(与会者：Motorola、IBM、Cisco、Nortel、ATT等)。
* 2000年3月10日在法国举行的第一届MPLS
FORUM大会。
* 2000年3月17日在美国圣地亚哥举行的IETF
MPLS高峰会议。会议着重讨论了有关MPLS网络管理和工程应用问题。
* 2000年3月20日在澳大利亚举行的IETF大会，MPLS为重要研讨内容之一。
* 2000年3月30日IETF的BOF会议，会上专题研究了MPLS网上的语音传输问题。
* 2000年4月3～4日在加拿大举行的MPLS论坛技术会议。
* 2000年5月17～20日在美国 Las
Vegas举行的MPLS论坛高峰会议。会议具体讨论了有关MPLS技术应用和标准化问题。
MPLS的实验情况
对MPLS的大规模实验主要在美国和欧洲进行。
Lucent 在全美23个大城市间的NET2000实验网上进行MPLS技术实验，以测试MPLS与其它ATM网、帧中继网等的互连互通、MPLS对语音、实时视频传输的支持能力和MPLS
VPN性能等。
欧洲国家1999年在其欧洲国家研究网（European
National Research Networks：NRN网）上实现ATM、PVPC、PVCC、SDH、G级以太网、DWDM等传输网络技术统一在MPLS下进行互连互通，并作了语音传输、视频服务和多媒体业务等实时业务传输和VPN增值服务的实验，（实验名称：MPLS
TF-TANT：Task Force for Testing of Advanced Networking Technologies）。
Wisconsin大学已经把LDP协议集成到Linux操作系统中，这为MPLS推广应用到桌面打下了坚实的基础。
MPLS研发情况
当前欧美各国及东亚地区有关通信厂商及研究部门都在加紧进行MPLS的研究工作，并已推出部分具有MPLS功能的设备，有些厂家还宣称已设计出实现MPLS功能的专用芯片组，只待商机成熟便迅速推向市场。当前推出的具有MPLS功能的交换机或路由器有：1）Lucent
Ascend CBX500，提供IP MPLS DS3端口，当整机升级为全MPLS交换机时,每个交换模块可支持20多万条路由。此外还有GX550、B-STDX9000系列ATM交换机，可提供MPLS功能。2）韩国迅通公司CellinX-6070
具有MPLS功能的ATM交换机(第三层以软件方式支持)。3）Cisco公司GSR12016交换式路由器，容量20G,
本身具备MPLS功能, 能直接与MPLS标签交换路由器互通(只支持PVC方式);
BPX8650 ATM交换机以专用接口方式支持MPLS，目前Cisco称其现在出产的ATM交换机或高端路由器70%支持MPLS功能。4）Newbridge公司670路由交换式平台集ATM、MPLS和IP路由于一身。5）爱立信新一代AXD301ATM交换机、AXI540
交换机等支持MPLS功能。6）推出MPLS软件包的有Cisco、Harris、future
MPLS、Nortel、Data connect、Junipper公司等。其中Nortel称可提供全面的MPLS解决方案。
以上的发展现状充分表明，发展MPLS作为下一代网络技术已成为业界的共识，MPLS未来的市场发展可能会分为三个阶段：
近期：2000～2002年，原有技术和设备继续发展，但MPLS设备开始进入市场，现有高端设备将作软升级来提供MPLS功能，以与新入网的MPLS设备互连互通。
中期：2003～2006年，MPLS设备以其优良的性能迅速占领市场，其特点为原有设备不再发展，MPLS设备从骨干网延伸到用户终端。全面实现MPLS技术的各项标准化协议。
远期：MPLS技术与光纤传输交换技术融合在一起，提供性能更为优良的高效服务。
从技术角度来说，MPLS未来的研究与发展将集中在以下几个方面：
* MPLS VPN应用技术的研究。VPN被认为是21世纪网络中最重要的应用之一，MPLS顺应了这种需求，这是MPLS未来发展的巨大动力，是它能占领市场的一个保证。
* IP电话作为未来Internet网络所提供的基本功能之一，MPLS已被实验证明能达到电信级的语音服务水平，下一步应进一步完善它与PSTN之间信令的转换和交互式通信的平滑性问题，如何使用SS7将语音服务和数据服务在MPLS上统一起来，这集中在三个方面：低速链路上的QoS、带宽的挑战、实时协议的实现。
*
路由、传输交换技术与光纤传输网（OTN）的融合发展是一种趋势，随着DWDM技术的进步，如何将MPLS与OTN、DWDM技术结合起来，实现交叉连接与标签交换的统一是一个重要的研究方向，这方面的研究工作也已经展开。
* 进一步完善MPLS与ATM的无缝融合、MPLS的组播技术和MPLS的网络管理。
* 加速研究MPLS到桌面的应用，这是实现网络融合，全网统一的关键之一。
* 注意协议实现的简明性：ATM的教训就是过于追求技术的完美性，导致其实现过于复杂，错失占领市场的良机，MPLS在这点上必须注意。
* 随着无线ATM技术的成熟应用，将MPLS技术引入到无线网络中是可能的；而且由于无线通信在现代通信网中所占的份额越来越大，研究MPLS技术在无线通信网络中的应用也是一种必然。
中国发展MPLS网应考虑的问题
与其它通信技术在我国的研究发展往往滞后国际上很长一段时间不同，MPLS一经提出，就立即得到我国通信界的跟踪研究。可以说我国在MPLS技术理论方面的研究工作几乎与世界同步。例如，2000年初，中国就向ITU-T提交了D.897建议,
该建议解决有关基于ATM平台的MPLS差分服务问题；2000年4月17日，我国有关组织在北京举行MPLS技术标准规范研讨会。经过10多年的发展，我国已培养了一大批通信和计算机高级人才，成长起来一些初具规模的通信技术设备的研发机构和制造商。但是，我国通信研究开发的保守分散主义严重，各成一摊，无意识中抵制合作开发，错误地定位主要竞争对手于国内，而没有看到真正的竞争对手在哪里！造成重复研发、力量分散、进展缓慢。付出的代价是产品推出的时间、质量上都不如国外，从而连国内市场都无法占有一定份额，更别说参与国际竞争！而这些是完全可以避免的。为此，作者根据本人的认识就MPLS技术在中国的发展提出一些建议。
首先，国内有关厂家和研发机构应通力合作，集中全力开发出符合我国特点的MPLS产品，力争在MPLS上打开国内市场。我们知道，从全球通信网络技术和市场占有率来看，发达国家占据绝对的优势。事实上，交换机、路由器、集线器等产品，国外公司已占据中国近70%的市场，国内公司无论在市场占有率、技术实力及整体实力上都远远无法同它们相比。MPLS是一个正处于高速发展阶段的技术，它集微电子技术、交换处理技术和光纤传输交换处理技术于一体，其标准和产品均未成熟，目前国际上尚未有成熟的产品问世。但随着其标准化进程的发展，它的相关产品将会迅速进入市场。欧美国家现都在尽全力开发MPLS设备，都将产业化的目标定在2000年，MPLS进入市场已成定局。公认的技术成熟期是开发期的3～4倍，如系统芯片和核心网的开发以1.5年计，则商用成熟期是5年左右。而国外产品进入中国又有1年左右滞后期，所以我们还有时间发展我国自己的MPLS技术，占领国内市场的一定份额。
其次，我国应以国家行为组织MPLS技术的研发。可从以下几方面如手：
1）积极进行相关标准的研究制定工作。国际的互通标准仍不成熟，处于完善之中，我国应积极进行符合我国国情的标准体制的研究与制定，这项工作具有重大的战略意义。技术标准的制定与研究发展有三种模式：美国的自由竞争模式，欧洲的标准约束下的自由开发模式，韩国合作研究开发模式。美国是全球信息技术的领导者，它采取那样的方式能刺激技术进步，保持它在全球的领先地位。欧洲国家希望有一体化的标准来与美国抗衡，因为它有一个统一的大市场；韩国国土狭小，几乎没有国内市场可言，所以采取合作是它必然之路。中国则不同，中国国内市场庞大，目前已经具备一定的技术研发实力，使我国可以制定自己的标准，以政策引导和组织国内有关部门进行开发，让国外产品适应我们的标准，而不是相反。
2）利用自己的技术，吸收国外实验经验，建立我国自己的MPLS实验网。通过实验，解决网络标准、业务开发与宣传、资费政策、网络互连互通等。
3）组建新的网络应引进便于升级为MPLS
LSR的设备。有步骤、有重点地推进MPLS网络与现有网络的互连互通。
4）我国发展MPLS可以采取逐步推进的策略。具体为重点支持采用MPLS技术的校园网、智能社区、Internet互连网络业务和智能大楼的建设，建立信息密集型网络，鼓励进行各种业务试验，制定相应的技术标准及规范。应用达到一定规模后，可在城域范围内采用MPLS技术。最终采用MPLS技术组建骨干网，形成全国的MPLS信息基础设施。
5）我们应充分利用别人已经做出的成果，不要人家研究什么，我们也跟着研究什么，这样我们将始终走在对手的后面，而是尊重利用别人的知识产权，购买专利技术，以资本（钱）换技术、时间，以技术占领市场。这也可以在一定程度上避免以前我们出现的市场不断地开放，却没有换回国外先进技术的毛病。
6）高度重视网络安全，尽可能采用自己的技术和设备。通信网络是国家信息化的基础设施之一，如果网络核心部件主要依靠进口，那网络安全就无从谈起。MPLS网络系统是宽带骨干网络系统，如果它的主要设备仍由国外提供，那相应的建网方案通常也是外商提供，这就会造成我国具体的网络环境和运营经济情报暴露于国外。网络安全随竞争和政治斗争的需要，变得越来越突出。信息安全的保障能力将是一个国家的综合国力、经济竞争实力和生存能力的重要组成部分，未来信息战的作战空间不仅局限于军事方面，还包括了民用及公共事业方面，扩展到竞争、冲突、危机直到战争的整个过程。因此，我国应花大力气开发自己的骨干网络设备，我们的核心设备必须采用自己设计的芯片。
摘自《通讯世界》2000.06
