MPLS技术与传统路由器IP寻址比较 杨洪祝志华 如何将路由技术和交换技术结合起来，提高网络传输效率是目前网络发展的热点问题。传统路由器通常靠软件和通用CPU来实现网络层功能，因而延迟大、转发速度慢。而以ATM为代表的交换技术用硬件实现交换，每个事件沿着同一路径，通常实现第二层(数据链路层)数据单元的交换功能，速度快、面向连接。由于网络用户的急速膨胀，带宽的需求也急剧上升，传统路由器对IP包的处理转发模式越来越成为网络向宽带化发展的瓶颈，再加上对流量工程的迫切需求，MPLS（MutiProtocol Label Swithing，多协议标记交换）技术随之应运而生。一、MPLS技术与传统路由器数据转发的比较1、传统路由器数据转发机制传统路由器实现第三层（网络层）的控制转发功能，将不同网段的局域网互联成广域网。但是传统路由器的IP寻址方式是逐跳转发的。转发需要由路由器对IP数据包进行解包处理解出源、目的IP地址，再通过路由协议（如RIP，OSPF等）决定转发方向（端口）。由于IP包的不定长特性，路由器采用软件解包，同时因为是逐跳转发的，所以也就意味着时延大、转发速度慢。2、基于ATM的MPLS数据转发机制MPLS，多协议标记交换。多协议，因为MPLS基于IP路由和控制协议，是一个介于第三层（网络层）和第二层（数据链路层）之间的“垫层”，所以 MPLS不受链路层协议限制，可以运行在多种二层协议基础之上，如帧中继、ATM等。标记交换，简单的来说，对基于ATM的MPLS而言，是将数据包网络层逻辑地址（如IP地址）由ATM边缘路由器（LER）映射成标记VPI/VCI值，并将数据包封装成ATM信元，由于ATM信元是定长53字节，因而在网络核心层可由ATM标记交换路由器（LSR）实现标记的硬件高速交换，再由目的端边缘路由器（LER）将ATM信元还原成数据包。可以看出，MPLS的实质是将路由器移到网络的边缘，将快速、简单的交换机（二层交换）置于网络中心，对一个连接请求实现一次路由（LSP，信令建立SVC通路）多次交换。二、数据转发实例1、传统路由器IP寻址实例图1所示是由传统路由器构成的IP网络，由路由器（R1、R2、R3、R4）和局域网（N1、N2、N3、N4）构成，路由器间分别通过广域网口S1、S2互联，局域网和路由器通过以太网口E0相连。网络号和部分IP地址分配如下。网络号：N1：202.1.1.0/24 N2：202.1.2.0/24N3：202.1.3.0/24 N4：202.1.3.0/24R1（S1口）R2（S2口）：202.1.5.0/30R2（S1口）R3（S2口）：202.1.5.4/30R3（S1口）R4（S2口）：202.1.5.8/30R1（S1口）R2（S2口）：202.1.5.12/30部分IP地址：R1的S1口：202.1.5.1/30 R2的S2口：202.1.5.2/30R2的S1口：202.1.5.5/30 R3的S2口：202.1.5.6/30R3的S1口：202.1.5.9/30 R4的S2口：202.1.5.10/30R4的S1口：202.1.5.13/30 R1的S2口：202.1.5.14/30Client1：202.1.1.1/24 Client1：202.1.3.1/24R4R1202.1.4.0 N4202.1.2.0 N2202.1.5.12/30202.1.5.4/30202.1.5.8/30202.1.5.0/30202.1.1.0 N1Client1202.1.3.0 N3Client2R2R3图1 传统路由器数据转发实例E0E0E0E0S2S1S1S2S1S2S1S2假设客户Client1 要发IP数据包到Client2，我们来看数据包的转发过程。路由器在运行路由协议（如RIP，OSPF等）后，将产生路由表。举例各路由器的路由表如下。R1的路由表部分表项：掩码 目的地址 下一跳地址 本端端口255.255.255.0 202.1.1.0 - E0255.255.255.0 202.1.2.0 202.1.5.2 S1255.255.255.0 202.1.3.0 202.1.5.2 S1255.255.255.0 202.1.4.0 202.1.5.13 S2R2的路由表部分表项：掩码 目的地址 下一跳地址 本端端口255.255.255.0 202.1.1.0 202.1.5.1 S2255.255.255.0 202.1.2.0 - E0255.255.255.0 202.1.3.0 202.1.5.6 S1255.255.255.0 202.1.4.0 202.1.5.6 S1R3的路由表部分表项：掩码 目的地址 下一跳地址 本端端口255.255.255.0 202.1.1.0 202.1.5.10 S1255.255.255.0 202.1.2.0 202.1.5.5 S2255.255.255.0 202.1.3.0 - E0255.255.255.0 202.1.4.0 202.1.5.10 S1R4的路由表略。Client1发出IP数据包，该数据包目的地址为202.1.3.1（即Client2的IP地址），源地址为202.1.3.1。因为202.1.3.1不在网络N1（202.1.1.0），Client1将它送至路由器R1的E0端口，路由器R1收到该数据包，解包找出其目的地址为202.1.3.1，然后查找路由表发现应将此数据包送往地址202.1.5.2，并从本端端口S1（202.1.5.1）送出。路由器R2的S2端口（即202.1.5.2）收到数据包，解包并查找路由表，发现应将它送到地址202.1.5.6，且从本机端口S1（202.1.5.5）送出。路由器R3的S2（202.1.5.6）口收到数据包，解包并查找路由表，发现此数据包的目的地址是网络N3，应从本端E0口送出。至此Client1发往Client2的IP数据包到达网络N3，该数据包通过局域网N3到达Client2。从上面的数据包转发过程，可以看出，传统路由器对数据包的转发包括几个步骤：解包、查找路由表、转发。由于解包和查找路由表都由软件完成，因此时延较大。2、MPLS数据包转发实例图2所示是由ATM交换机构成的网络，由标记交换路由器（LSR）（L1、L2、L3、L4）和局域网（N1、N2、N3、N4）构成，路由器间分别通过光口O1、O2互联，局域网和LSR通过以太网口E0相连。网络号和IP地址分配与上例相同。同样我们再来看IP数据包从客户Client到Client2的转发过程。标记交换路由器L1、L2、L3、L4（就是带MPLS功能的ATM交换机），构成骨干网，在此例中它们又都是边缘交换路由器（LER）。L1、L2、L3、L4由各自的协议处理板运行路由协议（RIP、OSPF等）获得全网路由信息，建立相应的路由表。各标记交换路由器的路由表项和上一例基本相同，可以参照上例，在此从略。Client1发出IP数据包，该数据包目的地址为202.1.3.1（即Client2的IP地址），源地址为202.1.3.1。MPLS边缘路由器L1的E0端口收到该数据包，解包找出目LSRxLSRxLSRxLSRx202.1.1.0 N1Client1202.1.4.0 N4202.1.3.0 N3Client2202.1.2.0 N2202.1.5.4/30202.1.5.8/30202.1.5.12/30202.1.5.0/30L1L4L2L1O1O2O2O1O1O2O1O2E0E0E0E0图2 MPLS数据包转发实例的IP地址。L1在路由信息的基础上，运行LDP标记分发协议，由信令发起呼叫建立标签交换路径LSP，LSP在逻辑上是由路径上各个标记交换路由器（LSR）的标记到目的地映射表（即标记转发信息库，LFIB）构成的。下面是标记转发信息库列表。L1的LFIB表项：入端口 入标记VPI/VCI 出标记VPI/VCI 地址前缀 出端口E0 - 2/33 202.1.3 O1L2的LFIB表项：入端口 入标记VPI/VCI 出标记VPI/VCI 地址前缀 出端口O2 2/33 2/34 202.1.3 O1L3的LFIB表项：入端口 入标记VPI/VCI 出标记VPI/VCI 地址前缀 出端口O2 2/34 - 202.1.3 E0标记转发信息库建立后，即形成了一条LSP标签交换路径。L1根据LFIB表，将发往Client2的IP数据包封装成VPI/VCI为2/33的ATM信元，由端口O1发出。L2的O2端口收到VPI/VCI为2/33的ATM信元，对照LFIB表，再将VPI/VCI值变换为2/34，由端口O1发出。L3的O1端口收到VPI/VCI为2/34的ATM信元，对照LFIB表，发现应将这些ATM信元还原成IP数据包由端口E0送出。至此从Client1到Client2的IP数据包转发到网络N3，再由N3交付Client2。应该注意，标签交换路由器对ATM信元的交换是通过高速交换网板硬件完成的。从上面的实例可以看出，MPLS处理IP包由边缘路由器解包获得目的IP地址，并通过信令发起呼叫建立连接，而在网络核心则无须再解IP包，可以实现硬件高速交换。三、结束语MPLS对IP网络最大的贡献在于它将第三层的路由选择与分组转发相分离。借助标记避免逐跳的决策机制，减少了对数据分组的深入分析，建立第二层的快速路径，使得数据沿着预先建立的路径快速转发。通过基于ATM的MPLS数据转发机制与传统路由器数据转机制进行对比，就能比较清楚地看出MPLS技术的优越性，对于大型网络尤其如此。参考资料：1、深圳中兴通迅公司ZXB10多业务路由交换机讲义；2、冯径、 李仕锋 、 顾冠群MPLS技术及其对数据新业务的支持。