IP RAN网络中IP/MPLS技术分析

摘要：网络IP化趋势是近年来电信运营商网络发展中最大的一个趋势，在该趋势的驱使下，移动网络的IP化进程也在逐步的展开，作为移动网络重要的组成部分，移动承载网络的IP化是一项非常重要的内容。

关键词：IP RAN、MPLS、LSP、隧道

中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号：

引言

传统的移动运营商的基站回传网络是基于TDM/SDH建成的，但是随着3G和LTE等业务的部署与发展，数据业务已成为承载主体，其对带宽的需求在迅猛增长。然而，传统MSTP承载网已经无法满足未来IP化的需求。业内提出了几种演进方案，其中IP RAN是解决无线接入IP化最直接的方式。

IP RAN三层IP网络，主要运用IP/MPLS协议完成业务承载。目前3G移动回传分为PS域和CS域，并且未来IP RAN会面向多种业务承载，因此针对不同类型的业务，底层的承载方案也不尽相同。

一、MPLS技术

多协议标签交换（MPLS）是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力。起源于IPv4（Internet Protocol version 4），其核心技术可扩展到多种网络协议，包括IPX（Internet Packet Exchange）、Appletalk、DECnet、CLNP（Connectionless Network Protocol）等。MPLS 独立于第二和第三层协议，诸如ATM 和IP。它提供了一种方式，将 IP地址映射为简单的具有固定长度的标签，用于不同的包转发和包交换技术。它是现有路由和交换协议的接口，如IP、ATM、帧中继、资源预留协议（RSVP）、开放最短路径优先（OSPF）等等。

在MPLS 中，数据传输发生在标签交换路径（LSP）上。LSP 是每一个沿着从源端到终端的路径上的结点的标签序列。现今使用着一些标签分发协议，如标签分发协议（LDP）、RSVP 或者建于路由协议之上的一些协议，如边界网关协议（BGP）及OSPF。因为固定长度标签入每一个包或信元的开始处，并且可被硬件用来在两个链接间快速交换包，所以使数据的快速交换成为可能。

MPLS技术的主要目是加快路由器的转发速度，而后随着硬件技术及网络处理器技术的不断发展，三层交换设备都已经能够做到线速转发，因此MPLS的这一优势不复存在。由于MPLS是将2层交换和3层路由技术结合起来的技术，通过标签建立端到端的管道，因此越来越多的用于VPN业务承载。

随着MPLS技术的发展和标准完善，MPLS可以提供IP承载，对ATM，SDH仿真的PWE3管道，二层和三层的VPN网络。适用于多种业务的承载需求。

在MPLS网络内，通常把路由器分为LER路由器和LSR路由器。如下图所示。

图1：MPLS网络示意图

MPLS中分组数据包可以携带多个标签。这些标签分为外层标签和内层标签，在分组数据包中以“堆栈”的形式存在。对标签堆栈的操作按照“后进先出”的原则。LSP隧道标签则是栈顶标签（外层标签），栈顶标签决定了如何转发分组数据包。

标签为一个长度固定、具有本地意义的短标识符，用于标识一个FEC（Forwarding Equivalence Class）。标签位于链路层包头和网络层分组之间，长度为4个字节。其中Label为标签值字段。Exp又称为TC字段，用于表示服务质量。S为标签栈底标识符，值为1时表明为最底层标签。TTL长度为8比特，和IP分组中的TTL意义相同。

MPLS通过标签交换转发数据，取代了传统的IP包交换。当一个未携带标签的分组数据包到达入口LER时，入口LER根据该分组数据包头查找路由表以确定目的地LSR，把查找到的对应LSP的标签插入到分组头中，完成端到端IP地址与MPLS标签的映射。

当分组数据包进入LSP隧道后，则由LSR进行标签交换。LSR根据分组数据包的LSP标签，查找对应的映射表，更换标签值并发送到对应的下一跳LSR，这个过程被称为标签交换。

当分组数据包到达目的LSR时，LSP通过标签映射表查找对应的出端口，并剥离MPLS标签（或在倒数第二跳剥离），完成分组数据包的传送。

二、LSP隧道

LSP隧道是MPLS网络通过标签方式形成的2.5层隧道，是承载MPLS上层业务的基础。LSP隧道从应用层面说可以分为动态隧道和静态隧道，这两种隧道方式各有自己的优势，动态隧道没有确定的路径，隧道的创建完全由协议控制，配置简单，不需要过多的人为干预。静态隧道则是由人工指定限制约束条件由协议创建，具有明确的路径。

LSP静态隧道和动态隧道没有严格的界限。在IP/MPLS网络中，隧道的建立都大多是基于动态协议的。其中的动态协议有LDP/CR-LDP，RSVP-TE等。

2.1 LDP/CR-LDP方式

LDP是MPLS中最常用的隧道建立方式。其运行方式是首先在开启LDP协议的设备之间建立连接和会话，形成LDP对等体。然后通过LDP对等体之间Lable消息，包括LableRequest，LableMapping等，进行标签的交互和映射，将FEC，Lable和端口进行相应的组合和绑定，完成隧道建立工作。

LDP建立的隧道是松散模式的隧道，也就是说没有一个确定路径。到达同一个FEC的数据报文可能会由于网络的变化而改变路径。LDP建立的隧道是由网络中运行的域内路由协议决定的，因此开启LDP之前必须开启域内路由协议。

CR-LDP则是对LDP协议的一种扩展，在隧道的创建过程中加入了限制条件，那么就可以进行静态隧道的创建。

2.2 RSVP-TE方式

RSVP-TE是资源预留协议，通常用于网络和网络设备间进行资源预留，是流量工程的一种。IETF对RSVP-TE进行了对于LSP隧道的扩展，增加了ERO，RRO等object，扩展了path，reserve消息的属性。使得RSVP-TE可以用于动态隧道的建立。

RSVP-TE的path和reserve消息能够携带带宽，显示路由，着色等约束参数，然后通过CSPF进行路由的计算，生成LSP路由。

与LDP相比，RSVP-TE的使用场景更多，建立隧道的方式更灵活。例如可以在建立隧道的时候规定隧道必须经过的节点，形成一条具有严格路径的隧道。并可以为进行隧道设定优先级，预留资源等操作。这种隧道更趋向于静态隧道。

三、不同隧道应用场景

上文所述，无论何种协议建立的隧道，当没有限制条件时，那么建立的就是松散模式的隧道，也就是动态隧道。当加入一定的限制条件时，所建立的就是严格模式的隧道，当限制条件限定了隧道所有的节点时，那么所建立的隧道则是所谓的静态隧道。

动态隧道的特点是不需要人工干预，只要在设备上开启了协议，那么所有隧道均自动创建。并且可以根据网络的变化进行相应的变化，方便了后期运维。但是由于隧道是动态计算的，因此当网络出现故障时，例如链路中断，那么需要一定的时间再进行隧道的重新创建，这个时间是不确定。因此不适用承载高实时性业务时。此外，由于隧道的松散模式，增加了部署OAM和QOS的难度。因此动态的隧道更适用于承载非实时性的IP业务。

相反静态隧道则更适合于承载点到点的实时业务的传送。静态隧道的路径由限制条件和协议共同创建，当网络出现故障时，重新计算隧道路径所需要的时间大大减小，可以满足实时业务的需求。在OAM和QOS方面，可以隧道路径部署端到端的OAM和QOS。

四、总结

综上所述，由于IP/MPLS具有很高的组网灵活性，因此得到了广泛的应用。对IP RAN的业务来说，移动PS域可以使用L2VPN，或L3VPN绑定动态隧道承载；对于移动CS域业务，可以使用PWE3绑定静态隧道承载。同时部署不同优先级的Qos，满足移动回传网的需求。

参考文献

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