基于IP的多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)

計算機網(wǎng)絡(luò)課程第5單元基于IP的多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)

1第5單元基于IP的多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù) 5.1 根本思想 5.2 支持預(yù)留 5.3 體系結(jié)構(gòu) 5.4 標(biāo)記分配協(xié)議 5.5MPLS的應(yīng)用 5.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā) 5.5.2顯式路由選擇 5.5.3虛擬專用網(wǎng)絡(luò)

2第5單元基于IP的多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)當(dāng)IETF致力于集成效勞和區(qū)分效勞的時候，許多廠商已在尋求更好的轉(zhuǎn)發(fā)方法。這個工作的焦點是在每個分組的前面加上一個標(biāo)記，并且基于標(biāo)記而不是目的地址做路由選擇。把標(biāo)記作為查詢內(nèi)部表格的索引，使得尋找正確的輸出線路變成只是一個表查詢的事情。使用這種技術(shù)，可以很快地完成路由選擇，并且可以沿著通路預(yù)留需要的資源。3第5單元基于IP的多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)以這種方式標(biāo)記流有可能被一些人看成是走虛電路技術(shù)的老路。X.25、ATM、幀中繼和其它所有具有虛電路子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)也都在每個分組中放上一個標(biāo)記〔即虛電路標(biāo)識符〕，在一個表中查找標(biāo)記，并且基于表登記項做路由選擇。盡管在因特網(wǎng)團體中的許多人對面向連接的聯(lián)網(wǎng)方式有強烈的反感，現(xiàn)在的思想看起來又回到過去了。今天是要提供快速的路由選擇和效勞質(zhì)量。然而因特網(wǎng)建立路由的方式跟面向連接的網(wǎng)絡(luò)所采用的方式有本質(zhì)的區(qū)別，因此該技術(shù)肯定不是傳統(tǒng)的線路交換。4第5單元基于IP的多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)有許多人試圖對路由〔routing〕和交換〔switching〕加以區(qū)別。路由是在一個表中查找目的地址以確定把分組在哪兒發(fā)送的過程。與此相對照，交換那么使用取自分組的一個標(biāo)記作為對轉(zhuǎn)發(fā)表的一個索引。當(dāng)然，這個定義只能被當(dāng)作一個參考，遠非被普遍認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)定義。上述新的交換思想曾經(jīng)被賦予各種各樣的名稱，包括標(biāo)記交換〔labelswitching〕和標(biāo)簽交換〔tagswitching〕。最終IETF標(biāo)準(zhǔn)化了該思想，取名MPLS〔Multi-ProtocolLabelSwitching:多協(xié)議標(biāo)記交換〕。55.1根本思想

65.1根本思想類屬MPLS頭有4個域，其中最重要的是標(biāo)記域，它包含索引。QoS域表示效勞類別。S域跟在等級式網(wǎng)絡(luò)中堆疊多重的標(biāo)記有關(guān)。TTL〔存活時間〕域用以限制分組在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過的跳段數(shù)，當(dāng)它的值是0時，分組將被丟棄。這一特征可以防止路由選擇在不穩(wěn)定的情況下的無限循環(huán)。因為MPLS頭不是網(wǎng)絡(luò)層分組的局部，也不是數(shù)據(jù)鏈路層幀的局部，所以它在很大程度上是獨立于這兩個層次的。這一特征意味著，可以建立一個MPLS交換機，它既能夠轉(zhuǎn)發(fā)IP分組，也能夠轉(zhuǎn)發(fā)ATM信元，輸入的是哪種PDU,就轉(zhuǎn)發(fā)哪種PDU。這一特征也正是在MPLS名稱中“多協(xié)議〞的來源。75.1根本思想當(dāng)一個經(jīng)過MPLS增強的分組〔或信元〕到達一個配置了MPLS的路由器時，標(biāo)記被用作一個索引，查詢一個表，確定將要使用的出口線路和將要使用的新標(biāo)記。在所有的虛電路子網(wǎng)中都使用這種標(biāo)記替換〔labelswapping〕，因為標(biāo)記僅具有本地意義。兩個不同的路由器可以在兩條線路上向另一個路由器送入兩個具有相同標(biāo)記的不相關(guān)的分組，并且后者會在它的同一輸出線路上把這兩個分組繼續(xù)向著目的地的方向上轉(zhuǎn)發(fā)。為了在另一端可被區(qū)別，標(biāo)記在每一跳段都必須更新。就這一點而言，MPLS采用了跟虛電路交換相同的技術(shù)。85.1根本思想MPLS跟傳統(tǒng)虛電路的一個差異是聚合的層次。對于通過子網(wǎng)的每個流肯定可以都有其自己的一組標(biāo)記。然而，更普遍的做法是組合終止于一個特別的路由器或LAN的多個流，并且對它們使用單個標(biāo)記。組合在單個標(biāo)記下的多個流被稱作是屬于同一個FEC〔ForwardingEquivalenceClass：轉(zhuǎn)發(fā)等價類〕。這個類別不僅涵蓋分組傳輸?shù)耐?，而且也涵蓋它們的效勞類型(在區(qū)分效勞的意義上)，因為從轉(zhuǎn)發(fā)的角度上看，它們被同樣對待。在傳統(tǒng)的虛電路路由選擇中，不可能把具有不同終點的多個不同的通路組合進同樣的虛電路(連接)標(biāo)識符，因為那樣做在最終目的地處將無法對它們加以區(qū)分。對于MPLS分組，除了有MPLS標(biāo)記外，也包含最終目的地的IP地址，因此在標(biāo)記路由的端點可以去除MPLS標(biāo)記頭，接著使用網(wǎng)絡(luò)層目的地址繼續(xù)進行向前轉(zhuǎn)發(fā)分組的操作。95.1根本思想在MPLS和傳統(tǒng)的虛電路設(shè)計之間的一個重要不同點是建立轉(zhuǎn)發(fā)表的方式。在傳統(tǒng)的虛電路網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)一個用戶要建立一條連接時，他首先向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個setup(建立)分組，確定通路，并產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)表登錄項。MPLS那么不是以這種方式工作，對于每一條連接，它都沒有setup階段，因為那樣做對現(xiàn)有因特網(wǎng)軟件的改變就太大了。取而代之的有兩種建立轉(zhuǎn)發(fā)表登錄項的方法:數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法和控制驅(qū)動的方法。105.1根本思想在數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法中，當(dāng)一個分組進入網(wǎng)絡(luò)時，接收它的第一個路由器聯(lián)系分組必須前往的下一個處于下游的路由器，請求它為該流產(chǎn)生一個標(biāo)記。接著遞歸地使用該方法。實際上，這是一種在需要時即時建立虛電路的方法。做這種傳播操作的協(xié)議應(yīng)該非常小心地防止回路。這些協(xié)議通常使用一種稱作加色線的技術(shù)。FEC的后向傳播可以比作把一根加上具有唯一性顏色的線回穿進子網(wǎng)。如果一個路由器看到一個已經(jīng)用過的顏色，它就知道產(chǎn)生了回路，并采用校正措施。數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法主要用于其根底傳輸是ATM的網(wǎng)絡(luò)，例如許多的系統(tǒng)。115.1根本思想另一種用于不是基于ATM的網(wǎng)絡(luò)的方法叫做控制驅(qū)動的方法。它有多個變種，其中一種的工作情況如下所述。當(dāng)一個路由器啟動時，它檢查對于哪些路由它是最后的目的地，例如，有哪些主機在它的LAN上。然后為這些路由建立一個或多個FEC，為每個FEC分配一個標(biāo)記，并把這些標(biāo)記發(fā)送給它的鄰居。這些鄰居再把標(biāo)記輸入它們的轉(zhuǎn)發(fā)表，并發(fā)送新的標(biāo)記給它們的鄰居，直到所有相關(guān)的路由器都得到該通路。在建立通路時還可以預(yù)留資源，以保證適當(dāng)?shù)男谫|(zhì)量。125.1根本思想MPLS可以在多個層次上運行。在最高層，每個承載網(wǎng)絡(luò)可以被看成是一種元路由器〔邊界〕，有一條通過該元路由器從源到目的地的通路。這個通路可以使用MPLS。然而，在每個承載網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部也可以使用MPLS，導(dǎo)致第二層標(biāo)記。事實上，一個分組可以承載有整個標(biāo)記棧。在圖5-1中的S位允許一個〔邊界〕路由器去除一個標(biāo)記，從而知道是否還剩有別的標(biāo)記。對于低層標(biāo)記S位置1。在實踐中，這一設(shè)施大多用以實現(xiàn)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)和遞歸隧道。135.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)因特網(wǎng)是有很多獨立的計算機通過通信線路連接在一起形成的，使用TCP/IP作為其通信協(xié)議。其本質(zhì)可以由以下三個根本概念來描述：*分布式網(wǎng)絡(luò)通信控制；*報文分組交換； *存儲轉(zhuǎn)發(fā)。在這樣的網(wǎng)絡(luò)上，每個節(jié)點具有平等的地位，每個節(jié)點都有產(chǎn)生、發(fā)送和接受信息的能力；網(wǎng)絡(luò)上的信息傳送以報文分組為單位，每個分組被編上號(這里指TCP對分組數(shù)據(jù)所做的字節(jié)編號)，到目的節(jié)點再按編號重新裝配成完整的報文。人們只關(guān)心信息是否能正確地從源節(jié)點傳送到目的節(jié)點，而不關(guān)心每個分組具體經(jīng)過的路徑。事實上，每個分組所經(jīng)過的傳輸路徑可以不同，這樣，即使某些節(jié)點或通信線路出現(xiàn)故障，報文分組也可以根據(jù)每個分組頭攜帶的目的節(jié)點地址信息重新進行路由選擇，從而保證了信息的可靠傳送。145.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為了在計算機之間可靠地交換數(shù)據(jù)，必須處理許多過程，例如： *將數(shù)據(jù)格式化〔應(yīng)用層中的表示功能〕； *將數(shù)據(jù)分成一個個報文分組； *決定數(shù)據(jù)將要流向的路徑； *根據(jù)可利用的帶寬和接受數(shù)據(jù)的能力來標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的發(fā)送速率； *在物理傳輸介質(zhì)上傳輸數(shù)據(jù)； *將到達的數(shù)據(jù)按序列號重新裝配； *對接收數(shù)據(jù)進行校驗； *通知發(fā)送方數(shù)據(jù)是否正確接受，等等。155.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上述功能分在不同的層次里完成，有助于通信軟件的合理化、簡單化和易于修改。通常把第一、二層協(xié)議稱為低層協(xié)議，它與設(shè)備驅(qū)動、介質(zhì)流向控制、物理信號的時序和幅值密切相關(guān)。在低層，數(shù)據(jù)以"幀"為單位，從一個系統(tǒng)發(fā)送到具有相同物理接口的另一個系統(tǒng)。低層協(xié)議通常固化在通信適配器上，即網(wǎng)卡上。IP協(xié)議在主機之間選擇傳輸數(shù)據(jù)的路徑。數(shù)據(jù)可以穿越假設(shè)干網(wǎng)絡(luò)到達目的主機，這層上攜帶的數(shù)據(jù)稱為“數(shù)據(jù)報〞。因為每個數(shù)據(jù)報單獨進行路由選擇，IP協(xié)議不保證數(shù)據(jù)報的可靠傳輸和有序化，所以IP提供的是無連接通信效勞。165.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)“幀〞、“數(shù)據(jù)報〞和“報文段〞都是一種格式化的數(shù)據(jù)，都有相應(yīng)的“報頭〞字段和數(shù)據(jù)字段。其中，在IP數(shù)據(jù)報的包頭中含有源IP地址和目的IP地址，它們包括主機所在的本地網(wǎng)絡(luò)號和主機號，像號碼一樣，唯一地確定了一個主機在因特網(wǎng)中的地址，標(biāo)識數(shù)據(jù)報來自何方，去往何方。TCP在傳輸數(shù)據(jù)前首先要在源與目的節(jié)點之間建立一條連接，在傳輸完每一個報文時都需要接收端確認(rèn)，未確認(rèn)時報文被認(rèn)為是出錯報文。TCP建立在不可靠的IP協(xié)議上，其可靠性是完全由自己實現(xiàn)的，主要采用確認(rèn)與超時重傳。TCP還可以通過限制發(fā)送端向網(wǎng)絡(luò)注入報文的速率進行擁塞控制。這些都是在TCP報文段的包頭中用專門的控制字段標(biāo)識。175.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)TCP/IP協(xié)議簇包含一系列標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用效勞，包括萬維網(wǎng)〔WWW〕、文件傳輸協(xié)議(FTP)、簡單郵件傳輸協(xié)議(SMTP)、遠程登錄(Telnet)和域名效勞(DNS)等?？傊?，作為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)，TCP/IP能夠?qū)⒉煌奈锢砭W(wǎng)絡(luò)技術(shù)納入自己的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括其它具有完整的分組級傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(如X.25)?？梢杂貌煌奈锢砭W(wǎng)絡(luò)作為IP數(shù)據(jù)報的傳輸通道，IP層通過網(wǎng)絡(luò)接口跟各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)打交道，然后向上提供效勞。應(yīng)用層協(xié)議可以分為3類：依賴無連接的UDP；依賴面向連接的TCP；可依賴于UDP，也可依賴于TCP〔如域名效勞DNS〕。用戶可以調(diào)用應(yīng)用層協(xié)議提供的庫函數(shù)和通信程序接口,也可以直接調(diào)用傳輸層協(xié)議軟件來編寫客戶/效勞器方式的應(yīng)用程序。185.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)TCP/IP協(xié)議簇可以用于單個局域網(wǎng)，也可以用于廣域網(wǎng)或混合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一般，TCP和UDP軟件是在主機上執(zhí)行并實現(xiàn)的，IP軟件可以運行在主機和路由器上。一個路由器至少與兩個網(wǎng)絡(luò)連接。應(yīng)用數(shù)據(jù)在基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)上傳輸過程如圖5-2所示?？傊?，在現(xiàn)有的因特網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，面向通信效勞的協(xié)議實際上包含四個根本層次：傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。作為因特網(wǎng)核心的網(wǎng)絡(luò)層，由互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)本身、路由機制、轉(zhuǎn)發(fā)機制和低層控制功能〔包括在因特網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP中〕組成。195.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

205.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)IP定義了分組的格式，它包含一個在全網(wǎng)范圍內(nèi)具有唯一性的地址。路由機制根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓撲知識和各種效勞提供的策略，找到一條通往目的節(jié)點的路徑，路由的結(jié)果被包含在轉(zhuǎn)發(fā)表中，指明下一跳轉(zhuǎn)發(fā)接口。轉(zhuǎn)發(fā)機制負責(zé)從轉(zhuǎn)發(fā)表中得到路由結(jié)果，并向下一跳轉(zhuǎn)發(fā)路由器輸出IP分組。這種逐跳的基于目的地址的轉(zhuǎn)發(fā)，從某一方面來說限制了網(wǎng)絡(luò)效勞的提供，例如，它意味著在相同網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下，有同樣目的地址的不同應(yīng)用分組將經(jīng)過同樣的路徑，這樣，對于同一個目的節(jié)點的特殊效勞請求或效勞類別而言，提供效勞質(zhì)量保證是困難的。215.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具體地講，當(dāng)IP分組進入網(wǎng)絡(luò)后，每個路由器都要獨立地去重復(fù)進行路由選擇、分組轉(zhuǎn)發(fā)這些工作。每個路由器根據(jù)路由協(xié)議獲得的信息維護一個本地的路由表，路由表的每個登錄項都包括目的地址〔和輸出端口字段〕。當(dāng)有一個分組到達時，路由器檢查分組頭信息中的目的地址，在路由表中按照目的地址最大匹配的規(guī)那么找到相應(yīng)的表項，然后進行獨立的轉(zhuǎn)發(fā)決策，向下一跳路由器發(fā)送數(shù)據(jù)分組。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擴大時，路由器的這種工作模式會嚴(yán)重降低網(wǎng)絡(luò)效率。例如，盡管現(xiàn)在的因特網(wǎng)局部地〔主要針對C類地址〕采用了CIDR(無類別域間路由)等地址會聚技術(shù)，其主干路由仍然超過了8萬條，路由表項的查找成為因特網(wǎng)主干路由器最沉重的負擔(dān)。225.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與因特網(wǎng)平行開展的另一種網(wǎng)絡(luò)解決方案是面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。承載IP交通的面向連接的鏈路層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有ATM、幀中繼和X.25等，這些面向連接的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要控制信息，因此，將網(wǎng)絡(luò)功能分成“控制面〞和“數(shù)據(jù)面〞，沿著連接的網(wǎng)絡(luò)元素〔包括各類節(jié)點、鏈路等網(wǎng)絡(luò)根本構(gòu)件〕建立相應(yīng)的控制狀態(tài)，這樣就能夠為某個特殊的連接顯式地指定一個路徑。這種能力對流量工程和策略控制都是有用的，它允許網(wǎng)絡(luò)工程師在拓撲范圍內(nèi)，將通信量從阻塞的鏈路轉(zhuǎn)換到非阻塞的鏈路上，從而使整個網(wǎng)絡(luò)的運行更有效。面向連接的效勞還可以為喪失敏感的通信恢復(fù)高速效勞，即利用可替代的連接快速重定向一個遭到破壞的連接。235.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)今天，面向連接的網(wǎng)絡(luò)常被用來作為數(shù)據(jù)報的傳輸根底設(shè)施，許多IPOverATM(在ATM上的IP)顯示了這種構(gòu)架的實踐和探索。然而，在面向連接的鏈路層和無連接的數(shù)據(jù)報層之間的別離使得數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)很難利用所有面向連接的網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢。如何將路由技術(shù)和交換技術(shù)結(jié)合起來，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，是網(wǎng)絡(luò)開展的一個熱點問題。傳統(tǒng)路由器通常依靠軟件和通用CPU來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)第三層〔網(wǎng)絡(luò)層〕控制功能，延遲大，速度慢。而以ATM為代表的交換技術(shù)是用硬件實現(xiàn)交換，同一連接的每個信元沿著同一路徑，通常實現(xiàn)第二層〔數(shù)據(jù)鏈路層〕數(shù)據(jù)單元的交換功能，速度快，面向連接。245.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)因特網(wǎng)的迅速增長，使得因特網(wǎng)核心路由器上的路由表變得越來越龐大。20世紀(jì)90年代初，研究較早的是IPOverATM；90年代中期，ATM論壇開始致力于Multi-ProtocolOverATM〔MPOA:在ATM上的多協(xié)議〕，商家開始生產(chǎn)對應(yīng)的路由效勞器。90年代后期至本世紀(jì)初期，強調(diào)的是將路由器和交換機融合為一體，導(dǎo)致MPLS(多協(xié)議標(biāo)記交換)解決方案的產(chǎn)生。MPLS的實質(zhì)是將路由器移到網(wǎng)絡(luò)的邊緣，將快速、簡單的交換機置于網(wǎng)絡(luò)主干，對一個連接請求實現(xiàn)一次路由選擇，屢次交換。其主要目的是將標(biāo)記交換轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報的根本技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)路由選擇有機地集成。下面描述一個MPLS系統(tǒng)的工作情況。圖5-3是一個MPLS系統(tǒng)的例如。255.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

265.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在圖5-3中，R1和R2是普通的路由器，L1、L2、L3、L4是標(biāo)記交換路由器(LSR：LabelSwitchingRouter)，其中，L1是入口LSR，L3是出口LSR。L1中的下一跳標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)表目(NHLFE：NextHopLabelForwardingEntry)如表5-1所示，當(dāng)R1發(fā)出的IP分組到達L1時，L1根據(jù)分組的目的地址在轉(zhuǎn)發(fā)表中進行最長匹配，選擇相應(yīng)的標(biāo)記符〔如表5-1中的4〕重新封裝IP分組，然后從指定的端口輸出數(shù)據(jù)分組。當(dāng)分組到達L2時，L2僅根據(jù)分組頭中的入口標(biāo)記(4)，在類似表5-2的轉(zhuǎn)發(fā)表中，以這個標(biāo)志符為精確索引找到相應(yīng)的輸出標(biāo)記和端口信息，L2將在數(shù)據(jù)分組標(biāo)記棧中的標(biāo)記彈出，并將新的標(biāo)記〔7〕壓入標(biāo)記棧。這也就是分組的標(biāo)記交換過程。然后L2從相應(yīng)端口輸出數(shù)據(jù)分組。當(dāng)數(shù)據(jù)分組到達出口L3時，L3先將標(biāo)記從標(biāo)記棧中彈出，恢復(fù)出沒有標(biāo)記的IP分組，然后再按照普通的路由轉(zhuǎn)發(fā)機制對這個數(shù)據(jù)分組進行相應(yīng)的處理。275.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

285.2數(shù)據(jù)報和面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用MPLS后，在數(shù)據(jù)分組進入網(wǎng)絡(luò)時，處在邊緣的支持標(biāo)記交換的路由器為其指定一個特別的轉(zhuǎn)發(fā)等價類(FEC)，然后把這個FEC映射到一個定長的值，這個值就稱為標(biāo)記。因此，標(biāo)記是用來標(biāo)識一個FEC。在支持MPLS的網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)分組在轉(zhuǎn)發(fā)之前被打上標(biāo)記，該標(biāo)記隨同數(shù)據(jù)分組一起被發(fā)送。下一個LSR不再分析網(wǎng)絡(luò)分組(IP數(shù)據(jù)報)的頭，只是根據(jù)標(biāo)記來選擇下一跳地址和新的標(biāo)記。數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)是通過標(biāo)記的交換實現(xiàn)的〔可以使用硬件〕。由于標(biāo)記交換技術(shù)不受限制于某一具體的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，有可能提供多協(xié)議的解決方案，并且具有高的轉(zhuǎn)發(fā)性能，所以被廣闊的計算機網(wǎng)絡(luò)研究人員看好。295.3體系結(jié)構(gòu)

MPLS的出現(xiàn)源于早期的IP交換解決方案，因此它的體系結(jié)構(gòu)是基于已經(jīng)提出的IP交換的思想、概念和組成部件。它的根本目標(biāo)之一是簡化通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)IP分組的過程。在傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)機制中，每個路由器都要分析包含在每個分組頭中的信息，提取目的地址，執(zhí)行基于目的地址的路由表查詢，以及計算頭檢驗碼、減值TTL〔存活時間〕和完成適宜的出口鏈路層封裝。有效的業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)不僅依賴于路由器自身的功能，而且要依賴于路由信息交換協(xié)議〔即路由選擇協(xié)議〕來計算最正確的下一跳?；蛘吆唵蔚卣f，每個路由器處理每個分組的過程都是：分析分組的網(wǎng)絡(luò)層的頭字段，根據(jù)目的地址前綴為分組分配一個FEC〔轉(zhuǎn)發(fā)等效類〕，然后將FEC映射到下一跳路由器。305.3體系結(jié)構(gòu)

在MPLS網(wǎng)絡(luò)中，入口路由器不是將FEC映射到下一跳路由器，而是在分組上添加表示它所歸屬的FEC的一個標(biāo)記。在下一跳路由器上，因為分組已經(jīng)跟FEC相關(guān)聯(lián)，所以沒有必要再檢查網(wǎng)絡(luò)層的頭。標(biāo)記被用來索引一個包含輸出端口和一個新標(biāo)記的連接表項。舊標(biāo)記被新標(biāo)記取代，然后分組被從輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳路由器。圖5-4示出了在MPLS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的LSR基于標(biāo)記替換所進行的分組轉(zhuǎn)發(fā)過程。315.3體系結(jié)構(gòu)

325.3體系結(jié)構(gòu)標(biāo)記交換的一個重要的結(jié)構(gòu)特征是把基于標(biāo)記的轉(zhuǎn)發(fā)操作從網(wǎng)絡(luò)層的控制功能中別離出來，使得網(wǎng)絡(luò)運營者能夠把假設(shè)干當(dāng)前和未來的業(yè)務(wù)與一組標(biāo)記相關(guān)聯(lián)。MPLS網(wǎng)絡(luò)的入口路由器可以把分組映射到不同F(xiàn)EC的任何編號上。例如，一個FEC可能基于目的地選路、組播選路、一個源端/目的端地址對、一個源地址或者甚至是網(wǎng)絡(luò)入口的物理點。一個FEC也可以表示所有經(jīng)過一個顯式的非缺省路徑的分組。當(dāng)相應(yīng)的標(biāo)記在網(wǎng)絡(luò)中分配時，將形成針對每一種業(yè)務(wù)的端到端的交通通路。無論為分組分配FEC的機制多么復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)對分組的轉(zhuǎn)發(fā)仍然是基于標(biāo)記交換。與傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)機制相比，MPLS使得基于策略的選路以一種更簡單的更直接的方式進行。這樣，如果需要引入新的網(wǎng)絡(luò)層控制功能，就可以不必重新優(yōu)化或升級轉(zhuǎn)發(fā)通路上的組件和設(shè)備。當(dāng)發(fā)生不可預(yù)見的必要的網(wǎng)絡(luò)層變化時，已有的投資可以得到保護。例如，當(dāng)需要引入IPv6以獲得更大的地址空間時，不需要對現(xiàn)有的轉(zhuǎn)發(fā)通路做任何實質(zhì)性的修改。335.3體系結(jié)構(gòu)對MPLS的根本要求是： *簡化分組轉(zhuǎn)發(fā)過程以降低本錢和提高性能； *支持o〔N〕數(shù)量級的交換式路徑，其中N是網(wǎng)絡(luò)中MPLS節(jié)點數(shù)目 *獨立于作為運行根底的數(shù)據(jù)鏈路； *支持分級操作 *兼容但獨立于現(xiàn)有的和將來可能有的網(wǎng)絡(luò)層路由選擇協(xié)議 *支持對環(huán)路的防止和檢測，防止環(huán)路的形成，發(fā)現(xiàn)已產(chǎn)生的回路 *允許把多個業(yè)務(wù)流會聚在一個LSP〔標(biāo)記交換通路〕上轉(zhuǎn)發(fā) *兼容現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)管理工具； *支持單播和組播交通 *同時支持拓撲驅(qū)動和流驅(qū)動的IP交換模型； *可以用非MPLS交換技術(shù)支持SIN〔ShipIntheNight:夜幕下的船，指在同一處共存，但彼此都看不到對方〕操作。例如，在ATM網(wǎng)絡(luò)上運行LDP控制協(xié)議的同時，仍然可以運行ATM論壇的信令協(xié)議。345.3體系結(jié)構(gòu)MPLS包含一些核心組件和技術(shù)。第一，MPLS中的關(guān)鍵設(shè)備是標(biāo)記交換路由器〔LSR〕。它既能運行傳統(tǒng)IP的路由選擇協(xié)議，也能執(zhí)行一個特定的控制協(xié)議與鄰接的LSR協(xié)調(diào)FEC/標(biāo)記的綁定。第二，MPLS的一個核心技術(shù)或組件是標(biāo)記。標(biāo)記是包含在每個分組中的一個短的固定長度的數(shù)碼，被用作如何轉(zhuǎn)發(fā)分組的依據(jù)。一對LSR必須就標(biāo)記的代碼和意義達成一致。例如，下游LSR可以告知上游LSR一個特別的標(biāo)記X代表一個被命名為A的特別的FEC。因此，標(biāo)記只在一對通信的LSR之間起作用，并用以表示一個從上游流向下游的分組是屬于一個特別的FEC。標(biāo)記的形式可以隨著物理鏈路的不同而不同，例如，它可以是VPI/VCI或DLCI，也可以包括COS〔ClassofService:效勞類別〕。355.3體系結(jié)構(gòu)第三，MPLS的另一個核心技術(shù)是轉(zhuǎn)發(fā)機制，即標(biāo)記交換。從典型的幀中繼和ATM網(wǎng)絡(luò)的性能和容量看來，標(biāo)記交換可以實現(xiàn)一個簡單的快速轉(zhuǎn)發(fā)過程。標(biāo)記由交換組件處理。當(dāng)一個分組包含一個標(biāo)記棧時，一個MPLS設(shè)備僅處理棧中的頂部標(biāo)記。圖5-5示出了沿著一個LSP轉(zhuǎn)發(fā)分組的過程。365.3體系結(jié)構(gòu)在入口LSP上，在分組上貼一個標(biāo)記，產(chǎn)生一個深度為M的標(biāo)記棧。沿著LSP的中間MPLS節(jié)點接收和處理這個分組。僅棧中的頂部標(biāo)記被處理，并與對應(yīng)于下一跳LSR的新標(biāo)記進行交換。在LSP〔標(biāo)記交換通路〕的出口的LSR根據(jù)棧中下一個標(biāo)記的內(nèi)容作出轉(zhuǎn)發(fā)的決定〔如果只有一個標(biāo)記，將基于網(wǎng)絡(luò)層頭的內(nèi)容作出轉(zhuǎn)發(fā)的決定〕。也就是說，出口LSR只需彈出棧就可以得到棧中的下一個標(biāo)記〔或網(wǎng)絡(luò)層頭的內(nèi)容〕。如果頂部標(biāo)記能夠在從出口節(jié)點算起的倒數(shù)第二個LSR處就彈出棧，那么就可以得到一個更為優(yōu)化的方案。然后分組到達出口MPLS設(shè)備時，棧中頂部的內(nèi)容就已經(jīng)是用于轉(zhuǎn)發(fā)分組的標(biāo)記〔或者是網(wǎng)絡(luò)層目的地址〕。375.3體系結(jié)構(gòu)MPLS的第四個核心技術(shù)是標(biāo)記分配。標(biāo)記分配是分配FEC／標(biāo)記綁定信息的過程，目的是為了形成一條標(biāo)記交換通路〔LSP〕，并且使用標(biāo)記交換屬于某個特別的FEC的分組。這可以通過一個單獨的標(biāo)記分配協(xié)議〔LDP：LabelDistributionProtocol〕來完成，也可以利用現(xiàn)有的控制協(xié)議〔例如RSVP〕捎帶。標(biāo)記分配可采用多種模式，作為例子，下游請求就是其中的一種。在這種情況下，對下游LSR而言，根本的操作包括分配標(biāo)記和把FEC/標(biāo)記綁定信息分發(fā)給上游的相鄰LSR。建立MPLS的LSP，可以基于三種方式：特定數(shù)據(jù)流的到達，資源預(yù)留協(xié)議〔如RSVP〕建立的信息，或選路表更新消息?？紤]到可擴展性是最主要的要求之一，以及MPLS是為特大型IP網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計的，拓撲驅(qū)動是最有可能被普遍采用的方案。圖5-6概念性地表示出在一對LSR之間由路由表更新所啟動的FEC/標(biāo)記綁定信息的交換過程。385.3體系結(jié)構(gòu)395.3體系結(jié)構(gòu)當(dāng)LSR#2收到路由選擇表更新信息時，觸發(fā)計算新路徑的過程，由此在路由表〔FIB:ForwardingInformationBase,轉(zhuǎn)發(fā)信息庫〕中執(zhí)行添加或修改。LSR#2識別這個過程，并且對于每個FEC〔在現(xiàn)在的情況下是地址前綴〕在輸入端口上分配一個標(biāo)記，并放置在標(biāo)記信息庫〔LIB:LabelInformationBase〕中。這個標(biāo)記和相關(guān)的FEC就被用來與上游的LSR#1使用LDP進行交流，然后LSR#1將這一標(biāo)記放置在它的LIB中相應(yīng)的輸出端口上。405.4標(biāo)記分配協(xié)議

標(biāo)記分配協(xié)議〔LDP〕是一個控制協(xié)議，LSR使用它交換和協(xié)調(diào)FEC/標(biāo)記綁定信息。具體地講，LDP是關(guān)于消息交換和消息格式的協(xié)議，它使得對等LSR可以就一個特定標(biāo)記的數(shù)碼達成一致，這個標(biāo)記指示出分組所屬的一個特定FEC。為了能夠按照正確的順序可靠地傳送LDP消息，在對等的LSR之間需要建立一條TCP連接。LDP映射消息可以從任何本地LSR發(fā)起〔獨立的LSP控制〕，或者從出口的LSR發(fā)起〔有序的LSP控制〕，并從下游LSR流向上游LSR。一個特別的數(shù)據(jù)流的到達、一個資源預(yù)留建立消息，或路由選擇更新消息都可以觸發(fā)交換LDP消息。一旦一對LSR之間的交換用于特定的FEC的LDP消息，每個LSR都把它的LIB中的輸入標(biāo)記跟輸出標(biāo)記相關(guān)聯(lián)，之后就形成了一個從入口到出口的LSP。415.4標(biāo)記分配協(xié)議

LDP消息可分成三類： 發(fā)現(xiàn)(discovery)、鄰接(adjacency)和映射(mapping)。發(fā)現(xiàn)類消息發(fā)布并維護關(guān)于網(wǎng)絡(luò)中的LSR的信息。一個LSR可以用它播送一個“LDPLinkHello〞消息給對應(yīng)所有路由器的組地址，把它自己的存在通知同一鏈路上其他的LSR。一個LSR也可以借助一個特定的IP地址把一個“LDPHello〞消息發(fā)送給沒有與其直接相連的LSR，例如，如果對等BGP被多個中間LSR分開，在它們之間就可能需要這樣做以交換路流/標(biāo)記映射信息。425.4標(biāo)記分配協(xié)議

鄰接類消息用于建立、維護和終結(jié)LSR對等節(jié)點之間的臨接關(guān)系。它包含建立一條TCP連接然后交換對話協(xié)商的消息的過程。協(xié)商參數(shù)包括LDP協(xié)議版本、時間值、VPI/VCI范圍等。通告類消息用于建立、修改和刪除LSR對等節(jié)點之間的路流/標(biāo)記映射信息。典型的通告類消息是一個LDP映射消息，它可以被一個LSR用以與相鄰LSR交換一個路流/標(biāo)記映射信息。該消息將包含一個路流標(biāo)識符和一個相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記，還可能有一些補充對象，如COS值、LSRID向量〔用于環(huán)路預(yù)防〕、跳計數(shù)〔在LSP中LSR跳的次數(shù)〕和MTU尺寸等。圖5-7給出了三個鄰接LSR之間典型的LDP消息流。435.4標(biāo)記分配協(xié)議

445.4標(biāo)記分配協(xié)議在圖5-7中，每個LSR通過發(fā)送和接收Hello消息發(fā)現(xiàn)在相同鏈路上的相鄰LSR的存在，然后在它們之間建立起一條TCP連接并交換初始化消息。接下來，下游LSR為路流A產(chǎn)生路流/標(biāo)記映射，并把該映射傳送給上游的相鄰LSR。455.5MPLS的應(yīng)用理解MPLS最好的方法是觀察它的一些使用范例。下面通過例子說明上述MPLS的三個方面最有意義的應(yīng)用。465.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)介紹把標(biāo)記加到IP分組的思想的最早出版物之一是Chandranmenon和Varghese寫的一篇文章，描述了一種“穿線索引〞的思想?，F(xiàn)在在具有MPLS功能的路由器上實現(xiàn)了非常類似的思想。考慮在圖5-8中的網(wǎng)絡(luò)。在最右邊的兩個路由器〔R3和R4〕中的每一個都連接一個網(wǎng)絡(luò)，前綴分別是10.1.1/24和10.3.3/24。其余的路由器〔R1和R2〕都有路由表，指示往這兩個網(wǎng)絡(luò)之一轉(zhuǎn)發(fā)分組時每個路由器要使用哪一個外出接口。475.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)

485.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)在一個路由器上實現(xiàn)MPLS時，該路由器為在它的路由表中的每個前綴分配一個標(biāo)記，并且向它的相鄰路由器通告該標(biāo)記所代表的前綴。如圖5-9所示，該通告在“標(biāo)記分配協(xié)議〞中運載。路由器R2把標(biāo)記值15分配給前綴，把標(biāo)記值16分配給前綴。這些標(biāo)記可以根據(jù)執(zhí)行分配的路由器的方便進行選擇，并且可以看成是對路由表的索引。在分配了標(biāo)記之后，R2把該標(biāo)記綁定通告給它的鄰居。例如，在我們的例如中，R2把在標(biāo)記15和前綴之間綁定信息通告給R1。這樣的一個通告在效果上等同于R2在說“請把發(fā)送給我的其目的地址前綴為的所有分組都加上標(biāo)記15。〞R1把該標(biāo)記連同相應(yīng)的前綴存儲在一個表中，這個標(biāo)記就可以被用作對于發(fā)送到那個前綴的任何分組的遠程或出口標(biāo)記。495.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)

505.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)

515.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)

525.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)在圖5-9〔c〕中，另一個對于前綴的標(biāo)記通告從R3傳到R2，R2把從R3得悉的“遠程標(biāo)記〞放到在它的表中的適當(dāng)位置?，F(xiàn)在可以看出分組在這個網(wǎng)絡(luò)上是怎樣轉(zhuǎn)發(fā)的。假定有一個目的地是的分組從左邊到達R1。在這種情況下R1被稱作邊緣標(biāo)記路由器〔LER：LabelEdgeRouter〕；LER對到達的IP分組執(zhí)行完全的IP查詢，然后作為查詢的結(jié)果對它們使用標(biāo)記。R1發(fā)現(xiàn)，跟它的轉(zhuǎn)發(fā)表中的前綴匹配，而且這個登錄項既包含外出接口，也包含遠程標(biāo)記值。因此R1在該分組發(fā)送之前給它加上遠程標(biāo)記15。當(dāng)分組到達R2時，R2看到在分組中的標(biāo)記。在R2處的轉(zhuǎn)發(fā)表指明，以標(biāo)記值15到達的分組應(yīng)該在接口1送出，并且它們應(yīng)該攜帶標(biāo)記值24〔就像路由器R3所通告的那樣〕。因此R2改寫〔或稱交換〕標(biāo)記，并把分組轉(zhuǎn)發(fā)給R3。535.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)所有這些對標(biāo)記的使用和交換究竟完成了什么樣的功能呢？注意當(dāng)R2轉(zhuǎn)發(fā)分組時，它從不需要查看IP地址。而R3那么需要查看輸入標(biāo)記。這樣就在MPLS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部用標(biāo)記查找代替了通常的IP目的地址查找。雖然IP地址都具有相同的長度，但IP前綴是可變長的。IP目的地址查找算法需要找到最長匹配，即匹配被轉(zhuǎn)發(fā)分組的IP地址高序位的最長前綴。比照之下，標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)機制是一種精確匹配算法?？梢詫嵤┮环N非常簡單的精確匹配算法，例如，通過使用標(biāo)記作為進入一個數(shù)組的索引，在數(shù)組中的每個元素就是轉(zhuǎn)發(fā)表中的1行。545.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)雖然轉(zhuǎn)發(fā)算法從最長匹配改成精確匹配，路由選擇算法還是標(biāo)準(zhǔn)的IP路由選擇算法〔例如OSPF〕、分組經(jīng)過的通路跟沒有引入MPLS時的通路相同，仍然是依據(jù)IP路由選擇算法。所有改變了的就是轉(zhuǎn)發(fā)算法。改變轉(zhuǎn)發(fā)算法的主要效果是使得那些通常不懂得如何轉(zhuǎn)發(fā)IP分組的設(shè)備可以在MPLS網(wǎng)絡(luò)中使用。最明顯的例子是ATM交換機，它可以支持MPLS而不用改變其轉(zhuǎn)發(fā)硬件。ATM交換機支持標(biāo)記交換轉(zhuǎn)發(fā)算法，通過為這些交換機提供IP路由選擇協(xié)議和分配標(biāo)記綁定的方法，它們可以轉(zhuǎn)變成標(biāo)記交換路由器〔LSR〕，LSR運行IP控制協(xié)議，但使用標(biāo)記交換轉(zhuǎn)發(fā)算法。近年來，人們還把同樣的思想用于光交換。555.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)我們要把標(biāo)記加到分組中，那么把它放在什么地方呢？答案取決于運載分組的鏈路的類型。圖5-10示出了兩種常用的在分組上運載標(biāo)記的方法。在諸如以太網(wǎng)、令牌環(huán)和PPP這樣最常使用的鏈路類型，當(dāng)IP分組被作為完全的幀的載荷運載時，標(biāo)記被放到第2層頭和IP頭〔或其它第3層頭〕之間〔參見圖5-10〔b〕〕。然而，如果把ATM交換機用作一個MPLSLSR，那么就需要把標(biāo)記放在交換機可以使用它的地方，這就意味著需要放在ATM信元頭中，準(zhǔn)確地講，是放在通常存放VCI〔VirtualChannelIdentifier:虛通道標(biāo)識符〕和VPI〔VirtualPathIdentifier:虛通路標(biāo)識符〕的域中。565.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)575.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)讓ATM交換機擔(dān)當(dāng)一個LSR的角色，人們可以從中得到什么樣的好處呢？值得注意的是，所建立的網(wǎng)絡(luò)混合了常規(guī)的IP路由器、邊緣標(biāo)記路由器和執(zhí)行LSR功能的ATM交換機，它們都使用同樣的路由選擇協(xié)議。為了理解使用相同協(xié)議的好處，不妨考慮另一種做法。在圖5-11(a)中，一組路由器通過在一個ATM網(wǎng)絡(luò)上的虛電路互連，人們把這種配置稱作覆蓋網(wǎng)絡(luò)。在過去一段時期內(nèi)，許多地方都建立了這種類型的網(wǎng)絡(luò)，因為商業(yè)上可提供的ATM交換機比路由器支持更高的總吞吐量。今天，這種網(wǎng)絡(luò)已將不再流行，因為路由器已經(jīng)趕上甚至超過了ATM交換機。然而，這些網(wǎng)絡(luò)依然存在，因為在骨干網(wǎng)上已經(jīng)安裝了顯著數(shù)量的ATM交換機，另外ATM可以同時提供電路仿真和虛電路效勞。585.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)

595.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)在一個覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，每一個路由器都有可能通過虛電路連接到其它的每一個路由器。為簡明起見，我們只示出從R1到它的所有對等路由器的線路。R1有5個路由鄰居，并且跟它們當(dāng)中的每一個交換路由協(xié)議信息。在這種情況下，R1被稱作有5個路由臨接。比照之下，在圖5-11(b)中，ATM交換機被LSR代替。已經(jīng)不再有互連路由器的虛電路。因此，現(xiàn)在R1僅有一個臨接〔跟LSR1〕。在大的網(wǎng)絡(luò)中，在交換機上運行MPLS導(dǎo)致每個路由器必須維護的臨接數(shù)目的顯著減少，并且可以大大減少路由器為了維護其它被告知的拓撲改變信息而必須做的工作。605.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)在邊緣路由器和LSR上運行同樣路由協(xié)議的第二個好處是邊緣路由器知曉完全的網(wǎng)絡(luò)拓撲。跟ATM交換機不知道邊緣路由器而為受影響的虛電路重新選擇路由的情況相比，現(xiàn)在如果網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部某個鏈路或節(jié)點失效，邊緣路由器有更好的時機選取一個好的新通路。用LSR代替ATM交換機的步驟實際上是通過改變在交換機上運行的協(xié)議取得的，典型地不需要改變轉(zhuǎn)發(fā)硬件。也就是說，ATM交換機通常僅對其軟件升級就可以轉(zhuǎn)變成MPLSLSR。而且，MPLSLSR在運行MPLS控制協(xié)議的同時可以繼續(xù)支持標(biāo)準(zhǔn)的ATM功能。615.5.1基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)近來，在不能以本征方式轉(zhuǎn)發(fā)IP分組的設(shè)備上運行IP控制協(xié)議的思想已被擴展到光交換機和諸如SONET多路復(fù)用器這樣的TDM〔TimeDivisionMultiplexing:時分復(fù)用〕設(shè)備。這被稱作通用MPLS(GMPLS：GeneralizedMulti-ProtocolLabelSwitching)。GMPLS的局部動機是像在ATM中那樣為路由器提供關(guān)于光網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息。更為重要的是，還沒有控制光設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因此，MPLS看來是自然地適合擔(dān)當(dāng)這個角色。625.5.2顯式路由選擇MPLS為把類似于源路由選擇的功能加到IP網(wǎng)絡(luò)提供了一個方便的途徑。不過該功能在這里被稱作“顯式路由選擇〞，而不叫源路由選擇。修改名稱的一個理由是，通常不由真正的分組源選擇路由，更多地是由在效勞提供方網(wǎng)絡(luò)中的一個路由器選擇實際的路徑。圖5-12通過一個例如說了如何應(yīng)用MPLS的顯式路由能力。假定在圖5-12中的網(wǎng)絡(luò)的運營商決定，任何從R1前往R7的交通應(yīng)該遵從通路R1-R3-R6-R7，任何從R2前往R7的交通應(yīng)該遵從通路R2-R3-R4-R7。做這樣選擇的一個理由是優(yōu)化對沿著R3到R7的兩條不同通路的可用帶寬的使用率。這一目的不是采用常規(guī)的IP路由選擇就能容易到達的，因為R3在做其轉(zhuǎn)發(fā)決定時并不觀察交通來自何處。635.5.2顯式路由選擇

645.5.2顯式路由選擇因為MPLS使用標(biāo)記交換轉(zhuǎn)發(fā)分組，如果路由器實現(xiàn)了MPLS功能，就容易取得所希望的路由。如果在發(fā)送給R3之前，R1和R2給分組加上不同的標(biāo)記，那么R3就可以把來自R1和R2的分組沿著不同的通路轉(zhuǎn)發(fā)。問題在于，在網(wǎng)絡(luò)中的所有路由器怎樣就如何使用什么樣的標(biāo)記以及如何轉(zhuǎn)發(fā)帶有特定標(biāo)記的分組達成協(xié)定。顯然，我們不可以使用跟前述相同的過程來分配標(biāo)記，因為那些過程建立的標(biāo)記會使得分組遵從IP路由選擇確定的常規(guī)通路，而這正好是我們所要防止的。在這里可以看出，需要有一種新的機制。可以執(zhí)行這個任務(wù)的一個協(xié)議是資源預(yù)留協(xié)議〔RSVP〕。具體的做法是沿著一個顯式指定的通路〔例如R1-R3-R6-R7〕發(fā)送一個RSVP報文，并使用它沿著那條通路建立標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)登錄項。這很類似建立一條虛電路的過程。655.5.2顯式路由選擇顯式路由的一個應(yīng)用是流量工程，后者的任務(wù)是保證網(wǎng)絡(luò)可提供足夠的資源來滿足對它的要求?？刂平煌?zhǔn)確地在哪條通路上流動是流量工程的一個重要的局部。顯式路由還可以幫助網(wǎng)絡(luò)在發(fā)生故障的情況下具有更強的魯棒性，具體的實現(xiàn)是使用快速重新路由的功能。例如，從路由器A到路由器B可以事先計算一條顯式地防止某條鏈路L的通路。在鏈路L失效的情況下，路由器A可以把所有前往B的交通都沿著事先計算好的通路發(fā)送。結(jié)合事先計算的備份路由和對分組的顯式路由，A不必等待路由協(xié)議分組在網(wǎng)絡(luò)上的傳送，也不必等待在網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點上執(zhí)行路由算法。在一些情況下，這可以顯著地減少繞過故障點重新選擇路由的時間。665.5.3虛擬專用網(wǎng)絡(luò)因特網(wǎng)的一個重要目標(biāo)是讓不同網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點能夠以不受限制的方式互相通信。每個人都可以給其他任何人發(fā)送電子郵件，一個新的Web場點的創(chuàng)立者希望到達盡可能廣泛的觀眾。然而，還有許多情況又需要比較受控的連接。這種情況的一個重要的例子就是虛擬專用網(wǎng)絡(luò)〔VPN：VirtualPrivateNetwork〕。術(shù)語VPN已經(jīng)被濫用，定義也有所不同，但是在本來的含義上，可以通過首先考慮專用網(wǎng)絡(luò)的思想來定義VPN。具有許多場點的公司通常采用從公司租用傳輸線路并使用這些線路互連場點的方式建立專用網(wǎng)絡(luò)。在這樣的一個網(wǎng)絡(luò)中，通信被限制僅在該公司的各個場點之間進行。出于平安方面的考慮，這樣做是有必要的。為了使得專用網(wǎng)絡(luò)虛擬化，租用的專用線路〔不跟任何其他公司共享〕將被某種類型的共享網(wǎng)絡(luò)代替。675.5.3虛擬專用網(wǎng)絡(luò)虛擬電路是租用線路的一個非常合理的代替物，因為它在公司的場點之間仍然提供邏輯的點到點連接。例如，如果公司x有一條從場點A到場點B的虛電路，那么顯然它可以在場點A和B之間發(fā)送分組。但是另一個公司y不能夠在不首先建立自己到場點B的虛電路的條件下得到發(fā)送給場點B的分組，并且建立這樣的一條虛電