标记交换,什么是标记交换

标记交换,什么是标记交换

标记边缘路由器位于标记交换网络边缘的含完整3层功能的路由设备，它们检查到来的分组，在转发给标记交换网络前打上适当的标记，当分组退出标记交换网络时删去该标记。作为具有完整功能的路由器，标记边缘路由器也可应用增值的3层服务，如安全、记费和QoS分类。

另一个选择是Cisco公司的标记交换。标记交换网络包含三个成分：标记边缘路由器、标记交换机和标记分发协议。

标记边缘路由器位于标记交换网络边缘的含完整3层功能的路由设备，它们检查到来的分组，在转发给标记交换网络前打上适当的标记，当分组退出标记交换网络时删去该标记。作为具有完整功能的路由器，标记边缘路由器也可应用增值的3层服务，如安全、记费和QoS分类。标记边缘路由器的能力不需要特别的硬件，它作为Cisco软件的一个附加特性来实现，原有的路由器可以通过软件升级具有标记边缘路由器的功能。

标记交换机是标记交换网络的核心。所谓标记是短的、固定长度的标签，使标记交换机能用快速的硬件技术来做简单快速的表查询和分组转发。标记可以位于ATM信元的VCI域、IPv6的flow label域或在2层和3层头信息之间，这使得标记交换可用于广泛的介质之上，包括ATM连接、以太网等。

标记分发协议提供了标记交换机和其它标记交换机或标记边缘路由器交换标记信息的方法。标记边缘路由器和标记交换机用标准的路由协议（如BGP、OSPF）建立它们的路由数据库。相邻的标记交换机和边缘路由器通过标记分发协议彼此分发存贮在标记信息库（TIB）中的标记值。

下面是标记交换网络的基本处理过程。

（1）标记边缘路由器和标记交换机用标准的路由协议识别路由，它们完全可以与非标记交换的路由器互操作。

（2）标记边缘路由器和交换机通过标记分发协议给用标准路由协议生成的路由表赋以标记信息并分发，标记边缘路由器接收标记分发协议信息并建立转发数据库。

（3）当标记边缘路由器收到需要通过标记交换网络转发的分组，它分析其网络层头信息，执行可用的网络层服务，从其路由表中给该分组选择路由，打上标记然后转发到下一节点的标记交换机。

（4）标记交换机收到带标记的分组，仅基于标记来进行交换，而不分析网络层头信息。

（5）分组到达出口点的标记边缘路由器，标记被剥除，然后继续转发。

在标记交换网络中，标记分发协议和标准路由协议可以用目标前缀标记算法集合起来，此算法可以在数据流穿过网络前在TIB中建立标记信息。这有两个意义。一个是流中的所有分组都可以被标记交换，即使是突发短数据也是如此；此外它是基于拓扑的，在每个源/目的分配一个标签。而在IP交换中只有长期数据流在一定数目的分组经过后才建立捷径。因此，标记交换比基于流的机制更有效地使用标签，避免了一个一个流的建立过程，这使之具有了公共因特网服务网络所需要的很好的伸缩性，在公共因特网中，流的数目是巨大的，其改变速率也是很高的。

其他厂商也有类似的机制，如Cabletron的SFVN（Secure Fast Virtual Networking）、Cascade的IP Navigator、DEC的IP packet switching、Frame Relay Technologies的Framenet Virtual WAN switching和IBM的ARIS（Aggregate Route-based IP Switching）等。

多点广播

对多点广播来说，生成树的构想是必不可少的。多点广播路由过程（例如：PIM）负责构造这种树（以收发信机作叶子），同时多路广播转发功能负责沿着这种树转发多路广播信息包。

为了用标记交换来支持多点广播转发功能，每个标记交换机都通过一个多点广播树与一个标记进行如下关联。当一个标记交换机生成一个多点广播转发项（为一个共享的或一个资源特定的树），及此项的出站接口列表，此交换机还将生成本地标记（每个出站接口一个）。交换机在其TIB中生成一项，并以每个出站接口的此信息进行填充（出站标记，出站接口，出站MAC头），把一个本地生成的标记放入此出站标记域中。这就产生了一个多点广播树与标记之间的一个联编。然后这个交换机通过每个与此项并联的出站接口通知这个标记（与此接口相关联的）与此树之间的聚束。

当一个标记交换机，从另一个标记交换机接收到一个多点广播树与标记之间的联编时，如果另一个交换机是上行毗邻交换机（相对这个多路广播树而言），则这个本地交换机将把此联编中携带的标记放入到与此树关联的TIB项的进站标记部件中。当一个标记交换机集合通过一个多访问子网被互连起来，则多点广播的标记分配过程必须在这些交换机中协调进行。在其它所有情况下，多点广播的标记配置过程可能与基于目的地路由中使用的标记过程相同。

灵活的路由（显式路由）

基于目的地的选路功能的基本特性之一就是信息包中用于转发此信息包的仅有信息是目的地地址。此特性在确保高度伸缩路由的同时，也限制了影响信息包所采取的实际路径的能力；反过来，这又限制了在多条链路中平均分配流量的能力，即：从使用度高链路上取下流量并转移到使用度较低的链路上。对于支持不同分类服务的Internet服务提供商（ISPs）来说，基于目的地路由也限制了他们根据类型所用的链路来分离不同类型的能力。当今，一些Internet服务提供商使用帧中继或ATM，克服基于目的地选路施加的这些限制。凭借标记的灵活粒度，标记交换能够克服这些限制，而无需使用帧中继或ATM。为了提供沿与基于目的地路由所决定的路径不同的路径转发功能，标记交换的控制部件允许在不对应基于目的地路由路径的标记交换机中安装标记联编。

用ATM进行标记交换

由于标记交换转发模式是基于标签交换的，而ATM转发也是基于标签交换的，所以标记交换技术可以通过实施标记交换的控制部件的方式方便地应用于ATM交换机中。标记交换所需的标记信息可以在VCI域中被携带。如果需要两级标记，则VPI域同样可用，尽管VPI域的规模限制了切实可行的网络的大小。然而，对于大多数一级标记的应用来说，VCI域是足够的。

为了获得必要的控制信息，交换机应该能（最小化地）在网络层路由协议（例如：OSPF，BGP）中以对等体进行参与。此外，如果交换机必须执行路由信息聚合，那么为了支持基于目的地的单路广播路由，交换机也就应该能够为某些部分流量执行网络层转发。在一个ATM交换机上以标记交换来支持基于目的地的路由功能，可能要求此交换机维护与一条路由（或者拥有相同的下一个跳转的一组路由）相关联的、并非一个而是几个标记。这对于避免从不同的上行标记机到来而并行地发向相同的下一个跳转的包的交差是必要的。下行按需标记分配或上行标记分配方案均可被用作：用ATM交换机的标记分配和TIB维护过程。

因此，ATM交换机能够支持标记交换，但它至少需要在交换机上实施网络层路由协议与标记交换控制部件。它也可能还需要支持某些网络层转发。

在一个ATM交换机上实施标记交换将简化ATM交换机与路由器的集成－－一个能够完成标记交换的ATM交换机，对于一个邻接的路由器来说，将作为一个路由器出现。这样就可能为覆盖模型提供一个可变的、更具伸缩能力的候选方案，它也去除了ATM选址、路由与信令方案的必要性。因为4.1节中介绍的基于目的地的转发方法是拓扑结构驱动的，而不是流量驱动的，所以这个方法在ATM交换机上的应用既不依赖于高的呼叫建立率，也不依赖于流的持久性。

在一个ATM交换机上实施标记交换，并不排除在同一交换机上支持传统的ATM控制面板（如PNNI）的能力。这两个部件－－标记交换与ATM控制面板－－将以互不相见的方式（通过划分VPI/VCI空间及其它资源，以便这两个部件互不干扰）进行操作。

服务质量（QOS）

为了给经过一个路由器或标记交换机的信息包提供一定范围的业务质量，我们需要两个机制。首先，我们需要将信息包分类。第二，我们需要保证信息包的处理能为每个类型都提供适当的QOS特性（带宽、丢失，等等）。

在信息包第一次被分类后，标记交换机就会提供一个属于特定类的简单标记包的方法。

初始分类将由网络层或更高层头中携带的信息来完成。对应于这个结果类型的一个标记将被应用于这个信息包。然后，被标记的信息包就可以被沿途的标记交换路由器高效地处理，而无需再次被分类。实际的包的调度与排队是大体正交的－－这里的关键在于，标记交换允许简单的逻辑被用于发现识别信息包被如何调度的状态。

以QOS为目的、对标记交换的正确使用很大程度上依赖于QOS是如何部署的。如果RSVP被用于为一类信息包要求特定的QOS，那么就有必要对应于每一个在标记交换上为其安装状态的RSVP话路分配一个标记。这可以由TDP或RSVP的扩充来完成。

标记交换移植策略

由于标记交换是在一对邻接的标记交换机之间执行的，又由于标记联编信息可以按成对原则来分配，所以标记交换可以以一种非常简单的渐增方式来引出。例如，一旦一对相邻的路由器被转变为标记交换机，那么这两个交换机的每一个都将为发向另一个交换机的信息包作上标记，从而使另一个交换机可以使用标记交换。由于标记交换机与路由器使用相同的路由协议，所以标记交换机的引出不会对路由器产生任何影响。实际上，与一个路由器相连的标记交换机，在这个路由器看来就如同一个路由器。

随着越来越多的路由器允许实现标记交换，标记交换所提供功能的范围变得更广了。例如，一旦一个域中所有路由器都支持标记交换，那么开始使用路由知识功能层就成为可能。

总结

在本文档中，我们介绍了标记交换技术。标记交换并非仅限于一个特定的网络层协议－－它是一个多协议解决方案。标记交换的转发部件十分简单，便于高性能转发，并能在ATM交换机这样的转发硬件上得到实施。控制部件灵活异常，可以支持广泛的各种路由功能，比如：基于目的地的路由、多路广播路由、路由知识层及显式定义的路由。通过允许大范围的转发粒度与一个标记关联起来，我们提供了可伸缩且功能丰富的路由功能。随着转发粒度范围日益增大，转发部件与控制部件的相关性不断淡化，从而使得路由功能迅速推陈出新，大大满足了高速发展的计算机网络环境的需求。