標(biāo)記交換,什么是標(biāo)記交換

標(biāo)記邊緣路由器位于標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)邊緣的含完整3層功能的路由設(shè)備，它們檢查到來(lái)的分組，在轉(zhuǎn)發(fā)給標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)前打上適當(dāng)?shù)臉?biāo)記，當(dāng)分組退出標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)時(shí)刪去該標(biāo)記。作為具有完整功能的路由器，標(biāo)記邊緣路由器也可應(yīng)用增值的3層服務(wù)，如安全、記費(fèi)和QoS分類(lèi)。

另一個(gè)選擇是Cisco公司的標(biāo)記交換。標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)包含三個(gè)成分：標(biāo)記邊緣路由器、標(biāo)記交換機(jī)和標(biāo)記分發(fā)協(xié)議。

標(biāo)記邊緣路由器位于標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)邊緣的含完整3層功能的路由設(shè)備，它們檢查到來(lái)的分組，在轉(zhuǎn)發(fā)給標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)前打上適當(dāng)?shù)臉?biāo)記，當(dāng)分組退出標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)時(shí)刪去該標(biāo)記。作為具有完整功能的路由器，標(biāo)記邊緣路由器也可應(yīng)用增值的3層服務(wù)，如安全、記費(fèi)和QoS分類(lèi)。標(biāo)記邊緣路由器的能力不需要特別的硬件，它作為Cisco軟件的一個(gè)附加特性來(lái)實(shí)現(xiàn)，原有的路由器可以通過(guò)軟件升級(jí)具有標(biāo)記邊緣路由器的功能。

標(biāo)記交換機(jī)是標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)的核心。所謂標(biāo)記是短的、固定長(zhǎng)度的標(biāo)簽，使標(biāo)記交換機(jī)能用快速的硬件技術(shù)來(lái)做簡(jiǎn)單快速的表查詢(xún)和分組轉(zhuǎn)發(fā)。標(biāo)記可以位于A(yíng)TM信元的VCI域、IPv6的flow label域或在2層和3層頭信息之間，這使得標(biāo)記交換可用于廣泛的介質(zhì)之上，包括ATM連接、以太網(wǎng)等。

標(biāo)記分發(fā)協(xié)議提供了標(biāo)記交換機(jī)和其它標(biāo)記交換機(jī)或標(biāo)記邊緣路由器交換標(biāo)記信息的方法。標(biāo)記邊緣路由器和標(biāo)記交換機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議（如BGP、OSPF）建立它們的路由數(shù)據(jù)庫(kù)。相鄰的標(biāo)記交換機(jī)和邊緣路由器通過(guò)標(biāo)記分發(fā)協(xié)議彼此分發(fā)存貯在標(biāo)記信息庫(kù)（TIB）中的標(biāo)記值。

下面是標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)的基本處理過(guò)程。

（1）標(biāo)記邊緣路由器和標(biāo)記交換機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議識(shí)別路由，它們完全可以與非標(biāo)記交換的路由器互操作。

（2）標(biāo)記邊緣路由器和交換機(jī)通過(guò)標(biāo)記分發(fā)協(xié)議給用標(biāo)準(zhǔn)路由協(xié)議生成的路由表賦以標(biāo)記信息并分發(fā)，標(biāo)記邊緣路由器接收標(biāo)記分發(fā)協(xié)議信息并建立轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)。

（3）當(dāng)標(biāo)記邊緣路由器收到需要通過(guò)標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)的分組，它分析其網(wǎng)絡(luò)層頭信息，執(zhí)行可用的網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)，從其路由表中給該分組選擇路由，打上標(biāo)記然后轉(zhuǎn)發(fā)到下一節(jié)點(diǎn)的標(biāo)記交換機(jī)。

（4）標(biāo)記交換機(jī)收到帶標(biāo)記的分組，僅基于標(biāo)記來(lái)進(jìn)行交換，而不分析網(wǎng)絡(luò)層頭信息。

（5）分組到達(dá)出口點(diǎn)的標(biāo)記邊緣路由器，標(biāo)記被剝除，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。

在標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)中，標(biāo)記分發(fā)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)路由協(xié)議可以用目標(biāo)前綴標(biāo)記算法集合起來(lái)，此算法可以在數(shù)據(jù)流穿過(guò)網(wǎng)絡(luò)前在TIB中建立標(biāo)記信息。這有兩個(gè)意義。一個(gè)是流中的所有分組都可以被標(biāo)記交換，即使是突發(fā)短數(shù)據(jù)也是如此；此外它是基于拓?fù)涞模诿總€(gè)源/目的分配一個(gè)標(biāo)簽。而在IP交換中只有長(zhǎng)期數(shù)據(jù)流在一定數(shù)目的分組經(jīng)過(guò)后才建立捷徑。因此，標(biāo)記交換比基于流的機(jī)制更有效地使用標(biāo)簽，避免了一個(gè)一個(gè)流的建立過(guò)程，這使之具有了公共因特網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)所需要的很好的伸縮性，在公共因特網(wǎng)中，流的數(shù)目是巨大的，其改變速率也是很高的。

其他廠(chǎng)商也有類(lèi)似的機(jī)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。

多點(diǎn)廣播

對(duì)多點(diǎn)廣播來(lái)說(shuō)，生成樹(shù)的構(gòu)想是必不可少的。多點(diǎn)廣播路由過(guò)程（例如：PIM）負(fù)責(zé)構(gòu)造這種樹(shù)（以收發(fā)信機(jī)作葉子），同時(shí)多路廣播轉(zhuǎn)發(fā)功能負(fù)責(zé)沿著這種樹(shù)轉(zhuǎn)發(fā)多路廣播信息包。

為了用標(biāo)記交換來(lái)支持多點(diǎn)廣播轉(zhuǎn)發(fā)功能，每個(gè)標(biāo)記交換機(jī)都通過(guò)一個(gè)多點(diǎn)廣播樹(shù)與一個(gè)標(biāo)記進(jìn)行如下關(guān)聯(lián)。當(dāng)一個(gè)標(biāo)記交換機(jī)生成一個(gè)多點(diǎn)廣播轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)（為一個(gè)共享的或一個(gè)資源特定的樹(shù)），及此項(xiàng)的出站接口列表，此交換機(jī)還將生成本地標(biāo)記（每個(gè)出站接口一個(gè)）。交換機(jī)在其TIB中生成一項(xiàng)，并以每個(gè)出站接口的此信息進(jìn)行填充（出站標(biāo)記，出站接口，出站MAC頭），把一個(gè)本地生成的標(biāo)記放入此出站標(biāo)記域中。這就產(chǎn)生了一個(gè)多點(diǎn)廣播樹(shù)與標(biāo)記之間的一個(gè)聯(lián)編。然后這個(gè)交換機(jī)通過(guò)每個(gè)與此項(xiàng)并聯(lián)的出站接口通知這個(gè)標(biāo)記（與此接口相關(guān)聯(lián)的）與此樹(shù)之間的聚束。

當(dāng)一個(gè)標(biāo)記交換機(jī)，從另一個(gè)標(biāo)記交換機(jī)接收到一個(gè)多點(diǎn)廣播樹(shù)與標(biāo)記之間的聯(lián)編時(shí)，如果另一個(gè)交換機(jī)是上行毗鄰交換機(jī)（相對(duì)這個(gè)多路廣播樹(shù)而言），則這個(gè)本地交換機(jī)將把此聯(lián)編中攜帶的標(biāo)記放入到與此樹(shù)關(guān)聯(lián)的TIB項(xiàng)的進(jìn)站標(biāo)記部件中。當(dāng)一個(gè)標(biāo)記交換機(jī)集合通過(guò)一個(gè)多訪(fǎng)問(wèn)子網(wǎng)被互連起來(lái)，則多點(diǎn)廣播的標(biāo)記分配過(guò)程必須在這些交換機(jī)中協(xié)調(diào)進(jìn)行。在其它所有情況下，多點(diǎn)廣播的標(biāo)記配置過(guò)程可能與基于目的地路由中使用的標(biāo)記過(guò)程相同。

靈活的路由（顯式路由）

基于目的地的選路功能的基本特性之一就是信息包中用于轉(zhuǎn)發(fā)此信息包的僅有信息是目的地地址。此特性在確保高度伸縮路由的同時(shí)，也限制了影響信息包所采取的實(shí)際路徑的能力；反過(guò)來(lái)，這又限制了在多條鏈路中平均分配流量的能力，即：從使用度高鏈路上取下流量并轉(zhuǎn)移到使用度較低的鏈路上。對(duì)于支持不同分類(lèi)服務(wù)的Internet服務(wù)提供商（ISPs）來(lái)說(shuō)，基于目的地路由也限制了他們根據(jù)類(lèi)型所用的鏈路來(lái)分離不同類(lèi)型的能力。當(dāng)今，一些Internet服務(wù)提供商使用幀中繼或ATM，克服基于目的地選路施加的這些限制。憑借標(biāo)記的靈活粒度，標(biāo)記交換能夠克服這些限制，而無(wú)需使用幀中繼或ATM。為了提供沿與基于目的地路由所決定的路徑不同的路徑轉(zhuǎn)發(fā)功能，標(biāo)記交換的控制部件允許在不對(duì)應(yīng)基于目的地路由路徑的標(biāo)記交換機(jī)中安裝標(biāo)記聯(lián)編。

用ATM進(jìn)行標(biāo)記交換

由于標(biāo)記交換轉(zhuǎn)發(fā)模式是基于標(biāo)簽交換的，而ATM轉(zhuǎn)發(fā)也是基于標(biāo)簽交換的，所以標(biāo)記交換技術(shù)可以通過(guò)實(shí)施標(biāo)記交換的控制部件的方式方便地應(yīng)用于A(yíng)TM交換機(jī)中。標(biāo)記交換所需的標(biāo)記信息可以在VCI域中被攜帶。如果需要兩級(jí)標(biāo)記，則VPI域同樣可用，盡管VPI域的規(guī)模限制了切實(shí)可行的網(wǎng)絡(luò)的大小。然而，對(duì)于大多數(shù)一級(jí)標(biāo)記的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，VCI域是足夠的。

為了獲得必要的控制信息，交換機(jī)應(yīng)該能（最小化地）在網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議（例如：OSPF，BGP）中以對(duì)等體進(jìn)行參與。此外，如果交換機(jī)必須執(zhí)行路由信息聚合，那么為了支持基于目的地的單路廣播路由，交換機(jī)也就應(yīng)該能夠?yàn)槟承┎糠至髁繄?zhí)行網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)發(fā)。在一個(gè)ATM交換機(jī)上以標(biāo)記交換來(lái)支持基于目的地的路由功能，可能要求此交換機(jī)維護(hù)與一條路由（或者擁有相同的下一個(gè)跳轉(zhuǎn)的一組路由）相關(guān)聯(lián)的、并非一個(gè)而是幾個(gè)標(biāo)記。這對(duì)于避免從不同的上行標(biāo)記機(jī)到來(lái)而并行地發(fā)向相同的下一個(gè)跳轉(zhuǎn)的包的交差是必要的。下行按需標(biāo)記分配或上行標(biāo)記分配方案均可被用作：用ATM交換機(jī)的標(biāo)記分配和TIB維護(hù)過(guò)程。

因此，ATM交換機(jī)能夠支持標(biāo)記交換，但它至少需要在交換機(jī)上實(shí)施網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議與標(biāo)記交換控制部件。它也可能還需要支持某些網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)發(fā)。

在一個(gè)ATM交換機(jī)上實(shí)施標(biāo)記交換將簡(jiǎn)化ATM交換機(jī)與路由器的集成－－一個(gè)能夠完成標(biāo)記交換的ATM交換機(jī)，對(duì)于一個(gè)鄰接的路由器來(lái)說(shuō)，將作為一個(gè)路由器出現(xiàn)。這樣就可能為覆蓋模型提供一個(gè)可變的、更具伸縮能力的候選方案，它也去除了ATM選址、路由與信令方案的必要性。因?yàn)?.1節(jié)中介紹的基于目的地的轉(zhuǎn)發(fā)方法是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的，而不是流量驅(qū)動(dòng)的，所以這個(gè)方法在A(yíng)TM交換機(jī)上的應(yīng)用既不依賴(lài)于高的呼叫建立率，也不依賴(lài)于流的持久性。

在一個(gè)ATM交換機(jī)上實(shí)施標(biāo)記交換，并不排除在同一交換機(jī)上支持傳統(tǒng)的ATM控制面板（如PNNI）的能力。這兩個(gè)部件－－標(biāo)記交換與ATM控制面板－－將以互不相見(jiàn)的方式（通過(guò)劃分VPI/VCI空間及其它資源，以便這兩個(gè)部件互不干擾）進(jìn)行操作。

服務(wù)質(zhì)量（QOS）

為了給經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器或標(biāo)記交換機(jī)的信息包提供一定范圍的業(yè)務(wù)質(zhì)量，我們需要兩個(gè)機(jī)制。首先，我們需要將信息包分類(lèi)。第二，我們需要保證信息包的處理能為每個(gè)類(lèi)型都提供適當(dāng)?shù)腝OS特性（帶寬、丟失，等等）。

在信息包第一次被分類(lèi)后，標(biāo)記交換機(jī)就會(huì)提供一個(gè)屬于特定類(lèi)的簡(jiǎn)單標(biāo)記包的方法。

初始分類(lèi)將由網(wǎng)絡(luò)層或更高層頭中攜帶的信息來(lái)完成。對(duì)應(yīng)于這個(gè)結(jié)果類(lèi)型的一個(gè)標(biāo)記將被應(yīng)用于這個(gè)信息包。然后，被標(biāo)記的信息包就可以被沿途的標(biāo)記交換路由器高效地處理，而無(wú)需再次被分類(lèi)。實(shí)際的包的調(diào)度與排隊(duì)是大體正交的－－這里的關(guān)鍵在于，標(biāo)記交換允許簡(jiǎn)單的邏輯被用于發(fā)現(xiàn)識(shí)別信息包被如何調(diào)度的狀態(tài)。

以QOS為目的、對(duì)標(biāo)記交換的正確使用很大程度上依賴(lài)于QOS是如何部署的。如果RSVP被用于為一類(lèi)信息包要求特定的QOS，那么就有必要對(duì)應(yīng)于每一個(gè)在標(biāo)記交換上為其安裝狀態(tài)的RSVP話(huà)路分配一個(gè)標(biāo)記。這可以由TDP或RSVP的擴(kuò)充來(lái)完成。

標(biāo)記交換移植策略

由于標(biāo)記交換是在一對(duì)鄰接的標(biāo)記交換機(jī)之間執(zhí)行的，又由于標(biāo)記聯(lián)編信息可以按成對(duì)原則來(lái)分配，所以標(biāo)記交換可以以一種非常簡(jiǎn)單的漸增方式來(lái)引出。例如，一旦一對(duì)相鄰的路由器被轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)記交換機(jī)，那么這兩個(gè)交換機(jī)的每一個(gè)都將為發(fā)向另一個(gè)交換機(jī)的信息包作上標(biāo)記，從而使另一個(gè)交換機(jī)可以使用標(biāo)記交換。由于標(biāo)記交換機(jī)與路由器使用相同的路由協(xié)議，所以標(biāo)記交換機(jī)的引出不會(huì)對(duì)路由器產(chǎn)生任何影響。實(shí)際上，與一個(gè)路由器相連的標(biāo)記交換機(jī)，在這個(gè)路由器看來(lái)就如同一個(gè)路由器。

隨著越來(lái)越多的路由器允許實(shí)現(xiàn)標(biāo)記交換，標(biāo)記交換所提供功能的范圍變得更廣了。例如，一旦一個(gè)域中所有路由器都支持標(biāo)記交換，那么開(kāi)始使用路由知識(shí)功能層就成為可能。

總結(jié)

在本文檔中，我們介紹了標(biāo)記交換技術(shù)。標(biāo)記交換并非僅限于一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議－－它是一個(gè)多協(xié)議解決方案。標(biāo)記交換的轉(zhuǎn)發(fā)部件十分簡(jiǎn)單，便于高性能轉(zhuǎn)發(fā)，并能在A(yíng)TM交換機(jī)這樣的轉(zhuǎn)發(fā)硬件上得到實(shí)施。控制部件靈活異常，可以支持廣泛的各種路由功能，比如：基于目的地的路由、多路廣播路由、路由知識(shí)層及顯式定義的路由。通過(guò)允許大范圍的轉(zhuǎn)發(fā)粒度與一個(gè)標(biāo)記關(guān)聯(lián)起來(lái)，我們提供了可伸縮且功能豐富的路由功能。隨著轉(zhuǎn)發(fā)粒度范圍日益增大，轉(zhuǎn)發(fā)部件與控制部件的相關(guān)性不斷淡化，從而使得路由功能迅速推陳出新，大大滿(mǎn)足了高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需求。