NGN中基于MPLS实现MIPv6

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1  引言
　　随着IPv4向IPv6的演进，具有固定IPv6地址的移动终端必将成为主流网络设备。而MPLS作为第三代网络技术，将ATM交换技术和IP动态路由协议有机结合起来，具备面向连接、简单高速交换、支持QoS和流量工程等特点，可灵活组建出各种极具扩展性的网络。向移动IP网络引入MPLS功能将成为构造移动IP网络的重要解决方案之一，不但能支持ATM，IP，FR，TDM，X.25，SDH，DWDM，保证了多种网络的互连互通，并且具有良好的扩展性。目前各大运营商纷纷建设基于MPLS的数据承载网，为下一代网络的数据承载做准备。
　　基于MPLS的移动IP称为MIPoMPLS（MIP over MPLS）。本文首先对MPLS和移动IPv6进行简单介绍，然后说明在下一代网络中采用MIPoMPLS的原因和重要性，最后简述MIPoMPLS的基本原理和优点。
2  MPLS简介
　　MPLS属于第2.5层交换技术，是集成式的IP over ATM技术，使用标记交换（Label Switching）把选路和转发分开，网络路由器只需要判别标记即可进行转送处理。MPLS承载IP分组，标签作为IP报头在网络中的替代品而存在，MPLS在数据包所经过的路径中通过交换标签来实现转发；当数据包要退出MPLS网络时，数据包被解开封装，继续按照IP包的路由方式到达目的地。
　　MPLS网络包含一些基本的元素，在网络边缘的节点被称作标签边缘路由器（LER），而网络的核心节点称为标签交换路由器（LSR）。LER作为MPLS的入口/出口路由器，执行全部的第三层功能以及由于运行标记分发协议（LDP）而产生的标记绑定功能。数据分组在LER处进行等效前传类（FEC）映射，并分配一个固定长度的标记，生成标记栈。LER连接到网络内部的LSR。LSR执行标记交换，在LSR处不再检查分组头，只需对分组标记栈的顶部标记进行处理，检索一个包含出口和新标记的标记表并用新标记替换旧标记完成标记交换。LER和LSR之间的LSP通过LDP协议建立。
　　MPLS作为第三代网络技术，支持VPN和流量工程，因此MPLS越来越受到人们的重视，在未来的通信发展中应用广泛，如在光网和传输网的应用GMPLS，在无线移动通信的应用WMPLS等。
3  MIPv6
　　移动IP技术是实现移动节点接入异构网络的网络层融合技术。移动IP在当前因特网基于网络前缀路由的前提下，使移动节点MN在不同网络间移动时仍然保持通信，是基于网络层而提供移动支持的一种解决方案。MN可以通过一个永久的IP地址连接到任何链路上。当MN改变其网络接入路由器时，可从新的接入路由器获得一个新的转交地址CoA，而其家乡地址保持不变。随后，MN与其家乡代理HA和通信对端CN分别执行绑定更新过程以通知其转交地址的改变，使HA和CN能够采用新的CoA与之通信，从而保持通信的连续性。
　　移动IP的操作可以概括为三个基本功能：代理搜索，即MN通过代理搜索判定它的当前位置，并获得一个CoA；然后通过注册过程，MN通知HA和CN它的当前转交地址；数据转发则是当MN连接在外地网络上时，对它发出的或发往它的数据进行路由。
　　作为网络层协议，移动IP协议与下层数据链路层协议无关，对上层协议保持透明。移动IP技术能够很好地支持异构网络间的互联互通，但是网络层之间的切换必然带来较长的切换时延。
4  NGN需要MIPoMPLS
　　4.1  移动IPv6面临的问题
　　在NGN复杂无线环境下，移动IPv6主要面临快速切换、QoS路由和安全问题。NGN要求给用户提供语音、数据、图像、视频等具有多QoS级别的多媒体业务，大量IPv6节点在异构无线环境下移动，基于移动IPv6节点需要保证切换的快速和平滑。MIP操作通过代理通告、注册绑定、数据转发等三个独立又关联活动来完成位置检测、地址注册和数据分发，以维持通信的连续，但是基于三层的代理发现和注册绑定过程不可避免地增大了切换的时延。另外，尽管在QoS保证方面，提出IntServ与DiffServ相结合的QoS框架，但对于每种业务的端到端QoS保证仍存在业务等级协商SLA动态识别等问题。移动中的安全认证也不完善。
　　4.2  移动IPv6需要基于MPLS的传输
　　MPLS在Frame Relay及ATM Switch上结合路由功能，数据包通过虚拟电路来传送。它整合了IP选径与第二层标记交换为单一的系统，因此可以解决Internet路由的问题，使数据包传送的延迟时间减短，增加网络传输的速度，更适合多媒体信息的传送。
　　MPLS的LSP支持软切换，LSP只在网络入口LER进行一次IP数据包的等效前传类分配和标记映射，核心节点只作标记交换，简化了路由器对IP数据包的处理；MPLS节点上的FIB（前转信息库）还可集成移动功能。MPLS在保证无连接IP网络连接有效性的同时，能提供面向连接的网络服务。对于差分MIP业务，LSP可提供适当的QoS路径。
　　MPLS与移动IPv6的结合，可以改善移动IPv6在微移动性方面的性能，而MPLS域内的二层移动在切换时无管理开销，从而实现快速切换。
5  MPLS架构下移动IPv6的基本原理
　　MIPoMPLS的基本原理是MPLS 上采用LSP隧道方案支持移动IP业务，由MPLS LSP实现QoS保证的路径，移动性检测由L2交换完成，切换快速、管理简单。当发生全球移动时，由MIPv4/v6完成，这时LER作为边界网关，具有HA/接入路由器的功能。
　　如图1所示，当MN移动到新的接入点（接入LER）时，MIPv6节点的转交地址CoA发生改变，为了避免三角路由，MN必须通过该接入点给家乡代理HA和通信节点CN分别完成绑定更新过程，然后，移动节点的HA和CN都将更新自己的绑定缓存表。

　　CN得到MN的注册信息和请求信息以及MN的转交地址CoA后，查找其标记栈，并把MN的家乡地址作为FEC；CN根据LDP为HA到接入LER的路径分发标记，并向接入LER发送标记请求信息，把MN的CoA作为FEC。接入LER收到标记请求信息后，向CN返回标记匹配消息，CN收到标记匹配消息后更新其MN在标记中的注册信息。CN通过LSP向接入LER发送注册回应信息，接入LER收到注册回应后，更新其标记栈，并增加接入LER到CN的LSP信息，注册成功，这样就在CN到接入LER之间建立起一条LSP。此后移动节点与任意通信节点发送的数据报都将直接通过LSP到达通信CN。
6  MPLS与移动IPv6结合的优点
　　在移动IPv6中，已经不存在移动IPv4中的三角路由问题。MPLS与移动IPv6主要表现在快速切换、QoS保证和支持移动状态下的VPN等。
　　●MPLS架构下的移动IP技术集成了移动IP的高移动性和MPLS高速交换特性：MPLS交换比IP路由协议传输分组速度明显提高，传输时延和数据包处理时间明显降低；并且HA/CN到接入LER建立了一条LSP，数据报头过长问题得到解决。
　　●提高了网络的安全性和支持QoS：在同一MPLS域中，不再需要IP-in-IP方式传送数据包，而是采用MPLS交换方式通过LSP传送数据包。整个传输过程都是在MPLS交换层进行，不涉及IP层的路由协议，从而提高了数据包的传输速率和移动IP的可扩展性，为网络的QoS提供了保障，并且网络的安全性能得到提高。
　　●支持移动状态下的VPN和流量工程：由于MPLS技术对VPN和流量工程都有很好的支持，因此，MPLS与移动IP的结合，对移动状态下VPN和流量工程解决带来了希望。
7  结束语
　　移动IP是为网络提供主机移动性的解决方案，由于未来系统的用户和终端数将非常庞大，因此移动IP的可扩展性非常关键。移动IP技术可以与MPLS技术相结合，通过高效、快速的MPLS骨干网络实现大规模的移动IP网络。通过利用MPLS网络不同路径可以具有不同QoS性能的特性，实现区分服务质量的移动IP业务。反之，移动IP与MPLS的融合方案也为MPLS提供了移动性支持。