ATM网络MPLS的研究

Satish M.B¹萨维塔·C²M.Z.Kurian博士^3.， K.V Narayanswamy博士⁴

PG学生[超大规模集成电路和嵌入式系统]，斯里悉达多理工学院，图姆库尔，卡纳塔克邦，印度
印度卡纳塔克邦图姆库尔斯里席特哈尔塔理工学院欧洲经委会系助理教授
印度卡纳塔克邦图姆库尔斯里悉达多理工学院ECE系HOD
印度卡纳塔克邦班加罗尔m.s.a ramaiah高级研究学院EEE系教授

摘要

MPLS是ATM骨干网中最具发展前景的技术之一。MPLS在减少网络流量和增加带宽方面有所改进。快速互联网服务的ATM交换网络，是在现有ATM网络的基础上增加一个三层路由模块，利用虚拟网络在路由器之间进行交换，可以为不同服务等级的用户提供可扩展的互联网服务。本文提出了一种基于FPGA的ATM网络MPLS实现方案，利用网络中的标签代替虚拟电路。

关键字

MPLS、异步传输模式、入报文处理模块、出报文处理模块。

介绍

在过去的几年中，互联网的指数级增长给服务提供商网络带来了巨大的压力。我们都知道，随着用户数量的增加，更新的应用程序、骨干流量、连接速度都有了成倍的增长。在通信开始时，普通数据应用程序只需要尽可能地存储和转发能力。现在有许多新的应用程序，如语音、多媒体和实时电子商务应用程序正在向更高的带宽和服务迈进，而不考虑网络的动态变化或中断。

为了保证服务水平，服务提供商不仅要提供大的数据管道(这也更昂贵)，而且还要寻找能够提供和保证QoS(服务质量)和最佳性能的架构，而网络资源成本的增加最小。

基于ip的网络通常缺乏在基于电路的网络中可用的QoS特性，例如ATM和帧中继。MPLS为无连接的IP世界带来了面向连接协议的复杂性。MPLS为网络带来了性能增强和服务创建能力。MPLS技术使互联网服务提供商能够为他们的客户提供额外的服务，扩展他们当前的产品，并通过使用其流量工程功能对他们不断增长的网络进行更多的控制。

如图1所示，MPLS被插入到二层和三层之间。

2相关工作

MPLS由不同的协议组成，每个协议在MPLS工作流程中执行不同的任务。每种协议在硬件实现方面都有不同的研究。[2]描述了IS-IS协议的硬件实现。在[3]中对OSPF协议的硬件实现进行了研究。[4]和[5]分别讨论了RSVP-TE和CR-LDP协议子集的硬件实现。[7]中的工作描述了可重构MPLS路由器的硬件实现。

[6]中的工作引入了一个硬件处理器，用于使用RSVP-TE作为其信令协议实现MPLS。在[8]中，提出了一种MPLS协议的嵌入式架构。本设计采用硬件和软件两种方式实现MPLS的不同方面。该体系结构提出了在软件上实现路由功能，在硬件上实现标签交换功能。

3MPLS和ATM

MPLS

基于ip的网络通常缺乏基于电路的网络(如ATM和帧中继)中可用的服务质量特性。MPLS取代了虚拟电路(VC)，减少了ATM网络中路由器之间连接的硬件组件。MPLS为网络提供了性能增强和服务创建能力。

MPLS代表多协议标签交换，这里有一些在MPLS中广泛使用的术语

1.FEC (Forwarding Equivalence Class):转发等价类(Forwarding Equivalence Class):以相同方式转发的一组IP包(例如，经过相同的路径，采用相同的转发处理)。

2.MPLS头:32位的MPLS头包含以下字段:

i. label字段(20位)为MPLS标签的实际值。

2实验位(3位)可以影响应用于数据包的排队和丢弃算法，因为它是通过网络传输的。由于该字段有3位，因此可以维护8个不同的服务类别。

3Stack字段(S)(1位)支持分层标签堆栈。该MPLS支持始终基于顶部标签对带标签报文进行处理。一个未标记的包可以被认为是一个标签堆栈为空的包(即，其标签堆栈深度为0)。如果一个包的标签堆栈深度为n，我们将堆栈底部的标签称为1级标签，如果退出，则将其上面的标签称为2级标签，将堆栈顶部的标签称为n级标签。标签栈用于在LSP隧道中路由报文。

iv. TTL (time-to-live)字段(8位)提供传统IP TTL功能。

ATM—异步传输模式

一种高性能的面向小区的交换和多路复用技术，利用固定长度的包来承载不同类型的流量。它包含语音、数据和视频信号。它是为必须同时处理传统的高吞吐量数据流量(例如文件传输)和低延迟内容(例如语音和视频)的网络而设计的。

ATM是一种核心协议，主要用于PSTN (public switched telephone network)的SONET/SDH骨干网和ISDN (Integrated Services Digital network)。

用于MPLS的Iv.architecture

MPLS报文处理包括标签查找、报文转发、标签操作和路由协议功能。下图说明了MPLS体系结构的高级描述

该体系结构由两个数据包处理模块和一个单独的标签堆栈修改模块组成。入口数据包处理模块将处理数据包并将标签与数据包分离，在标签堆栈中修改器将标签替换为新标签。有新标签的报文将被传输到下一个路由器，出口报文处理模块是在目的地处理报文之前的最后一个路由器，然后它将从报文中删除标签，将没有标签的报文传输到目的地。标签且Egress LER没有出标签。这些值被假定为零。

A.入包处理模块

入站报文处理模块的输入是具有有效目的地址的入站报文。当数据包到达时，数据包处理单元将地址和数据部分分开。数据存储在数据缓冲区中，同时将控制信息传递给下一个单元以验证其正确性。如果收到的数据包是有效的，那么它将被传递到标签堆栈修饰器，在那里标签将根据可用的控制信息进行修改。如果收到的数据包无效，则丢弃该数据包。

入口报文处理模块流程图如下图所示。

B.标签堆栈修饰符

标签堆栈修饰器的控制单元由四个状态机组成。这些状态机是如下图所示的标签堆栈接口、信息库接口、信息库搜索模块和主模块。

主模块用于确保其余状态机不会并发工作，也不会生成不一致的结果。当主模块没有活动时，它启用了标签堆栈接口或信息库接口，并等待相关模块完成其活动，然后才允许发生后续操作。

标签堆栈接口用于将标签条目直接插入堆栈，并根据信息库的现有状态更新堆栈。如果信息库中没有找到相关的条目，或者TTL已经过期，数据包将被丢弃(即标签堆栈被重置)。更新标签堆栈涉及到在信息库中搜索所需的新标签(如果需要)和操作。如果找到信息，则删除堆栈中的顶部条目，并在验证信息之前更新TTL。如果报文中存在不一致的信息或TTL过期，则报文将被立即丢弃。

信息库接口一直处于空闲状态，直到主模块启用它，然后继续搜索数据或将数据保存到信息库。为了搜索信息库，启用了搜索模块。一旦操作完成，就会转换回空闲状态，其中信息库接口指示操作已经完成。搜索模块可以通过标签堆栈接口或信息库接口启用。一旦它被启用，搜索模块将遍历指定级别的标签对条目。外部数据进入数据路径，并被解释为标签堆栈条目、信息库的标签对(旧标签/新标签)或当用户希望直接读取信息库内容时的搜索索引。标签堆栈条目可以从外部数据或存储当前正在修改的标签条目的寄存器中存储。

C.出口报文处理模块

出口数据包处理模块从标签堆栈修饰符获取输入，用于进一步处理数据包。出报文处理模块流程图如图8所示。出口报文处理模块按照要求的格式构造报头，并根据控制信息替换TTL、CRC等字段。数据包生成块通过填充数据和控制信息来构造数据包。然后数据包通过输出端口送到数据缓冲区进行转发。

V.CONCLUSION

ATM网络是一种面向连接的网络，在基于电路的网络中提供了更好的服务质量特性。ATM网络上的MPLS通过在每个数据包中插入标签来代替VC，并在整个网络中转发带有标签的数据包，从而实现面向连接的协议，从而保持QOS。基于对基本IP路由的简单改进，MPLS为网络增加了性能增强和服务创建能力。因此，在企业中使用MPLS的ATM可以满足为最终用户服务(包括数据、语音和视频)提供可扩展传输的新需求。

参考文献

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oncopep公司。R, ionescu。D，“嵌入式MPLS架构”并行和分布式处理研讨会，IEEE 2005。
oncopep公司。R, ionescu。D，“RSVP-TE MPLS的硬件/软件协同设计”，并行和分布式处理研讨会，IEEE 2005。