標記交換,什么是標記交換

標記邊緣路由器位于標記交換網絡邊緣的含完整3層功能的路由設備，它們檢查到來的分組，在轉發給標記交換網絡前打上適當的標記，當分組退出標記交換網絡時刪去該標記。作為具有完整功能的路由器，標記邊緣路由器也可應用增值的3層服務，如安全、記費和QoS分類。

另一個選擇是Cisco公司的標記交換。標記交換網絡包含三個成分：標記邊緣路由器、標記交換機和標記分發協議。

標記邊緣路由器位于標記交換網絡邊緣的含完整3層功能的路由設備，它們檢查到來的分組，在轉發給標記交換網絡前打上適當的標記，當分組退出標記交換網絡時刪去該標記。作為具有完整功能的路由器，標記邊緣路由器也可應用增值的3層服務，如安全、記費和QoS分類。標記邊緣路由器的能力不需要特別的硬件，它作為Cisco軟件的一個附加特性來實現，原有的路由器可以通過軟件升級具有標記邊緣路由器的功能。

標記交換機是標記交換網絡的核心。所謂標記是短的、固定長度的標簽，使標記交換機能用快速的硬件技術來做簡單快速的表查詢和分組轉發。標記可以位于ATM信元的VCI域、IPv6的flow label域或在2層和3層頭信息之間，這使得標記交換可用于廣泛的介質之上，包括ATM連接、以太網等。

標記分發協議提供了標記交換機和其它標記交換機或標記邊緣路由器交換標記信息的方法。標記邊緣路由器和標記交換機用標準的路由協議（如BGP、OSPF）建立它們的路由數據庫。相鄰的標記交換機和邊緣路由器通過標記分發協議彼此分發存貯在標記信息庫（TIB）中的標記值。

下面是標記交換網絡的基本處理過程。

（1）標記邊緣路由器和標記交換機用標準的路由協議識別路由，它們完全可以與非標記交換的路由器互操作。

（2）標記邊緣路由器和交換機通過標記分發協議給用標準路由協議生成的路由表賦以標記信息并分發，標記邊緣路由器接收標記分發協議信息并建立轉發數據庫。

（3）當標記邊緣路由器收到需要通過標記交換網絡轉發的分組，它分析其網絡層頭信息，執行可用的網絡層服務，從其路由表中給該分組選擇路由，打上標記然后轉發到下一節點的標記交換機。

（4）標記交換機收到帶標記的分組，僅基于標記來進行交換，而不分析網絡層頭信息。

（5）分組到達出口點的標記邊緣路由器，標記被剝除，然后繼續轉發。

在標記交換網絡中，標記分發協議和標準路由協議可以用目標前綴標記算法集合起來，此算法可以在數據流穿過網絡前在TIB中建立標記信息。這有兩個意義。一個是流中的所有分組都可以被標記交換，即使是突發短數據也是如此；此外它是基于拓撲的，在每個源/目的分配一個標簽。而在IP交換中只有長期數據流在一定數目的分組經過后才建立捷徑。因此，標記交換比基于流的機制更有效地使用標簽，避免了一個一個流的建立過程，這使之具有了公共因特網服務網絡所需要的很好的伸縮性，在公共因特網中，流的數目是巨大的，其改變速率也是很高的。

其他廠商也有類似的機制，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。

多點廣播

對多點廣播來說，生成樹的構想是必不可少的。多點廣播路由過程（例如：PIM）負責構造這種樹（以收發信機作葉子），同時多路廣播轉發功能負責沿著這種樹轉發多路廣播信息包。

為了用標記交換來支持多點廣播轉發功能，每個標記交換機都通過一個多點廣播樹與一個標記進行如下關聯。當一個標記交換機生成一個多點廣播轉發項（為一個共享的或一個資源特定的樹），及此項的出站接口列表，此交換機還將生成本地標記（每個出站接口一個）。交換機在其TIB中生成一項，并以每個出站接口的此信息進行填充（出站標記，出站接口，出站MAC頭），把一個本地生成的標記放入此出站標記域中。這就產生了一個多點廣播樹與標記之間的一個聯編。然后這個交換機通過每個與此項并聯的出站接口通知這個標記（與此接口相關聯的）與此樹之間的聚束。

當一個標記交換機，從另一個標記交換機接收到一個多點廣播樹與標記之間的聯編時，如果另一個交換機是上行毗鄰交換機（相對這個多路廣播樹而言），則這個本地交換機將把此聯編中攜帶的標記放入到與此樹關聯的TIB項的進站標記部件中。當一個標記交換機集合通過一個多訪問子網被互連起來，則多點廣播的標記分配過程必須在這些交換機中協調進行。在其它所有情況下，多點廣播的標記配置過程可能與基于目的地路由中使用的標記過程相同。

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發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，也限制了影響信息包所采取的實際路徑的能力；反過來，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移到使用度較低的鏈路上。對于支持不同分類服務的Internet服務提供商（ISPs）來說，基于目的地路由也限制了他們根據類型所用的鏈路來分離不同類型的能力。當今，一些Internet服務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。憑借標記的靈活粒度，標記交換能夠克服這些限制，而無需使用幀中繼或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發功能，標記交換的控制部件允許在不對應基于目的地路由路徑的標記交換機中安裝標記聯編。

用ATM進行標記交換

由于標記交換轉發模式是基于標簽交換的，而ATM轉發也是基于標簽交換的，所以標記交換技術可以通過實施標記交換的控制部件的方式方便地應用于ATM交換機中。標記交換所需的標記信息可以在VCI域中被攜帶。如果需要兩級標記，則VPI域同樣可用，盡管VPI域的規模限制了切實可行的網絡的大小。然而，對于大多數一級標記的應用來說，VCI域是足夠的。

為了獲得必要的控制信息，交換機應該能（最小化地）在網絡層路由協議（例如：OSPF，BGP）中以對等體進行參與。此外，如果交換機必須執行路由信息聚合，那么為了支持基于目的地的單路廣播路由，交換機也就應該能夠為某些部分流量執行網絡層轉發。在一個ATM交換機上以標記交換來支持基于目的地的路由功能，可能要求此交換機維護與一條路由（或者擁有相同的下一個跳轉的一組路由）相關聯的、并非一個而是幾個標記。這對于避免從不同的上行標記機到來而并行地發向相同的下一個跳轉的包的交差是必要的。下行按需標記分配或上行標記分配方案均可被用作：用ATM交換機的標記分配和TIB維護過程。

因此，ATM交換機能夠支持標記交換，但它至少需要在交換機上實施網絡層路由協議與標記交換控制部件。它也可能還需要支持某些網絡層轉發。

在一個ATM交換機上實施標記交換將簡化ATM交換機與路由器的集成－－一個能夠完成標記交換的ATM交換機，對于一個鄰接的路由器來說，將作為一個路由器出現。這樣就可能為覆蓋模型提供一個可變的、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。因為4.1節中介紹的基于目的地的轉發方法是拓撲結構驅動的，而不是流量驅動的，所以這個方法在ATM交換機上的應用既不依賴于高的呼叫建立率，也不依賴于流的持久性。

在一個ATM交換機上實施標記交換，并不排除在同一交換機上支持傳統的ATM控制面板（如PNNI）的能力。這兩個部件－－標記交換與ATM控制面板－－將以互不相見的方式（通過劃分VPI/VCI空間及其它資源，以便這兩個部件互不干擾）進行操作。

服務質量（QOS）

為了給經過一個路由器或標記交換機的信息包提供一定范圍的業務質量，我們需要兩個機制。首先，我們需要將信息包分類。第二，我們需要保證信息包的處理能為每個類型都提供適當的QOS特性（帶寬、丟失，等等）。

在信息包第一次被分類后，標記交換機就會提供一個屬于特定類的簡單標記包的方法。

初始分類將由網絡層或更高層頭中攜帶的信息來完成。對應于這個結果類型的一個標記將被應用于這個信息包。然后，被標記的信息包就可以被沿途的標記交換路由器高效地處理，而無需再次被分類。實際的包的調度與排隊是大體正交的－－這里的關鍵在于，標記交換允許簡單的邏輯被用于發現識別信息包被如何調度的狀態。

以QOS為目的、對標記交換的正確使用很大程度上依賴于QOS是如何部署的。如果RSVP被用于為一類信息包要求特定的QOS，那么就有必要對應于每一個在標記交換上為其安裝狀態的RSVP話路分配一個標記。這可以由TDP或RSVP的擴充來完成。

標記交換移植策略

由于標記交換是在一對鄰接的標記交換機之間執行的，又由于標記聯編信息可以按成對原則來分配，所以標記交換可以以一種非常簡單的漸增方式來引出。例如，一旦一對相鄰的路由器被轉變為標記交換機，那么這兩個交換機的每一個都將為發向另一個交換機的信息包作上標記，從而使另一個交換機可以使用標記交換。由于標記交換機與路由器使用相同的路由協議，所以標記交換機的引出不會對路由器產生任何影響。實際上，與一個路由器相連的標記交換機，在這個路由器看來就如同一個路由器。

隨著越來越多的路由器允許實現標記交換，標記交換所提供功能的范圍變得更廣了。例如，一旦一個域中所有路由器都支持標記交換，那么開始使用路由知識功能層就成為可能。

總結

在本文檔中，我們介紹了標記交換技術。標記交換并非僅限于一個特定的網絡層協議－－它是一個多協議解決方案。標記交換的轉發部件十分簡單，便于高性能轉發，并能在ATM交換機這樣的轉發硬件上得到實施。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、路由知識層及顯式定義的路由。通過允許大范圍的轉發粒度與一個標記關聯起來，我們提供了可伸縮且功能豐富的路由功能。隨著轉發粒度范圍日益增大，轉發部件與控制部件的相關性不斷淡化，從而使得路由功能迅速推陳出新，大大滿足了高速發展的計算機網絡環境的需求。