分析研究MPLSVPN技術(shù)通過WLAN接入到分組域中的應(yīng)用

李江波 王偉

【摘 要】在無線局域網(wǎng)的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，WLAN是最有效的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分流流量的手段。訪問WLAN的運營商已經(jīng)是分組域事業(yè)中的焦點。采用多個協(xié)議標(biāo)簽作為交流技術(shù)的虛擬獨有網(wǎng)的MPLSVPN，其維護管理起來很簡單，有比較高的安全性能，而且還能夠用在Qos等流量類的工程上。MPLS中的負(fù)載均衡是一項非常適用的應(yīng)用，本篇提出的VPN組網(wǎng)的方式，就是利用了MPLSVPN通過WLAN接入到分組域組網(wǎng)內(nèi)的一個應(yīng)用，并給出了在多LSP網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立起的優(yōu)化方案，做出了對應(yīng)優(yōu)化的模型，通過這個模型研究在現(xiàn)實生活中網(wǎng)絡(luò)的流量分配方法。

【關(guān)鍵詞】無線局域網(wǎng)；負(fù)載均衡；MPLSVPN；分組域組網(wǎng)

【中圖分類號】TP393.1【文獻標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0099-01

通信行業(yè)面臨著蓬勃發(fā)展的移動互聯(lián)網(wǎng)的重大挑戰(zhàn)，爆發(fā)增長的數(shù)據(jù)類流量給各大運營商的成本帶來了非常大的壓力。飛速普及的智能終端，以及智能終端在多個互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用和寬帶化的移動類網(wǎng)絡(luò)使得流量業(yè)務(wù)能夠飛速的發(fā)展。飛速增長的流量數(shù)據(jù)給運營商的接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)都給出了更高層次的需求，也對網(wǎng)絡(luò)的投資和經(jīng)營造成了非常大的壓力。廣大網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營商普遍面臨著怎么樣才能經(jīng)營好流量，在滿足客戶的要求并保證流量能夠公平平等的使用，減少建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的費用同經(jīng)營的成本間如何尋找較好的均衡。在無線寬帶的技術(shù)中，WLAN即Wireless Local Area Network是無線局域網(wǎng)內(nèi)的一個杰出代表，它是一種接入無線網(wǎng)絡(luò)的方式，由于它的寬帶比較高，成本比較低，免費的頻帶，組網(wǎng)方式的多樣，容易擴展等多個優(yōu)點，使得WLAN得到了什么廣泛的使用。WLAN也能夠同蜂窩網(wǎng)絡(luò)非常巧妙的整合，網(wǎng)絡(luò)終端利用WLAN可以辦理非常大流量數(shù)據(jù)的Internet事務(wù)，從而降低了蜂窩網(wǎng)的壓力，利用WLAN瀏覽經(jīng)營商分組域的事務(wù)，并通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)電信級別的能力來補充像認(rèn)證和計費等WLAN的功能，同時也提高了接入網(wǎng)絡(luò)的安全性能。3GPP即第三代的合作伙伴的計劃等組織列出了利用WLAN來瀏覽蜂窩網(wǎng)的分組域的標(biāo)準(zhǔn)，不過這些標(biāo)準(zhǔn)對終端和網(wǎng)絡(luò)都有非常高的要求。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端則必須有GTP、IPSec等支持隧道的能力，而網(wǎng)絡(luò)必須有TTG、PDG等設(shè)備。在MPLS基礎(chǔ)上的VPN技術(shù)是利用數(shù)據(jù)包標(biāo)簽和轉(zhuǎn)發(fā)的表的交流互換來實現(xiàn)構(gòu)建VPN的手段，它優(yōu)化了轉(zhuǎn)發(fā)IP等數(shù)據(jù)包的程序。

一、基于MPLSVPN技術(shù)的WLAN接入分組域方案

1.1系統(tǒng)架構(gòu)

WLAN系統(tǒng)架構(gòu)包括終端、AP（AccessPoint）、PAC（Public Access Control，公共接入控制）Gateway、AAAServer（Authentication、Authori zation、AccountingServer，認(rèn)證、授權(quán)和計費服務(wù)器）。為使WLAN接入分組域，訪問運營商通過分組域提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，考慮在PACGateway和分組域業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)之間建立便捷通道。基于MPLS的VPN隧道對終端要求低，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持性好，安全性高，適合網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。因此建立基于MPLSVPN的PACG ateway與業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)之間的組網(wǎng)方式。WLAN用戶通過PACG ateway接入網(wǎng)絡(luò)，在AAA Server完成對用戶的鑒權(quán)之后，PACGateway根據(jù)用戶的請求，對數(shù)據(jù)進行分流。若為Internet請求，則直接通過PACG ateway訪問；若為分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)請求，則通過PACGateway與業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)之間的VPN隧道訪問分組域業(yè)務(wù)。

1.2 MPLSVPN組網(wǎng)方式

運營商PACG ateway設(shè)備較多，PACG ateway與業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)之間存在多對多的連接關(guān)系，為考慮規(guī)劃及維護的簡單性，可以采用多個PACG ateway對應(yīng)一個業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)的組網(wǎng)方式。PACG ateway與業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)之間的組網(wǎng)方式采用MPLSVPN的另一個優(yōu)勢就是路由的可實時更新。業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)更新業(yè)務(wù)IP地址路由表后，CE可以通過OSPF等路由協(xié)議學(xué)習(xí)更新路由表。同樣，PE也可以通過OSPF、BGP等協(xié)議獲取路由更新。在MPLS內(nèi)部PE與PE之間，通過MP-BGP路由協(xié)議更新PE間的路由。利用路由器的動態(tài)學(xué)習(xí)能力，可以實現(xiàn)路由的快速更新。為業(yè)務(wù)地址更新和新業(yè)務(wù)部署帶來了便利。

二、MPLSVPN中基于多LSP的負(fù)載均衡

2.1 多LSP優(yōu)化方案

LSP（LabelSwitchedPath，標(biāo)記交換路徑）是標(biāo)記分發(fā)協(xié)議建立起來的分組轉(zhuǎn)發(fā)路徑。在MPLSVPN網(wǎng)絡(luò)中由入口PE、出口PE和兩者之間的一系列P路由器以及他們之間的鏈路構(gòu)成。MPLS網(wǎng)絡(luò)中的LSP通過路由協(xié)議獲得最優(yōu)路徑得到。因此，同一VPN內(nèi)部的流量將通過相同的LSP隧道轉(zhuǎn)發(fā)。同時，入口PE和出口PE相同的不同VPN之間也通過同一個LSP隧道承載流量，有利于網(wǎng)絡(luò)的擴展性。但不同VPN的數(shù)據(jù)都匯集到一個LSP隧道傳輸，PE之間的路由器只能看到標(biāo)記棧中的頂層標(biāo)記，不能識別BGP協(xié)議分配的VPN標(biāo)記，因此很難區(qū)分不同的VPN流量，容易造成網(wǎng)絡(luò)擁堵。這將導(dǎo)致流量分布不均勻，網(wǎng)絡(luò)資源出現(xiàn)浪費。另一方面，在WLAN網(wǎng)絡(luò)中，不同PACGateway間的流量也可能不同，其它PACGateway上的用戶的QoS得不到保證。結(jié)合WLAN網(wǎng)絡(luò)PACGateway對數(shù)據(jù)流的可分類性，提出了在PE間建立多LSP隧道的方案來分擔(dān)VPN流量，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

2.2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實現(xiàn)

要實現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)，必須解決多LSP路徑的路由選擇問題以及流量分配問題。多路徑路由問題可以轉(zhuǎn)化為前K條最短路徑問題，有關(guān)該問題的研究很多，比如DeletionAlgorithm刪除算法。算法核心是通過在有向圖中已有的最短路徑上刪除某條弧，并尋找替換的弧來尋找下一條可選的最短路徑。

多LSP優(yōu)化方案是在WLAN接入分組域網(wǎng)絡(luò)部署MPLSVPN 中提出的，最終目標(biāo)是為了實現(xiàn)WLAN 接入分組域網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，為用戶提供更好的業(yè)務(wù)服務(wù)體驗。由于WLAN 網(wǎng)絡(luò)中同一VPN下的PAC Gateway可以通過不同的IP地址段對用戶流量進行分類，也可以根據(jù)分組域不同業(yè)務(wù)種類進行流量分類，兩者都可以實現(xiàn)流量在多LSP間的合理分配[6]。流量分配方式及LSP的選擇：

（1）基于不同PAC Gateway 的IP地址方式：該方式根據(jù)PAC Gateway上劃分的IP地址段，也即根據(jù)IP 源地址進行流量分配。同一地址段的流量始終沿著一條LSP 路徑轉(zhuǎn)發(fā)?？梢愿鶕?jù)地址段流量的大小動態(tài)選擇路徑較短的LSP。該種方式適合某些PAC Gateway流量較大情況，比如部署在熱點地區(qū)。

（2）基于業(yè)務(wù)類型方式：不同的業(yè)務(wù)類型可以通過IP 地址來區(qū)分，也即根據(jù)IP 目的地址進行流量分配。同一目的地址的流量沿著一條LSP 路徑轉(zhuǎn)發(fā)。對于流量較大的業(yè)務(wù)，選擇路徑較短的LSP，以實現(xiàn)更好的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡。該方式適合某些熱門業(yè)務(wù)。

總而言之，在移動的互聯(lián)網(wǎng)急速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)也出現(xiàn)了爆炸式增長。不斷普遍的智能化終端，在用戶通過不同的網(wǎng)絡(luò)連接方式的情況下，也能夠為消費者提供同時訪問所有的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)事務(wù)的服務(wù)。為了比較好的解決網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡這一問題，本篇利用MPLSVPN的組網(wǎng)方法接入到WLAN的分組域內(nèi)，給出了MPLSVPN內(nèi)基于多LSP網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡的優(yōu)化草案，組建了相關(guān)的模型。并在實際的網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。經(jīng)過優(yōu)化可以有比較好網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡，從而網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率得到提高。