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北京電信公眾IP網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用分析

2001/04/12

一、北京電信公眾IP網(wǎng)的先進(jìn)性

　　北京電信公眾IP網(wǎng)絡(luò)作為新一代高速網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的標(biāo)兵和示范者，在技術(shù)上具有更高的前瞻性，在網(wǎng)絡(luò)管理和運(yùn)營(yíng)上具有更先進(jìn)的先導(dǎo)性 。為此，在北京電信公眾IP網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)過程中，對(duì)下列技術(shù)和應(yīng)用做了充分考慮 ：

太比特路由交換系統(tǒng)

　　Cisco公司的GSR 12000太比特系統(tǒng)系列產(chǎn)品具有很大優(yōu)勢(shì) -- 歷經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，具有強(qiáng)大 Internet控制功能，具有強(qiáng)大業(yè)務(wù)支撐能力，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用最低，性價(jià)比最好。

　　正如北京電信所意識(shí)到的，每六到九個(gè)月Internet流量將成倍增加，這意味著作為服務(wù)商的骨干要具有同樣的增長(zhǎng)能力。骨干帶寬的增長(zhǎng)要求線路接口能力更強(qiáng)。

　　Cisco公司積極跟蹤DWDM發(fā)展?fàn)顟B(tài)推出OC192c/STM64接口卡，此卡的出現(xiàn)根本上改變了在高速路由交換機(jī)與DWDM互連時(shí)，在OC192/STM64的速率上，在DWDM與高速路由交換機(jī)間必須加插4端口OC48c/STM16 MUX的被動(dòng)局面，進(jìn)而為電信運(yùn)營(yíng)商又節(jié)省了一筆不必投入的費(fèi)用。

節(jié)點(diǎn)時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延

　　Cisco 在此次方案中提供的Cisco GSR 12000系列路由器GSR 12016、GSR 12012和GSR 12008在滿負(fù)荷時(shí)單節(jié)點(diǎn)最大時(shí)延完全可保證象VoIP這樣的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。這樣不僅在單點(diǎn)節(jié)點(diǎn)上能保證VoIP的業(yè)務(wù)需求，而且在北京電信公眾IP網(wǎng)發(fā)展到一定程度時(shí)，通過合理網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)也可保證在要求之內(nèi)。

可靠性，可用性和服務(wù)能力

　　Cisco GSR 12000系列路由器具有最大的單節(jié)點(diǎn)可靠性，包括電源冗余備份，控制板備份，交換矩陣備份，風(fēng)扇的合理設(shè)計(jì)，APS/MSP保護(hù)切換等功能；整體上，Cisco通過提供 MPLS FRR和 MPLS 流量工程技術(shù)，可以保證通道級(jí)的快速保護(hù)切換 ，從而最大程度的保證了端到端的業(yè)務(wù)可用性。

虛擬專用網(wǎng)

　　虛擬專用網(wǎng)是目前獲得廣泛應(yīng)用，也是目前運(yùn)營(yíng)商獲得利潤(rùn)的一種主要方式。Cisco利用新型的基于標(biāo)準(zhǔn)的MPLS/ VPN來構(gòu)造 Intranet和 Extranet，并可以通過MPLS/VPN技術(shù)提供 Carrier's Carrier服務(wù)。北京電信公眾IP網(wǎng)第一階段建設(shè)中采用的Cisco 設(shè)備完全支持VPN業(yè)務(wù)。

服務(wù)質(zhì)量保證

　　通常的Internet排隊(duì)機(jī)制如:Customer Queue, Priority Queue, CBWFQ, WRR,WRED等技術(shù)不能完全滿足對(duì)時(shí)延敏感業(yè)務(wù)所要求的端到端時(shí)延指標(biāo)。為此，Cisco專門開發(fā)了MDRR/WRED技術(shù)，可以為對(duì)時(shí)延敏感業(yè)務(wù)生成單獨(dú)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，保證時(shí)延要求；同時(shí)還專門對(duì)基于Multicast的應(yīng)用提供了專門的隊(duì)列支持，從而從真正意義上向網(wǎng)上實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用邁進(jìn)一步 。

業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)/運(yùn)行支持系統(tǒng)

　　對(duì)于運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)OSS/BSS系統(tǒng)可以說是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的核心， 也是運(yùn)營(yíng)商獲取利潤(rùn)的基本工具，對(duì)于的運(yùn)營(yíng)商而言，一套完整的OSS/BSS系統(tǒng)是使其成功的關(guān)鍵。

　　Cisco開發(fā)出業(yè)界領(lǐng)先的 OSS/BSS系統(tǒng)，可以智能地將網(wǎng)絡(luò)管理和運(yùn)營(yíng)策略自動(dòng)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)級(jí)運(yùn)行代碼，加速了業(yè)務(wù)實(shí)施周期，減少了資源投入和復(fù)雜的管理，使網(wǎng)絡(luò)向更為智能化的目標(biāo)前進(jìn)了一步。特別是Cisco提供了MPLS/VPN、IP QOS、服務(wù)級(jí)別協(xié)定(SLA)等的運(yùn)營(yíng)、配置、維護(hù)工具和手段，充分滿足了運(yùn)營(yíng)商的要求，降低了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

二、網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)的總體考慮

網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性

　　根據(jù)目前北京互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，近幾年網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量和網(wǎng)上的業(yè)務(wù)在 幾年內(nèi)將成倍增長(zhǎng)。這種業(yè)務(wù)趨勢(shì)要求網(wǎng)絡(luò)具有很好的可擴(kuò)展性，以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求，保護(hù)本次網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資。

　　網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)容性包括：骨干交換節(jié)點(diǎn)設(shè)備的容量擴(kuò)容性，用戶端口的可擴(kuò)容性和中繼帶寬的可擴(kuò)容性。

提供可擴(kuò)展的多種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)

　　隨著傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，以及基于IP的業(yè)務(wù)種類的增加，采用基于IP 的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立支持多種業(yè)務(wù)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)已經(jīng)成為一種經(jīng) 濟(jì)的，高效率的做法。由于IP交換網(wǎng)絡(luò)的交換數(shù)據(jù)單位為變長(zhǎng)的IP包；因此，為能夠 提供多種業(yè)務(wù)及多媒體通信的網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲和抖動(dòng)的要求，網(wǎng)絡(luò)的目前骨干速度應(yīng)在1GB/s 以上，最好能夠支持STM16/OC48c(2.5Gb/s)；同時(shí)在近 年內(nèi)需要達(dá)到能夠支持到 STM64/OC192c (10Gb/s) 的目標(biāo)。

　　不同的業(yè)務(wù)需要不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持；如 VoIP需要網(wǎng)絡(luò)提供可保證 的帶寬和延遲。為確保不同的業(yè)務(wù)得到服務(wù)質(zhì)量保證 (QoS)，網(wǎng)絡(luò)交換設(shè) 備應(yīng)能夠提供 QoS 和 CoS 功能。

　　在 Cisco GSR 12016, GSR 12012 和 GSR 12008上，附有增強(qiáng)的先進(jìn)的 流量管理工程功能，包含QoS和CoS機(jī)制，可以在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中提供服務(wù) 質(zhì)量的區(qū)分，并且方便網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)操作。這些功能包括：

　　Cisco 12000 系列配置的IOS 軟件包含擴(kuò)展的BGP增強(qiáng)功能可適用 大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)；Cisco 12000 系列路由交換機(jī)可同時(shí)控制800 個(gè) 會(huì)話的BGP 連接，可以使得北京電信公眾IP網(wǎng) 具有 Tier 1級(jí)路由控制管理能力。

　　Cisco 提供業(yè)界領(lǐng)先的基于IP的擁塞控制管理技術(shù)，包含RED (Random Early Dection) 和 WRED( Weight Random Early Dection) 。

　　統(tǒng)一的時(shí)序控制機(jī)制如DRR( Deficit Round Robin) 和 Modified DRR 可確保網(wǎng)絡(luò)對(duì)高優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)延遲最小。

　　基于硬件的組播功能 (Multicast)可提供線速的第三層組播功能，可提供基于廣播的多媒體應(yīng)用。

　　Cisco的CEF( Cisco Express Forwarding)交換技術(shù)可使 Cisco 12000 系列支持 Internet骨干路由 。

　　MPLS交換技術(shù)融合了路由和交換的功能，包含流量控制功能，能夠保證用戶提供大規(guī)模的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)服務(wù)。

基于MPLS技術(shù)提供可擴(kuò)展的，安全的，可管理的IP VPN服務(wù)。

電信運(yùn)營(yíng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)可靠性

　　作為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者(Network Carrier)來說，為用戶提供可靠的業(yè)務(wù)是很重要的。 業(yè)務(wù)的可靠性要從多個(gè)方面得以保證，其中網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備，尤其是骨干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件和軟件的可靠性尤為重要。CISCO 的網(wǎng)絡(luò)解決方案，可以提供這樣的高可靠性的保證，并且已經(jīng)在世界上許多大的電信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)上得到證明。主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

　　極高的網(wǎng)絡(luò)可用度：Cisco GSR 系統(tǒng)的關(guān)鍵部件 ---- 處理器，交換矩陣，時(shí)鐘，接口卡，制冷系統(tǒng)和電源均有 硬件冗余， 單一部件的故障不影響網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行；其網(wǎng)絡(luò)可用度超過了 99.999％。Cisco GSR 12000系列產(chǎn)品在很多電信運(yùn)營(yíng)商的用戶中 (如：AT&T, QWest, Sprint 等 )已得到充分的證明。

　　Cisco GSR 12000系統(tǒng)的各個(gè)部件均有熱插拔功能。部件的更換和增加不影響網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。服務(wù)不會(huì)中斷。

　　Cisco GSR 12000系統(tǒng)的交換矩陣提供容錯(cuò)功 能，單個(gè)部件的故障可在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。 不影響網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。服務(wù)不 會(huì)中斷。

　　Cisco GSR 12000系統(tǒng)的POS接口支持APS/MSP功能，可提供高速 可靠的連接的自愈功能。

　　Cisco路由器產(chǎn)品的操作系統(tǒng)IOS目前在全世界所有Cisco的路由器中運(yùn)行，而Cisco的中高端路由器占據(jù)全球市場(chǎng)的80%以上，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了證明。

網(wǎng)絡(luò)開展業(yè)務(wù)的靈活性

　　北京電信公眾IP網(wǎng)絡(luò)定位在新一代的電信網(wǎng)絡(luò)，隨著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的竟?fàn)幵絹碓郊ち�，開始提供各種增值業(yè)務(wù)的服務(wù) ----- 虛擬專網(wǎng)服務(wù) (VPN/VPDN)和用戶專網(wǎng)托管服務(wù)。

　　隨著 Internet的快速成長(zhǎng)和基于Internet的電子商務(wù)等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的基于專線、ATM/FR線路的用戶專網(wǎng)服務(wù)受到了強(qiáng)有力的挑 戰(zhàn)�；贗P網(wǎng)絡(luò)建立用戶獨(dú)立的、安全的用戶專網(wǎng)成為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商新的選 擇。Cisco 提供的基于MPLS交換技術(shù)的MPLS VPN專網(wǎng)服務(wù)使得新一代 電信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商能夠?yàn)橛脩艚踩�、高效的、與Internet 連接緊密的 專網(wǎng)服務(wù)提供不可缺少的手段。

　　Cisco GSR 12000 系列骨干路由器和Cisco7500系列邊緣接入路由器可構(gòu) 造基于MPLS 的IP交換骨干網(wǎng)絡(luò)；可為用戶提供具有QoS保障的MPLS VPN網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

　　這種做法在香港 電信以及北美的業(yè)務(wù)提供商(如：Ameritech)中已經(jīng)得到很好的證明。為了 拓展業(yè)務(wù)范圍，北京電信公眾IP網(wǎng)業(yè)務(wù)也可以采用同樣的做法，利用 Cisco GSR 12000/7500 系列提供核心業(yè)務(wù)的同時(shí)，也可為用戶提供CPE前端 設(shè)備，從而真正做到端到端的業(yè)務(wù)提供。

三、北京電信公眾IP網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)

北京電信公眾IP網(wǎng)骨干網(wǎng)的設(shè)計(jì)

　　根據(jù)北京電信公眾IP網(wǎng)建設(shè)工程規(guī)范書的要求，本期骨干網(wǎng)總帶寬為314Gb/s，骨干節(jié)點(diǎn)設(shè)備的吞吐量大于35Gb/s，骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間以2.5Gb/s速率傳輸。

　　Cisco GSR 12016太比特系統(tǒng)，具備從80G到5Tb/s的交換能力接口速率可達(dá)10Gb/s，IP包的轉(zhuǎn)發(fā)能力可達(dá)320Mpps，具有強(qiáng)大的路由能力，QoS能力，流量管理能力，IP VPN的能力，是下一代Internet 網(wǎng)絡(luò)的重要的支撐平臺(tái)。所以，本方案的骨干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備采用Cisco GSR 12016路由器，以2.5Gb/s相連。

專線接入子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

　　專線接入子網(wǎng)的主要功能為提供傳統(tǒng)專線接入IP網(wǎng)的端口，包括DDN專線接入業(yè)務(wù)、FR專線接入業(yè)務(wù)、ATM專線接入業(yè)務(wù)、PDH/SDH專線接入業(yè)務(wù)等IP端口，接入端口速率有155Mb/s、2Mb/s、Nx64Kb/s等。

　　連接方式：每個(gè)專線接入點(diǎn)采用一定的方式雙路由上連到兩個(gè)骨干層節(jié)點(diǎn)，每個(gè)專線接入節(jié)點(diǎn)設(shè)備的容量大于10Gb/s。

　　專線接入可以分成155Mb/s高速接入和2Mb/s、Nx64Kb/s低速接入兩種。使用Cisco GSR 12008和Cisco 7513作為專線接入的平臺(tái)。

　　專線接入子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括每個(gè)接入節(jié)點(diǎn)與骨干節(jié)點(diǎn)的互連，以及接入節(jié)點(diǎn)內(nèi)的互連。由于骨干節(jié)點(diǎn)采用的是以吉比特路由器通過2.5Gbps的POS接口相連，考慮各專線接入節(jié)點(diǎn)和相鄰骨干節(jié)點(diǎn)的連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，專線接入子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)通過兩條622M(根據(jù)電路的具體情況而定)的POS接口與骨干互連，接入節(jié)點(diǎn)內(nèi)的路由器之間采用千兆以太網(wǎng)絡(luò)相連。

　　每個(gè)專線接入節(jié)點(diǎn)根據(jù)配置要求放置一臺(tái)GSR 12008，一臺(tái)或兩臺(tái)Cisco 7513，GSR 12008提供155M專線的連接，Cisco 7513提供 2M, Nx64K的專線接入，由于該節(jié)點(diǎn)的路由設(shè)備只用于提供本地的專線匯接，之間并不互訪，故本節(jié)點(diǎn)以GSR 12008為中心，Cisco 7513通過千兆以太網(wǎng)與GSR 12008互連，GSR 12008通過兩條622M的POS端口分別與兩個(gè)相鄰的骨干層節(jié)點(diǎn)連接。

　　GSR 12008和7513均可提供MPLS VPN邊緣標(biāo)記交換功能(PE Router),可為用戶提供MPLS VPN服務(wù)。

　　配置一臺(tái)高性能的10M/100M/1000M局域網(wǎng)交換機(jī)Catalyst 6509，用于提供10M/100M的以太網(wǎng)專線給用戶。通過千兆以太口直接與專線接入設(shè)備Cisco GSR 12008相連。其第二層、第三層交換能力可達(dá)15Mpps，支持10M/100M電接口，光接口和千兆以太網(wǎng)的光接口，特別強(qiáng)調(diào)的是Catalyst 6509交換機(jī)具有強(qiáng)大的QoS功能，可以對(duì)每個(gè)端口進(jìn)行速率控制(CAR)，有專門的硬件來支持Multicast，能夠做到線速。這些特性對(duì)開展10M/100M專線租借服務(wù)提供強(qiáng)大的保證。

網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

　　Cisco Systems公司作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主要供應(yīng)商之一，為用戶提供基于Cisco Systems的全線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一系列管理軟件 。也正因如此，我們可以充分利用Cisco Systems網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的各類豐富特性，實(shí)現(xiàn)許多網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)做不到的工作，比如設(shè)備面板監(jiān)控、配置管理、設(shè)備軟件升級(jí)管理、QoS服務(wù)質(zhì)量管理、安全管理、規(guī)劃管理等，以及許多現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中必備的技術(shù)的管理，如VLAN管理、ATM管理、訪問控制管理等。

　　在北京電信公眾IP網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目中，Cisco公司的設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理采用帶內(nèi)管理方式。根據(jù)全網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)和各區(qū)域網(wǎng)管系統(tǒng)所管理對(duì)象的不同，建議全網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)(包括主用、備用和監(jiān)測(cè))采用Ciscoworks2000 RWAN解決方案，各區(qū)域網(wǎng)管系統(tǒng)采用Ciscoworks2000 Campus解決方案，Ciscoworks2000 Campus 偏重于局域網(wǎng)的管理，但也可用于管理路由器。Ciscoworks2000 RWAN包含essential3.0, IPM, ACL manager, Ciscoview, Ciscoworks2000 server, 具有較強(qiáng)的配置管理能力和性能管理能力，適合于作全網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)。全網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)建立在UNIX平臺(tái)上，最好采用SUN SOLARIS2.6。各區(qū)域網(wǎng)管系統(tǒng)可以采用Microsoft NT平臺(tái)，以降低硬件投資。

北京電信公眾IP網(wǎng)絡(luò)的IGP路由策略

（1）、IGP路由策略

北京電信公眾IP網(wǎng)骨干網(wǎng)IGP 采用OSPF協(xié)議。

　　將骨干路由器GSR 120xx的互連端口都劃入backbone area 即area 0，每個(gè)骨干路由器均為Area Border Router，負(fù)責(zé)area間的路由，并進(jìn)行必要的路由總結(jié)(summary)。注意：路由總結(jié)必須建立在合理劃分IP地址的基礎(chǔ)上。

　　OSPF域分為backbone area和非backbone area，所有非backbone area都直接連到backbone area 上，避免virtual link。

　　為使網(wǎng)絡(luò)中的area數(shù)目適當(dāng)，將相鄰的兩個(gè)POP點(diǎn)的路由器劃分在一個(gè)area中，area間的路由作summary。

　　與用戶路由器之間的路由策略采取下列方式：用戶端路由器采用默認(rèn)路由，骨干網(wǎng)端采用靜態(tài)路由。如果需要，也可采用EBGP與用戶連接。

（2）、骨干網(wǎng)BGP結(jié)構(gòu)

a.將本網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)AS，將兩個(gè)相鄰POP點(diǎn)和與之相連的骨干點(diǎn)作為一個(gè)cluster，全網(wǎng)共劃分4個(gè)cluster，每個(gè)cluster中的兩個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)路由器作為 Route Reflector(RR)，互作備份。所有的RR構(gòu)成全網(wǎng)狀的IBGP的Peer，即RR之間FULLY MESH。

b. 專線用戶的連接，用戶端配置Default路由，本網(wǎng)專線路由器配置靜態(tài)路由，用戶路由通過IBGP在全網(wǎng)傳遞。

c.在骨干節(jié)點(diǎn)通過EBGP和163網(wǎng)互連。與163的連接采用雙路由器和雙LINK，以實(shí)現(xiàn)備份和冗余。這兩個(gè)路由器之間應(yīng)有直接的物理鏈路，便于LOCAL PREFERENCE等路由策略的實(shí)施。

d.BGP的路由不注入到IGP中。

e.POP內(nèi)除RR外的所有路由器都是RR的CLIENT。

(3)、IP地址分配原則

　　專線子網(wǎng)中專線用戶的IP地址由本網(wǎng)統(tǒng)一分配，每個(gè)AREA的地址盡量連續(xù)整齊，便于作summary。

分配地址塊時(shí)遵循從大到小的原則

所有路由器的LOOPBACK地址可采用一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)段，并使用32位掩碼。

對(duì)于不運(yùn)行任何動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的WAN端口可以采用IP UNNUMBERED，以節(jié)省IP地址。

(4)、網(wǎng)絡(luò)的流量工程

　　目前采用MPLS流量工程技術(shù)來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用越來越多，比較具有代表性的包括Digex、UUNET、Frontier、 GlobalCenter 等。

　　網(wǎng)絡(luò)的流量工程要達(dá)到的目的有兩個(gè) ---- 充分利用網(wǎng)絡(luò)的帶寬 、提供高速鏈路保護(hù) 。

　　由于MPLS技術(shù)已經(jīng)初步成熟并進(jìn)入實(shí)用階段，但由于技術(shù)的先進(jìn)性，各網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商不同程度上處于經(jīng)驗(yàn)積累和網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)優(yōu)化過程中，因而在采用 MPLS技術(shù)時(shí)可采用逐步實(shí)施的方式。