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1、多协议标记交换 MPLS 南邮通信工程系叶玲 多协议标记交换 MPLS MPLS简介MPLS网络结构MPLS工作过程MPLS体系结构MPLS的流控和QoSMPLS的应用MPLS的软件结构 MPLS是什么 MPLS 多协议标签交换MPLS是采用集成模型 将第三层IP技术与第二层的硬件交换技术结合在一起 并且使用一个定长的标签作为分组在MPLS网络中传输时所需处理的唯一标志 MPLS并不是一种业务或者应用 而是一种将标签交换转发和网络层路由技术集于一身的标准化的路由与交换技术平台 兼具了IP的灵活性 可扩展性与ATM等硬件交换技术的高速性能 QOS性能 流量控制性能 2 MPLS的MP和LS MP
2、LS的多协议即指其向上可支持IPv4 IPV6 IPX Appletalk 向下支持X 25 FR ATM PPP Eth SDH DWDM MPLS协议栈 2 5层技术MPLS的标签交换是指所交换的内容是标签 其实质是IP包在核心路由之间交换标签 而在边缘路由器和普通路由器之间交换IP包 MPLS 是属于第三层交换的技术 它独立于链路层 在内部引入基于标记的机制并建立面向连接的 而不是与连接无关的 技术 从而提高分组的转发效率和路由器的性能价格比 中 属于同一个通信进程的不同分组都被映射成为同一个数据流 称转发等价类 并为不同的流加上不同的标记 标记是一种本地有效的 具有固定长度 位 的数值
3、 它具有更为丰富的层次概念 采用了堆栈 的数据结构对标记进行管理 先进后出 MPLS的应用价值 MPLSMultiprotocolLabelSwitch多协议标签交换就是在这种背景下产生的一种技术它吸收了ATMVPI VCI交换一些思想无缝地集成了IP路由技术的灵活性和2层交换的简捷性 在面向无连接的IP网络中增加了MPLS这种面向连接的属性通过采用MPLS建立 虚连接 的方法为IP网增加了一些管理和运营的手段 随着网络技术的迅速发展MPLS应用也逐步转向MPLS流量工程和MPLSVPN等 在IP网中MPLS流量工程技术成为一种主要的管理网络流量减少拥塞一定程度上保证IP网络的QoS的重要工具
4、 在解决企业互连提供各种新业务方面MPLSVPN也越来越被运营商看好成为在IP网络运营商提供增值业务的重要手段 MPLS概念图示 LSR LER LSR LER MPLS IPPacket IPPacketwithlabel 第三层路由 第三层路由 第二层交换 IPOA技术及其发展 IPOA是ATM和IP发展的必然IP的发展方向是使用硬件交换来提高服务质量 ATM的发展方向是提高其应用的灵活性 简化设备IPOA的发展历程 CIPOA RFC1577经典IPOA LANE 局域网仿真 MPOA ATM上的多协议传输 IPSwitching CSR 信元交换路由器技术 ARIS 集成IP交换技术
5、TagSwitching 标签交换技术 MPLS 多协议标签交换技术 IPOA技术的两种模型 重叠模型 基于ATM地址的ATM路由协议和信令协议对IP分组进行路由选择与转发 如CIPOA MPOA LANE等 集成模型 使用非ATM路由协议和信令协议对IP分组进行路由选择与转发 如IPSwitching TagSwitching MPLS等 MPLS所涉及的重要概念 边缘路由器 LER 和核心路由器 LSR 转发等价类 FEC 标记栈 LableStack 标记交换路径 LSP 上游LSR和下游LSR标记信息库 LIB 标记分发协议 LDP 标记分发对等实体 LDPpeers 标记合并 mer
6、ge TLV TypeLengthValue MPLS协议中的主要可选项 标记交换发起方式 数据驱动和控制驱动环路控制方式 环路减轻 环路防止标记映射分发方式 上游标记分发 下游标记分发标记分发控制方式 独立 有序标记分发协议类型 独立 附加LSP保持方式 软 硬状态 MPLS技术的宗旨 为了综合利用网络核心的交换技术和网络边缘IP技术各自的优点 MPLS的宗旨是要集成标签切换转发的高性能和网络层路由的灵活性和可扩展性 MPLS并不是一种业务或应用 而是一种将标签交换转发和网络层路由技术集于一身的标准化的路由与交换技术平台 MPLS将帮助运营商提供更好的IP服务 MPLS将会带来更多的带宽控制
7、 吞吐量保证和虚拟专用网功能性 MPLS的优势 MPLS在网络中的分组转发是基于定长标签 20个bit 由此简化了转发机制 使得转发路由器容量很容易扩展到太比特级 充分采用原有的IP路由 在此基础上加以改进 保证了MPLS网络路由具有灵活性的特点 可以采用ATM的高效传输交换方式 抛弃复杂的ATM信令 无缝地将IP技术的优点融合到ATM的高效硬件转发中 MPLS网络的数据传输和路由计算分开 是一种面向连接的传输技术 能够提供有效的QoS保证 MPLS不但支持多种网络层技术 而且可以同时支持X 25 FR ATM PPP SDH DWDM等 保证了多种网络的互连互通 MPLS支持大规模层次化的网
8、络拓扑结构 具有良好的网络扩展性 MPLS的优势 MPLS的标签合并机制支持不同数据流的合并传输 MPLS支持流量工程 CoS Qos和大规模的虚拟专用网 在MPLS网中可以直接使用显式路由 这使得流量工程的应用变得简单 MPLS能够以逐跳路由方式或显式路由的方式提供面向连接的业务 此使得MPLS适用于动态隧道技术 并保证数据传输的QoS需求 MPLS技术进一步促进了网络功能的划分 它将复杂的事物处理推到网络的边缘去完成 核心网只负责完成传送功能 此有利于在一个大的网络中维护IP协议的扩展性 MPLS的标准化进程十分迅速 这是它能迅速普及成功的关键 与ATM相比 MPLS标准能更快地被接受是因
9、为它是以软件为主 运行在各种不同的网络上 而ATM网则需要极大的软 硬件投资 MPLS所存在的问题 由于MPLS要支持多协议 另外在MPLS标准的制定过程中 其控制协议也还面临着对LDP与RSVP两种方式的取舍问题 这些问题若解决不好 将带来复杂的互联互通问题 在出现合适的用户终端设备以前 真正的端到端的QoS支持尚难以实现 目前只能支持Diff serv的CoS业务 VC merge还有待进一步研究 解决其带来的信元交织问题将消耗更多的缓冲资源 这将不可避免地带来对现有ATM设备的硬件升级投资 当MPLS应用于ATM交换机时 由于ATM交换机VC VP数量的限制 目前只能支持两级标记栈 该问
10、题正在研究中 MPLSRFCs 1 rfc3031 MPLSArchitecture rfc3034 UseofLabelSwitchingonFrameRelayNetworksSpecification rfc3035 MPLSusingLDPandATMVCSwitching rfc3063 MPLSLoopPreventionMechanism rfc3353 OverviewofIPMulticastinaMulti ProtocolLabelSwitching MPLS Environment MPLSRFCs 2 rfc3429 Assignmentofthe OAMAlertL
11、abel forMultiprotocolLabelSwitchingArchitecture MPLS OperationandMaintenance OAM Functions rfc3443 TimeToLive TTL ProcessinginMulti ProtocolLabelSwitching MPLS Networks MPLS的标记封装 第二层封装 链路层技术 MPLS封装 第三层封装 ATM VCI VPI FR DLCI PPP Ethernet ShimLable IPPacket MPLS的标签结构 标记 EXP S TTL 0 20 23 24 31 Shim Da
12、ta IP头 MPLS头 二层头 MPLS的包 MPLS包头的位置界于二层和三层之间俗称2 5层 MPLS可以承载的报文通常是IP包 当然也可以改进直接承载以太包ATM的AAL5包甚至ATM信元等 这在MPLSVPN中有详述 可以承载MPLS的二层协议 也可以是PPP 以太网 ATM和帧中继等 MPLS的网络结构 组成MPLS网络的路由器逻辑上可分为边缘路由器LER和LSR核心路由器LER是MPLS网络同其他网络的边缘设备 它提供流量分类和标签的映射 作为Ingress 标签的移除功能 LSR是MPLS网络的核心交换机 它提供标签交换 LabelSwapping 标签分发功能 MPLS的概述
13、MPLS可以看做是一种面向连接的技术 通过MPLS信令或手工配置的方法建立好MPLS标记交换连接 LabelSwitchedPath 简称LSP以后 在标记交换路径的入口把需要通过这个标记交换路径的报文打上MPLS标签 中间路由器在收到MPLS报文以后直接根据MPLS报头的标签进行转发 而不用再通过IP报文头的IP地址查找 在MPLS标记交换路径的出口或倒数第二跳弹出MPLS包头还回原来的IP包 在VPN的时候可能是以太网报文或ATM报文等 MPLS网络结构 MPLS的功能结构 MPLS的操作过程 标记分配协议 利用域内路由协议 等 所建立的路由为相邻的路由器分配标记 从而建立起标记交换路径
14、分组数据进入边缘路由器 并确定分组数据所需的第三层服务 如 带宽管理等 为每一分组数据加上标记并转发 根据收到的分组数据上的标记直接进行转发 并对标记进行处理 包括弹出 替代等 出口处的 去掉分组数据的标记 分析分组数据头 将其转发至最终的目的地 MPLS操作 几种标记分发协议 标准的标记分发协议 LDP IETF LDPdraft ietf mpls ldp 11 txt 02 2001 RSVP信令协议的扩展 IETF draft ietf mpls rsvp lsp tunnel 02 txt 03 1999 基于约束参数的LDP协议 IETF CR LDPdraft ietf mpls
15、 cr ldp 03 txt 03 1999 标记分发协议 LDP 的功能 MPLS的信令与控制协议发布映射传递路由信息建立与维护标记交换路径 LDP的基本规程 发现阶段会话建立与维护标记交换路径建立与维护会话的撤消 LDP的发现机制 基本发现机制 用于发现通过链路层直接相连的LSR 扩展发现机制 用于发现不通过链路层直接相连的LSR 此两种不同发现机制的区别 扩展RSVP对RSVP的改进 在基本RSVP规范的基础上增加许多功能 以支持显式路由的建立和管理 使RSVP的信令过程发生在流量中继的输入和输出点之间 而非主机之间 扩展的RSVP实现一组新的状态集 可应用于一组共享同路径与网络资源的业
16、务流 相对RSVP为每一业务流建立一套状态的方式 节省了网络核心路由器的RSVP信息量 有利于网络的可扩展性 RSVP的转发状态是分布式的 与MPLS标记的分发方式是相同的 扩展RSVP作为一种软状态技术 在其扩展方案中采用了一些扩展技术 提高了可扩展性 时延性能 减低开销 减少信息量 扩展RSVP建立的路由可在一对LSR之间实现多个或多组业务流的资源预留 而非象传统的RSVP 是针对所有的业务流的资源预留扩展RSVP建立的路由将不是面向目的地的路由 而是基于各种约束条件的显式路由 CR LDP的简介 CR LDP采用的是显式路由来支持QoS 在建立过程中明确地指定LSP所经过的全部或部分节点 为不同的LSP制定不同的优先级 路由的选择将受到各种业务要求的限制 而非BestEffort式的路由 可以通过TLV与消息的扩展来实现一些性能 CR LDP可以实现的性能 严格路由与松散路由业务量QoS参数支持能力路由锁定 Pinning 能力通过建立与保持优先级机制 提供CR LSP的替代能力差错处理能力标记交换路径标记 LSP ID 资源分级 CR LDP与扩展RSVP的比较 RSVP只能使
