现代骨干网技术说课讲解

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1、现代骨干网技术Modern backbone network technology,魏赟,第一章 广域网基础,广域网基础知识 专线 x.25 Dv=c; ,2.7 分布式路由计算,分布式路由计算（distributed route computation）由每个包交换机计算本地路由表，然后通过网络把结果发送给相邻的路由器 每个路由器都周期性地向其相邻的交换机发送路由信息,2.8 矢量距离路由,分布式路由计算中最著名的是距离矢量（distance-vector）算法 从一个路由器发到另一路由器的信息包含一对目标和到目标距离的值,路由器周期性地通过网络向邻机发送路由信息，每条信息包括（目的地，距离

2、）值对。当信息经过从邻机N到到路由器时，路由器就检查信息中的每一项，如果邻机到某目的地有比原来更短的路径，新更新路由表。,算法,给定：本地路由表，每条连接邻机的边的权值，发来的路由信息 计算：更新的路由表 方法：,为路由表中每项设置距离栏 初始化目的地就是本路由器的项，其下一站值不用，距离为0； 永久循环 等待从邻机发来的下一条路由信息； 置发送者为路由器N； 对信息中的每一项 V=目的地，D=距离 C=D+信息所来自的边的权值； 检查并更新本地路由表： If (无路由到V) 向本地路由表中加入目的地为V的项，其下一站为N，距离为C； else if (已存在下一站为N的路由) 用C来替换表中

3、的距离值； else if(存在距离大于C的路由) 更新下一站为N，距离为C； ,2.9 链接状态路由,Link-state routing or link-status routing,最短路径优先（Shortest Path First） 路由器发送的包只携带两个路由器之间的链接状态信息，并广播给网络中所有的路由器。每个路由器收集这些信息，并用它们建立网络图，然后用Dijkstra算法创建以自己为源点的路由表,第三章 MPLS概述,开发MPLS技术的目的是为了在因特网路由器中快速有关键所在的实现分组转发。 MPLS的成功之处在于它在无连接的IP网络中引入面向连接的机制，通过采用一个短的、固

4、定长度的称为“标签”的标识符，利用标签交换机制转发分组。 核心思想：边缘的路由、核心的交换,3.1 MPLS发展过程,运营商核心网络的演进 第三层交换 MPLS大事记,运营商核心网络的演进,以路由器为核心的网络 IP重叠的网络 以大规模交换路由器为核心的网络,第三层交换,ATM论坛MPOA（Multi-Protocol Over ATM） Ipsilon的IP交换 Cisco的TAG Switching标记交换 IBM的ARIS（Aggregate Route-Base IP Switching） 朗讯的IP Navigator-IP导航 北电网络的VNS-虚拟网络交换,MPLS大事记,199

5、6年Ipsilon公司推出IP交换技术，不久，cisco公司就宣布了其标记交换技术 1996年10月召开了一个“BOF”会议。紧接着，草拟筹备工作组章程的工作开始了。1997年初，终于有一个能被IETF接受的章程，工作组的第一次会议在1997年4月召开。 多协作标记交换工作组：为了标记交换的基本技术标准化和在不同的链路层（FR、ATM以及局域网技术）上完成标记交换方面的工作，包括标记的封装、两台路由器之间的标记分配以及组播等内容。,MPLS大事记,2001年1月，MPLS工作组提交并通过了8个RFC提案，基本完成了工作组最初的目标。 2001年2月，MPLS-TE MIB库为进一步的标准化做好

6、准备 2001年3月，完成了在标记交换路径上的IP组播框架，为进一步的研究做好准备。 2001年6月，完成了LDP的故障容错机制，等待标准化 2001年8月，MPLS的故障恢复机制规范完成，进入深入研究。 2001年12月，LDP端到端的标记交换路径认证规范完成。,3.2 为什么需要MPLS,MPLS可以为运营商或大企业带来好处： 功能上的独立性：只简单执行转发功能，无须检查包的全内容 性能的优化：简化了IP路由的操作，高效地利用了网络的资源 资源的控制：可能实现流量工程自动化 网络的演进：正在演进到一个强大的骨干网络中 支持面向连接的QoS保证，解决了传统IP骨干网络的服务质量保证的问题。

7、可以提供IP VPN业务 简化IPv6实施,3.3 什么是MPLS,MPLS技术是将第二层交换和第三层路由结合起来的一种L2/L3集成数据传输技术 多协议： MPLS不但可以支持多种网络层层面上的协议，还同时可以兼容第二层上的多种链路层技术 MPLS通过在每个结点的标签交换来实现包的转发 MPLS允许不改变现在的路由协议,标记交换路径,标准的标记交换的内容,IETF的众多草案大致可以分为几个部分： 框架和结构：主要定义MPLS所涉及的范围，部件以及相互之间的联系 封装（Encapsulations）：定义在数据层面用来转发判断的包封装格式 信令（Signaling）协议:负责如何分配标记，以建

8、立标记交换路径（LSP） 流量设计（Traffic Engineering）：描述如何设计流量管理,3.4 MPLS的术语及基本概念,LDP（Label Distribution Protocol），标记分配协议。根据数据流的要求，负责在标记交换器路由器之间分发标记的协议。 LSP（Label Switched Path），标记交换路径。 FEC（Forwarding Equivalence Class），转发对等级别/转发等价类 LSR（Label Switching Router），标记交换路由器。 LER（Label Edge Router），边缘标记路由器。,3.5 MPLS是怎样工作

9、的,MPLS是一种特殊的转发机制，它为进入网中的IP数据包分配标签，并通过对标签的交换来实现IP数据包的转发。标签作为IP包头在网络中的替代品而存在，在网络内部MPLS在数据包所经过的路径沿途通过交换标签来实现转发；当数据包要退出MPLS网络时，数据包被解开封装，继续按照IP包的路由方式到达目的地。,MPLS基本元素,3.5.1网络的边缘行为,当IP数据包到达一个LER时，LER分析IP包头的信息，并且按照它的目的地址和业务等级加以区分。 在LSR上，MPLS使用了转发等价类（FEC）来将输入的数据流映射到一条LSP上去。 对于每一个FEC，LER都建立一个独立的LSP穿过网络，到达目的地。

10、转发数据包时，LER检查标签信息库中的FEC，然后将数据包用LSP的标签封装，从标签信息库所规定的下一个接口发送出去。,3.5.2 网络的核心行为,当一个带在标签的包到达LSR的时候，LSR提取了入局标签，同时以它作为索引在标签信息库中查找。当LSR找到它的相关信息后，取出出局标签，并由出局标签替代入局标签，从标签信息库所描述的下一跳接口送出数据包。最后，数据包到达了MPLS域的另外一端，在这一点，LER剥去封装的标签，仍然按照IP包的路由方式将数据包继续传送到目的地。,3.5.3 如何建立标记交换路径,逐跳（Hop-by-Hop）路由：允许各节点独立为每个FEC选择下一跳。 显式路由：各LS

11、R不能单独选取下一跳，选路是在网络管理策略的规定下进行。当入口或出口指定整条LSP所需经过的每个节点时，称之为严格显示路由；如果只指定了部分节点，称之为松散显示路由。,逐跳（Hop-by-Hop）路由,一个Hop-by-Hop的LSP是所有从源站点到一个特定目的站点的IP树的一部分。 数据包头在整条路径上从始至终都没有被检查 在每一个结点，MPLS生成的树是通过一级一级为下一跳分配标签，并与它们的对等层交换标签而生成的。,显式路由（ER-LSP）,ER-LSP从源端到目的端建立一条直线的端到端的路径。 MPLS将显式路由嵌入到限制路由的标签分配协议的信息中，从而建立这条路径。,ER-LSP的建

12、立过程,逐跳式路由与显示路由比较,3.6 MPLS的应用,利用MPLS实现流量工程 如何使用MPLS来实现VPN 如何利用MPLS实现端到端的QoS 利用MPLS实现光层的智能化交换 利用MPLS实现以太网的快速恢复,第4章 MPLS体系结构,MPLS的数据平面 标记的控制平面,MPLS协议参考模型,4.1 MPLS的数据平面,标记交换路由器和标记 标记的封装,4.1.1标记交换路由器和标记,标记：是一个简短的，具有固定长度和本地意义的标识符，用以标识一个转发等价类(FEC)。只是在逻辑相邻的上下游标签交换路由器之间有意义。上游路由器的输出标签就是下游路由器的输入标签。,上游(Upstream

13、)标记交换路由器和下游(DownStream)标记交换路由器,假设Ru和Rd均为标记交换路由器(LSR),且Rd为Ru的下一跳,FEC F是一个转发等价类数据包 如果Ru传送到Rd的分组, Ru和Rd都同意将标记L绑定到FEC F上,则Ru为上游LSR,Rd为下游LSR 绑定仅仅意味着将分组从上游结点传送至下游结点时,用特定的标记绑定特定的FEC,并不意味着该FEC中的分组一定要从两点间通过,标记栈(Label Stack),为了增强MPLS的可扩展性和灵活性,IETF提出,标记可以堆栈,以适应可能的复杂网络环境的需要 MPLS允许一系列按照“后进先出”原则组织起来的标记,这种结构就叫做“标记

14、栈”,从栈顶开始处理标记 如果有一个分组的标记栈深度为m,则将位于栈底的标记作为第一级标记,在栈顶的标记为m级标记，未打标记的分组可以看成是空标记栈（标记栈深度为零）的分组。,4.1.2 标记的封装,多协议标记交换将第三层的数据包通过一套规程转化成简单灵活的“标记数据包”。这套规程即要考虑底层链路的特点，同时又要考虑如何传递第三层数据包的信息，如TTL（分组存活时间）、QoS（服务质量保证）等。这套规程就是“标记的封装”或者叫“标记的编码” 封装：在链路层与网络层分组头之间使用一种“垫层”封装，该封装将置于网络层包头之前，独立于网络层协议。,标记栈通用封装,栈底（S）：该位置为1，表示相应的标

15、记是标记栈中的最后一个条目（栈底）；0表示除栈底标记之外的其他标记 生存期（TTL）：8bit，用于生存时间值的编码 试验使用（EXP）：3bit，保留给试验使用 标记值（Label Value）：20bit，包含标记的实际值,Label Exp S TTL,MPLS标记封装格式,IP包头|负载,夹层标记,标记,VPI,VCI,DLCI,夹层标记,媒质,ATM,FR,Ethernet,Optical,PPP,标记栈,ATM的标记封装,在基于ATM交换机的标记交换路由器中，可以利用ATM包头中的VPI/VCI字段作为MPLS标记。 主要有三种方式： SVC封装：使用VPI/VCI字段来构成栈顶标

16、记的封装 VP封装：两台标记交换路由器LSR之间通过ATM的VP（虚通路）来连接。这时，VPI就不能为MPLS使用，而只能将标记全部编码置入ATM信元头VCI中。 SVP多点封装：使用VPI字段来构成栈顶标记的封装，同时使用VCI字段的一部分来构成标记栈中的下一层标记的封装，使用VCI字段的剩余部分来标记LSP的入口结点。,除了用ATM的虚电路标识来构成顶层标记之外，仍然沿用通用的标记栈封装，作为MPLS标记栈其他级别的标记：,栈中更深层次的字段被编码为标记栈的通用封装“夹层标记” 栈的最底层必须至少有一个“明显为空”的标记作为标识。标识栈的栈底指示“S”应该置为“1”,4.2 标记的控制平面,转发等价类 标记分发协议 标记的分配和分发 路由的选择 环和TTL 标记的分发 标记的合并,4.2.1 转发等价类,Forwarding Equivalence Class,FEC MPLS最基本的功能就是将数据流汇聚成转发等价类FEC.在FEC中的流量沿着标记交换路径LSP贯穿整个MPLS域. 一个FEC可以是任何一组“转