程控与交换技术第08章

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1、第八章 MPLS交换技术8.1 8.1 MPLSMPLS总体介绍总体介绍8.2 8.2 标记分发协议（标记分发协议（LDPLDP）8.3 8.3 标记交换路径（标记交换路径（LSPLSP）8.1 MPLS总体介绍 MPLS是一种交换和路由的综合体， 它将网络层路由和链路层交换融合在了一 起，以十分简洁的方式完成信息的传送。 8.1.1 MPLS技术发展动 力 1MPLS简化了分组转发 机制 MPLS标记交换分组转发是基于定长 短标记的完全匹配，而不是像路由器那样 需要运行最长匹配算法。2MPLS实现了有效的显式路 由功能 显式路由技术是一种很有效的骨干网 路由技术，它是指网络中某个LSR（通常

2、 是标记交换路径的入口节点或出口节点） 规定好LSP中的部分或全部的LSR，而不 是每个LSR自己独立决定下一跳的选择。 3MPLS有利于实现流量 工程 Internet的迅速发展以及各种业务对 带宽需求的增加，使流量工程显得特别重 要。4MPLS支持QoS选路 QoS选路是指对特定的数据流，按其QoS要 求来为它选择路由的方法。 （1）在有些情况下，要求为指定的每个数 据流都保留一定的带宽。 （2）考虑为一个指定带宽的数据流寻找路 由的情况，路由选择将受所需带宽的限制。 （3）对QoS路由计算来说，由于各种原因 ，有时候路由器用于计算的信息可能有些过时。5从IP分组到转发等价类 的映射 从I

3、P分组到服务等级的映射可能需要 知道发送IP分组的用户，从而才可能根据 源地址、目的地址、输入接口或其他特征 实现分组过滤，但某些信息只能在网络入 口节点才能获得。6MPLS支持多网络功能 划分 MPLS引入了标记粒度的概念，使其 能分层地将处理功能划分给不同的网络单 元，让靠近用户的网络边缘节点承担更多 的工作；与此同时，核心网络则尽可能地 简单，例如，只处理纯标记转发。 7MPLS实现了用户不同 服务级别要求的单一转发规范 8MPLS提高了网络扩展 性8.1.2 MPLS网络体系结 构MPLS网络体系结构描述了实现标记 交换的机制，这种技术兼有基于第二层交 换的分组转发技术和第三层路由技术

4、的优 点。 一、基本体系结构 MPLS体系结构被分为两个独立的组 件：转发组件（也叫数据层面）和控制组 件（也叫控制层面）。1控制层面 每个MPLS节点都必须运行一种或多 种IP路由协议（或依赖静态路由技术）， 以便与网络中的其他MPLS节点交换IP路 由信息。 2数据层面 （1）标记转发 标记转发信息表（TFIB）是转发层面 数据库，用于转发通过MPLS网络被标记 的分组。当一个携带标记的分组被标记交换机 接收到时，该交换机用这个标记作为其标 记转发信息表（TFIB）的指针，若该交换 机在TFIB中找到一个输入标记等于分组携 带标记的条目，用条目中的输出标记替换 分组中的标记，并将分组转发到

5、输出标记 中指示的输出接口。MPLS是在标记（Tag）交换的基础 上发展起来的。MPLS的实质是将路由器 移到网络的边缘，将快速、简单的交换机 置于网络中心。对一个连接请求实现一次 路由选择，多次交换。其主要目的是将标 记交换转发数据报的基本技术与网络层路 由选择有机地集成。（2）标记交换设备 和任何新出现的技术一样，MPLS也引入 了一些新术语，用于描述组成其体系结构的设备 。 边缘-LSR在图8.1的基础上扩展了MPLS节 点体系结构，在数据层面上加入了额外的组件（ IP转发表）。标准的IP转发表是使用IP路由表构 建的，并扩展了标记信息。 ATM-LSR是可以用作LSR的ATM交换机 。

6、二、网络边缘的标记放置 根据前述内容可知，标记加入指的是 在分组进入MPLS域时给它预先设置标记 的操作。这是一种边缘功能。三、MPLS分组转发和标记 交换路径 所有的分组都是通过入口LSR进入 MPLS网络，并通过出口LSR离开MPLS网 络。这种机制创建了标记交换路径（Label Switched Path，LSP），它指的是对于特 定的转发等价类（FEC），标记分组到达 出口LSR必须经过的一组路径。四、其他 MPLS应用 到目前为止，所讨论的MPLS体系结 构使得在一个统一的IP主干（IPATM体 系结构）中可以将传统的路由器和ATM交 换机平滑地集成起来。8.1.3 MPLS工作原理

7、MPLS的出现是源于早期的IP交换， 其目的是将目前的各种IP路由和ATM交换 技术兼容并蓄，以提供一种更具弹性、扩 充性以及效率更高的宽带交换路由器。与 标记交换（Tag Switching）、ATM交换等 技术类似，MPLS引入了标记（Label）的 概念，在MPLS网中数据的传输靠标记引 导。当一个未被标记的分组（IP包、帧中 继或ATM信元）到达MPLS标记边缘路由 器（LER）时，入口 LER根据输入分组头 查找路由表以确定通向目的地的标记交换 路径LSP，把查找到的对应LSP的标记插入 到分组头中，完成端到端IP地址与MPLS 标记的映射。8.1.4 实现MPLS的关键 技术MPL

8、S技术的成功之处在于它在无连 接的IP网络中引入了面向连接的机制，利 用标记交换机制转发分组。其核心思想就 是：边缘的路由、核心的交换。为此， MPLS在实现过程中引入了许多关键的技 术和概念。一、标记及其相关概念 1标记的含义 标记（Tag或Label）是简短的、长度 固定的、具有本地意义的标识符，用以表 征转发等价类（FEC）。 （1）标记长度 从最基本的角度讲，标记可以看作是 分组头的缩写或用户数据流标识的缩写， 是用来作为路由器转发分组的一个判别索 引，在某种程度上与ATM中的VPI/VCI相 似。（2）本地性 标记的语义具有严格的本地（或局部 ）意义，即只在逻辑相邻的节点间有意义 ，

9、上游路由器的输出标记就是下游路由器 的输入标记。 （3）转发等价类 转发等价类（FEC）是一系列具有某 些共性的数据流集合，这些数据在转发的 过程中被LSR以相同的方式进行处理，正 是从转发处理这个角度讲这些数据“等价” 。2相关概念 （1）标记绑定 将一个标记指派给FEC就称之为“标 记绑定”。 （2）标记粒度 在实际应用中，一个FEC可以被映射 到多个标记上，也就是说，转发等价类与 标记的映射关系是一对多的关系。（3）标记堆栈 在MPLS中还有一个重要的概念，就 是“标记堆栈”，它是指一系列有顺序的标 记条目。二、MPLS封装 1MPLS封装的含义 为了将标记与分组一起转发，要求在 转发之

10、前对标记进行适当的编码和封装。 所谓封装，是指对标记或标记堆栈及其用 于标记交换的附加信息进行编码，使之可 以附加在分组上进行传送。2MPLS封装的实现 当采用MPLS专用硬件和软件转发标 记分组时，MPLS在数据链路层与网络层 头间定义了一层“垫片（Shim）”来实现标 记编码与封装。 MPLS封装主要包括标记、存活时间 域（Time to Live，TTL）、服务类型（ Class of Service，CoS）、标记堆栈指示、 下一个MPLS封装类型指示、校验和等内 容。三、标记交换路由器（ LSR）与标记边缘交换路由器（LER）标记交换路由器（LSR）是MPLS网络中的基本单元，其结构

11、如图8.10所示，包括控制单元和转发单元两部分。标记交换路由器（LSR）主要运行 MPLS控制协议和第三层路由协议，从图 8.10中可以看到，LSR中包含了一个路由 协议处理单元，该单元可以使用任何一种 现有的路由协议（如OSPF，BGP等），其 工作就是生成路由表。 标记交换路由器（LSR）要完成路由 器的路由控制功能和标记管理维护功能。四、标记分发协议（LDP ） 标记分发协议（LDP）是控制标记交 换路由器之间交换标记与FEC绑定信息， 协调LSR间工作的一系列规程。 五、标记交换路径（LSP ） 标记交换路径（LSP）是指在某逻辑 层上由多个LSR组成的交换式分组传输通 路。8.2 标

12、记分发协议（LDP）8.2.1 LDP及其消息一、关于LDP的基本解释 标记分发协议（LDP）是在MPLS网 络中定义的、专门用于标记交换路由器（ LSR）之间相互通知，以便建立和维护标 记交换路径，并在LSR之间转发业务所用 的标记语义的一系列处理程序。二、LDP对等层及LDP交 换消息 使用LDP进行交换标记和流映射信息 处理的逻辑相邻的LSR称为LDP对等体。 （1）发现（Discovery）消息：用于 通告和维护网络中标记交换路由器（LSR ）的存在。 （2）会话（Session）消息：用于建 立、维护和终止LDP对等实体之间的会话 连接。（3）通告（Advertisement）消息：

13、 用于创建、改变和删除FEC-标记绑定。 （4）通知（Notification）消息：用 于提供建议性的消息和差错通知。 三、LDP消息结构 所有的LDP消息都采用类型-长度-值 （Type-Length-Value，TLV）的分组结构 编码方案，而TLV编码对象的值字段又可 以包含一个或多个TLV或是TLV的嵌套结 构。8.2.2 LDP操作一、转发等价类（FEC）分组到标记交换路径（LSP）的映射主要是通过LSP与FEC之间的绑定来实现的。二、标记空间、LDP标识 、会话与传输 1标记空间 标记空间是指一系列标记的集合。标 记空间的概念对于讨论标记赋值与分发十 分有用。标记分配和标记分发就

14、是在标记 空间中选择尚未使用的标记并向提出标记 请求的对等体分发此标记。2LDP标识 一个LDP标识有6字节长，它用于确 定LSR标记空间。其前4字节表示LSR的IP 地址，后2字节指定LSR中的特定标记空间 。 3LDP会话（LDP session ） LDP会话用于不同LSR间进行标记信 息交换。当一个LSR用LDP广播多个标记 空间给另一个LSR时，它为每一个标记空 间使用分离的LDP会话。4LDP传输 LDP会话传输采用可靠的TCP连接进 行。 5非相邻LSR间的LDP会 话 如果一个标记交换路由器A（记为 LSRa），根据一些业务工程匹配准则，要 通过一条LSP给一个不与它直接相连的

15、标 记交换路由器B（记为LSRb）发送业务， 那么在LSRa与LSRb之间的会话就称为非 相邻LSR间的LDP会话。三、LDP对等层的侦测LDP对等层侦测是指LSR通过周期性 地发送一些消息来发现其可能的LDP对等 体，而且不再需要静态配置LSR标记交换。目前有基本和扩展两种侦测机理。基本的侦测是用于找出与本LSR在链 路层上直接相连的LSR。扩展的侦测与基本的侦测相比，它有 两方面的不同。 （1）目标问候消息是发往特定的IP地 址，而不是与某一输出接口相连的所有具 有相同组播地址的路由器组。 （2）扩展侦测目标问候消息的发送是 非对称的。四、LDP会话的建立与维 护 两个LSR间通过交换LD

16、P侦测问候消 息来触发LDP会话的建立，这个过程包括 传输连接的建立和会话初始化两个步骤。 1传输连接的建立 2会话初始化 LSR1和LSR2建立传输连接后，它们 将通过LDP初始化消息交换来协商会话参 数。（1）第一种情况，LSR1是 被动者 （2）第二种情况，LSR1是 主动者 五、会话初始化的状态机 描述 用状态机的办法来描述会话初始化的 状态转移显得更为直观。通常定义LDP状 态机有5个可能的状态及相应的状态行为。 当一对LSR通过共享同一标记空间的 多条链路相连时，它们的LDP层会话就会 有多个问候邻接（Hello adjacency）。六、标记分发与管理 LSR的每一接口都需要配置好标记的 分发模式，并在会话初始化期间交换分发 模式信息。 1标记分发控制模式 LSR可以同时支持独立的和有序的两 种标记分发控制模式，一条标记交换路径 （LSP）的初始化设置是由LSR工作于独 立的还是有