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1、宽带网络技术,第5章 MPLS技术,MPLS简介 MPLS技术 MPLS VPN技术,主要内容,重点 MPLS的基本概念 标签结构 MPLS的工作过程 难点 转发等价类 标签分发协议 MPLS VPN技术,重点难点,多协议标签交换（Multi-protocol Label Switch，MPLS）技术是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的新技术。 它的价值在于能够在一个无连接的网络中引入连接模式的特性。其主要优点是减少了网络的复杂性，兼容现有各种主流网络技术，能降低网络成本，在提供IP业务时能确保QoS和安全性，具有流量工程能力。,5.1 MPLS简介,5.1.1 MPLS发展
2、 互连网的迅猛增长对当前基于IP的干线网提出了挑战，这表现在： 新的应用层出不穷，如语音传送、视频服务、多媒体信息传输等。 目前的IP路由技术采取基于目的地址的最优数据传输通路查找法，而不考虑所要传送数据的其他性能要求； 网络规模迅速增长，但现有的IP路由技术及组网方式不适应网络的扩展和许多增值服务的提供。,5.1 MPLS简介,目前在世界范围内存在两大核心网络技术：一个是计算机界倡导的IP网络技术；另一个是电信界推崇的ATM技术。 IP技术的优点是有灵活的路由体系，采用非面向连接的尽力而为的服务方式，适合于非实时信息的传输。但传统的IP技术对时延、带宽等QoS无法保证，也就不能满足语音、视频
3、等实时信息的传输要求。 ATM是宽带通信网的核心技术，是一种面向连接的传输技术，它综合了分组交换和电路交换的优点，具有良好的QoS保证，支持语音、数据和图像通信。缺点是，其连接建立信令过于复杂，路由灵活性不高，在传输较短的一般数据时，效率不高。,5.1 MPLS简介,各种IP与ATM融合的技术，如LANE，IPOA，MPOA，ARIS，TAG，SWITCH等都只能解决局部的问题，这些技术虽然利用了ATM高速交换的特性，但要么没有充分利用ATM的QOS特性，要么过于复杂和标准不完善。 LANE只能应用于较小规模的网络，不能支持像Internet这样的大型网络； IPOA在不同子网间的互连仍需使用
4、传统的路由器。因而吞吐量和时延问题仍然存在，此外，它只限于处理ATM上的IP业务，只支持较小规模的网络； MPOA经实验证明也只能支持中小型网络。,5.1 MPLS简介,MPLS技术吸收了ATM的VPI/VCI交换的一些思想，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。 1996年由Ipsilon公司率先推出的IP Switching协议； Ipsilon公布IP交换不久，Cisco公司就公布了“标记交换（Tag Switching）”技术；,5.1 MPLS简
5、介,IBM公司起草了一些文档来描述另外一种新的标记交换技术，他们称之为集中式基于路由的IP交换技术（ARIS）； 在1996年12月份召开了一个BOF会议，当时Cisco、IBM、Toshiba均参加了这次会议。BOF会议成了IETF历史上一次比较重要的会议，并于1997年4月份召开了工作组的第一次会议。现有的MPLS相关协议和草案基本上来自于这个工作组和它后来派生出来的流量工程工作组和MPLS VPN工作组。,5.1 MPLS简介,5.1.2 MPLS标准 MPLS技术的标准化工作仍在进行之中，许多电信和计算机厂家都非常关心MPLS的标准化进程，并参与了该标准的制订，如IBM，Cisco，爱
6、立信，北电网络，Juniper，朗讯，Ascend，阿尔卡特，NEC，富士通和东芝等。 主要的组织有IETF、ITU和MPLS Forum。 IETF MPLS工作组确定了MPLS的工作机制（底层转发、支持多种网络层协议），解决多种交换式路由技术的兼容性问题，提供弹性、扩展性好的交换式路由技术，同时加强了MPLS应用技术的研究（提供增值服务、与光纤传输网的融合、流量工程等）；ITU-T将工作重点由ATM MPLS转移到IP MPLS的标准化；MPLS Forum则将工作重点在放在流量工程、服务类型、服务质量以及VPN方面。,5.1 MPLS简介,列举MPLS的相关协议： RFC 3031：Mu
7、ltiprotocol Label Switching Architecture RFC 3032：MPLS Label Stack Encoding RFC 3034：Use of Label Switching on Frame Relay Networks Specification RFC 3035：MPLS using LDP and ATM VC Switching RFC 3036：LDP Specification RFC 3037：LDP Applicability RFC 3107：Carrying Label Information in BGP-4 RFC 2547：B
8、GP/MPLS VPNs RFC 2283：Multiprotocol Extensions for BGP4 RFC 2430：A Provider Architecture for Differentiated Services and Traffic Engineering RFC 2702：Requirements for Traffic Engineering Over MPLS RFC 4090：Fast Reroute Extensions to RSVP-TE for LSP Tunnel,5.1 MPLS简介,5.1.3 MPLS特点 MPLS的灵活性表现在：标签交换路径（L
9、abel Switching Path，LSP）的建立由网络边缘的LER负责，保持传统因特网“核心简单，边缘复杂”的设计原则。 MPLS特点： （1）与7号信令网络相同，每个交换机都具有第三层智能，可以重新进行选路连接。因此，当主要中继干线出现故障时，MPLS技术可以使业务中断时间最短，而选择另一条路由疏通业务流量，并使网络迅速恢复。 （2）MPLS使用标签作为标识，通过路由表寻找下一跳，适用于高速中继，如STM-4，STM-16和STM-64。,5.1 MPLS简介,（3）MPLS使用CIDR的机制，不需要32位IP地址。CIDR是一个群地址的概念，可以适应Internet用户数量快速增长的
10、需要。 （4）MPLS采用VC融合（VC merge）的机制，同一终点的多个VC可以汇集成为一个VC，从而节省了VCI的资源。 （5）ATM交换机与IP相结合，无需复杂的地址解析。,5.1 MPLS简介,5.2.1 MPLS体系结构 1MPLS体系结构 MPLS是一种出现在OSI 2.5层的连接机制，MPLS基于IP路由和控制协议，像一个介于OSI第三层和第二层之间的“垫层”，利用第二层网络提供的数据链路层服务。,5.2 MPLS技术,MPLS不被限制于任何特殊的链路层协议，利用节点现有的路由机制决定转发路径，它本身包含一系列简单的核心机制。 （1）对一个流指定标签的语义。将一个标签与一个特殊
11、的数据流相关联。 （2）转发方法。通过定长的短标签来简化转发，转发时仅需要简单的功能，如标签查找、标签替换以及对TTL（分组传输生命期）值的操作，在某些情况下，还可以直接使用第二层交换技术实现快速转发。 （3）标签分配方法。允许节点决定为特定的流分配某一种标签，可以使用一些专门的控制协议，或附在路由协议上来完成标签分配。,5.2 MPLS技术,2MPLS组件 从基础架构的角度来看，MPLS将传统的路由选择机制划分为控制平面和数据平面。 控制平面一一负责处理相邻设备的路由选择和标签信息的交换。 数据平面一一根据目的地址或标签转发流量（也称为转发平面）。,5.2 MPLS技术,5.2.2 MPLS
12、工作原理 MPLS的基本组成单元是MPLS标签交换路由器（Label Switching Router，LSR）。 由MPLS LSR构成的网络区域称为MPLS域； 位于MPLS域边缘与其他网络或用户相连的LSR称为边缘LSR（Label Edge Router，LER）； 位于MPLS域内部的LSR则称为核心LSR。,5.2 MPLS技术,IP域,IP域,MPLS网络拓扑结构图,5.2 MPLS技术,MPLS域,IP域,IP,IP,LER,LER,LER,LER,LSR,LSR,LSR,LSP,1MPLS术语 标签：是一个短而定长且物理连续的标识符，用于标识一组共享相同目的地的网络，一般仅具
13、有本地意义。 标签栈：是一个有序的附加在数据包头的标签集，栈中的所有标签都相互独立。 标签交换：为基本的转发操作，包括查找入标签，确定出标签、封装方式、端口以及其他数据处理信息。 MPLS域：是一个执行MPLS路由和转发操作的连续节点集，通常位于同一个路由或管理域。,5.2 MPLS技术,MPLS节点：运行MPLS的节点。MPLS节点能够理解MPLS控制协议，运行一种或多种3层路由协议，能够根据标签转发数据包。作为可选项，MPLS节点还可以转发纯3层的数据包。 MPLS边缘节点：与MPLS域外的邻居节点进行互连的MPLS节点。 MPLS入节点：负责处理进入MPLS域的流量的节点。 MPLS出节
14、点：负责处理离开MPLS域的流量的节点。 标签交换跳（Label-Switched Hop，LSH）：位于两个MPLS节点间的路由跳，在这些跳上使用标签进行转发。,5.2 MPLS技术,标签交换跳（Label-Switched Hop，LSH）：位于两个MPLS节点间的路由跳，在这些跳上使用标签进行转发。 MPLS标签：携带在数据包头中表示数据包FEC的标签。 LSP：是特定FEC中数据包在分层结构中同一层次所经历的一个或多个LSR路径。 LSR：能够转发带标签的数据包的MPLS节点。,5.2 MPLS技术,转发等价类（Forwarding Equivalence Class，FEC）：是在转
15、发过程中以等价的方式处理的一组数据分组，即同一路径，同一转发处理，例如目的地址前缀相同的数据分组。通常对一个FEC分配相同的标签。 下一跳标签转发条目（NHLFE）：在LSP沿途的LSR上都已建立了输入/输出标签的映射表，该表的元素叫下一跳标签转发条目，简称NHLFE。对于接收到的标签分组，LSR只需根据标签从表中找到相应的NHLFE，并用新的标签来替换原来的标签，然后对标签分组进行转发。NHLFE内容至少包含了输入/输出标签和下一跳。相当于IP网络中的路由表。,5.2 MPLS技术,Label PUSH：Label PUSH是标签转发的基本动作之一，是组成标签转发信息表的一部分。作用：在于给
16、报文压入一个new label。PUSH 动作，一般用于MPLS域的边缘设备将IP报文转发进入MPLS隧道时，需要压入一个Label进行转发。 Label SWAP：Label SWAP是标签转发的基本动作之一，是组成标签转发信息表的一部分。作用：在于给收到的MPLS报文替换下一跳标签。具体操作是将欲转发的MPLS报文的外层标签删除，然后压入一层新获得的下一跳标签。,5.2 MPLS技术,Label POP：Label POP是标签转发的基本动作之一，是组成标签转发信息表的一部分。作用：在于将一个MPLS报文去除标签，以下一层协议转发。POP动作一般用于MPLS域的边缘设备，当MPLS报文出MPLS域，进入IP转发域时，需要将标签弹出。 数据流（Stream）：沿着同一路径、属于同一FEC的一组包被视为一个数据流。数据流通常是一个或多个业务流的集合。在不支持流合并（Stream Merge）的网络中，一个数据流也将对应一个标签。 业务流（Flow）：一个应用到应用的数据流称为业务流。早期的IP Switching技术就是根据业务流决定转发的路由。很显然，业务流的数量远远
