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1、5G承载网隧道技术及部署承载网隧道技术及部署l本章详细介绍5G移动通信系统中使用的各种隧道技术，包括隧道协议的概念、隧道工作原理和隧道基本配置。l学完本课程后，您将能够：p掌握移动承载网络建立隧道的目的p掌握移动承载网络常用隧道技术p了解5G承载网所使用的隧道技术p掌握5G承载网隧道技术工作原理1.1.MPLS LDPMPLS LDP隧道技术及部署隧道技术及部署2.MPLS TE隧道技术及部署3.SR隧道技术及部署什么是什么是MPLS LDP隧道协议隧道协议lMPLS LDP是由MPLS与标标签签分分发发协协议议 (Label Distribution Protocol，LDP) 两种协议协同
2、工作的隧道技术，它们在4G承载网中应用较广泛，本节将简介这两种协议。1.1.MPLS LDPMPLS LDP隧道技术及部署隧道技术及部署nMPLSMPLS协议协议pLDP协议pMPLS LDP基本配置2.MPLS TE隧道技术及部署3.SR隧道技术及部署MPLS协议协议lMPLS协议最初是作为一种转转发发技技术术取代传统的IP路由转发，提高路由器的转发速度。但在硬件技术飞速发展的如今，MPLS的转发速度对比IP路由转发也不再具有明显的优势。但其由于良好的扩展性和支持性，在与其他协议配合协同工作时事半功倍。lMPLS协议是一种在开放的通信网络上利用标标签签引导数据高速、高效传输的技术。在无连接的
3、网络中构建了面面向向连连接接的业务通道，在流量工程、业务保密、质量服务等方面有很广泛的应用。l不同于传统IP面向无连接转发，MPLS的标签交换机制建立了一种面向连接的数据转发路径，通过控控制制标标签签路路径径的的建建立立，就可以控制数据的转发路径。在MPLS域内，路由器不再需要查看每个报文的目的IP地址，只需根据封封装装在在IP头头外外面面的的标标签签进行转发即可。MPLS的工作机制的工作机制 (1)lMPLS的工作机制工作机制如下：l(1) RTA收到IP报文后，封装上MPLS标签1024，然后将携带了标签的数据从S0口发出。l(2) RTB从端口S0收到RTA发送的带有标签的报文，查找MP
4、LS的标签映射表，将入标签1024替换为出标签1029，然后将数据从S3端口送出。l(3) RTC在收到报文后，同样进行标签交换操作，最终从RTC的S3端口发送数据到目的路由器RTD。图5-1 MPLS 标签转发MPLS的工作机制的工作机制 (2)l数据在MPLS域内转发的时候，并不需要检查IP头部的目的IP地址，只需根据外面的MPLS标签进行转发即可，从而免去了查找路由表的步骤。lMPLS与传统IP路由方式相比在数据转发时，只在网络边缘分析IP报文头，而不用在每一跳都分析IP报文头，从而节约了处理时间。l因此，MPLS协议是一个能够支持多多种种网网络络层层协协议议使用标签交换来进行数据传输的
5、转发技术。图5-1 MPLS 标签转发MPLS标签管理标签管理lMPLS协议为了达到标签转发的目的，在运行时会对原来的协议报文做以下处理：l首先在MPLS域入口即入节点路由器上需要对原有IP报文进行封装。lMPLS协议在进行封装时有两种封装方式：帧帧模模式式和信信元元模模式式，其中信元模式用于早期ATM分组转发，现网中已不常见，帧模式的封装是现网MPLS协议使用较多的封装方式。MPLS帧模式封装帧模式封装l图5-2为帧模式的封装，直接在二层帧头部和三层IP头部之间增加一个MPLS头部。l(1) Frame：帧。帧是以帧头为起点，有给定长度（即帧长）的字节串。帧头由一个或多个具有预定值的字节构成
6、，即帧头是收、发信双方预先约定码元分布（图案）的一段编码。l(2) IP Header：IP报文头，即IP报文的头部。l(3) Payload：有效载荷。图5-2 MPLS帧模式封装MPLS报头结构报头结构lMPLS头部包含4个字段，如图5-3所示。l(1) 标签字段标签字段 (LABLE)，共20bits，用于标记报文，实现标签转发；l(2) 优先级优先级 (EXP)，共3bits，用来标记报文中的优先级；l(3) 栈栈底底标标识识位位 (S)，共1bit，MPLS标签允许多层标签嵌套，S=1表明该标签是最后一个标签，即栈底标签；l(4) 存存活活时时间间 (TTL)，长度为8bits，作用
7、与IP头部中的TTL类似，用来防止报文环路。图5-3 MPLS报头结构MPLS的概念术语和转发流程的概念术语和转发流程 (1)l(1) 节点角色节点角色入入节节点点 (Ingress)。MPLS网络的边缘设备，数据从IP网络经入节点进入MPLS网络，入节点执行的标签操作为压入（PUSH），对数据报文进行标签封装；中中间间节节点点 (Transit)。数据标签转发的中间节点，位于MPLS域内部，执行的标签操作为交换（SWAP），也就是携带标签的报文从Transit的一个端口入，然后被交换成另一个标签从Transit的出端口发出；出出节节点点 (Egress)。MPLS网络的边缘设备，数据从MPL
8、S网络经出节点发送到IP网络，执行的标签操作是弹出（POP），MPLS报文的标签被剥离，成为IP报文。MPLS的概念术语和转发流程的概念术语和转发流程 (2)l(2) 转发等价类（转发等价类（Forwarding Equivalence Class，FEC）FEC是在转发过程中以等价的方式处理的一组数据分组，对数据分组可以有多种分类方法。例如，目的地址前缀相同的数据分组划分为同一个FEC。通常控制平面在分配标签的时候，会对一个FEC分配唯一的标签。MPLS的概念术语和转发流程的概念术语和转发流程 (3)l(3) 下一跳标签转发条目（下一跳标签转发条目（Next Hop Label Forwar
9、ding Entry，NHLFE）NHLFE是进行标签转发时需要用到的一些基本信息，类似于IP路由表中的下一跳、出接口等。在NHLFE中包含的信息包括报文的下一跳、标签操作（PUSH、SWAP、POP）、出接口等。在MPLS协议中FEC代表了同一类报文，NHLFE包含了下一跳和标签操作等信息。lMPLS协议可以分为控制和转发两个平面，两个平面共同作用，实现MPLS报文的转发。MPLS网络基本工作原理网络基本工作原理lMPLS网络基本工作原理如下：l在控控制制平平面面，根据FEC由下游路由器向上游路由器分配标签，并建立相应的FEC与标签的映射信息的表项，该表项被称为标标签签转转发发表表，路由器在
10、分配标签的同时根据FEC建立MPLS域内的转发路径。l在转转发发平平面面，入节点根据标签转发表进行MPLS头部封装，即在报文中压入MPLS报文头；中间节点根据对应的NHLFE信息，进行标签交换操作，找到对应的下一跳、出接口等指导报文转发；报文到达出节点，进行标签弹出操作，还原出原始的IP报文，再根据路由表进行IP路由转发。1.1.MPLS LDPMPLS LDP隧道技术及部署隧道技术及部署pMPLS协议nLDPLDP协协议议pMPLS LDP基本配置2.MPLS TE隧道技术及部署3.SR隧道技术及部署LDP的基本概念的基本概念 (1)lMPLS的控制平面需要分发标签、生成标签转发表项、实现数
11、据转发。能够实现标签分发生成标签转发表的方式有多种，包括静态方式静态方式和动态信令协议方式动态信令协议方式。l动态信令协议方式有LDP方方式式、流流量量工工程程扩扩展展的的资资源源预预留留协协议议（Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering，RSVP-TE）方方式式等，其中LDP协议作为最常用的动态信令协议在很多现网场景都有应用。lLDP协议的作用主要是标标签签的的分分配配控控制制和和保保持持，通常与MPLS协议配合使用，在运行了LDP协议的MPLS路由器之间进行标签与FEC映射信息的交换。l想要进行上述信息的交互，必须先建立LDP的邻居
12、对等体关系，称之为LDP Peer；两个LDP邻居之间会建立维护同一个LDP会话，称之为LDP Session。LDP的基本概念的基本概念 (2)l如图5-4所示，RTA、B、C、D四台路由器上运行了LDP协议。l为进行标签与FEC映射信息的交换，需在路由器之间建立LDP会话，建立LDP会话的两台路由器就是LDP Peer。l路由器之间建立LDP Session后，双方就可以将自身的FEC和标签映射信息互相发送给对方。通过LDP报文，可以将FEC和标签的映射关系告知LDP会话的对端，即本台路由器的LDP Peer。图5-4 LDP Peer与LDP SessionLDP报文类型报文类型 (1)
13、消息类型消息类型作用作用Hello在LDP发现机制中宣告本LSR、发现邻居Initialization在LDP Session建立过程中协商参数KeepAlive监控LDP Session的TCP连接的完整性Address宣告接口地址Address Withdraw撤消接口地址Label Mapping宣告FEC/Label映射信息Label Request请求FEC的标签映射Label Abort Request终止未完成的Label Request MessageLabel Withdraw撤消FEC/Label映射Label Release释放标签Notification通知LDP Pe
14、er错误信息表5-1 LDP消息类型lLDP报文类型如表5-1所示。LDP报文类型报文类型 (2)lLDP的消息报文按照功能的不同，可以为以下4类：类型类型描述描述Discovery message（发现消息）宣告和维护网络中一个LSR的存在。Hello消息属于此类。Session message（会话消息）用于建立、维护和终止LDP Peers之间的LDP Session。Initialization和KeepAlive消息属于此类。Advertisement message（公告消息）用于生成、改变和删除FEC的标签映射。Address、Address Withdraw、Label Map
15、ping、Label Request、Label Abort Request、Label Withdraw、Label Release都属于此类。Notification message（通知消息）用于宣告告警和错误信息。Notification属于此类。LDP报文类型报文类型 (3)l所有类别的LDP消息报文，都是承载在UDP或TCP协议之上，使用的端口号为646。lDiscovery Message用来发现邻居，承载在UDP报文上。l会话的建立、映射消息的传递、错误消息的通告，要求可靠而有序，因此Session Message、Advertisement Message、Notificat
16、ion Message等消息都基于TCP传递。lLDP协议可以通过使用上述这些消息进行动态邻居发现、会话建立、标签信息的通告，只要通过命令配置了LDP协议的功能就能实现，不需要网络管理员过多参与。LDP标签管理标签管理l在LDP会话建立成功后，双方可以就Lable/FEC的映射关系信息进行交互。l标签空间通常分为两种，称为基基于于平平台台的标签空间和基基于于接接口口的标签空间。二者区区别别如下：l基于平台的标签空间，是基于路由器为一个目的网段分配一个标签，并将该标签发送给所有的LDP Peers；l而基于接口的标签空间，是基于不同的接口给不同的目的网段分配标签，这些标签只在特定的接口上唯一。l信元模式的MPLS缺省使用基于接口的标签空间。标签分发标签分发l两种方式：DU (Downstream Unsolicited，下下游游自自主主标标签签分分发发方方式式) 和DoD (Downstream On Demand，下游按需标签分发方式，下游按需标签分发方式) 。无需上游路由器请求，下游LSR将根据某一触发策略向上游LSR发送相应网段的标签映射消息。默认情况下触发策略为主机路由触发，即掩
