第八章IP交换ppt课件.ppt

信令,信息,ATM协议模型,ATM 适配层(AAL),ATM 层,物理层,2个子层:传输汇聚(TC)信元速率解耦HEC序列的产生/检验信元定界传输帧适配传输帧产生/恢复.物理媒介(PM)比特定时物理媒介译码,ATM物理层,物理层主要是提供ATM信元的传输通道，将ATM层传来的信元加上其传输开销后形成连续的比特流，同时在接收到物理媒介上传来的连续比特流后，取出有效的信元传给ATM层。,信元头的产生和提取；信元丢失优先级处理，处理CLP；载荷类型指示处理；通用流量控制，GFC；信元接续标识处理，VPI/VCI值验证、识别、变换等处理，信元交换；,ATM 适配层(AAL),ATM 层,物理层,ATM层,ATM层主要完成信元复用/解复用、有关信头的操作以及流量控制。,ATM层完成信元交换,2个子层：汇聚子层(CS)分段和重组(SAR),ATM 适配层(AAL),ATM 层,物理层,ATM适配层,AAL位于ATM层之上，这一层是和业务相关的，即针对不同的业务，采用不同的适配方法。但都要将上层传来的信息流（长度、速率各异）分割成48字节长的ATM业务数据单元，同时将ATM层传来的ATM业务数据单元组装、恢复再传给上层。,为了提高交换网络的速率，对ATM层作了尽可能的简化，而ATM层未提供处理的信元丢失、误传、时延、时延抖动等与业务服务质量密切相关的功能，由AAL层完成。,AAL=流量参数+QoS参数+SARCS：分配不同的服务质量的业务以不同的流量类型SAR：信元 包,ATM适配层的功能,ATM适配层等级,ATM适配层-AAL1,AAL1主要适用于信源和信宿间有严格定时关系且面向连接的CBR类业务；CSI标识不同的应用，如时钟信号传递和结构化数据传递等；SC放置每个信元的序号，用于检测信元丢失及误插入。CRC-3和奇偶校验位用来保证序号域中信元序号的正确传输；,2008.4,ATM适配层-AAL2,AAL2是为端到端具有定时关系的可变比特率业务，如VBR音像和电视等等。ATM适配层-AAL3/4 现有局域网的远程互连一般采用X.25或帧中继技术，存在着程度不等的瓶颈，利用ATM技术实现局域网的远程互连是ATM网初期的重要应用。远程计算机局域网互连对应于无连接的数据业务和面向连接的数据业务依据AAL3/4协议进行适配。,ATM适配层-AAL5,AAL5用于信源和信宿间不要求时间同步的业务，以提供面向连接或非面向连接的数据传输，且传输速率可变；如计算机数据、帧中继数据。CPCS-PDU载荷，用于承载CPCS用户信息，如SSCS-PDU；PAD，0到47字节，用于将CPCS-PDU补充为48字节的整数倍；CPCS-UU，用于透明装载CPCS用户到用户的信息；公共部分指示CPI，用于将CPCS尾调整到8字节，默认的编码为0，这一字段也可被用于消息类型功能；LENGTH，长度，用于指示出按字节计算的CPCS-PDU载荷的长度，当被置为0时，它指示出异常终止功能；,ATM协议栈,ATM适配层-AAL5,AAL5 SAR将CPCS-PDU分割成48字节的SAR-PDU，或根据ATM层提供的信息ATM-UU重组CPCS-PDU，因协议简单而被大量使用,2008.4,ATM业务类型,Constant bit rate（CBR）支持对时延变化要求较高的实时业务。Variable bit rate-real time(VBR-RT)可以支持实时资源的统计复用。VBR-non real time(VBR-NRT)可以支持连接的统计复用。Unspecified bit rate(UBR)支持非实时的应用 Available bit rate(ABR)不支持实时的应用,2008.4,ATM网络及接口,ATM网络及接口,2008.4,ATM网络接口分类,ATM交换设备间的接口NNI，两个网络之间需要有能相互操作的NNI。NNI又分为专用NNI和公用NNI。ATM网络的终结节点通过一个接口连到ATM交换机上，即是UNI，它规定了ATM网的终结节点的接口规范。UNI由一些应用标准来严格定义，用户到网络的接口也分为专用和公用两种。,2008.4,ATM网络接口分类,1同步光纤网（SONET）/同步数据系列（SDH）同步光纤网、同步数字系列（SONET/SDH）是由一些网络单元、分插电路复用器（ADM）、数据交叉连接系统等设备组成的、在光纤路由上进行同行信息传输、复用和交叉连接的网络。2E3与DS3接口E3接口是一种典型的ATM传送接口，其操作速率是34Mbps，线路编码形式为HDB3。,2008.4,ATM网络接口分类,34B/5B接口用于实现ATM网络的局域连接，其操作速率是100Mbps其操作方式与FDDI中的操作方式类似。4B/5B接口也叫信元接口，它只有在用户数据信元有效时才进行传输。48B/10B接口用于ATM网络局域连接，操作速率为155.52Mbps，该速率与SONET的STS3C数据速率严格匹配。,IP交换,17,2008.4,局域网交换技术,第二层交换技术1.共享介质连接组网 典型的介质访问控制方式有CSMA/CD、Token Ring、Token Bus。介质访问控制方式用来提高公共传输介质的使用效率，使每个结点都能够公平地使用公共传输介质。从交换的角度上看，可以把共享介质连接组网方式看成是异步时分的交换方式。,2008.4,集线器,经典的10Base-T以太网的中心连接设备被称为集线器（Hub），它是对“共享介质”总线型局域网结构的一种改进：用集线器作为以太网的中心连接设备时，所有结点通过非屏蔽双绞线与集线器连接。,2008.4,共享介质连接组网的缺点,由于共享带宽，当局域网规模不断扩大，每个主机平均能分到的带宽将越来越少，网络通信负荷加重，冲突和重发现象将大量发生，网络效率急剧下降，网络传输延迟增长，整个网络服务质量下降。,交换式连接组网,表明了交换型局域网中交换机所实现的功能，站点A和E，站点B和F，站点C和D之间分别建立起三条独立连接，从而实现站点A和E、B和F、C和D之间数据包的互发。很明显，交换式连接的局域网以数据链路层的帧为数据交换单位，围绕局域网交换机构成网络，从根本上解决了共享以太网所带来的问题。,局域网交换机的功能,2008.4,交换式连接组网的主要特点,允许多对站点同时通信，每个站点可以独占传输通道和带宽。易于管理、便于调整网络负载的分布，有效地利用网络带宽。交换以太网与以太网、快速以太网完全兼容，它们能够实现无缝连接。可互连不同标准的局域网。,2008.4,典型的交换局域网图例,局域网交换机与主机的连接实例,典型的局域网交换机结构与工作过程。图中的交换机有6个端口，其中端口1，4，5，6分别连接了结点A，结点B，结点C与结点D。那么交换机根据以上各端口号与结点MAC地址的对应关系形成图右侧的端口号/MAC地址映射表。那么结点A与结点D同时要发送数据，则分别在自己要发出的MAC帧的目的地址字段（DA）中插入对方的MAC地址。当结点A和结点D传送的MAC帧通过交换机时，交换机的交换控制中心根据端口号/MAC地址映射表的内容找出帧的目的地址的输出端口号，即可实现交换的目的了。端口之间的连接可以根据需要同时建立多条，也就是说可以在多个端口之间建立多个并发连接。,2008.4,2008.4,3.局域网交换机和集线器的差异,交换机的帧转发方式可以分为直接交换方式、存储转发方式和改进型直接交换方式。从连接组网的形式看，交换机与集线器比较类似，但实际工作原理却有很大的不同。从OSI体系结构看，集线器工作在第一层，是一种物理层的连接设备，因而它只对数据的传输进行同步、放大和整形处理，不能对数据传输的短帧、碎片等进行有效的处理，不进行差错处理，不能保证数据的完整性和正确性。而交换机工作却是在OSI的第二层，属于数据链路层的连接设备，不但可以对数据的传输进行同步、放大和整形处理，还提供数据的完整性和正确性的保证机制。,局域网交换机和集线器的差异,从工作方式和带宽来看，集线器是一种广播模式，一个端口发送信息，所有的端口都可以接收到，容易发生广播风暴；同时集线器共享带宽，当两个端口间通信时，其他端口只能等待。相反，交换机是一种交换方式，一个端口发送信息，只有目的端口可以接收到，能够有效的隔离冲突域，抑制广播风暴；同时每个端口都有自己的独立带宽，两个端口间的通信不影响其他端口间的通信。,26,2008.4,IP网络面临的困境,多媒体通信的迅猛发展（如网络电话、电子商务、视频会议等），往往要求网络能提供具有不同QoS等级的综合业务（如时延、带宽、分组丢失率的保证）。但Internet基于面向无链接的IP协议，只能提供尽力而为（best-effort）服务，因此无法提供QoS保证。IP网络采用的是共享介质的网络结构，这就不可避免的存在着网络资源的竞争，虽然网络带宽很大，但当用户数增加时，每个用户实际获得的链路传送能力将大幅下降。,2008.4,第三层交换技术,第三层交换技术=第二层交换技术+第三层转发。第三层交换设备=带有第三层路由功能的第二层交换机。第三层交换技术，解决局域网中网段划分之后网段中的子网必须依赖路由器进行管理的局面，从而解决传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。仅仅在路由过程中才进行第三层的处理，绝大部分数据都通过第二层交换转发，因此第三层交换机的速度很快，接近第二层交换机的速度。,第三层交换机的工作原理,假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行第二层的转发。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A要向默认网关发出ARP（地址解析）封包，而默认网关的IP地址即是第三层交换机的第三层交换模块。,第三层交换机的工作原理,当发送站A对默认网关的IP地址广播出一个ARP请求时，如果第三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。否则，第三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请求后向第三层交换模块回复其MAC地址，B站得到此ARP请求后向第三层交换模块回复其MAC地址，第三层交换模块保存此地址并回复给发送站A，同时将B站的MAC地址发送到第二层交换功能模块的MAC地址表中。之后，A再向B发送的数据包便全部交给第二层交换处理，信息因此得以高速交换。,30,2008.4,IP交换技术的产生,ATM与IP融合背景为什么要融合？ATM曾被认为是一种十分完美的、用来统一整个通信网的技术，未来的所有话音、数据、视频等多种业务均通过ATM来传送。国际上，特别是电信标准化机构对该项技术进行了多年的研究，而且也得到了实际应用。但事与愿违，ATM没有能够达到原来所期望的目标。相反，IP的发展速度大大出乎人们的预料，占领了市场。然而至今为止，却没有一种成熟、独立的IP骨干网技术，IP技术有一定的先天缺陷，例如服务质量难以保证等问题。,2008.4,IP交换技术的产生,ATM与IP技术比较,2008.4,IP交换技术的产生,因此，如何使ATM技术融入IP，如何将路由和交换结合起来，如何解决IP无连接和ATM面向连接的矛盾，以支持规模日益增长的Internet和多媒体业务，成为研究的热点。ATM和IP毕竟来源于不同的技术团体，有着各自的应用。IP的目的是以不确定的状态将分组发送到目的地，它是非连接的，没有服务质量的保证；而ATM的目的是提供有保证的综合业务，是面向连接的，基于快速的固定长度信元的交换。ATM和IP的巨大差异使得有效地将两者融合成为难题。,2008.4,IP与ATM融合的实现,IP与ATM融合可分成两大类：重叠模式和集成模式 重叠模式的优点：减少了ATM与IP的相互限制，有利于它们独立地发展并向未来的B-ISDN过渡；但缺点是：IP技术和ATM技术不能有效地结合，无论是分组的封装效率、建立链路的时延、对组播的支持以及对QoS的支持都不够理想。,2008.4,重叠模式的IP交换技术,IP over ATM的基本原理,IP over ATM分层模型与封装示意图,2008.4,重叠模式的实现标准：IETF制定的CIPOA（C1assic IP over ATM）ATM Forum制定的LANE（LAN Emulation）MPOA（Multi-Protocol over ATM）。,重叠模式的IP交换技术,2008.4,集成模式技术,随着为Internet核心网专门设计的高性能骨干网路由器的出现，以及ISP对ATM所提供的性能的要求不断增长，人们已意识到不应该再采用两套分立设备来实现结构复杂的重叠模式，相应地，业界的研究方向也从“如何实现IP与ATM技术的相互操作”转向“怎样有效集成传统的第2层与第三层的最优属性”，并随后推出了集成模式集成模式是将IP层的路由功能与第2层交换功能结合起来，使IP网络获得ATM的选路功能。ATM端点只需使用IP地址进行标识，而不再需要地址解析协议，在ATM网络内使用现有的网络层路由协议来为IP数据包选择路由。,2008.4,集成模式中，ATM使用的信令发生了重大改变，即网络中UNI与NNI之间的信令已不再是ATM论坛或ITU-T定义的传统信令，而是一套专有的控制信令，其目的在于能够快速建立连接，以满足对无连接IP业务快速切换的要求。集成模式又可分为数据驱动(流驱动)和控制驱动两种类型。数据驱动：第二层的交换通路由数据流触发，按需要临时建立。控制驱动：数据流传送前预先建立直通连接。它又可分为拓扑驱动和请求驱动。拓扑驱动是将选路拓扑映射到直通连接。请求驱动，也称为预留驱动，是将资源预留请求（如RSVP协议）映射到直通连接。,集成模式技术,集成模式的实现标准：东芝公司提出的标记交换CSR。开创了标记交换的先河。Ipsilon公司提出的IP交换技术。流驱动方式。Cisco公司提出的Tag Switching技术。拓扑驱动方式。MPLS，多协议标记交换。MPLS是IETF制定的一种对第三层交换的标记交换技术。MPLS是把基于流的结构和基于网络拓扑的结构结合起来，成为一个性能更好的解决方案。,集成模式技术,40,1.IP交换,Ipsilon公司1996年提出IP交换结构，硬件以ATM交换机为基础，连接控制则采用IP技术完成选路。,IP交换基于流的概念，从输入口送入的有先后关系的IP包被看作流，IP交换控制器对流分类处理。,持续周期长、业务量大的数据流由ATM硬件交换。持续周期短、业务量小的突发流通过路由软件完成逐跳式传送。,41,2.Tag交换,Cisco公司推出的标记交换，是基于传统路由器的ATM承载IP技术，在一定程度上将数据的传递从路由变成交换，提高了传输效率。,42,3.ARIS,IBM推出的标签交换方案，ATM用作链路层，在相邻路由器间建立和交换标签。1997年5月，Cisco、IBM、Bay和Cascade公司向IETF提交MPLS框架方案，直到2000年底多达140个草案。MPLS的特点是，吸收了ATM的VPI/VCI交换思想，集成了路由技术的灵活性和ATM交换的简洁性，为IP网络增加了面向连接的属性，保障了服务质量。,多协议标记交换,MPLS的产生背景 在MPLS技术方案提出之前已有的各种集成模式解决方案所采取的基本方法都是从IP路由器获取控制信息，将其与ATM交换机的转发性能和标签交换方式相结合，从而构建成一个高速而经济的多层交换路由器。但是，各种方案彼此不能互通，而且仅适用于以ATM作为第二层的传输链路，不能工作在其他多种媒体（如帧中继、点对点协议、以太网）中，这与Internet基于分组的发展方向相矛盾。然而，所有IP交换技术都意识到将选路和交换综合起来具有极大的优点，选路当然是Internet的要求所在，而交换则提供便宜的、高容量的分组/信元转发硬件。,多协议标记交换,MPLS标准化过程 PLS将合并网络层选路和标签交换而形成一个单一的解决方案，应具有如下的优点：改善选路的性能和成本，提高传统叠加模型选路的扩展性，引进和实施新业务时更具灵活性。MPLS就是在这种背景下产生的一种技术，它吸收了ATM的VPI/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VCC方法，为IP网增加了一些管理和运营的手段。,多协议标记交换,MPLS的基本思想 MPLS明确规定了一整套协议和操作过程，最终在IP网内通过ATM和帧中继实现快速交换。MPLS的关键点在于用标签来识别和标记IP数据包，并把标签封装后的数据包转发到已升级改善过的交换机或路由器，由它们在网络内部继续交换标签，转发数据包。因而数据包标签的产生和分配是建立在通过现有的IP路由协议获得网络路由信息的基础上的。,MPLS基础,1.MPLS基本原理 MPLS技术是结合二层交换和三层路由的L2/L3集成数据传输技术，引入了基于标签的机制，它把路由选择和数据转发分开，由标签来规定一个数据包通过网络的路径。它不仅支持网络层的多种协议，还可以兼容数据包通过虚拟电路传送，只需在数据链结层执行硬件式交换（取代网络层软件式选路）。它把IP选路与第二层标签交换整合为单一的系统，因此可解决Internet的路由问题，缩短数据包传送的时延，加快网络传输速度。,MPLS基础,MPLS与标记交换（Tag Switching）、ATM交换等技术类似，MPLS引入了标签（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标签的映射。MPLS协议的标签只具有本地意义。它是一个短的、具有固定长度、仅在相邻LSR之间有意义、用来标识和区分转发等价类FEC的标志。,MPLS基础,MPLS将面向非连接的IP业务移植到面向连接的标记交换业务之上，实现上将路由选择层面与数据转发层面分离。MPLS具有“多协议”特性，对上兼容IPv4、IPv6等多种主流网络层协议，将各种传输技术统一在一个平台之上；对下支持ATM、FR、PPP等链路层多种协议，从而使得多种网络的互连互通成为可能。,MPLS基础,多协议标签交换网络模型,2.MPLS网络 MPLS网络由核心部分的标签交换路由器LSR（Label Switching Router）和边缘部分的标签边缘路由器LER（Label Edge Router），MPLS网络结构模型如图所示。,MPLS基础,LER的作用是分析IP包头，用于决定相应的传送级别和标签交换路径。标记交换路径LSP（Label Switching Path）是MPLS网络为具有一些共同特性的分组通过网络而选定的一条通路，由入口的边缘交换路由器，一系列核心路由器和出口的边缘交换路由器以及它们之间由标记所标识的逻辑信道组成。标记（Label）它是一个短的、具有固定长度、仅在相邻LSR之间有意义、用来标识和区分转发等价类FEC的标志。标记映射用于将标记分配给FEC。,MPLS基础,标记分发协议LDP（Label Distribution Protocol）是MPLS的控制协议，用于LSR之间交换信息，完成LSP的建立、维护和拆除等功能。转发等价类FEC是在MPLS网络中经过相同的LSP，完成相同的转发处理的一些数据分组，这些数据分组具有某些相同的特性。FEC的划分通常依据网络层的目的地址前缀或是主机地址。,51,52,MPLS基础,1）网络的边缘行为 当IP数据包到达一个LER时，MPLS第一次应用标记。首先，LER要分析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LER中，MPLS使用了转发等价类(FEC)的概念来将输入的数据流映射到一条LSP上。简单地说，FEC就是定义了一组沿着同一条路径、有相同处理过程的数据包。这就意味着所有FEC相同的包都可以映射到同一个标记中。,MPLS基础,对于每一个FEC，LER都建立一条独立的LSP穿过网络，到达目的地。数据包分配到一个FEC后，LER就可以根据标记信息库(LIB)来为其生成一个标记。标记信息库将每一个FEC都映射到LSP下一跳的标记上。如果下一跳的链路是ATM，则MPLS将使用ATM VCC里的VCI作为标记。转发数据包时，LER检查标记信息库中的FEC，然后将数据包用LSP的标记封装，从标记信息库所规定的下一个接口发送出去。,53,54,MPLS基础,2）网络的核心行为 当一个带有标记的包到达LSR的时候，LSR提取入局标记，同时以它作为索引在标记信息库中查找。当LSR找到相关信息后，取出出局的标记，并由出局标记代替入局标签，从标记信息库中所描述的下一跳接口送出数据包。最后，数据包到达了MPLS域的另一端，在这一点，LER剥去封装的标记，仍然按照IP包的路由方式将数据包继续传送到目的地。,55,MPLS基础,3）如何建立标记交换路径 建立LSP的方式主要有两种：（1）“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。对于这些LSP，MPLS模仿IP转发数据包的面向目的地的方式建立了一组树。从传统的IP路由来看，每一台沿途的路由器都要检查包的目的地址，并且选择一条合适的路径将数据包发送出去。而MPLS则不然，数据包虽然也沿着IP路由所选择的同一条路径进行传送，但是它的数据包头在整条路径上从始至终都没有被检查。,56,MPLS基础,在每一个节点，MPLS生成的树是通过一级一级为下一跳分配标记，而且是通过与它们的对等层交换标记而生成的。交换是通过LDP的请求以及对应的消息完成的。（2）显式路由 MPLS最主要的一个优点就是它可以利用流量设计“引导”数据包，比如避免拥塞或者满足业务的QoS等。MPLS允许网络的运行人员在源节点就确定一条显式路由的LSP(ER-LSP)，以规定数据包将选择的路径。,57,MPLS基础,不像Hop-by-Hop的LSP，ER-LSP不会形成IP树。取而代之，ER-LSP从源端到目的端建立一条直接的端到端的路径，如图所示。MPLS将显式路由嵌入到限制路由的标记分配协议的信息中，从而建立这条路径。,58,MPLS基础,MPLS术语的缩写 LDP（Label Distribution Protocol），标记分配协议 LSP（Label Switched Path），标记交换路径 FEC（Forwarding Equivalence Class），转发等价类 LSR（Label Switching Router），标记交换路由器 LER（Label Edge Router），标记边缘路由器 CR-LDP（Constraint Route Label Distribution Protocol），限制路由的标记分配协议,2008.4,MPLS所完成的标签交换工作的过程,(1)由LDP和传统路由协议（OSPF、IS-IS等）一起，在LSR中建立路由表和标签映射表；(2)LER接收IP包，完成第三层功能，并给IP包加上标签；在MPLS出口的LER上，将分组中的标签去掉后继续进行转发；(3)LSR对分组不再进行任何第三层处理，只是依据分组上的标签通过交换单元对其进行转发。,MPLS基础,3.MPLS包头及其格式,插入各种链路层中的MPLS标签,MPLS可以看成是一种面向连接的技术,MPLS基础,4.标记栈的工作流程 MPLS分组上承载一系列按照“后进先出”方式组织起来的标记，该结构称作标记栈，从栈顶开始处理标记。若一个分组的标记栈深度为m，则位于栈底的标记为1级标记，位于栈顶的标记为m级标记。未打标记的分组可看作标记栈为空（即标记栈深度为零）的分组。标记分组到达LSR通常先执行标记栈顶的出栈（pop）操作，然后将一个或多个特定的新标记压入（push）标记栈顶。如果分组的下一跳为某个LSR自身，则该LSR将栈顶标记弹出并将由此得到的分组“转发”给自己。此后，如果标记弹出后标记栈不空，则LSR根据标记栈保留信息做出后续转发决定；如果标记弹出后标记栈为空，则LSR根据IP分组头路由转发该分组。,MPLS基础,5.标记交换路径MPLS功能的本质是将分组业务划分为FEC，相同FEC的业务流在LSP上交换。一般来说，由下游节点向上游节点分发标记，连成一串的标记和路由器序列就构成了LSP。LSP的建立可以使用两种方式：独立方式和有序方式。在独立方式中，任何LSR可以在任何时候为每个可识别的FEC流进行标记分发，并将该绑定分发给标记分发对等体。,MPLS基础,6MPLS路由选择 MPLS使用两种路由方法：逐跳路由和显式路由。逐跳路由使用传统的动态路由算法来决定LSP的下一跳，每个节点独立地为FEC选择下一跳，对于下一跳的改变由本地决定，发生故障时路径的修复也由本地完成。显式路由则使用流量工程技术或者手工制定路由，不受动态路由影响，路由计算中可以考虑各种约束条件（如策略、CoS等级），每个LSR不能独立地选择下一跳，而由LSP的入口/出口LSR规定位于LSP上的LSR。,64,MPLS的有关概念,1.标签，一种短的、易于处理的、不包含拓扑信息且只具有局部意义的选径标识。ATM的VPI/VCI也是一种标签，VPI/VCI只标记一段链路上特定信息的路径，通过索引方式查表转移信元。MPLS中，IP包进入边缘路由器，通过分析IP包头选择合适的标签并建立到目的点的虚通路，随后的IP数据传送采用标签封装，中间节点依据标签转发信息。,65,MPLS的有关概念,基于标签交换的IP数据包抵达目的MPLS路由器时，边缘节点去除标签，重组成IP包并转送给相关的传统路由器。标签位于数据链路层封装头和PDU之间，通常ATM采用VPI/VCI替代标签，帧中继采用DLCI来代替标签)。,66,MPLS的有关概念,除ATM与帧中继外的标签结构。标签占20bit；TTL8bit，限制传送范围；Cos占3bit，区分业务类型；S标签栈底指示，1表明标签位于标签栈底。,67,MPLS的有关概念,2.转发等价类(FEC)，标签交换路由器（LSR）根据某种策略对流入数据进行分类，通常把具有某些相同属性（如目的地址前缀等）映射成一个等价类，分配相同的标签。FEC只具有本地意义，即只是某个路由器针对某个数据流依据上下游链路的状态所确定的转发分类标记，与其他无关。,68,MPLS的有关概念,对于一指定的LSR，属于同一FEC的分组，不管是否属同一数据流，一定具有相同的转发路径，不同的FEC可有相同入/出口。LSR可按照IP地址前缀、主机地址、QoS以及动态流量等分类方法将数据流映射成不同的FEC，相同的FEC有相同的标签。,69,MPLS的有关概念,3.标签栈，标签栈是许多标签按一定顺序排列存放，提供数据流转发检索的缓存区。大型网络，常将网络划分成多个路由域，域间路由器保存到其他域的路由信息，边界路由器保存完整路由信息，以分级方式分配标签。多级网络路由形成多层标签，标签栈按照后添加标签先出栈方式工作。栈顶标签始终是转发分组的标签，依据标签选择下一跳出口。,70,MPLS的有关概念,4.LSR与LER，LSR是MPLS网络的中间节点，LER是网络的边缘节点。LSR的主要功能：执行路由传播协议，提供FEC与下一跳地址的映射。为每个FEC分配标签。执行标签分配协议LDP，从其他节点获取标签信息建立标签信息库LIB。根据输入分组所携带的标签检索标签信息库，完成标签交换。,71,MPLS的有关概念,72,MPLS的有关概念,标签路由器由控制单元和转发单元两部分组成。控制单元主要功能是构建和维护路由转发表，利用路由协议交换路由信息。转发单元功能是执行分组转发操作，依据分组标签、转发表等信息决定下一跳的转发出口，并根据标志转发信息库(LFIB)信息装配下一段链路MPLS分组的标签。,73,MPLS的有关概念,74,MPLS的有关概念,标签边缘路由器LER主要完成非MPLS域接入功能，入口LER完成流入业务分类、分发标签等功能。出口LER完成去除标签、恢复业务分组等工能。流入的无标签IP分组，LER分类并打上相应标签后，经MPLS接口发往MPLS网络。边缘路由器也完成路由协议功能。,75,MPLS的有关概念,LER:(标记边缘路由器，Label Edge Routers)、入口LER,出口LER,LSR:(标记交换路由器，Label Switching Routers）上游LSR与下游LSR,FEC(转发等价类 Forwarding Equivalence Class)标记、标记分组LIB(标记信息表，Label Information Table)LFIB(标记转发信息表，Label Forwarding Information Table),LDP(标记分发协议，Label Distribution Protocol）LSP(标记交换路径，Label Switched Path)对等实体,MPLS域,76,MPLS交换的基本原理,1.标签分发协议 标签分发协议（LDP）是一个单独的控制协议，相当于No.7信令协议，用来在LSR之间交换和协调FEC/标签绑定信息以及相关处理过程。LDP协议将网络层路由信息直接映射到链路层交换通道上，在逻辑相邻的LSR间协商标签值，建立TCP连接，确保LDP消息按序可靠传送。LDP映射消息可从本地LSR或出口LSR发起，并从下行LSR流向上行LSR。每个LSR在其LIB中关联入口标签出口出口标签，以形成从入口到出口的标签交换通路LSP。,77,标签分发协议,LDP用四类消息完成标签的分发过程，包括发现消息、会话消息、公布消息、通知消息。标签分发协议的运行分为四个阶段：发现阶段、会话建立阶段、会话维持阶段和删除阶段。,78,标签分发的四个阶段,LSR1,LSR2,LSR3,UDP,Hello,UDP,Hello,TCP连接，初始化,TCP连接，初始化,FEC=A,标记=4,FEC=A,标记=6,LIB,LIB,LIB,标记请求/映射,标记请求/映射,撤销,撤销,1.发现阶段,2.会话建立与维护,3.LSP建立与维护,4.会话撤销,79,标签分发协议,1)发现阶段，分为基本发现和扩展发现机制。基本发现机制周期地按UDP组播方式发送“Hello”消息，通知相邻节点本地对等关系，接收方将该对等关系标识为链路层可达。扩展发现机制按UDP方式周期地发送特定IP地址的“Hello”包，通知相邻子网对等关系，接收方将该对等关系标识为网络可达。,80,标签分发协议,2)会话建立阶段，分为建立传输层连接和初始会话两个子阶段。建立传输层连接，在两个LSR之间建立TCP连接。初始会话，通过交互LDP初始消息协商会话参数，包括LDP协议版本、分发方法、定时器值、标签范围等。,81,标签分发协议,3)会话维持和删除阶段，通过监测会话传输连接上 LDP PDU接收情况确定连接是否完整。每个会话有一个“保持存活”定时器，若定时器到时则认为该传输连接中断或对等失效，则关闭传输层连接，终止对等会话。,82,标签分发与管理,标签分法是指LSR分配一个标签并与某个FEC绑定的过程。标签分发分为:上游分配，MPLS未采用;下游标签请求分配;下游标签按需分配。,LSR1,LSR2,请求绑定,标记与FEC绑定,下游标签请求分配,LSR1,LSR2,标记与FEC绑定,下游标签按需分配,83,标签分发与管理,标签分配的驱动模式：分为拓扑驱动、基于申请驱动和业务流驱动。拓扑驱动，靠路由信息驱动标签分配来交换建立路径，通常标签采用预分配，从而数据转发速度极快。基于申请驱动，根据申请消息分配标签，具有预建立路径的优点，但耗费标签资源较多，适于有特殊质量需求的业务。业务流驱动，业务流到达时临时建立交换路径和标签分配，可避免不必要的标签资源占用，但数据转发速度较低，并要求较高处理能力。,84,标签分发与管理,标签分发控制模式，分为独立分发和有序分发两种。独立标签分发，指每个节点可在任何时候向其相邻节点分发标签映射信息。简单快捷，但会有冲突。有序标签分发，从源到目的节点的可能路由发出申请，每个LSR收到下游标签映射后才向上游分发标记映射信息。可保证标签分发的完整性和一致性。,85,标记有序分发控制过程,LSR1,LSR2,LSR3,路由表,路由表,LIB,LIB,FEC:47.0.0.0/8标记：10,请求,映射,86,标签交换路径(LSP),标签交换路径LSP，指一个特定FEC在逻辑层次上经多个LSR组成的交换式分组传输通路。LSP经三个过程形成：网络开始工作后，由路由协议在各节点建立转发表。各节点在LDP控制下建立标签信息库LIB。当一个数据传输请求抵达时，从入口到出口LER之间各节点分配的标签映射串联起来构成标签交换路径LSP。,87,LSP的建立过程,LSP,3,3,3,1,1,1,2,2,2,请求,请求,47.1,47.2,0.40,0.40,0.50,0.50,映射,映射,LSR2,LSR1,LSR3,LSR4,88,MPLS的工作过程,入口LER按照业务流的服务要求完成：FEC划分加标记,89,加标签的过程,3,1,1,0,LER：FEC、加标签,46.0.0.0,47.0.0.0/8,LSR2,LER 3,LER 4,LER 1,90,转发,3,5,1,1,0,LSR:根据标签转发,46.0.0.0,47.0.0.0/8,LSR2,LER 3,LER 4,LER 1,91,去标签,5,1,1,0,LER:去掉标签,46.0.0.0,47.0.0.0/8,LSR2,LER 3,LER4,LER 1,92,1.路由协议建立路径；LDP建立标签-目的网络映射,2.LER:接收分组、加标签,4.LER:除去标签,3.LSR:转发,LSP,MPLS的关键技术,1.MPLS的信令方式 通常使用的建立MPLS标记交换路径的信令有LDP/CR-LDP（RFC3412），RSVP-TE（RFC3477），BGP扩展。LDP的标签分配模式有DoD（Downstream On Demand：下游按请求分配标签模式）和Du（Downstream Unsolicited：下游未被请求标签分配模式）两种方式。,MPLS的关键技术,2.MPLS的主要元素 构成MPLS协议框架的主要元素有LDP，标签映射表（LIB）和标签转发信息库（LFIB），其中LIB和LFIB分别为存储标签绑定信息和相应的标签转发信息的数据库。3.LSR功能实现 LSR是MPLS网络的基本单元，软件框架结构如图所示。,MPLS的关键技术,MPLS交换结点的功能框图,LSR主要由控制单元与转发单元两部分构成,MPLS的技术特点,1MPLS的QoS控制有两种方法用以MPLS流中指示服务类别。一种是IP Precedence，典型应用是在核心路由器；在另一种方式中，MPLS可用不同组的标签指定服务类别，交换机可自动获知流量需要按优先级排队。2.路径备份和故障恢复可以配置两条LSP，一条处于激活状态，另外一条处于备份状态。3.负载均衡 MPLS可以使用两条和多条LSP来承载同一个用户的IP业务流，合理地将用户业务流分摊在这些LSP之间。,MPLS的技术特点,4.路径优先级及碰撞在网络资源匮乏的时候，保证优先级高的业务优先使用网络资源。5.与ATM比较MPLS实质上是当IP包进入MPLS网络时被分配一个短小、长度固定、具有本地意义、能区别于其他信息流的标签作为MPLS头来封装这个IP包，在MPLS网络所有转发机制都是依据这个标签，该标签告诉路径上的交换节点如何处理和转发数据，在离开MPLS网络时解封装MPLS头。从ATM的观点来看，MPLS应该被看作是另一个控制平面，是IP选路的一部分，一种建立ATM的VC的方法。,MPLS的典型应用,支持IP网络的Qos支持IP网络的