毕业设计基于MPLS技术的VPN网络实现.doc
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1、目 录第1章 绪论11.1 概述11.2 涉及到的关键技术21.3 国内外现状与应用前景31.3.1国内外现状31.3.2应用前景4第2章 VPN技术原理62.1 VPN的历史62.2 VPN原理62.3 VPN基本要求62.4 实现VPN的关键技术7第3章 MPLS技术原理93.1 MPLS提出的意义93.2 MPLS的标签结构103.3 MPLS网络工作原理103.4 实现MPLS网络的关键技术133.4.1 标记及其相关概念133.4.2 MPLS封装153.4.3 标记交换路由器(LSR)与标记边缘交换器(LER)173.4.4 标记分发协议(LDP)与标记交换路径(LSP)19第4章
2、 在MPLS上实现VPN224.1 MPLS/VPN体系结构224.1.1 PE路由器的改造和VRF的导入224.1.2 MP-BGP协议对VPN用户路由的发布234.2 MPLS/VPN中标签分组的转发244.3 多协议标记交换MPLS网络254.4 二层透传-AToM264.5 三层VPN-MPLS VPN274.6 MPLS VPN工作流程28第5章 MPLS VPN的应用305.1 MPLS VPN的典型应用方式305.2 基于MPLS VPN技术的校园网多业务系统应用305.2.1 某高校MPLS VPN架构305.3 MPLS VPN在企业中的应用33第6章 MPLS VPN技术优
3、势与挑战356.1 VPN优势明显356.2 MPLS VPN应用瓶颈与挑战366.3如何推动MPLS VPN在我国的发展37结 论39参考文献40致 谢41第1章 绪 论1.1 概述近年来,随着信息技术和网络经济的发展,企业日益扩张,对自身网络建设提出了更高的要求,主要变现在网络的灵活性、安全性、经济性和可扩展性方面。在这种情况下VPN以独特的优势赢得企业的亲睐。虚拟专用网技术在全世界已经迅速发展起来,2001年全球VPN市场将达到120亿美元。在中国,近些年人们对虚拟专用网的定义开始了解,包括虚拟专用网的安全性、服务质量等方面,随着互联网和电子商务的快速发展,中国的虚拟专用网市场将逐渐热起
4、来。对国内的用户来说,VPN虚拟专用网最大的吸引力是价格。据估算,如果企业放弃租用专线而采用虚拟专用网,其整个网络的成本可节约21%-45%,至于那些以电话拨号方式连网存取数据的公司,采用VPN则可以节约通讯成本50%-80%。VPN技术广泛的应用于国家国防军队通信和远程指挥网络平台的搭建;应用于企业网Intranet、远程访问、企业外部网Extranet、企业内VPN网络的建设;应用于网络游戏领域中基于VPN网络游戏大型网络平台的实施;应用于电子商务领域中公司、分公司于顾客间应用平台的建设;同时随着教育领域资源共享的开放性程度逐渐扩大,VPN技术也更为广泛的应用于教育事业、校园网建设等网络的
5、建设;甚至在未来的发展中也将更为广泛的应用于可提供更加安全的、速度更快的、易用性更好的连接平台的无线网络。使用VPN可降低成本,通过公用网来建立VPN,就可以节省大量的通信费用,而不必投入大量的人力和物力去安装和维护广域网设备和远程访问设备;传输数据安全可靠,虚拟专用网产品均采用加密及身份验证等安全技术,保证连接用户的可靠性及传输数据的安全和保密性;连接方便灵活,用户如果想与合作伙伴联网,如果没有虚拟专用网,双方的信息技术部门就必须协商如何在双方之间建立租用线路或帧中继线路,有了虚拟专用网之后,只需双方配置安全连接信息即可;完全控制,虚拟专用网使用户可以利用ISP的设施和服务,同时又完全掌握着
6、自己网络的控制权。用户只利用ISP提供的网络资源,对于其它的安全设置、网络管理变化可由自己管理。在企业内部也可以自己建立虚拟专用网。虚拟专用网架构中采用了多种安全机制,如隧道技术、加解密技术、密钥管理技术、身份认证技术等,通过上述的各项网络安全技术,确保资料在公众网络中传输时不被窃取,或是即使被窃取了对方亦无法读取数据包内所传送的资料。虚拟专用网虽然是一项刚刚兴起的综合性的网络新技术,但却已经显示了其强大的生命力。然而虚拟专用网也不是万能的,在实际的应用中也存在着很多问题。传统的虚拟专用网由于本身的技术缺陷,不可避免出现诸如网络配置繁重、维护困难、安全性不高、不能保证服务质量等问题。对于虚拟专
7、用网应用过程中逐渐暴露的问题, 需要采取适当的策略手段,以改善或加速因特网上的路由分组的处理。为了解决以上问题,工程任务组IETF提出了MPLS的概念。MPLS是一个多协议标签交换协议,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复杂性,兼容现有各种主流网络技术,能降低50网络成本,在提供IP业务时能确保服务质量和安全性。此外,基于MPLS技术还能解决VPN扩展问题和成本维护问题。1.2 涉及到的关键技术论文中主要涉及到的关键技术有MPLS技术和VPN技术。MPLS技术是一种将ATM和IP相结合的技
8、术,它基于标记交换的机制,在ATM层上直接承载IP业务。MPLS首先根据某种特定的映射规则,在网络入口LER处将数据流分组头和固定长度的端标记对应起来;然后在数据流的分组头中插入标记信息。在以后的网络转发过程里,LSR就只是根据数据流携带的标记进行交换或是转发。MPLS技术中有主要有标记技术、MPLS封装技术、标记分发协议、标记交换路径。VPN技术是依靠ISP和其他NSP(网络服务提供商)在公用网络中建立专用的数据网络。VPN有别于传统的电信网络,它并不实际存在;或者说,在任意两个节点之间的连接并没有传统专网所说的端到端的物理连接,而是利用现有网络通过资源配置以及虚拟电路的建立来构成动态的虚拟
9、网络。VPN采用了多种技术如隧道技术、加密技术、QoS技术、用户认证技术、密钥技术等。随着MPLS技术的发展和应用,基于MPLS的虚拟专用网(MPLS VPN)技术引起了人们的广泛关注,它利用MPLS骨干网络去建立VPN,只需要在网络服务提供商所提供的网络上建立一条虚拟的线路进行网络交流。MPLS VPN不是依靠封装和加密技术,而是依靠转发表和数据包的标记来创建一个安全的VPN。MPLS VPN具有安全性好、扩展性强、控制策略灵活、管理功能强、能够实现IP网中QoS与流量工程、具有业务融合能力和服务级别协议以及为用户节省费用等特点。1.3 国内外现状与应用前景1.3.1国内外现状MPLS VP
10、N业务近几年引起了全球运营业的普遍关注。国外大的运营商如AT&T、Sprint、Verizon、BellSouth、NTT都已经开始应用MPLS网络。我国运营商中最早推出MPLSVPN业务的是中国网通,推出时间为2002年6月。随着市场前景的日益看好,中国电信、中国铁通也开始提供这项服务。此外,一些跨国运营商也开始关注中国市场,围绕MPLS VPN业务的竞争正在中国市场上逐渐升温。(1)中国网通2002年,网通成为中国首个在全国范围内提供全程全网、端到端的宽带MPLS VPN业务的电信运营商。据网通称,MPLS VPN如今是中国网通所有国际产品中增长最快的业务,目前的业务量月均增长率在25%左
11、右,年增长率高达300%。中国网通公司通过MPLS VPN技术已经为大量的商业用户提供了端到端的高质量、安全可靠的网络平台和服务,用户中不乏国际知名企业、运营商以及金融业客户;并且实现了FR/ATM over MPLS电路业务以及拨号上网业务。(2)2002年,中国电信在中国大陆建立其高密度的IP/MPLS网络。该网络在同一物理网络上支持对传统业务和IP/MPLS新业务,并可快速提供用户业务。比如对等接入、IPVPN、城域以太网,通过二层VPN的方式承载FR、ATM、DDN业务的等。中国电信美国公司则将向在中国有业务的美国公司提供MPLSVPN、通达中国内地各处的专线业务和到CHINANET的
12、直接IP接入等业务。 (3)MPLS VPN技术主要用于跨国企业用户和行业用户在国内外的分支机构。在不能独立建网的中小企业应用也很广泛。MPLS VPN技术为用户提供了质量和安全保证,同时大大节省了成本,特别是通过MPLS VPN为企业用户提供语音、数据甚至视频业务在内的统一通信平台。目前,VPN 已经出现向银行、保险、运输、大型制造和连锁企业迅速扩算的趋势。(4)2003年,MPLS技术得到更为广泛的应用。印度的最大的INTERNER网络和电子商务提供商Sify有限公司,建成了印度最大的MPLS网络,提供安全VPN业务并作为连接到美国的INTERNET网关。日本的NTTCommunicati
13、ons建成了其全国范围、宽带多业务MPLS网络,并在这一个平台上提供IP、Ethernet、FR和ATM业务。此外,NTTCommunications还将面向全球提供其MPLSVPN与IPSecVPN互为备份的VPN业务,使得用户的专网可以覆盖到全球的124个国家或地区,并可在网络受到攻击时,通过在MPLSVPN和IPSec之间的切换,保证用户VPN业务的传输。 (5)Sprint2004年初,美国全国性运营商Sprint推出针对企业用户的MPLS VPN业务。至此,Sprint已经拥有了数据网互联方面所有的服务产品,包括旧有的传统专用线、帧中继、ATM、IP接入等等。在接下来的两年里,Spr
14、int希望在自己的专有IP网和全球IP平台上都采用MPLS VPN技术,并且集成以前的Internet接入和远程接入服务。1.3.2应用前景在国内,因特网已成为全社会的信息基础设施,企业端应用也大都基于IP,在因特网上构筑应用系统已成为必然趋势,因此基于IP的VPN业务获得了极大的增长空间。在向以IP V6为核心技术的下一代互联网过渡和发展中,MPLS VPN将是IP v4网络向IP v6网络过渡的重要手段和方式,原因是MPLS VPN采用的MPLS技术在IP v4和IP v6网络均能使用。因此,即使完全过渡到IPv6网络,MPLS VPN技术仍然能使用,并且发展空间更广,因为可充分利用 IP
15、v6的安全特性和QOS特性改善和加强MPLS VPN,使用户对它更有兴趣和信心。MPLS VPN非常适合对QoS、CoS(服务级别)、网络带宽、可靠性等要求高的VPN业务,适合于远程互联的大中型企业专用网络。MPLS VPN不仅满足VPN用户对安全性的要求,还减少了网络运营商和用户方的工作量。MPLS VPN便于实现三网合一,即在同一网络平台上实现基于IP的数据、语音和视频的远程通信,代表了VPN的发展方向。随着因特网于MPLS的虚拟专用网技术引起了人们的广泛关注,它势必成为未来网络安全研究和因特网应用的一个重要方向。基于MPLS的VPN能够利用公用骨干网络的广泛而强大的传输能力,降低企业内部
16、网络和因特网的建设成本。极大的提高用户网络运营和管理的灵活性,同时能够满足用户对信息传输安全性、实时性、宽频带、方便性的需求,所以受到一些大型跨地域集团用户的欢迎。对于企业来说,MPLS-VPN能够利用公共骨干网强大的传输能力,降低企业内部网络的建设成本,极大的提高用户网络运营和管理的灵活性,同时能够满足用户对信息传输安全性、实时性、宽频带和方便性的需要。与传统的VPN不同的是,基于MPLS的VPN是通过LSP(标记交换路径)将私有网络在地域上的不同分支连接起来,形成一个统一的网络,支持不同VPN间的互通。MPLS-VPN技术适合用于具有一下明显特征的企业:高效运作、商务活动频繁、数据通信量大
17、、对网络依靠程度高、有较多分支机构,如网络公司、IT公司、金融业、贸易行业、新闻机构等。随着网络的普及,特别是在电子商务的推动下,基于MPLS的IP虚拟专用网技术的研究必将有不可估量的市场前景。虽然发展前景比较乐观,不过MPLS VPN技术要想有更大的发展,目前QoS问题还有待进一步提高,安全问题需加强,另外需要进一步提高标准化程度,解决多厂家设备的互通性问题。相信经过MPLS VPN技术的不断完善和发展,未来必将和IP网络达到完美结合,为用户提供更加满意的服务和更加丰富的业务,成为VPN技术的主流。第2章 VPN技术原理2.1 VPN的历史VPN服务是很早就提出的概念,不过以前电信提供商提供
18、VPN是在传输网上提供的覆盖型的VPN服务。电信运营商给用户出租线路,用户上层使用何种的路由协议、路由怎么走等等,这些电信运营商不管。这种租用线路来搭建VPN的好处是安全,但是价格昂贵,线路资源浪费严重。后来随着IP网络的全面铺开,电信服务提供商在竞争的压力下,不得不提供更加廉价的VPN服务,也就是三层VPN服务。通过提供给用户一个IP平台,用户通过IP Over IP的封装格式在公网上打隧道,同时也提供了加密等等的手段提供安全保障。这类VPN用户在目前的网络上数量还是相当巨大的!但是这类VPN服务因大量的加密工作、传统路由器根据IP包头的目的地址转发效率不高等等的原因不是非常令人满意。MPL
19、S技术的出现和BGP协议的改进,让大家看到了另一种实现VPN的曙光。2.2 VPN原理虚拟专用网(VPN)指的是依靠ISP和其他NSP(网络服务提供商)在公用网络中建立专用的数据网络。VPN可以通过特殊加密的通讯协议连接到Internet上,在位于不同地方的两个或多个企业内部网之间建立一条专有得通讯线路,就好比是架设了一条专线一样,但是它并不需要真正的去铺设光缆之类的物理线路。VPN技术是广域网建设的最佳解决方案,它不仅会大大节省广域网的建设和运行维护费用。而且拥有成本低、便于管理、开销小、灵活度高、保密性好等优点。为了实现虚拟连接线路,VPN网络采用了“隧道”技术。“隧道”技术就是模仿点对点
20、连接,他依靠Internet服务提供商和其他的网络服务提供商在公共网中建立自己专用的“隧道”,让数据包在这条隧道上传输。2.3 VPN基本要求VPN(虚拟专用网)是指在公共网络平台上构筑的、不受地域限制,而受企业统一策略控制和管理的企业网络。VPN与普通的Internet不同,它采用公共数据网作为基础平台,与其他用户共享网络资源,而不是独占资源;它由企业采用统一策略进行网络管理,而不仅仅由网络服务商进行管理。从网络的结构来看,VPN所赖以运行的公共数据网平台可以包括各种实际的网络,如:IP网、FR网、ATM网和Internet网,可以由多个服务商提供服务。从用户的接入方式来看,VPN可以包括服
21、务商所提供的所有接入方式,如:专线接入、拨号接入和无线接入等。VPN的基本要求主要有安全性、性能、管理问题、互操作。这四个基本要求是VPN的整体性能评价的标准。(1)安全性。VPN提供用户一种私人专用的感觉,因此建立在不安全、不可信任的公共数据网的首要任务是解决安全性问题。VPN的安全性可通过隧道技术、加密和认证技术得到解决。在Internet VPN中,要有高强度的加密技术来保护敏感信息;在远程访问VPN中要有对远程用户可靠的认证机制。(2)性能。VPN要发展,其性能至少要高于传统方法。尽管网络速度不断提高,但在因特网时代,随着电子商务活动的激增,网络经常会发生拥塞,这给VPN性能的稳定带来
22、极大的影响。因此,VPN解决方案应能够让管理员进行通信控制来确保其性能。通过VPN平台,管理员定义管理策略来激活基于重要性的入口带宽分配。这样不仅能确保对数据丢失有严格要求和高优先级应用的性能,而且不会“饿死”低优先级的应用。(3)管理问题。由于网络设施、应用不断增加,网络用户所需的IP地址数量持续增长,对越来越复杂的网络进行管理,网络安全处理能力的大小是VPN解决方案好坏至关紧要的区分。所以,VPN要有一个固定的管理方案来减轻管理、报告等方面的负担。管理平台要有一个定义安全策略的简单方法,将安全策略进行分布,并管理大量设备。(4)互操作。在Internet VPN中,企业要与不同的客户及合作
23、伙伴建立联系,VPN解决方案一而不同。所以,企业的VPN产品应该能够同其他厂家的产品进行互操作。这要求所选择的VPN方案应该是基于工业标准和协议的。这些协议有Internet安全协议、点到点隧道协议、第二层隧道协议等。2.4 实现VPN的关键技术(1)隧道技术。VPN区别于一般网络互联的关键是隧道的建立,然后数据经过加密,按隧道协议进行封装、传输以保证安全性。现有两种类型的隧道协议,一种是二层隧道协议,用于传输第二层网络协议,它主要应用于构建远程访问VPN;另一种是三层隧道协议,用于传输第三层网络协议,它主要应用于构建Internet VPN和Extranet VPN。(2)加密技术。数据加密
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