多协议标签交换.docx
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1、多协议标签交换一、概述多协议标签交换(MPLS )是一种用于快速数据包交换和路由的体 系,它为网络数据流量提供了目标、路由地址、转发和交换等能力。 更特殊的是,它具有管理各种不同形式通信流的机制。中文名多协议标签交换外文名Multi-Protocol Label Switching本质用于快速数据包交换和路由的体系作用为数据流量提供了目标、路由等用途用于不同的包转发和包交换技术标签结构20 23 24 32 bit二、简介MPLS独立于第二和第三层协议,诸如ATM和IP。它提供了一种 方式,将IP地址映射为简单的具有固定长度的标签,用于不同的包 转发和包交换技术。它是现有路由和交换协议的接口,
2、如IP、ATM、 帧中继、资源预留协议(RSVP)、开放最短路径优先(OSPF)等等。在MPLS中,数据传输发生在标签交换路径(LSP)上。LSP是每 一个沿着从源端到终端的路径上的结点的标签序列。现今使用着一些 标签分发协议,如标签分发协议(LDP)、RSVP或者建于路由协议之 上的一些协议,如边界网关协议(BGP)及OSPF。因为固定长度标签 被插入每一个包或信元的开始处,并且可被硬件用来在两个链接间快 速交换包,所以使数据的快速交换成为可能。MPLS主要设计来解决网路问题,如网路速度、可扩展性、服务质 量(QoS)管理以及流量工程,同时也为下一代IP中枢网络解决宽 带管理及服务请求等问题
3、。在这部分,我们主要关注通用MPLS框架。有关LDP、CR-LDP和 RSVP-TE的具体内容可以参考个别文件。多协议标签交换MPLS最初是为了提高转发速度而提出的。与传统 IP路由方式相比,它在数据转发时,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。MPLS 起源于 IPv4 (Internet Protocol version )其核心技术 可扩展到多种网络协议,包括IPX (Internet Packet Exchange) Appletalk、DECnet、CLNP(Connectionless Network Protocol)等。“MPLS”中
4、的“Multiprotocol指的就是支持多种网络协议。MPLS包头结构MPLS包头结构02023 2432标签CoSSTTL32比特X2层头部MPLS头部IP头部数据2层头部MPLS 头MPLS 头IP头部数据 MPLS 包头有 32Bih、. mA f XE . . . | 3个Bit的EXP,协议中没有明确,通常用作COS三、协议结构卜Bit的S。用于标识是否是栈底,表明MPLS的标签可以嵌套=亦 W顷.13遒 C j8Bfc:XiViTTIMPLS标签结构: 20 23 24 32 bitLabel Exp STTLLabel -Label值传送标签实际值。当接收到一个标签数据包时,
5、可以查出栈顶部的标签值,并且系统知道:A、数据包将被转发的下 一跳;B、在转发之前标签栈上可能执行的操作,如返回到标签进栈 顶入口同时将一个标签压出栈;或返回到标签进栈顶入口然后将一个 或多个标签推进栈。Exp 试用。预留以备试用。S 栈底。标签栈中最后进入的标签位置,s值为0。S值为1表明 此为最底层标签。正因为这个字段表明了 MPLS的标签理论上可以无 限嵌套,从而提供无限的业务支持能力。这是MPLS技术最大魅力所在。TTL 生存期字段(Time to Live ),用来对生存期值进行编码。 与IP报文中的TTL值功能类似,同样是提供一种防环机制。四、协议组MPLS:相关信令协议,如OSP
6、F、BGP、ATM PNNI等。LDP:标签分发协议(Label Distribution Protocol)CR-LDP:基于路由受限标签分发协议(Constraint-Based LDP)RSVP-TE :基于流量工程扩展的资源预留协议(resourceReservation Protocol - Traffic Engineering)五、分类基于MPLS的VPN传统的 VPN 一般是通过 GRE (Generic Routing Encapsulation)、 L2TP(Layer 2 Tunneling Protocol)PPTP(Point to Point Tunneling P
7、rotocol). IPSec协议等隧道协议来实现私有网络间数据流在公网 上的传送。而LSP本身就是公网上的隧道,所以用MPLS来实现VPN 有天然的优势。基于MPLS的VPN就是通过LSP将私有网络的不同分支联结起来, 形成一个统一的网络。基于MPLS的VPN还支持对不同VPN间的互通 控制。CE (Customer Edge)是用户边缘设备,可以是路由器,也可以是 交换机或主机。PE (Provider Edge)是服务商边缘路由器,位于骨干网络。在骨干网络中,还存在P (Provider),是服务提供商网络中的骨 干路由器,不与CE直接相连。P设备只需要具备基本MPLS转发能力, 可以将
8、其配置为M-BGP的路由反射器,不维护VPN信息。基于MPLS的VPN具有以下特点:PE负责对VPN用户进行管理、建立各PE间LSP连接、同一 VPN 用户各分支间路由分派。PE间的路由分派通常是用LDP或扩展的BGP协议实现。支持不同分支间IP地址复用和不同VPN间互通。减化了寻路步骤,提高了设备性能,加快了报文转发。基于MPLS的QoSNE80E支持基于MPLS的流量工程和差分服务Diff-Serv特性,在 保证网络高利用率的同时,可以根据不同数据流的优先级实现差别服 务,从而为语音,视频数据流提供有带宽保证的低延时、低丢包率的 服务。由于全网实施流量工程的难度比较大,因此,在实际的组网方
9、案 中往往通过差分服务模型来实施QoS。Diff-Serv的基本机制是在网络边缘,根据业务的服务质量要求 将该业务映射到一定的业务类别中,利用IP分组中的DS (Differentiated Service)字段(由ToS域而来)唯一的标记该类 业务;然后,骨干网络中的各节点根据该字段对各种业务采取预先设 定的服务策略,保证相应的服务质量。Diff-Serv对服务质量的分类和标签机制与MPLS的标签分配十分 相似,事实上,基于MPLS的Diff-Serv就是通过将DS的分配与MPLS 的标签分配过程结合来实现的。六、工作过程1. LDP和传统路由协议(如OSPF、ISIS等)一起,在各个LSR
10、 中为有业务需求的FEC建立路由表和标签映射表2. 入节点Ingress接收分组,完成第三层功能,判定分组所属 的FEC,并给分组加上标签,形成MPLS标签分组,转发到中间节点 Transit3. Transit根据分组上的标签以及标签转发表进行转发,不对标签分组进行任何第三层处理4. 在出节点Egress去掉分组中的标签,继续进行后面的转发。由此可以看出,MPLS并不是一种业务或者应用,它实际上是一种 隧道技术,也是一种将标签交换转发和网络层路由技术集于一身的路 由与交换技术平台。这个平台不仅支持多种高层协议与业务,而且, 在一定程度上可以保证信息传输的安全性。七、体系结构在MPLS的体系结
11、构中:控制平面(Control Plane)之间基于无连接服务,利用现有IP 网络实现。转发平面(Forwarding Plane)也称为数据平面(Data Plane), 是面向连接的,可以使用ATM、帧中继等二层网络。MPLS使用短而定长的标签(label)封装分组,在数据平面实现 快速转发。在控制平面,MPLS拥有IP网络强大灵活的路由功能,可以满足 各种新应用对网络的要求。对于核心LSR,在转发平面只需要进行标签分组的转发。对于LER,在转发平面不仅需要进行标签分组的转发,也需要进 行IP分组的转发,前者使用标签转发表LFIB,后者使用传统转发表 FIB (Forwarding Inf
12、ormation Base)。八、路由协议LDP利用路由转发表建立LSPLDP通过逐跳方式建立LSP时,利用沿途各LSR路由转发表中的 信息来确定下一跳,而路由转发表中的信息一般是通过IGP、BGP等 路由协议收集的。LDP并不直接和各种路由协议关联,只是间接使用 路由信息。通过已有协议的扩展支持MPLS标签分发一虽然LDP是专门用来实现标签分发的协议,但LDP并不是唯一的 标签分发协议。通过对 BGP、RSVP(Resource Reservation Protocol) 等已有协议进行扩展,也可以支持MPLS标签的分发。通过某些路由协议的扩展支持MPLS应用在MPLS的应用中,也可能需要对
13、某些路由协议进行扩展。例如, 基于MPLS的VPN应用需要对BGP进行扩展,使BGP能够传播VPN的 路由信息;基于MPLS的流量工程TE(Traffic Engineering)需要 对OSPF或IS-IS协议进行扩展,以携带链路状态信息。LSPM: LSP Management九、转发技术MPLS作为一种分类转发技术,将具有相同转发处理方式的分组归 为一类,称为转发等价类 FEC (Forwarding Equivalence Class)。 相同转发等价类的分组在MPLS网络中将获得完全相同的处理。转发等价类的划分方式非常灵活,可以是源地址、目的地址、源 端口、目的端口、协议类型、VPN
14、等的任意组合。例如,在传统的采 用最长匹配算法的IP转发中,到同一个目的地址的所有报文就是一 个转发等价类。十、标签标签是一个长度固定、只具有本地意义的短标识符,用于唯一标 识一个分组所属的转发等价类FEC。在某些情况下,例如要进行负载 分担,对应一个FEC可能会有多个标签,但是一个标签只能代表一个 FEC。标签由报文的头部所携带,不包含拓扑信息,只具有局部意义。 标签的长度为4个字节,封装结构如图1-1所示。标签共有4个域:1. Label: 20比特,标签值字段,用于转发的指针。2. Exp: 3比特,保留,用于试验,现在通常用做CoS (Class of Service)。3. S: 1
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