MPLS多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)解析

一、MPLS技術(shù)概述

MPLS技術(shù)的全稱是多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)，是在 Cisco公司所提出來的TagSwitching 技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，屬于第三層交換技術(shù)，它引入了基于標(biāo)簽的機(jī)制，把選路和轉(zhuǎn)發(fā)分開，由標(biāo)簽來規(guī)定一個(gè)分組通過網(wǎng)絡(luò)的路徑， 數(shù)據(jù)傳輸通過標(biāo)簽交換路徑(LSP)完成。

MPLS網(wǎng)絡(luò)由核心部分的標(biāo)簽交換路由器 (LSR)、邊緣部分的標(biāo)簽邊緣路由器(LER)組成。LSR可以看作是ATM交換機(jī)與傳統(tǒng)路由器的結(jié)合，由控制單元和交換單元組成;LER的作用是分析IP包頭，決定相應(yīng)的傳送級(jí)別和標(biāo)簽交換路徑(LSP)。由于MPLS技術(shù)隔絕了標(biāo)簽分發(fā)機(jī)制與數(shù)據(jù)流的關(guān)系，因此，它的實(shí)現(xiàn)并不依賴于特定的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，可支持多種的物理和鏈路層技術(shù) (IP/ATM、以太網(wǎng)、PPP、幀中繼、光傳輸?shù)?。MPLS使用控制驅(qū)動(dòng)模型初始化標(biāo)簽捆綁的分配及分發(fā)，用于建立標(biāo)簽交換路徑 (LSP)，通過連接幾個(gè)標(biāo)簽交換點(diǎn)來建立一條LSP。一條LSP是單向的，全雙工業(yè)務(wù)需要兩條 LSP。

標(biāo)簽交換的工作流程如下：

由LDP(標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議)和傳統(tǒng)路由協(xié)議(OSPF等)在LSR中建立路由表和標(biāo)簽映射表。

在MPLS入口處的LER接收IP包，完成第三層功能，并給 IP包加上標(biāo)簽;

在MPLS出口處的LER將分組中的標(biāo)簽去掉后繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

LSR不再對(duì)分組進(jìn)行第三層處理，只是根據(jù)分組上的標(biāo)簽通過交換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

二、MPLS技術(shù)的應(yīng)用

MPLS因其具有面向連接和開放結(jié)構(gòu)而得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，在大型 ISP網(wǎng)絡(luò)中，MPLS主要有流量工程、服務(wù)等級(jí) (CoS)、虛擬專網(wǎng)(VPN)三種應(yīng)用

1.流量工程

隨著網(wǎng)絡(luò)資源需求的快速增長(zhǎng)、 IP應(yīng)用需求的擴(kuò)大以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈等，流量工程成為 MPLS的一個(gè)主要應(yīng)用。因?yàn)?IP選路時(shí)遵循最短路徑原則，所以在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)流量工程十分困難。傳統(tǒng) IP網(wǎng)絡(luò)一旦為一個(gè)IP包選擇了一條路徑，則不管這條鏈路是否擁塞， IP包都會(huì)沿著這條路徑傳送，這樣就會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在某處資源過度利用，而另外一些地方網(wǎng)絡(luò)資源閑置不用。

在MPLS中，流量工程能夠?qū)I(yè)務(wù)流從由 IGP計(jì)算得到的最短路徑轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)中可能的、無阻塞的物理路徑上去，通過控制IP包在網(wǎng)絡(luò)中所走過的路徑，避免業(yè)務(wù)流向已經(jīng)擁塞的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的合理利用。

MPLS的流量管理機(jī)制主要包括路徑選擇、負(fù)載均衡、路徑備份、故障恢復(fù)、路徑優(yōu)先級(jí)及碰撞等。

MPLS非常適合于為大型 ISP網(wǎng)絡(luò)中的流量工程提供基礎(chǔ)，其有以下原因：

支持確定路徑，可為每條 LSP定義一條確定的物理路徑。

LSP統(tǒng)計(jì)參數(shù)可用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和分析，以確定瓶頸，掌握中繼線的使用情況。

基于約束的路由使 LSP能滿足特定的需求。

不依賴于特定的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，可支持多種的物理和鏈路層技術(shù)(IP/ATM、以太網(wǎng)、PPP、幀中繼、光傳輸?shù)?，能夠運(yùn)行在基于分組的網(wǎng)絡(luò)之上。

2.服務(wù)等級(jí)

MPLS的最重要的優(yōu)勢(shì)在于它能提供傳統(tǒng) IP路由技術(shù)所不能支持的新業(yè)務(wù)，提供更高等級(jí)的基礎(chǔ)服務(wù)和新的增值服務(wù)。 Internet上傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)流包括傳統(tǒng)的文件傳輸、對(duì)延遲敏感的話音及視頻業(yè)務(wù)等不同應(yīng)用。為滿足客戶需求， ISP不僅需要流量工程技術(shù)，也需要業(yè)務(wù)分級(jí)技術(shù)。 MPLS為處理不同類型業(yè)務(wù)提供了極大的靈活性，可為不同的客戶提供不同業(yè)務(wù)。

MPLS的QoS是由LER和LSR共同實(shí)現(xiàn)的：在LER上對(duì)IP包進(jìn)行分類，將IP包的業(yè)務(wù)類型映射到 LSP的服務(wù)等級(jí)上;在LER和LSR上同時(shí)進(jìn)行帶寬管理和業(yè)務(wù)量控制，從而保證每種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量得到滿足，改變了傳統(tǒng) IP網(wǎng)“盡力而為”的狀況。一般采用兩種方法實(shí)現(xiàn)基于 MPLS的服務(wù)等級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)。

(1)業(yè)務(wù)在流經(jīng)特定的 LSP時(shí)，根據(jù)MPLS報(bào)頭中承載的優(yōu)先級(jí)位在每個(gè)LSR的輸出接口處排隊(duì)。

(2)在一對(duì)邊緣LSR間提供多條LSP，每條LSP可通過流量工程提供不同的性能和帶寬保證，如入口LSR可將一條LSP設(shè)置為高優(yōu)先權(quán)，將另一條LSP設(shè)置為中等優(yōu)先權(quán)。

3.虛擬專網(wǎng)

為給客戶提供一個(gè)可行的 VPN服務(wù)，ISP要解決數(shù)據(jù)保密及 VPN內(nèi)專用IP地址重復(fù)使用問題。

由于 MPLS的轉(zhuǎn)發(fā)是基于標(biāo)簽的值，并不依賴于分組報(bào)頭內(nèi)所包含的目的地址，因此有效地解決了這兩個(gè)問題。

MPLS的標(biāo)簽堆棧機(jī)制使其具有靈活的隧道功能用于構(gòu)建 VPN，通常采用兩級(jí)標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，高一級(jí)標(biāo)簽用于指明數(shù)據(jù)流的路徑，低一級(jí)的標(biāo)簽用于作為VPN的專網(wǎng)標(biāo)識(shí)，指明數(shù)據(jù)流所屬的 VPN。

通過一組LSP為VPN內(nèi)不同站點(diǎn)之間提供鏈接，通過帶有標(biāo)簽的路由協(xié)議更新或標(biāo)簽分配協(xié)議分發(fā)路由信息。

MPLS的VPN識(shí)別器機(jī)制支持具有重迭專用地址空間的多個(gè) VPN。

每個(gè)入口LSR根據(jù)包的目的地址和 VPN關(guān)系信息將業(yè)務(wù)分配到相應(yīng)的LSP中。

三、基于MPLS方式組建VPN

基于MPLS方式組建VPN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，所需設(shè)備是路由器，可以利用網(wǎng)絡(luò)上已有的路由器升級(jí)，也可以新建，在全網(wǎng)各路由器配置 MPLS，各接入點(diǎn)的路由器配置成MPLS VPN PE( 邊界) Router，其余路由器配置成MPLS VPN P( 核心) Router 。全網(wǎng)路由器運(yùn)行內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 IS-IS及MPLS LDP協(xié)議。PE Router之間運(yùn)行MP-BGP協(xié)議，并且建立 Full-mesh的BGP連接。各VPN用戶的路由設(shè)備CE連到網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)PE Router。用戶與PE Router 之間運(yùn)行EBGP(或RIP2、OSPF)協(xié)議。VPN 用戶的地址空間由用戶確定，可采用私有保留地址。

MPLS VPN 限制VPN 路由信息僅在VPN內(nèi)部傳播，具體過程如下。

在PE路由器上有兩種互相隔離的路由表。一種是包含所有P和PE路由器路由的普通路由表;一種是與它相連的 VPN的路由表，即VRF。每個(gè)VPN對(duì)應(yīng)一個(gè)VRF。

PE路由器將VPN用戶地址(多為私有地址)轉(zhuǎn)換成VPN-V4的地址，其中包含RD，SOO等新增屬性，存儲(chǔ)在相應(yīng) VRF中。

同一VPN兩端的PE通過RSVP-Tunnel或LDP建立LSP(Label SwitchPath)，并用MP-iBGP交換此VPN的路由

當(dāng)PE接到本地VPN用戶的Packet時(shí)候，此PE在相應(yīng)的VRF中查找相應(yīng)路由，找到下一跳，此下一跳應(yīng)為將目的 VPN用戶地址通過MP-iBGP廣播給它的那臺(tái)PE。

本地PE路由器通過先前建立的 LSP將此Packet轉(zhuǎn)發(fā)到異地PE路由器。

異地PE路由器再在其相應(yīng)的 VRF中找到需要從哪個(gè)用戶端口轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。

基于MPLS 的VPN具有以下優(yōu)勢(shì)。

MPLS VPN 提供一個(gè)可快速部署實(shí)施增值 IP業(yè)務(wù)的平臺(tái)，包括內(nèi)部網(wǎng)、外部網(wǎng)、 話音、多媒體及網(wǎng)絡(luò)商務(wù)。

MPLS VPN ?通過限制VPN 路由信息的傳播僅在 VPN成員內(nèi)部，可提供與第二層VPN 相同的私密性及安全性。

MPLS VPNs 提供與用戶內(nèi)部網(wǎng)的無縫集成。

MPLS VPNs擴(kuò)展性好，每個(gè)服務(wù)提供商可以設(shè)定數(shù)十萬 VPN，每個(gè)VPN 可有數(shù)千個(gè)現(xiàn)場(chǎng)。

MPLS VPNs 提供IP 業(yè)務(wù)類別，支持VPN 內(nèi)部多級(jí)別業(yè)務(wù)，VPN 間的優(yōu)先級(jí)， 靈活的服務(wù)級(jí)別選定。

MPLS VPNs 提供方便的VPN成員管理及新VPN創(chuàng)建功能以利于業(yè)務(wù)的快速實(shí)施。

MPLS VPNs 提供可伸縮的 any-to-any 連接以擴(kuò)展內(nèi)部網(wǎng)及外部網(wǎng)從而蓋多業(yè)務(wù)。

MPLS的流量管理功能可以保證網(wǎng)絡(luò)資源得到合理利用 ;保證用戶申請(qǐng)的服務(wù)質(zhì)量得到滿足。

編輯：黃飛

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