（通信与信息系统专业论文）vpls信令软件实现.pdf

摘要 摘要 v p l s 是一种新型的二层v p n 技术，它与传统二层v p n 的最大不同之处在于： 传统的二层v p n 仅提供点到点的连接，而v p l s 可提供点到多点的连接。不仅如 此，v p l s 还能像真正的二层网络一样进行广播。同时，相对于传统的二层v p n 和三层v p n ，v p l s 具有更多优点。v p l s 技术可将三层v p n 和二层v p n 融合在 一个网络中，而在以往，服务提供商必须为三层v p n 和二层v p n 建立单独的网 络，其建设费用和维护费用十分庞大。v p l s 的这些优点让企业用户和服务商从中 获利，因此开发v p l s 软件显得非常必要，具有巨大的价值。 以太网技术由于其简单、经济、高速等特点，目前已成为局域网的标准技术。 它作为一种接入技术也得到了越来越广泛的应用，尤其是在城域网和广域网中。 m p e s 技术是一项新的数据转发模式，具有传统口转发无法比拟的优点。该项技 术正逐渐应用到服务提供商网络中，专家预言，m p l s 技术将驱动未来的i p 网络。 更重要的是，m p l s 技术在v p n 技术应用方面具有得天独厚的优势。v p l s 技术 将m p l s 技术和以太网技术结合起来，它将地理位置分散的以太网用户通过服务 提供商的m p l s 骨干网络连接起来，组成一个二层v p n ，对用户来说，就好像连 接在一个真正的局域网中。 v p l s 协议主要分为控制平面和数据平面。控制平面的信令协议为v p l s 数据 转发提供控制信息，是v p l s 模块中的关键部分。d r a f t m a r t i n i 和d r a f t k o m p e l l a 都是i e t f 提出的关于实现v p l s 的草案，其中d r a f t m a r t i n i 方案提出使用m p l s 中的l d p 协议作为v p l s 的信令控制协议，并对l d p 协议进行了扩展。而 d r a f t k o m p e l l a 提出使用b g p 协议作为v p l s 的控制信令协议，同时对b g p 协议 进行了扩展。由于d r a f t m a r t i n i 简单易于实现，所以目前大多数服务提供商实现 v p l s 都采用d r a f t m a r t i n i 方案。本文也采用此方案。 本文首先对v p l s 和传统的二层v p n 及三层v p n 进行了比较，提出了v p l s 的优点，介绍v p l s 中的关键技术。由于本文采用的v p l s 方案为d r a f t m a r t i n i 方 案，所以，随后本文对m p l s 和l d p 协议进行介绍，主要对l d p 的四大功能以及 在实现这些功能时需要发送的消息进行了详细的介绍。然后，本文分析了v p l s 的实现方案，对整个方案的控制平面和数据平面分别进行介绍。其中，着重对控 制平面做了阐述，尤其是d r a f t m a r t i n i 对l d p 进行扩展的部分进行了详细的论述。 摘要 在介绍l d p 协议和分析d r a f t m a r t i n i 方案实现v p l s 的基础上，本文实现了v p l s 信令软件，对实现的整个过程进行了全面阐述，并在某公司的高端路由器上对软 件基本功能进行了测试，根据基本功能测试，证明该软件是确实可行的a 最后， 本文分析了不足之处并对今后的工作做了展望。 关键词：虚拟专用局域网服务，多协议标签交换，标签分配协议，二层虚拟专用 网 a b s t r a c t a b s t r a c t t h et r a d i t i o n a ll a y e r2v p ns h a r e so n ec o l n l n o nc h a r a c t e r i s t i c ：t h e yp r o v i d eo n l y p o i n t t o p o i n tc o n n e c t i v i t y v i r t u a lp r i v a t el a ns e r v i c e ( v p l s ) ，w h i c hi san e wa n d e n h a n c e dl a y e r2v p n ，o nt h eo t h e rh a n d ，w a sb u i l tf o rm u l t i - p o i n tc o n n e c t i v i t ya n dh a s b r o a d c a s tc a p a b i l i t yl i k eac o m m o nl a n i nc o n t r a s tw i t ht h et r a d i t i o n a ll a y e r2v p n a n dl a y e r3v p n ，v p l sh a sm o r ea d v a n t a g e so v e rt h e m v p l sc a nc o n s o l i d a t el a y e r2 v p na n dl a y e r3v p ni n t oo f l en e t w o r ki n f r a s t r u c t u r e w h i l ei nt h ep a s t 1 a y e r2v p n c a l l o n l yp r o v i d ep o i n t - t o - p o i n tc o n n e c t i v i t y t os u p p o r tl a y e r3v p n as e p a r a t e n e t w o r kh a st ob eb u i l tt om e e tf o rt h i sd e m a n d t h i sw i l lr e s u l ti ns e r v i c ep r o v i d e r s h a v i n g t om a i n t a i ns e p a r a t el a y e r2 na n dl a y e r3 nn e t w o r k ，w t f i c hi sv e r y d i f f i c u l ta n dc o s t l y s e r v i c ep r o v i d e r sa n dc u s t o m e r sw i l lb e n e f i tf r o mt h i sn e w t e c h n o l o g y s oi ti sn e c e s s a r yt od e v e l o pv p l ss o f t w a r ea n dt od os ow i l lm a k es e r v i c e p r o v i d e r si n c r e a s ep r o f i t a b i l i t y a tt h es a m et i m e ，e t h e r n e th a sb e c o m et h ed o m i n a n tt e c h n o l o g yf o rl o c a la r e a n e t w o r kc o n n e c t i v i t ya n di sg a i n i n ga c c e p t a n c ea sa l la c c e s st e c h n o l o g y , s p e c i f i c a l l yi n m e t r o p o l i t a na n dw i d ea l e an e t w o r k s a n dm p l s i san e wf o r w a r d i n gt e c h n o l o g ya n d i th a su n p a r a l t e la d v a n t a g eo v e rt h et r a d i t i o n a li pf o r w a r d i n gt e c h n o l o g y v p l sp r o v i d e c o n n e c t i v i t yb e t w e e ng e o g r a p h i c a l l ye t h e r n e t c u s t o m e r sa c r o s ss e r v i c ep r o v i d e r s m p l sb a c k b o n en e t w o r k ，a si ft h e ya r ec o n n e c t e db yat r u ec o m i n o nl a n v p l sc o n s i s t so ft w op l a n e s ：c o n t r o lp l a n ea n df o r w a r d i n gp l a n e t h ec o n t r o l p l a n e i st h ek e yc o m p o n e n to fv p l s t h ec o n t r o lp l a n em a i n l yf a c i l i t i e sd a t ap l a n e ，t h a t i s c o n t r o lp l a n ew i l lt e l ld a t ap l a n eh o wt of o r w a r dt h ed a t a i nd r a f t m a r t i n iw eu s e l d p ( l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c 0 1 ) a so u rs i g n a l i n gp r o t o c o li nc o n t r o lp l a n e w h i l ei n d r a f t k o m p e l l a ，w eu s eb g p ( b o r d e rg a t e w a yp r o t o c 0 1 ) a ss i g n a l i n gp r o t o c o li nv p l s i no u ri m p l e m e n t a t i o nw ea d o p td r a f t - m a r t i n is c h e m e f i r s t l y , w ec o m p a r ev p l sw i t ht r a d i t i o nl a y e r2v p na n dl a y e r3 v p n i n t r o d u c i n gt h ea d v a n t a g e so f v p l s a n ds o m e k e yt e c h n o l o g i e s i nv p l sa r e i n t l o d n c e d t h e ns o m eo 王l d p sf u n c t i o n s 缸ed e m o n s t r z t e d t h e nw ea n a l y z e 也o v p l ss c h e m eb a s e do nd r a f t m a r t i n ia n de s p e c i a l l yd e m o n s t r a t es o m ee x t e n d e d a b s t r a c t f e a t u r e so fl d eb a s e do nt h e s ea n a l y s e sw ed e v e l o pv p l sl d ps o f t w a r e ，i e v p l s s i g n a l i n gs o f t w a r e s o m eb a s i ct e s td e m o n s t r a t e st h ev a l i d i t yo fo u rs o f t w a r e k e y w o r d s ：v t r t u a lp r i v a t el a ns e r v i c e ，m u l t i - p r o t o c o ll a b e ls w i t c h ，l a b l ed i s t r i b u t i o np r o t o c o l l a y e r2v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k 简略字表 a c a t m b g p c er o u t e r c o s c w f e c f r i g p i p l p c i d p l e r l s l s p l s r m a c m p l s m h ， n _ p p d u p e r o u t e r p r o u t e r p s n p w q o s r f c t c p 简略字表 a c c e s sc i r c u i t a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e b o r d e rg a t e w a yp r o t o c o l c u s t o m e re d g er o u t e r c l a s so fs e r v i c e c o n t r o iw b | d f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s e s f r a m er e l a y i n t e r i o rg a t e w a yp r o t o c o l i n t e r n e tp r o t o c o l h a t e r - p r o c e s sc o m m u n i c a t i o n l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c o l l a b e le d g er o u t e r l a b e ls w a p p i n g l a b e ls w i t c h e dp a t h l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r m e d i aa c c e s sc o n t r o l m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h m a x i m u mt r a u s f e ru n i t n e t w o r kp r o c e s s i n g p r o t o c o ld a t au n i t p r o v i d e re d g er o u t e r p r o v i d e rr o u t e r p u b l i cs w i t c hn e t w o r k p s e u d ow i r e q u a l i t yo fs e r v i c e r e q u e s tf o rc o m m e n t t r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c o l v i i 接入链路 异步传输模式 边界网关协议 客户边缘路由器 分类服务 控制字 转发等价类 帧中继 内部网关协议 网际协议 进程间通信 标签分发协议 标签边缘路由器 标签交换 标签交换路径 标签交换路由器 媒体访问控制 多标签协议交换 最大协议传输单元 网络处理 协议数据单元 提供商边缘路由器 提供商路由器 公共交换网络 伪线 服务质量 请求评论 传输控制协议 简略字表 t i t t l u d p v c v c i v l a n v p i v p l s v p n v s i t y p el e n g t hv a l u e t i m e t ol i v e u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l v i r t u a lc i r c u i t r t u a lc h a n n e li d e n t i f i e r v i r t u a ll a n v i r t u a lp a t h d e n t i f i c r v i r t u a lp r i v a t el a ns e r v i c e t u a lp r i v a t en e t w o r k v i r t u a ls w i t c hi n s t a n c e v i i i 类型长度值三元组 生存时间 用户数据报协议 虚链路 虚拟通道标识符 虚拟局域网 虚拟路径标识符 虚拟专用局域网服务 虚拟专用网 虚拟转发实例 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 日期：护b 年( ，月- 7 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 肇寥一 日期：撕年b 月 日 第一章绪论 1 1v p l s 概述 第一章绪论 虚拟专用网( v p n ) 用来在通用的网络结构上标识闭合的用户组。虚拟专用 网综合了专用网络和公用网络的优点，允许有多个站点的客户拥有一个完全假想 的专有网络，而使用公用网络作为其站点之间交流的线路。它基于公共数据网， 给客户一种直接连接到私人局域网感觉的服务。 按照v p n 的构架层次可以将v p n 分为二层v p n 和三层v p n 。二层v p n 是 指构成v p n 的隧道封装在第二层( 数据链路层) 上。三层v p n 是指在网络参考 模型的第三层( 网络层) 利用一些特殊的技术来实现企业客户各个节点之间的互 连。这种方式下，提供商路由器参与客户三层路由，并管理与v p n 相关的路由表， 将路由发布给远端节点。 v p l s 是一种二层v p n 服务，其全称为虚拟专用局域网业务( v i r t u a lp r i v a t e l a ns e r v i c e ) ，是一种在m p l s 网络中提供虚拟专用以太网桥接域的技术。其原理 是在各个p e 之间建立全网状的m p l sl s p ，将二层以太网帧通过m p l s 进行封装， 通过m p l s 交换将用户以太网流量在各个p e 之间进行转发，从而建立一个点对多 点的以太网v p n 1 1 。 1 2 课题研究背景及研究内容 1 2 1 传统二层v p n 及三层v p n 的局限性 传统的二层v p n 和现有的三层v p n 的局限性主要体现在以下几个方面： 夺基于m p l s 的三层v p n 仅仅支持口协议。 夺基于m p l s 的三层v p n ，由提供商来管理路由器信息。这对客户和服务提 供商来说，都有一些缺点。对于服务提供商来说，需要管理庞大的路由表 项，同时若考虑可扩展性的话，这将意味对p e 路由器的要求很高，也就 意味着成本的提高。 夺传统的二层v p n 服务提供的是一种点对点的服务，如果服务提供商需要 电子科技大学硕士学位论文 提供三层v p n 服务，则必须重新建立一个三层v p n 网络。而且服务提供 商必须维护两个网络，维护的成本和代价非常巨大。 夺基于a t m 的传统二层v p n 的速率最高，不过也有限制，最多只能达到 o c 一4 8 ( 2 5 g b p s ) 。它的速率不能太高，也不能利用速率更高的以太网技 术。 1 2 2v p l s 的引入 v p l s 在传统的v p n 基础上改进了很多，利用m p l s 骨干网络，服务提供商 能将三层v p n 和二层v p n 融合在一起，而不必像班前一样花费很高的费用分别 为三层和二层v p n 维护单独的网络，这对服务提供商来说是很有吸引力的。 m p l s 二层v p n 提供几乎任何的二层服务，包括过去的帧中继、a t m 服务， 当然还包括廉价高速的以太网服务。和三层v p n 相比，v p l s 不仅仅能支持i p 传 输，而且还能支持类似i p 的传输，更确切的说，由于二层v p n 构建在数据链路层， 它并不关心第三层使用何种协议。 三层v p n 中，p e 需要搜集相应v p n 的路由信息，服务提供商要参与客户路 由。同时由于三层v p n 是多点对多点的通信，如果服务提供支持v p n 的数目越 多，它所要维护的路由表项就越多，这对p e 路由器的性能提出了很高的要求，也 意味着服务提供商的成本大大提高。改进后的二层v p n 不存在这个问题，客户的 路由表不会在服务提供商处保存。服务提供商仅仅对客户提供一个透明的二层连 接，这使得网络复杂性降低，同时由于客户可以自己控制和管理路由，使得安全 性相对较高【7 】。 在本文的后续章节中，将不区分m p l s 二层v p n 和v p l s 的概念。后续所述 m p l s 二层v p n 即v p l s 。 1 2 3v p l s 发展现状 v p l s 技术实现方案目前有两种，分别是k o m p e l l a 等提出的二层v p n 草案和 m a r t i n i 等提出的二层v p n 草案，被分别称为d r a f t k o m p e l l a 方案和d r a f t m a r t i n i 方案。这两种方案的数据平面基本相似，都可以支持多种数据链路层技术，如帧 中继、a t m 、以太网、以太网v l a n 和p p p 等，它们的主要差别在于控制信令协 议的使用。k o m p e l l a 提出的方案利用b g p 协议作为控制信令协议【9 ，而m a r t i n i 提出的方案利用m p l s 中的l d p 协议作为控制信令协议【1 0 ，而且它们分别对b g p 第一章绪论 和l d p 协议进行了扩展。就目前来说，由于m a r t i n i 提出的方案实现简单，大多数 服务提供商采用m a r t i n i 方案，本课题也是采用m a r t i n i 的方案，而对于 d r a f t - k o m p e l l a 方案在此不做介绍。 1 2 4 论文主要内容及章节安排 v p l s 分为信令控制层和数据转发层。本课题的主要工作是实现控制信令软件， 采用的信令是l d p 协议。数据转发平面软件的实现不在本课题的范围之内，因此 在后续的论文章节中，本文只是对数据转发层进行大致的介绍。 论文共分六章，整体结构与章节安排如下： 第一章概述v p l s 技术以及其相关技术，介绍本文研究工作的主要背景和研 究内容。 第二章主要介绍l d p 协议，介绍l d p 建立会话的四大功能，以及在这四大功 能中的相应消息，同时介绍m p l s 的相关概念。 第三章主要介绍v p l s 整体实现方案，包括v p l s 总体概念、控制信令层的详 细介绍以及对数据转发层的大致介绍，同时就d r a f t m a r t i n i 对l d t 的扩展进行介 绍。 第四章主要介绍整个控制层信令软件的实现，主要包括控制软件实现的大致 流程、l d p t a r g e t e d 会话的实现以及p w 状态机的实现。 第五章对整个v p l s 信令软件进行了简单的测试。 第六章是全文总结以及对后续工作的展望。 电子科技大学硕士学位论文 2 1引言 第二章m p l s 及l d p 介绍 m p l s 是多协议标签交换的简称，它能承载任何的三层协议。在本文中，我们 所指的三层协议是i p 协议。 传统的数据包转发是基于i p 路由的逐跳转发，当一个1 p 分组到达路由器以后， 路由器根据口包头的目的地址进行路由查找，找到路由的下一跳。这个过程在每 一跳路由器都进行，直到该分组到达目的地。实质上，传统的口路由转发是两个 功能的结果f 8 ： 夺基于最长地址前缀匹配，对第三层数据包划分转发等价类( f e c ) ； 夺把转发等价类映射到下一跳。 在m p l s 网络中，节点仍然逐跳转发，m p l s 网络的边缘路由器( l e r ) 根据 特定的f e c 给数据报文分配一特定的标签，数据转发建立在这一固定长度标签的 基础上。在如图2 - 1 所示的m p l s 网络中，标签边缘路由器为进入的i p 报文分配 标签，每个数据报文将沿着标签交换路径( l s p ) 转发，每个标签交换路由器( l s r ) 独立的根据标签的内容做出如何转发的决定【1 1 。在每一跳上，标签交换路由器完 成标签交换的快速操作。数据报在整个m p l s 网络中转发的过程就是标签交换的 过程。当数据报文即将离开m p l s 网络的时候，标签边缘路由器将会对数据报中 的标签进行剥离，继续进行基于传统i p 路由的数据转发过程。 图2 - 1 m p l s 网络图 第二章m p l s 及其l d p 介绍 2 2m p l s 相关术语 ( 1 ) 转发等价类 转发等价类( f e c ) 是m p l s 中的一个重要的概念。m p l s 实际上是一种分类 转发技术，它将具有相同的转发方式的分组归为一类，称为转发等价类。相同的 转发方式可以包含目的地址相同、转发路径相同、具有相同的服务等级等。在目 前的大多实现中，f e c 分类的主要依据是路由，也就是一个特定的路由属于同一 个f e c 。 ( 2 ) 标签 标签是一个定长，通常只具有本地意义的标识符，用来标识某一f e c 。当分组 到达m p l s 网络入口时，它将按照一定的规则划分不同的f e c ，然后根据f e c 分 配标签，在网络中，根据标签来转发数据。 标签的结构如图2 2 所示。 o123 o12345678 90 】23456789o123 456789o1 图2 2 标签结构不意图 整个标签长度为3 2 比特，其中2 0 比特用做标签的值，3 个比特用于试验，主 要是用于服务等级分类c o s 。数据报文携带的标签往往不止一个，多个标签叠加 称为标签栈。比特s 用来标识该标签是否位于栈底，如果s 比特为1 ，表明是栈底。 理论上，m p l s 可以支持无限层标签嵌套。 标签栈是m p l s 中一个很重要的概念，在数据转发过程中，标签栈对于转发 的路由器来说是透明的，它并不知道数据报文中有几层标签栈，它仅仅根据最外 层标签来转发数据【1 3 】。在基于m p l s 的v p n ( 包括三层的m p l sv p n 和二层的 m p l sv p n ，也就是v p l s ) 实现中，标签栈有两层，其中外层标签用于表示特定 的隧道，内层标签也就是v p n 标签，表明该数据属于哪个v p n 1 4 1 。 在标签结构中，有8 个比特的t r l 表示生存时间。 ( 3 ) 标签交换 m p l s 中的转发操作，其根据数据报文的入标签查找相应的出标签，并将入标 签修改成出标签的过程。 ( 4 ) 标签交换通道l s p 电子科技大学硕士学位论文 某个f e c 的数据流，在不同的路由器节点将被打上不同的标签，数据转发按 照这些标签进行，数据流所走的路径称为l s p 。一条l s p 实际上就是一个数据隧 道。 ( 5 ) 标签交换路由器 m p l s 网络的核心路由器，它提供标签交换和标签分发功能。 ( 6 ) 标签边缘路由器 标签交换边缘路由器，在m p l s 网络的边缘，进入到m p l s 的数据包由标签边 缘路由器分为不同的f e c ，并为这些f e c 分配相应的标签。标签边缘路由器主要 提供标签增加、标签剥离功能。 2 3 标签分发协议 根据l d p 规范r f c 3 0 3 6 ，标签分配协议l d p 用来交换为i g p 和静态路由分 配的标签，所以标签发布的时候，实际发布的内容就是标签、i p 前缀掩码长度。 通过运行l d p 协议，l s r 利用三层路由信息在m p l s 网络中建立一条l s p ，数据 将在这条特定的l s p 上传输。同时，在d r a f t m a r t i n i 中，我们将看到，l d p 除了 给路由f e c 分配标签以外还将为p wf e c 分配标签。 l d p 主要有四大功能：邻居发现、会话的建立和维护、标签通告、状态通知 1 5 1 。在介绍l d p 协议之前，有必要了解标签分配的常用术语。 ( 1 ) 有序方式和独立方式 l s r 产生i g p 路由和静态路由相关的标签，有两种方式发布： 令有序l s p 控制方式：l s r 只有在收到从相应下游邻居发来的标签绑定以 后，才把自己的标签发往它的上游邻居。 夺独立l s p 控制方式：l s r 可以自由的把标签绑定到上游或者下游邻居进行 发布，而不需要等待下游邻居的标签绑定。 ( 2 ) 下游自主和下游按需分配模式 l s r 分配标签的方式也有两种： 夺下游自主分发模式：下游主动地为f e c 向上游分发标签，而不管上游是否 进行了请求。 夺下游按需分发模式：只有当上游邻居向下游邻居请求标签映射时，下游才 会给上游发送标签映射消息。 ( 3 ) 自由标签保留模式和保守标签保留模式 第二章m p l s 及其l d p 介绍 当l s r 收到来自非路由下一跳的邻居的标签绑定关系时候，它可以选定保留 这些标签，以便将来这些邻居成为它下一跳的时候使用。这种方式称为自由标签 保留模式。如果不保留这些标签绑定，这种称为保守标签保留模式。 2 3 1 邻居发现 l d p 中有两种不同类型的邻居：直连邻居和非直连邻居，分别利用r f c 3 0 3 6 中规定的基本发现机制和扩展发现机制来发现邻居。直连邻居之间有一个二层的 物理连接或者逻辑连接。这些逻辑或者物理链接的共同之处就是邻居间只相距一 个p 路由跳。而非直连邻居之间没有第二层连接，这些邻居相距几个路由条的距 离。在它们之间建立的会话称为目标( t a r g e t e d ) 会话。 直连邻居和非直连邻居都是通过u d p 端口6 4 6 来发现邻居的，它们最主要区别 在于它们发现邻居的方式。对于直连邻居，l s r 通过向2 2 4 0 0 2 的多播地址发送 h e l l o 消息发现邻居；非直连邻居不能通过多播来发现，而是通过向邻居发送单播 h e l l o 消息来发现邻居，这需要在发送前配置非直连邻居。 2 3 2 会话的建立和维护 发现i d p 邻居以后，就开始建立l d p 会话。l d p 会话建立主要分为两个过程， 确定在会话过程中的主动方和被动方以及协商一些初始化会话参数。通过比较 h e l l o 消息中的传输地址来确定主动方和被动方，传输地址大的一方将作为会话的 主动方。主动方将主动向被动方发起一个t c p 连接，被动方监听主动方来的t c p 连接请求。t c p 连接建立后，l s r 会通过l d p 初始化消息协商会话参数。协商的 参数包括l d p 协议版本号、标签分配方式、定时器值等。 一旦会话建立起来，通过向会话中的邻居定期发送h e l l o 消息和k e e p a l i v e 消 息维护这个会话。 2 3 3 标签通告 一旦l s r 建立起l d p 邻居关系，它们开始彼此通告标签。在标签通告中发送 七种类型的消息，下面逐一介绍。 ( 1 ) 地址消息 l s r 发送地址消息通告l s r 被绑定的接口地址，l s r 一般都很多的接口，每 个接口都配有不同的地址，即使只有同一个接口，该接口下也可以配置多个地址， 电子科技大学硕士学位论文 l s r 在建立会话后，马上会向l d p 邻居通告自己所有的地址。 ( 2 ) 地址回收消息 当删除一个接口或者关闭一个接口的时候，需要发送一个地址回收消息。 ( 3 ) 标签请求消息 当l s r 在下游按需模式下，上游l s r 需要向下游l s r 请求一个标签，这时上 游会向下游发送一个标签请求消息。 ( 4 ) 标签映射消息 当下游收到标签请求消息或者l s r 工作在下游自主分配模式下时，下游会向 上游发送标签映射消息，标签映射消息通告一个特定f e c 和标签的绑定。 ( 5 ) 标签回收消息 当l s r 要回收先前发送标签绑定的时候，会发送一个标签回收消息。在接收 到标签回收消息后，l s r 应该停止使用这个标签绑定，然后向标签回收消息的发 送者响应一个标签释放消息。 ( 6 ) 标签释放消息 标签释放消息用来响应标签回收消息。 ( 7 ) 标签中止消息 标签中止消息主要用来中止先前申请的标签请求消息。 2 3 4 状态通知 当l s r 需要通知对端一个事件时，就会向对方发送一个通知消息。通知消息 包括错误消息和通告消息。在d r a f t m a r t i n i 对通知消息进行了扩展，用来替代标签 回收消息，而且表达的信息要比标签回收消息更全面，我们将在第三章详细介绍。 2 4l d p 消息分组 l d p 消息由u d p 或t c p 承载，无论是使用u d p 还是t c p 协议，l d p 消息 分组都是一个l d p 分组的头部，后面包含一个或者多个l d p 消息。l d p 分组的首 部是一协议数据单元( p r o t o c o ld a t au n i t ，p d u ) 。而后面包含的消息即上面介绍 的各种消息，除了h e l l o 消息是利用u d p 以外，其它都是利用t c p 协议来承载。 第二章k l p l s 及其l d p 介绍 2 4 1l d p p d u 头部 l d p p d u 头部如图2 - 3 所示， oi o i234567 89 o 由以下几个字段组成： 2 3 234567890 1234567890 1 图2 - 3l d p p d u 消息头部 夺版本号：目前l d p 的版本为1 。 夺p d u 长度：包括头部以后所承载的数据内容，包括l d p 标识和后面所包 含的消息的长度。 夺l d p 标识：包含6 个字节的字符串，由两部分组成。前面4 个字节是l s r i d ，用来唯一标识该路由器。后面两个字节的值用来标识标签空间。如果 为全局标签空间，那么后面的两个字节将为0 。 2 4 2 l d p 消息格式 l d pp d u 后面是一个或者多个l d p 消息，它的格式如图2 - 4 所示。 o123 0 1234567 8 90 1234567890 1234567890 1 】叫消息类型 消息长度 消息i d 比选参数t l v 可选参数聊 图2 4 l d p 消息通用格式 如果消息内容未知，u 比特将被置为1 ，l d p 规范中没有规定未知的消息。消 息类型是个2 个字节的字段，其值表明该消息中携带的是何种类型的消息。表2 - 1 列出了消息类型字段的可能值。 电子科技大学硕士学位论文 表2 - 1 消息类型 消息名称消息号 通知0 x 0 0 0 l h e l l o0 x 0 1 0 0 初始化 o x 0 2 0 0 k e e p a l l v e0 x 0 2 0 1 地址0 x 0 3 0 0 地址回收 o x 0 3 0 l 堡笙堕壁! ! 塑! 1 标签请求 0 x 0 4 0 1 标签释放 o x 0 4 0 2 标签回收 0 x 0 4 0 3 标签中止请求0 x 0 4 0 4 消息长度是消息后面的字段集合的长度。字段集合包含消息1 d 和必选参数以 及可选参数的长度，以字节为单位。必选参数和可选参数都是t l v 的三元组 ( t y p e l e n g t h v a l u e ，类型长度值) ，是种对分组中任意数量的数据进行编码的 方式【1 5 】。 2 4 3l d p 各种消息格式 表2 - 1 中列出1 1 种消息，在这里不会把表2 1 中列出的消息一一介绍，而且 在代码实现中，不是所有的消息我们都会用到。例如在软件实现中，我们采用的 标签分发模式是下游自主分发模式，因此在我们的代码中不会出现标签申请消息， 也不会出现标签中止申请消息。在介绍各种消息的时候，由于有些消息设计到的 可选t l 、，参数比较多，我们不会一一介绍，而仅仅介绍我们代码中实现的可选参 数t i 。 ( 1 ) h e l l o 消息 h e l l o 消息的完整格式( 不包括l d p p d u 头部，为了简单起见，后面的消息 都将不包含l d pp d u 头部) 如图2 - 6 所示，h e l l o 消息包含了一个必选参数公共 h e l l o 参数t l v 和一个可选参数传输地址t l v 。公共h e l l o 参数中包含了关于l s r 希望建立的l d p 会话类型的信息。其中保持时间是以秒为单位的h e l l o 保持时间。 直连会话的h e l l o 消息每5 秒发次，t a r g e t e d 会话的h e l l o 消息是每9 秒发送一 次。在一对l d p 邻居之间通过持续交换h e l l o 消息，表明该l d p 邻居是活动的。 如果经过了h o l dt i m e 长的时间以后，还没有收到对端的h e l l o 消息，则表明l d p 邻居不再是活动的。 第二章m p l s 及其l d p 介绍 ol23 ol23456 78 9o1234 567 89o123456 789 o1 h e l l o ( 0 x o l 0 0 )消息长度 消息i d 公共h e l l o 参数( o x 0 4 0 0 )长度 保持时间 t l q 保留 口v 4 传输地址( 0 x 0 4 0 1 )长度( 0 x 0 0 0 4 ) i p v 4 传输地址值 图2 - 6 h e l l o 消息格式 当l s r 建立的是t a r g e t e d 会话的时候，t a r g e t e dh e l l o 消息的比特位t 比特 和请求t a r g e t e dh e l l o 消息的r 比特都将置为1 ，表明是t a r g e t e dh e l l o 消息。 传输地址t l v 是可选的，在软件设计时我们实现了它。它主要用于会话建立 的时候用于t c p 连接的地址，一般情况下，传输地址就是l s ri d 。 ( 2 ) 初始化消息 在建立会话的时候，在双方的t c p 建立连接之后，主动方和被动方将相互交 换初始化消息。初始化消息主要用来协商会话所需要的参数。 初始化消息的消息格式如图2 7 所示。 o123 o1 2 345 6789 o123456 78 9o1234 5 678 9 o1 o l0 x 初0 始2 0 化0 ) 消息长度 消息i d o l o公共会话参数( 0 x 0 5 0 0 ) 长度( 0 x 0 0 0 4 1 k e e p a l i v e 时 协议版本号 间 路径向量约 a | d 【保留 晟大p d u 长度 接收者l j l d p d 图2 7 初始化消息格式 初始化消息包含了一个公共参数，其中的协议版本为l d p 的协议版本号， 当前版本为1 。保活时间( k e e p a l i v eh o l dt i m e ) 即会话保持的时间，在经过这个时 间后，若没有收到对方的k e e p a l i v e 消息，会话将被拆除。 a 比特表明了标签分配模式，下游自主模式设为0 ，下游按需分发设为1 。 d 比特表明了是否采取环路检测，若禁止环路检测就设为0 ，启动了环路检测 电子科技大学硕士学位论文 就设为1 。在我们的软件设计中没有使用环路检测，因为i g p 提供了这样的机制。 最长p d u 长度表明两个邻居间可以允许的最大l d pp d u 长度，默认值为 4 0 9 6 。 接受者的l d p 标识符是l d p 的标识符，通告返回给接受者。 当建立l d p 邻居的两个l s r 都接收到的初始化消息以后，并且参数些协商成 功以后，邻居就建立起来了。邻居建立后，就会向邻居间发送k e e p a l i v e 消息。在 默认情况下，每6 0 秒发送一次k e e p a l i v e 消息，如果在1 8 0 内没有收到k e e p a l i v e 消息，就会拆除l d p 会话里邻居关系。 ( 3 ) k e e p a l i v e 消息 k e e p a l i v e 消息没有可选参数和比选参数，仅仅包含一个l d pp d u 头部和 k e e p a l i v e 消息头部。 ( 4 ) 地址消息和地址回收消息 地址消息和地址回收消息的格式完全一样，仅仅是消息类型字段不一样，完 整的地址消息格式如图2 - 8 所示。 ) l 地址( 0 x 0 3 0 0 )消息长度 消息 0 |地址列表( 0 x 0 1 0 1 )长度 地址类型 地址列表值 图2 - 8 地址消息格式 地址消息仅仅包含一个地址列表t 【，地址t l v 里面包含了一系列的地址。 ( 4 ) 标签映射消息 标签映射消息如图2 - 9 所示，其中包含一个f e c t i _ v 和标签t l v ，标签n 里面的标签用来和f e ct l v 形成绑定关系。 第二章m p l s 及其l d p 介绍 标签映射 f o x 0 4 0 0 ) 消息长度 消