MPLS体系结构与网络技术.doc

MPLS体系结构与网络技术摘要：MPLS是一种将IP引入ATM或帧中继等通信网络上，利用标签引导数据高速、高效传输的新技术。随着Internet的不断发展，采用带有MPLS功能的IP路由器和带有MPLS功能的ATM交换机组建未来宽带综合业务通信网，是业界迫切需要解决的问题。MPLS的价值在于能够在一个无连接的网络中引入面向连接的机制，其优点是减少网络的复杂性，能够兼容现有的各种网络技术。MPLS综合利用网络核心的交换技术和网络边缘的IP路由技术，将路由移到网络边缘，网络核心作标签转发。即边缘的路由，核心的交换。MPLS是目前普遍看好的融合ATM与IP、解决IP无连接和ATM面向连接矛盾的下一代宽带骨干网络技术。关键词：多系以标签交换（MPLS）、体系结构、网络技术、组件中图分类号：TP393文献标识码：B1、课程设计的目的（1）培养学生正确的设计思想，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。（2）理论联系实际，巩固所学的专业技术知识，培养自己独立思考的能力，同时提高分析和解决问题的能力。 （3）在这次课程设计中，了解并掌握MPLS体系结构及网络技术，提高查阅设计资料的能力、运用标准与规范和应用计算机等方面的能力，能够有针对性的解决问题，提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力。2、MPLS的简单介绍MPLS是多协议标签交换（multi-protocol label switching;MPLS）的简称，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、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。MPLS是一种将IP引入ATM或帧中继等通信网络上，利用标签引导数据高速、高效传输的新技术。随着Internet的不断发展，采用带有MPLS功能的IP路由器和带有MPLS功能的ATM交换机组建未来宽带综合业务通信网，是业界迫切需要解决的问题。MPLS的价值在于能够在一个无连接的网络中引入面向连接的机制，其优点是减少网络的复杂性，能够兼容现有的各种网络技术。3、MPLS的工作原理标记交换就是根据入分组中的“标记”检索交换机内部的转发信息库，使用转发信息库给定的出口信息完成该分组的转发。所谓的“标记”短且长度定的数字，数字本身与网络层地址并无直接联系，且只具有本地意义，“标记”与网络层地址的关系就如同邮政编码与通信地址的关系，但是关系一旦确定，俩者便可以互相替代。图1是“标记”与网络层地址的关系。168.16.1.1数据L3R2168.16.1.1数据L1R1L2168.16.1.1数据4168.16.1.1数据L4图1 “标记”与网络层地址的关系Diagram one the relation between mark and network address4、MPLS的体系结构MPLS的体系结构是一种出现在OSI2.5层的连接机制，它不像ATM和FR有相关的链路层协议。它的虚连接是建立在俩个存数据报网络的节点之上（如路由器）被称为LSP，用来运载数据报通信量。MPLS基于IP路由和控制协议，就像一个介于OSI第三层和第二层之间的“垫层”，利用第二层网络提供的数据链路层服务。为IP提供面向连接的服务。因此，MPLS不被限制于任何特殊的链路层协议，利用节点现有的路由机制决定转发路径，它本身包含一系列简单的核心机制。表1为MPLS的体系结构。网络层MPLS数据链路层物理层表1 MPLS体系结构Figure one the System structure of MPLS5、MPLS的主要组件MPLS核心主组件分为转发机制和控制机制俩大类型。转发机制相对简单和固定，它主要由标记匹配算法组成，为此，每个支持MPLS的路由器，要有响应的标记信息库。而控制机制是MPLS中相对复杂多变的内容，其基本组件包括以下几个部分：5.1 基本路由处理路由选择本身通过标准的第三层路由协议如OSPF和BGP来完成；路由协议的拓扑范围和MPLS标记交换使能的节点范围可以不同，这意味着在同一个网络中可以同时存在MPLS使能和非MPLS是能的路由器。当分组遇到非MPLS使能的节点时，可以按照现有的路由功能转发该分组。5.2 标签（Label）MPLS关键概念及时用一个定长的、短的标记简化数据转发过程，因此，首先要定义标记的语义，然后要考虑标记的粒度，还要解决标记的分配，最后，未解决标记的可缩放性，还要定义标记栈以及相应的转发操作。5.3 MPLS封装标记信息可以被编码成一种MPLS头也可以包含在第二层数据编码头中，因此不同的媒介类型可能使不同的标记方法。我们用MPLS封装，这个属于来统一基于标记的转发，所以，MPLS头将用来指使用标记交换技术的特殊分组头所携带的信息。6、MPLS的网络技术6.1 ATM网络支持MPLS尽管MPLS可以运行在多种类型的数据链路上，但是由于ATM的优越性，在ATM上运行MPLS是目前MPLS研究的热点。在ATM网络上支持MPLS有多种方案，下面讨论一种ATM上的MPLS组网技术。在这种组网技术中，ATM交换机可作为标签交换节点，称作ATM-LSR。其中ATM- LSR通过ATM交换机与其他每个ATM-LSR通信。分组由ATM-LSR作出转发。为支持标签交换，ATM-LSR必须支持标签交换的标签分发协议（LDP）和其他IP层协议，如OSPF等控制和信令协议，而不是采用ATM寻址、ATM选路、ATM协议。ATM-LSR将标签加在ATM信元头的VCI/VPI域中，因此VC承载的信息包括控制业务信息、LDP消息和每个束流的LSP等。方案是将ATM骨干网络中一组ATM交换机升级为具有MPLS功能的ATM-LSR或直接在ATM核心网络中安装一组核心MPLS LSR。从选路邻接的角度来看，边缘路由器只是简单地与最近的核心LSR保持对等关系。这种技术考虑了现行ATM网络的大量交换机可能无法完全升级为MPLS LSR以及经济等其他因素，同时它也是目前IP/ATM叠加模型过渡到MPLS的最佳途径。6.2 MPLS的核心网络MPLS由标签交换路由器（LSR）、标签边缘路由器（LER）和标签分发协议（LDP）组成。MPLS使用现有路由协议（如OSPF、EIGRP）建立目的网络的可达性，同时使用新的控制协议（如LDP）以在网络交换机间共享标签信息（1b）。在WAN边缘的入口部分，标签边缘路由器接收报文，完成第三层功能，并为报文打上标签（Label）。在WAN内部，报文由标签路由器处理，并按一种新的交换机制进行处理，它作用于标签而非地址。传送报文穿过网络到达另一边。随后，出口的标签边缘路由器移去标签，并将报文传给其目的网络。 MPLS具有承载于不同网络上并支持不同网络业务的能力。MPLS改善了传统IP路由选路的性能，增加网络的吞吐能力，减少网络时延和时延抖动，同时有助于简化复杂的网络结构，能使网络的总成本下降50%。MPLS吸引网络界注意的还有它的多项应用：VPN、IP多播、业务量工程、改善QoS等。所以MPLS被业界认为是最有前途的宽带网络解决方案，具有广阔的应用和开发前景。7、MPLS的优点及发展7.1 MPLS的优点7.1.1功能上的独立性按照MPLS的思想，转发功能和路由功能是分开的，这样MPLS的核心只简单地执行转发功能，而无需检查包的全部内容，这就允许仅在网络的边缘实施一次路径及策略的选择。7.1.2性能的优化MPLS很好地结合了第二层交换的高效以及第三层路由的灵活，既简化了IP路由的操作，也高效地利用了网络的资源，从而使网络的性能得到优化。7.1.3资源的控制MPLS可以很好地控制资源，可以通过不同的服务等级(COS)，来提供原来无法提供的IP增值业务。7.1.4网络的演进MPLS正在演进到一个强大的骨干网络中去。在这个网络中，MPLS作为惟一一个运行在多种第二层媒质之上的协议，将成为承载第三层业务(IP)的一项关键技术。原理7.2 MPLS的发展MPLS作为Internet下一代宽带网络核心技术，可以为ISP提供多种大规模IP宽带网络阶必需的功能，例如可预见性、扩展性、可管理胜等。综上所述，通过MPLS可以建设一个先进的宽带网络，它有效地结合了L2层快速交换与L3层灵活路由的技术优势，同时确保了ISP对网络原有设备的投资，是目前有效实施网络流量工程。同时支持多种要求特定IPQoS保证的最佳解决方案。MPLS像其他宽带技术一样，会不断发展。然而其发展道路将会非常曲折，其中相关的QoS标签分配信令、QoS判决机制、流量工程等标准必须要适应瞬息万变的Internet宽带需求，才能最终形成一套统一完善的宽带技术标准。8、课程设计的体会本次设计通过对MPLS体系结构和网络技术的设计过程，对MPLS的工作原理及体系结构有了更好地掌握，同时理解了MPLS的重要作用。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，也是对于我们大四毕业论文的一种磨练。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，遇到不懂之处，及时向同学请教，在互相的探讨中问题迎刃而解，更加激起了自己对知识的好奇心