程控与交换技术第08章

第八章MPLS交换技术，8.1MPLS概述8.2标签分发协议(LDP)8.3标签交换路径(LSP)，人民邮电出版社，8.1MPLS概述，MPLS是交换和路由的结合，它将网络层路由和链路层交换结合在一起，以一种非常简洁的方式完成信息传输。8 . 1 . 1 PLS技术发展动力1。MPLS简化分组转发机制MPLS标签交换分组转发是基于固定长度标签的完全匹配，而不是像路由器那样运行最长的匹配算法。2.多协议标签交换系统实现了一个有效的显式路由功能。显式路由技术是一种非常有效的骨干网络路由技术。它指的是网络中的LSR(通常是标签交换路径的入口节点或出口节点)，它指定了LSP中的一些或所有LSR，而不是每个LSR独立地决定下一跳的选择。3.MPLS有利于流量工程互联网的快速发展和各种业务带宽需求的增加，使得流量工程显得尤为重要。4.多协议标签交换支持服务质量路由服务质量路由是指根据特定数据流的服务质量要求对其进行路由的方法。(1)在某些情况下，需要为每个指定的数据流保留一定的带宽。(2)考虑到为具有指定带宽的数据流找到路由的情况，路由选择将受到所需带宽的限制。(3)对于服务质量路由计算，由于各种原因，有时路由器用于计算的信息可能已经过时。从IP包到转发等价类的映射从IP包到服务级别的映射可能需要知道发送IP包的用户，以便根据源地址、目的地址、输入接口或其他特征来实现包过滤，但是一些信息只能在网络入口节点获得。多协议标签交换系统支持多网络功能的划分多协议标签交换系统引入了标签粒度的概念，使其能够将处理功能分层划分到不同的网元中，使得靠近用户的网络边缘节点能够承担更多的工作。同时，核心网络尽可能简单，例如，只处理纯标签转发。7.MPLS为具有不同服务级别的用户实现了单一转发规范。8.多协议标签交换提高了网络的可扩展性。8.1.2MPLS网络体系结构MPLS网络体系结构描述了实现标签交换的机制，它兼有基于第2层交换的分组转发技术和第3层路由技术的优点。首先，基本架构MPLS架构分为两个独立的组件：转发组件(也称为数据级)和控制组件(也称为控制级)。1。控制层中的每个MPLS节点必须运行一个或多个IP路由协议(或依靠静态路由技术)，以便与网络中的其他MPLS节点交换IP路由信息。2.数据层(1)标签转发标签转发信息表(TFIB)是一个转发层数据库，用于转发通过MPLS网络标记的数据包。当带有标签的数据包被标签交换机接收时，交换机使用该标签作为指向其标签转发信息表(TFIB)的指针。如果交换机在TFIB发现输入标签等于数据包携带标签的条目，它会用条目中的输出标签替换数据包中的标签，并将数据包转发到输出标签中指示的输出接口。多协议标签交换是在标签交换的基础上发展起来的。MPLS本质上是将路由器移到网络的边缘，并将快速简单的交换机放在网络的中心。一个路由选择和多个交换是为一个连接请求实现的。其主要目的是将标签交换转发数据报的基本技术与网络层路由有机地结合起来。(2)标签交换设备，像任何新兴技术一样，MPLS也引入了一些新术语来描述构成其体系结构的设备。边缘LSR基于图8.1扩展了MPLS节点体系结构，并在数据层增加了附加组件(IP转发表)。标准的IP转发表是使用IP路由表构建的，并扩展了标记信息。LSR自动柜员机是一种自动柜员机交换机，可以用作LSR。根据前述内容，标签添加是指当分组进入MPLS域时，预先为其设置标签的操作。这是一个边缘函数。MPLS分组转发和标签交换路径中的所有分组通过入口LSR进入MPLS网络，并通过出口LSR离开MPLS网络。这种机制创建一个标签交换路径(LSP)，它指的是一组路径，标签数据包必须通过这些路径才能到达特定转发等价类(FEC)的出口LSR。4.其他多协议标签交换应用到目前为止，所讨论的多协议标签交换体系结构使得传统路由器和自动柜员机交换机能够在统一的IP主干(IP自动柜员机体系结构)中顺利集成。工作原理MPLS起源于早期的IP交换。其目的是通过集成各种当前的IP路由和ATM交换技术，提供一个更加灵活、可扩展和高效的宽带交换路由器。与标签交换、自动柜员机交换等技术类似，多协议标签交换系统引入了标签的概念，标签引导多协议标签交换网络中的数据传输。当一个未标记的分组(IP分组、帧中继或异步传输模式信元)到达多协议标签边缘路由器(LER)时，入口LER根据输入的分组报头查找路由表，以确定到目的地的标签交换路径LSP，将找到的对应的LSP的标签插入到分组报头中，并完成端到端的IP地址和多协议标签的映射。8.1.4实现多协议标签交换的关键技术多协议标签交换的成功之处在于它在无连接的IP网络中引入了面向连接的机制，并使用标签交换机制转发数据包。其核心思想是：边缘路由和核心交换。因此，MPLS在实现过程中引入了许多关键技术和概念。1.标签及其相关概念1。标签是一个短的、固定长度的标识符，具有本地含义，用于描述转发等价类(FEC)。(1)标记长度从最基本的角度来看，标记可以看作是包头的缩写或用户数据流标识符的缩写，用作路由器转发数据包的判别指标，这在一定程度上类似于ATM中的VPI/VCI。(2)位置标记的语义具有严格的局部(或局部)意义，即仅在逻辑上相邻的节点之间有意义，上游路由器的输出标记是下游路由器的输入标记。(3)转发等价类转发等价类是一系列具有一定共性的数据流。这些数据由LSR在转发过程中以同样的方式处理。从转发处理的角度来看，这些数据是“等价的”。相关概念(1)标签绑定将标签分配给FEC称为“标签绑定”。(2)标记粒度在实际应用中，一个FEC可以映射到多个标记，即转发等价类和标记之间的映射关系是一对多关系。(3)标签堆栈MPLS中的另一个重要概念是“标签堆栈”，它指的是一系列连续的标签条目。多协议标签交换封装1。MPLS封装的含义为了将标签和数据包一起转发，需要在转发之前对标签进行适当的编码和封装。所谓的封装是指对标签或标签堆栈及其附加信息进行编码，以便进行标签交换，从而可以将它们附加到数据包中进行传输。MPLS封装的实现当使用MPLS专用硬件和软件来转发标签包时，MPLS在数据链路层和网络层报头之间定义了一层“垫片”，以实现标签编码和封装。多协议标签交换封装主要包括标签、时间表、服务类别、标签堆栈指示、下一个多协议标签交换封装类型指示、校验和等。第三，标签交换路由器(LSR)和标签边缘交换路由器(LER)标签交换路由器(LSR)是MPLS网络中的基本单元，它们的结构如图8.10所示，包括控制单元和转发单元。标签交换路由器(LSR)主要运行MPLS控制协议和第3层路由协议。从图8.10可以看出，LSR包括路由协议处理单元，其可以使用任何现有的路由协议(例如OSPF、BGP等)。)，它的工作是生成路由表。标签交换路由器(LSR)应完成路由器的路由控制功能和标签管理维护功能。(4)标签分发协议(LDP)标签分发协议(LDP)是控制标签交换路由器之间的标签和FEC绑定信息的交换并协调LSR之间的工作的一系列程序。5.标签交换路径(LSP)标签交换路径(LSP)是指由逻辑层上的多个LSR组成的交换分组传输路径。8.2标签分发协议(LDP)、8 . 2 . 1标签分发协议及其消息1。标签分发协议的基本解释是在多协议标签交换网络中定义的一系列处理过程，专门用于标签交换路由器之间的相互通知，以便建立和维护标签交换路径和标签交换路由器之间的服务所使用的转发标签语义。第二，LDP对等层和逻辑上相邻的LSR(其中LDP用于交换标记和流映射信息处理)被称为LDP对等。(1)发现消息：用于通告和维护网络中标签交换路由器(LSR)的存在。(2)会话消息：用于建立、维护和终止LDP对等体之间的会话连接。(3)广告消息：用于创建、更改和删除FEC标签绑定。(4)通知消息：用于提供咨询消息和错误通知。3.LDP消息结构所有LDP消息都采用类型-长度-值(TLV)分组结构编码方案，并且TLV编码对象的值字段可以包含一个或多个顶级域名或顶级域名的嵌套结构。转发等价类包到标签交换路径的映射主要通过标签交换路径和转发等价类包之间的绑定来实现。标记空间标记空间是指一系列标记的集合。标签空间的概念对于讨论标签分配和分发非常有用。标签分配和标签分发是在标签空间中选择未使用的标签，并将标签分发给发出标签请求的对等方。LDP标识符一个LDP标识符有6个字节长，用于确定LSR标签空间。前4个字节表示LSR的IP地址，后2个字节指定LSR中的特定标记空间。3.LDP会话用于在不同的本地服务请求之间交换标签信息。当一个LSR向另一个使用LDP的LSR广播多个标签空间时，它为每个标签空间使用单独的LDP会话。使用可靠的传输控制协议连接的传输会话。5.如果标签交换路由器A(表示为LSRa)向标签交换路由器B(表示为LSRb)发送流量，而标签交换路由器B根据某些流量工程匹配标准没有通过LSP与其直接连接，则LSRa和LSRb之间的会话称为非相邻LSr之间的LDP会话。第三，LDP对等层检测LDP对等层检测意味着LSR通过周期性地发送一些消息来发现其可能的LDP对等体，并且不再需要静态地配置LSR令牌交换。目前，有两种基本的和扩展的检测机制。基本检测用于找出链路层上与该LSR直接相连的LSR。与基本检测相比，扩展检测在两个方面有所不同。(1)目标问候消息被发送到特定的IP地址，而不是连接到输出接口的具有相同多播地址的所有路由器组。(2)扩展检测目标问候消息的发送是不对称的。LDP会话的建立和维护LDP会话的建立是通过在两个本地服务请求者之间交换LDP检测问候消息来触发的。该过程包括两个步骤：传输连接的建立和会话的初始化。1.建立传输连接2。会话初始化在LSR1和LSR2建立传输连接后，它们将通过LDP初始化消息交换来协商会话参数。(1)在第一种情况下，LSR1是无源的(2)，在第二种情况下，LSR1是有源的(5)。会话初始化的状态机描述用状态机的方法描述会话初始化的状态转换更为直观。通常，LDP状态机被定义为具有五种可能的状态和相应的状态行为。当一对本地链路通过共享同一标签空间的多条链路连接时，它们的LDP层会话将具有多个Helloadjacency。标记分发和管理LSR的每个界面都需要配置标记分发模式，并在会话初始化期间交换分发模式信息。1.标签分发控制模式LSR可以支持独立和有序的标签分发控制模式。标签交换路径(LSP)的初始化设置由LSR是以独立还是有序的LSP控制模式工作来决定。(1)独立标签分发控制模式所谓的独立标签分发控制模式是指何时生成标签并将生成的标签通知给上游对等层，并且每个LSR可以独立地做出决定。(2)有序标签分发控制模式所谓的有序标签分发控制模式是指当LSR或LSR已经根据特定的FEC从其下游LSR接收到标签绑定时，LSR向对等层通知标签-FEC绑定。LSP形成从出口到入口的“流”。2。标签保持模式标签保持模式可分为保守标签保持模式和自由标签保持模式。(1)保守标记保持模式的特征，(2)自由标记保持模式的特征，以及(LDP标记和下一跳地址LSR保持标记在它们的标签格式库(LIB)中。第八，环路检测和预防环路检测是标签交换路由器的可配置选项(LSR)。配置了环路检测的LSR可以找到环路标签交换路径(LSP)，并防止标签请求消息在LSP之间循环。1。标签请求消息的循环探测路径矢量和跳数主要用于LSR，而没有防止标签请求消息循环的合并能力。为了使用跳数来实现标签请求消息的循环检测，LSR必须满足以下规则。2.标签映射消息的循环检测通过使用路径向量法和跳数法，可以在标签映射消息中找到并终止具有循环的LSP。8 . 2 . 3协议规范的消息交换是通过在协议会话的TCP连接上发送协议数据单元来实现的。一、TLV编码和处理1。TLV编码格式在LDP报文中，TLV携带的大量信息采用了一种类型长度值(TLV)编码方案。如图8.18所示，给出了TLV的编码格式。图8.18LDPTLV编码格式。2.常用参数的TLV编码。各种LDP消息使用几个常见参数。这些常见参数的TLV编码如下。(1) feclv编码FEClv编码是指FEC的每个组成元素的编码。(2)标签TLV码标签TLV对标签进行解码，标签TLV由标签发布、标签请求、标签取消和标签映射等消息携带。(3) LSR对于在ATM链路上传输信息的ATM标签TLV，ATM标签TLV的编码格式如图8.23所示。图8.23ATM标签TLV编码，(4)FR标签TLV一LSR使用帧中继链路将使用帧中继标签TLV来编码标签，帧中继标签TLV编码格式如图8.24所示。图8.24帧中继标志TLV编码，(6)跳数TLV跳数TLV作为一个选项出现在LSP建立过程中，以计算沿整个LSP传递的