通复试试题交换技术

交换技术（－23）

内容回顾路由器体系结构的发展路由器的结构3.线速缓存技术4.路由快速查找技术5.网络结构,交换技术

教学大纲要求：

1.基本要求（1）掌握MPLS的基本概念、网络结构和基本工作过程。（2）了解MPLS路由器结构。（3）了解MPLS的标记分发协议及标记交换路径的建立过程。

2.重点、难点重点：MPLS的基本概念，网络结构和基本工作过程。难点：MPLS交换机制。3.说明以讲述MPLS交换技术为主，适当介绍相关协议。

第8章多协议标记交换3

多协议标记交换(MPLS)将分组分类，给不同类的分组打上不同的标记，并为每类分组建立标记交换路径。标记交换路由器将分类后的分组按标记交换路径进行快速转发。MPLS便于用硬件实现交换，可以提供良好的服务质量保证。

多协议标记交换8.1MPLS工作原理8.2MPLS标记分配协议8.3标记交换路径的建立8.4MPLS性能优势4本章的主要内容8.1MPLS工作原理一、MPLS中的基本概念与术语：1.转发等价类（FEC)：网络将具有相同服务需求的分组分为一类，按同样的处理方式将其进行转发。FEC的划分很灵活，如可以根据分组的地址分类，也可以根据分组的服务质量来分类。52.标记：用于标识转发等价类，标记长度短、定长且只具有局部意义。3.标记栈:多个标记的堆栈，用于多个MPLS域的嵌套。MPLS的基本概念64.MPLS网络:由MPLS路由器和链路构成，根据功能路由器分为标记边缘路由器和标记交换路由器。MPLS网络可以是多层嵌套的，每一层称为一个MPLS域。5.标记交换路由器（LSR）:负责完成标记交换功能，包括实现标记分配协议，建立标记交换路径，实现标记分组的快速转发。6.标记边缘路由器（LER）:位于MPLS的边界，它把进入MPLS域的分组分为转发等价分类，并为其申请建立标记交换路径。分组进入域时加上相应标记，离开时标记被删除。7MPLS的基本概念7.标记分配协议（LDP）：用于建立标记交换路径的控制协议。LER/LSR使用LDP协议交换FEC/标记绑定信息，建立一条从入口LER到出口LER的LSP。8.标记交换路径（LSP）：是一条从MPLS域入口到出口的标记分组的传送路径，功能上等效于一个虚电路。一个LSP由一个标记序列来标识，它包括从入口LER到出口LER所经过的所有结点上的相应标记。LSP可以在IP数据分组传送前建立，也可以在检测到一个数据流后建立。9.标记信息库（LIB）:

保存在LSR/LER内的路由表中，在表中包含有FEC与标记的关联信息、关联端口以及底层的封装信息。

二、MPLS的工作过程81.MPLS域中的各个路由器使用标记分配协议（LDP），在边缘路由器之间建立标记交换路径。2.一个IP分组到达MPLS域时，入口E-LSR对接收到的IP分组进行分类，将属于不同FEC的分组映射到不同的LSP。然后为分组加上标记，并转发到下一个LSR。3.LSR对每一个接收到的MPLS分组，利用输入端口号和输入标记查找转发表，找到相应的输出标记和输出端口号。LSR用新的输出标记代替MPLS分组中的旧标记，然后将MPLS分组从输出端口发送出去。4.当MPLS分组要离开MPLS域时，出口E-LSR将分组的标记删除，恢复成普通的IP分组转发给IP子网。

MPLS采用现有的IP协议选择LSP的路由，或采用显式方式指定路由。9

三、标记交换路由器结构

控制构件执行路由协议，创建并维护路由表。在路由表的基础上通过LDP建立LSP，并创建和维护LSP对应的转发表。转发构件根据分组的输入端口和所携带的标记检索转发表，把分组交换到相应输出端口，并用输出标记替代原来的标记。

标记交换路由器由两部分构件组成，一部分是控制构件，另一部分是转发构件。控制构件与转发构件完全分离，可以独立地开发和修改。

一、LDP的发现机制

LSR通过LDP发现机制来发现它潜在的对等实体。每个LSR将周期性地向每个端口广播LDP-hello消息，发现与之直接相邻的LSR；也可以利用扩展发现机制向指定的LSR发送LDP-hello消息，确定与其不直接相邻的LSR。二、LDP会晤的建立与维护

1.通过LDP-Hello消息的交互，两个LSR可以知道对方的IP地址，二者首先建立TCP连接，在此基础上，通过交换LDP初始化消息协商会晤参数，建立会晤。协商的会晤参数包括：LDP协议版本、标记分配方法、定时器值

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8.2MPLS标记分配协议11LDP会晤的建立与维护2.维护Hello邻接点在LDP中，一个LSR通过定期接收到对等方发来的Hello消息来判定该对等方仍处于相邻的工作状态。如果LSR1超时没有接收到某个对等方（LSR2）的Hello消息，LSR1将从本地的Hello邻接表中删除LSR2。

3.LDP会晤连接的维护

LDP通过定期的接收LDP-PDU来维护会晤的完整性。对于LSR1，一旦它接收到LDP会晤另一方（LSR2）发出的LDP-PDU，LSR1重置该会晤的寿命定时器。如果超时没有接收到LDP会晤另一方发来的LDP-PDU，LSR1将终止该会晤。

三、标记分配法12

依据FEC的数据流向，链路下游的LSR负责分配FEC的标记。下游LSR收到某个新FEC时，生成一个新的标记，并将标记与该FEC的IP目的地址前缀绑定。下游LSR将IP目的地址前缀和分配的标记的映射关系传送给上游的LSR，上游的LSR将标记存放到转发表中相关的输出标记字段，下游的LSR将标记存放到转发表中相关表项的输入标记字段。1.下游分配标记

下游结点只有在收到上游结点分配标记的请求后，才开始标记分配过程。上游LSR针对路由表中的每一项，请求下游LSR为通往由IP目的地址前缀所指定的路由分配一个标记。下游LSR生成标记，将标记放入转发表中相关表项的输入标记字段，并发送一个标记映射消息给它的上游LSR。上游LSR收到下游LSR的映射信息后，将标记放在转发表中相关表项的输出标记字段中。132.下游按需分配标记LSR将对路由表中的每一项路由分配一个标记，并将标记放入转发表中关联表项的输出标记字段。该LSR发送一个标记映射消息给指定路由的下一跳LSR，消息中包含了用于标明路由的IP目的地址前缀和与之绑定的标记。下游LSR收到消息后，将标记放在转发表中相关表项的输出标记字段中。143.上游分配标记158.3标记交换路径的建立一、数据流驱动的LSP建立数据流分组到达时进行标记分配并在线地建立LSP。一个典型的方法是:将具有相同源地址和目的地址及TCP/UDP端口号的数据分组映射到某个FEC;当数据流的分组到达时，LSR先按普通路由器方式进行路由转发，同时建立数据流到FEC的映射，并触发一条LSP的建立;LSP建立完成后，该数据流的后续分组沿LSP传送;如果数据传输结束或者有较长时间该LSP上没有数据传输，则各LSR将撤销该LSP，收回标记，以供其它数据流使用。数据流驱动方式可以针对一个流或多个流。16标记交换路径的建立（二）二、拓扑驱动下LSP的建立拓扑驱动以路由表为基础，沿路由方向逐跳进行标记的分配，由于去往不同目的地址的路由事先已计算好，拓扑驱动的标记分配方式相当于一种“预分配”的方式。三、控制驱动下LSP建立利用控制协议的信令发出请求，LSR收到请求后进行标记分配并建立LSP。比如利用RSVP协议建立LSP：入口结点沿路由方向逐跳向下游结点发送一个“路径建立”消息，请求下游结点分配一个标记，直至出口结点。出口结点接收到消息后，如果资源能满足要求，则在本地分配一个标记，并沿数据传递的相反方向发送一个“预留”消息。每个上游结点接收到预留消息后，都进行资源预留操作，并向上游结点发送预留消息，直至LSP建立。

LSP的建立过程

在MPLS网络中，标记交换路径LSP的形成分为三个阶段：

1.网络启动后在路由协议（如OSPF、BGP等）的作用下，在各LER/LSR结点中建立路由表。172.根据路由表，各LER/LSR在标记分配协议LDP控制下建立标记转发表。

LSP的建立过程（二）183.将入口LER、中间LSR和出口LER的输入/输出标记相互映射链接起来后，就形成从不同入口LER到不同出口LER的LSP。

8.4MPLS性能优势191.简化的分组转发操作传统的IP协议是通过在路由表中目的IP地址的最长前缀匹配来查找下一跳路由器。而MPLS基于FEC与固定长度标记的精确匹配来转发分组流，具有更高的转发速率。而且MPLS路由表和转发表的表项数目比传统IP的路由表和转发表要小得多。2.灵活的服务分类（CoS）服务分类（CoS）就是对信息流进行分类。MPLS将不同类别的信息流分为不同的转发等价类FEC，映射到不同的LSP。在建立LSP时就可以预留不同的网络资源，这样不同的LSP就可以为不同的信息流提供不同的服务质量（QoS）。20MPLS性能优势（二）3.有效的显式路由

MPLS只有用于建立LSP的信令消息才需要携带完整的显式路由表。在LSP建立后，IP数据分组并不需要携带完整的显式路由表。4.信息流量工程如果源结点和目的结点之间存在多条路径，则源结点和目的结点交互的信息流应该均衡地加载到这些路径上。MPLS既可以用最短路径作为标记交换路径，也可以显式指定LSP。在源结点和目的结点之间能够建立多条LSP，每一条LSP可以经过不同的中间结点和物理链路。由于LSP与FEC对应，因此源结点和目的结点之间不仅可以存在多条LSP，而且每一条LSP可以传送不同类别的信息流。21MPLS性能优势（三）5.QoS路由采用显示路由，通过将网络中的负载信息通报给信息流的入口结点，由入口结点根据信息流的带宽要求，在入口结点和出口结点间的各条路径之间选择一条满足该信息流带宽要求的路由。避免了标记交换路径上的每个LSR为都为该信息流计算路由，因此采用显示路由可以更好地支持QoS路由。

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多协议标记交换

第

章

多协议标记交换技术----ＭＰＬＳ

(小结)科学技术发展到今日，绝大多数计算机都已挂在互联网上，互联网采用的网络协议是IP。IP需要ATM技术的支持以解决QoS问题。因此，客观上就出现了融合IP与ATM这两种技术的需要。多协议标记交换(MPLS)成为ATM与IP融合的主流技术。MPLS是1997年由互联网工程工作组(IETF)提出的。作为互联网的一种骨干网交换技术。MPLS可以看成是ATM交换技术与IP路由技术的结合。22MPLS江湖恩仇录IP的危机在90年代中期，当时路由器技术的发展远远滞后于网络的发展速度与规模，主要表现在转发效率低下、无法提供QOS保证。原因是：当时路由查找算法使用最长匹配原则，必须使用软件查找；而IP的本质就是“只关心过程，不注重结果”的“尽力而为”。当时江湖上流行一种论调：过于简单的IP技术无法承载网络的未来，基于IP技术的因特网必将在几年之后崩溃。ATM的野心此时ATM跳了出来，欲收编所有帮派，一统武林。不幸的是：信奉唯美主义的ATM走向了另一个极端，过于复杂的心法与招式导致没有任何厂商能够完全修练成功，而且无法与IP很好的融合。在与IP的大决战中最终落败，ATM只能寄人篱下，沦落到作为IP链路层的地步。23MPLS江湖恩仇录ATM技术虽然没有成功，但其中的几点心法口诀，却属创新：屏弃了繁琐的路由查找，改为简单快速的标签交换将具有全局意义的路由表改为只有本地意义的标签表这些都可以大大提高一台路由器的转发功力。

MPLS的创始人“label大师”充分吸取了ATM的精华，但也同时认识到IP为江湖第一大帮派，无法取而代之。遂主动与之修好，甘当IP的承载层，但为了与一般的链路层小帮有所区别，将自己定位在第2.5层的位置。“label大师”本属于八面玲珑之人，为了不得罪其他帮派，宣称本帮是“multiprotocol”，来者不拒，也可以承载其他帮派的报文。在经过一年多的招兵买马、上下打点之后，于1997年的武林大会上，正式宣布本帮成立，并命名为MPLS（MultiProtocollabelSwitch）24MPLS江湖恩仇录

虽然MPLS的历任掌门都致力于本帮的发扬光大，但是要想整个武林都重新学习一门新功夫谈何容易。更为致命的是：MPLS标称的“身手敏捷”、“让一台IP路由器快速完成转发”也遇到了极大的挑战。由于社会进步，武林界已经告别以提升内力为主的冷兵器时代（软件转发），快速步入火器时代（硬件转发）。各种自动（ASIC）、半自动（NP）的武器价格低廉、江湖上几乎人手一把。当第二任掌门PHP发现凭借自己多年的修行，竟然连一个手持AK47的入门马仔（L3）都对付不了时，不禁仰头长叹，意识到日后再无人会苦练内力、提高身手了。联想到这几年的帮派斗争，自己早已心力交瘁，又感到十分愧对自己的恩师“label大师”，无法担当掌门的重任，遂弃掌门职位不坐，浪迹江湖，过起了隐居生活，当然，他没忘了在街边买上一把左轮手枪防身……25MPLS江湖恩仇录

MPLS掌门PHP与BGP掌门无为一起来到VPN掌门虚通道长处商议结盟之事，宾主谈笑甚欢。三人皆是性情中人，胸怀坦荡，知无不言，感觉甚是投机。于是效仿古人，结拜兄弟。祭拜天地之后，序了长幼，无为年长，做大哥，PHP次之，虚通道长年幼，做了小弟。三个掌门在本帮中精选得力弟子，成立JV公司，各占三分之一的股份。新帮派命名为：BGP/MPLSVPN。并且详细规定了新帮派的各项规章制度，并昭示天下。一时在江湖中传为佳话。虽然成立了新帮派，但是三个掌门并没闲着。

MPLS继续潜心钻研QOS和流量工程；

BGP准备和IPv6以及组播成立新公司；而虚通道长则致力于扩大VPN家族的势力范围。26MPLS江湖恩仇录27夫天下之势，分久必合，合久必分

——《三国演义.罗贯中》很危险，但很刺激，这就是江湖……

——《卧虎藏龙.碧眼狐狸》重要更正：相对频差为f/f。滑码发生周期为T=n/f典型习题解答习题3-15。习题7-12。29第一章1.交换机的概念通信网的概念通信网络结构4.电路交换与分组交换5.交换机的三个组成部