MPLS多协议标记交换概述

第六章

多协议标记交换2023/3/11MPLS(Multi-ProtocolLabelSwitch)多协议标记交换IETF的MPLS工作组，主要目标是开发一个综合选路和交换的标准，把路由选择功能转移到网络边缘，把效率更高、结构更简单的交换功能放在核心网络中可以运行不同的链路层技术，如ATM、FR、PPP、POS、LAN等实际上，网络层协议只限于IPv4和IPv62023/3/12MPLS的体系结构MPLS中涉及的基本概念MPLS网络的结构MPLS基本工作过程MPLS体系结构2023/3/13MPLS中涉及的基本概念FEC（ForwardingEquivalentClass)：转发等价类。MPLS实际上是一种分类转发的技术，它将具有相同转发处理方式的分类归为一类，这种类别就是转发等价类。MPLS中的一些名词：多协议

2023/3/14MPLS中涉及的基本概念（二）MPLS中的一些名词：标记交换标记交换路由器LSR标记交换路径LSP标记信息库LIB2023/3/15MPLS中涉及的基本概念（三）数据流straemTLV（TypeLengthValue）标记合并merge标记分发对等实体2023/3/16MPLS和传统的IP转发分析头分析FEC映射到下一跳分析头分析FEC映射到下一跳分析头分析FEC映射到下一跳分析头分析FEC添加标签标记交换标记交换入口路由器入口路由器2023/3/17MPLS的核心技术和组件标记交换路由器（LSR）标记边缘路由器（LER）标记标记分配协议（LDP）标记交换通道（LSP）转发机制，即标记交换2023/3/18MPLS网络的结构LabelEdgeRoutersLabelSwitchingRouters(LSRs)(ATMSwitchorRouter)MPLS体系结构MPLS标记交换路由器的结构标记封装比较分发协议LDPMPLS的两种路由机制标记合并merge2023/3/110标记交换路由器(一)2023/3/111标记交换路由器(二)具有第三层转发和第二层交换功能运行传统IP选路协议，并执行控制协议以与邻接设备协调FEC/标记的绑定信息FEC(ForwardingEquivalenceClass)，在相同路径上转发，以相同方式处理，被一个LSR映射到一个单一标记的一组IP分组可以是一个传统交换机扩充IP选路；或将一个传统路由器升级支持MPLS2023/3/112标记边缘路由器LabelEdgeRouter到并且从一个MPLS域转发分组的传统路由器与内部MPLS

LSR通信以交换FEC/标记绑定信息执行第三层增值功能，给分组加标记2023/3/113标记包含在每个分组中的短固定长度的值，用于标识一个集合流（Stream）在相同路径上转发并以相同方式处理的分组流，一个集合流包含一个或多个流（Flow）只在本地有意义，经每一跳后标记是变化的，但经逻辑级联就构成LSP，类似于VPI/VCI构成PVC标记的格式依赖于分组封装所在的介质，例如，ATM封装的分组采用VPI和/或VCI2023/3/114标记格式标记:20bits；COS:3bitsS(堆栈指示符):1bit；TTL:8bits数据VPI/VCI数据DLCI数据SHIML3L2标记COSSTTLATM信元FR数据PPPorLAN数据32bit2023/3/115标记信息库（LIB）保存在一个LSR（LER）中的连接表入口端口入口标记下一跳LSRFEC标识符（如地址前缀）标签操作（Replace，Push，Pop）出口标记出口端口出口链路层封装（如ATM）2023/3/116标记分配协议LabelDistributionProtocolLSR用它来交换和协调FEC/标记绑定信息，使得对等LSR就一个特定的数值达成一致；每个LSR关联它们LIB中的标记，形成一个从出口到入口的LSPLSR之间的LDP消息交换在TCP连接上进行2023/3/117标记分配协议的主要功能MPLS的信令和控制协议发布《label，FEC》映射传递路由信息建立于维护标记交换路径2023/3/118LDP消息分类发现（discovery）发布并维护网络中一个LSR的存在邻接（adjacency）建立、维护和终结LSR对等对之间的邻接关系通告（advertisement）建立、修改和删除LSR对等对之间的径流/标记映射信息2023/3/119LDP的基本规程发现阶段会话建立与维护标记交换路径的建立与维护会话的撤销2023/3/120LDP操作的四个阶段2023/3/121LDP消息流LSR#1LSR#2LSR#2LIB：FEC=A流入=…流出=4

LIB：FEC=A流入=4流出=6LIB：FEC=A流入=6流出=…HelloHello初始化初始化FEC=AFEC=A标签=4标签=62023/3/122标记分配下列信息的到达可以触发交换LDP消息，从而建立标记交换通道LSP特定数据流（流驱动）预留建立消息（RSVP）选路表更新消息（拓扑驱动）MPLS主要为特大型IP网络设计，可扩展性要求高，拓扑驱动的方案是最佳选择2023/3/123拓扑驱动的标记分配LSR1LSR2FIBLDPLIB出选路协议FIBLDPLIB入选路协议路由更新FEC/标记2023/3/124标记分配方式下游分配（DownstreamAllocation）也可称为非请求下游分配，由数据流动方向的下游MPLS结点分配标记下游按需分配（DownstreamOn-demandAllocation）在收到上游节点明显的请求时，才由下游节点分配标记2023/3/125下游标记分配过程路由:A-B入：tag1出：tag2路由:A-B入：tag2出：tag3路由:A-B入：tag3出：tag4tag4tag3tag2tag1A-Btag1A-Btag4LSR-XLSR-YLSR-ZLER-ALER-B2023/3/126标记交换通道LabelSwitchedPath来自于面向虚电路的思想，类似于ATMPVC允许用户IP分组以标记交换的方式从一个LSR转发到另一个LSR的一条事先固定的路径LSP的建立通过LDP的消息交换进行2023/3/127一个LSP上的MPLS转发入口MPLS节点中间MPLS节点出口MPLS节点中间MPLS节点中间MPLS节点贴标签产生深度为M的栈处理栈顶标签或网络层头交换标签交换标签弹栈MMM2023/3/128MPLS节点的功能部件ATM-LSR的逻辑结构及其工作流程ATMTCP/IP路由协议路由表LDPLFIB控制流 PVC用户数据流LSP数据包的转发部件控制功能部件2023/3/129标记交换实例171.69128.89.10011171.69.12.1data171.69.12.1data171.69.12.1data47

...128.89.1010171.693457...128.89.1011171.69LocalLabelRemote

LabelAddressPrefixInterfacexx34‘Edge’RouterDoesLongestMatch,AddsLabelSubsequentRoutersForwardonLabelOnlyLocalLabelRemoteLabelAddressPrefixInterfaceMPLS服务业务量工程在独立和缺省的路径上引导业务流量的能力提高网络性能，合理利用资源有效提高用户端到端的服务质量QoS/CoS允许个别用户流从特殊的COS属性得到好处采用ATM建立的LSP可以利用ATM的QoS属性目标是支持IETF现有的QoS模型（Diffserv和Intserv）2023/3/131MPLS服务（续）虚拟专用网（VPN）VPN是在公共网络上叠加的一个逻辑网络通过为每个VPN分配一个标识符，将VPN的成员（及各自的网络地址前缀）和一组标记相关联建立VPN的内部LSP，提供一个安全和可预测的方式交换业务量组播IP组播业务量通常持续一段时间，并要求合适的带宽和低时延MPLS通过把一个网络层传递树映射成一个LSP树，使得组播分组的有效传输变得更容易2023/3/132MPLSVPN支持网络B网络C网络C网络B网络A网络ALSPLSPLSPLSRVPNID=ALSRVPNID=ALSRVPNID=BLSRVPNID=CLSRVPNID=BLSRVPNID=CMPLS网络2023/3/133MPLS的优点提供高速交换、高吞吐量和一定的QoS能力有效完成业务量工程，最佳利用资源支持显示路由、组播、VPN等路由功能增强了传统IP网络的可扩展性引进和实施新业务时更具灵活性2023/3/134MPLS的问题控制协议面临着CR-LDP与M-RSVP两种方式的取舍，影响到互联互通的实现真正的端到端QoS支持尚难以实现，目前只能支持Diffserv的CoS业务VCMerge技术有待进一步研究面临与已有网络的兼容和改造2023/3/135MPLS与ATM相似点从ATM的观点看，MPLS是另一个控制平面，是另一种建立ATMVC的方法当运行在ATM硬件上时，MPLS和ATM论坛协议都采用相同的分组格式、相同的标签、相同的标签交换和转发机制、相同的入口和出口功能它们都需要连接建立协议不同点MPLS没有采用ATM寻址、ATM选路和ATM协议；而是采用IP寻址、动态IP选路和LDP2023/3/136ATM支持MPLS的方式对等模型ATM-LSR通过串行链路直接相连综合方案ATM-LSR通过ATM交换机相互通信SIN（Ship-In-the-Night）方案物理的ATM模型被分成两个不连接的网络2023/3/137ATM上的MPLS综合方案ATM网络MPLSLSRMPLSLSRMPLSLSRMPLSLSR路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器2023/3/138ATM上的MPLS的SIN方案PNNIMPLSATM网络ATMPNNIMPLSLDPATM交换组件MPLSLSPATMVC2023/3/139MPLS与MPOA的比较属性MPOAMPLS环境校园，WANWAN模型叠加对等交换路径建立流驱动拓扑驱动（推荐）控制协议IP/MPOA/NHRPIP和LDPATM论坛协议对ATM的支持是不支持但可以共存数据路径选择PNNI阶段I动态IP选路或显式选路故障单点有（MPS）无2023/3/140MPOA校园骨干网实例MPSATMBackboneMPCMPCMPCMPCSubnet1Subnet2Subnet3Subnet42023/3/141MPLS网络实例网络A，B，C网络A，B，C网络A，B，C网络A，B，C入口LSR出口LSR出口LSRMPLSLSRMPLSLSRMPLSLSR入口LSRMPLS网络MPLS网络2023/3/142IPoverATM两类基本互通模型重叠模型（OverlayModel）在逻辑子网内使用基于ATM地址的ATM路由和信令协议为IP数据包选择路由并发送IP数据包集成模型（IntegratedModel）使用非ATM路由和信令协议来为IP数据包选择路由并发送IP数据包2023/3/143IPoverATM两类基本互通模型（续）ATM上的IPLANE（ATM

F）CLPOA（IETF）重叠模型MPOA（ATMF）NHRP（IETF）综合模型I-PNNI（ATMF）IP交换/Tag交换（IETF）MPLS（IETF）2023/3/144重叠模型对于ATM和IP分别定义不同的地址结构和相关的路由协议ATM端点使用ATM地址和IP地址两者来标识在ATM网内，都使用ATM路由协议来为IP数据包选择路由，需要把IP地址映射到ATM地址2023/3/145重叠模型（续）优点使用标准ATMForum/ITU-T的信令标准，与标准的ATM网络及业务兼容缺点重复的地址和路由功能传送IP数据包的效率较低2023/3/146集成模型ATM层被看作是IP层的对等层，ATM端点只需使用IP地址来标识在ATM网络内使用现有的网络层路由协议为IP数据包选择路由，在建立ATM连接时使用非标准的ATM信令协议ATM与IP互相竞争逐渐转变为互相融合新的集成模型试图把传统的面向连接的ATM改造成适合Internet应用的类似无连接的工作方式IP采用一些面向连接的特点（如RSVP）2023/3/147集成模型（续）优点不需要地址解析协议传送IP数据包的效率比较高缺点与标准的ATM融合较为困难增加了ATM交换机的复杂性，使ATM交换机看起来更象一个多协议的路由器2023/3/148集成模型的其它解决方案3CoM公司的FastIP（FIP）IBM公司的交换式多协议服务MultiprotocolSwitched

Services（MSS）Cascade公司的IP导航器（IPNavigator）Cabletron公司的虚拟快速安全网络SecureFastVirtualNetworkArchitectureBay公司的IP路由交换机（IPRoutingSwitch）2023/3/149IPoverATM两种模型的比较技术

重叠模型：CIPOA,LANE,MPOA

集成模型：IPSwitching,CSR/FANP,TagSwitching,ARIS,MPLS互通重叠模型：IP重叠在ATM层上 集成模型：把IP协议与ATM层集成在一起2023/3/150IPoverATM两种模型的比较（续）IP路由协议 重叠模型：放在IP路由器中 集成模型：放在IP路由器或ATM交换机中

ATM路由协议 重叠模型：使用集成模型：