交換原理課件：第5章多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS

1、1*第5章 多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)5.1 MPLS概念與工作過程5.2 MPLS標(biāo)記分配協(xié)議5.3 標(biāo)記交換路徑的建立過程5.4 MPLS的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用2*5.1 MPLS概念與工作過程IETF于1997年提出，針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)核心思想對(duì)分組進(jìn)行分類標(biāo)記建立標(biāo)記交換路徑實(shí)現(xiàn)標(biāo)記分組的快速轉(zhuǎn)發(fā)3*MPLS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)標(biāo)記邊緣路由器 (LER-Label Edge Router)位于MPLS網(wǎng)絡(luò)邊緣對(duì)于入口IP分組進(jìn)行分類并加上標(biāo)記對(duì)于出口IP分組刪除標(biāo)記標(biāo)記交換路由器 (LSR-Label Switch Router)位于MPLS網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行MPLS協(xié)議，完成標(biāo)記交換功能LERLSRLSRLSRLS

2、RLERIP骨干網(wǎng)IP路由器IP路由器主機(jī)主機(jī)4*基本術(shù)語轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(FEC-Forwarding Equivalence Class)代表有相同服務(wù)需求的分組集合對(duì)于FEC中的所有分組，網(wǎng)絡(luò)將采用相同的處理方式轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)記(Label)是一個(gè)定長且只有局部意義的連接標(biāo)識(shí)符，用于標(biāo)識(shí)一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類具有相同標(biāo)記的分組隸屬于同一FEC通常只有幾個(gè)字節(jié)長度，如標(biāo)準(zhǔn)MPLS標(biāo)記為4字節(jié)標(biāo)記位于幀首部與IP分組首部之間5*基本術(shù)語MPLS網(wǎng)絡(luò)MPLS網(wǎng)絡(luò)由MPLS節(jié)點(diǎn)和鏈路組成MPLS節(jié)點(diǎn)由邊緣標(biāo)記路由器(LER)和標(biāo)記交換路由器(LSR)組成MPLS域MPLS網(wǎng)絡(luò)可以多層嵌套每一層稱為一個(gè)MPLS域標(biāo)記棧

3、是多個(gè)標(biāo)記的堆棧，用于多個(gè)MPLS域嵌套的情況進(jìn)入一個(gè)MPLS域，需要標(biāo)記壓入棧離開一個(gè)MPLS域，需要標(biāo)記彈出棧MPLS域1MPLS域2IP分組入IP分組出壓入壓入彈出彈出MPLS標(biāo)記幀首MPLS標(biāo)記分組首部分組載荷幀尾鏈路層幀MPLS標(biāo)記棧IP分組6*MPLS工作過程MPLS域中各個(gè)標(biāo)記交換路由器使用標(biāo)記分配協(xié)議(LDP)，在邊緣路由器之間建立標(biāo)記交換路徑(LSP)，LSR根據(jù)這些LSP構(gòu)造轉(zhuǎn)發(fā)表。當(dāng)一個(gè)IP分組到達(dá)MPLS時(shí)，入口LER對(duì)接收的IP分組進(jìn)行分類，然后將屬于不同F(xiàn)EC的分組映射到不同的LSP。根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表將分組加上標(biāo)記，并轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)LSR。(LER的轉(zhuǎn)發(fā)表不同于LSR，只表

4、示標(biāo)記與FEC的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此只有輸出標(biāo)記，無輸入標(biāo)記)LSR對(duì)每一個(gè)接收到的分組，利用輸入端口號(hào)和輸入標(biāo)記查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找到相應(yīng)的輸出標(biāo)記和輸出端口號(hào)。用新標(biāo)記替換舊標(biāo)記，然后轉(zhuǎn)發(fā)出去當(dāng)MPLS分組要離開MPLS域時(shí)，出口LER將MPLS分組標(biāo)記去掉，恢復(fù)成普通IP分組轉(zhuǎn)發(fā)給IP子網(wǎng)7*兩種選擇LSP路由的方式LSP是MPLS網(wǎng)絡(luò)根據(jù)LDP協(xié)議建立的，在分組到來之前就已經(jīng)存在了。當(dāng)一個(gè)分組到來，選擇LSP路由的方式有如下兩種：用現(xiàn)有的IP路由協(xié)議選擇LSP路由按IP路由規(guī)則確定LSP路由，如按最短路由確定顯示指定LSP路由每個(gè)IP分組首部都需要攜帶顯示路由選項(xiàng)只需在建立LSP時(shí)確定路由顯示路由

5、是在信令控制下完成的動(dòng)態(tài)建立LSP的控制協(xié)議有兩種標(biāo)記分配協(xié)議LDP資源預(yù)留協(xié)議RSVP8*標(biāo)記交換路由器結(jié)構(gòu)路由信息路由表轉(zhuǎn)發(fā)表發(fā)送端交換網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分組處理輸入端口輸出端口LDP標(biāo)記分配信息控制構(gòu)件轉(zhuǎn)發(fā)構(gòu)件輸入分組輸出分組控制構(gòu)件執(zhí)行傳統(tǒng)路由協(xié)議，維護(hù)路由表通過LDP建立LSP，創(chuàng)建并維護(hù)LSP對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表轉(zhuǎn)發(fā)構(gòu)件根據(jù)分組標(biāo)記查轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)記分配信息路由控制與分組轉(zhuǎn)發(fā)完全分離，彼此獨(dú)立控制構(gòu)件對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)構(gòu)件的作用只是維護(hù)分組轉(zhuǎn)發(fā)表；轉(zhuǎn)發(fā)構(gòu)件可自由選擇轉(zhuǎn)發(fā)方法9*4.2 MPLS標(biāo)記分配協(xié)議LDP LDP協(xié)議是MPLS域中路由器用來在邊緣路由器之間建立標(biāo)記交換路徑(LSP)的關(guān)鍵協(xié)議。LDP

6、的發(fā)現(xiàn)機(jī)制基本發(fā)現(xiàn)機(jī)制擴(kuò)展發(fā)現(xiàn)機(jī)制LDP會(huì)話建立與維護(hù)LDP會(huì)話連接的建立維護(hù)Hello鄰接點(diǎn)10*LDP的發(fā)現(xiàn)機(jī)制基本功能是使LSR能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)其它潛在的LDP對(duì)等實(shí)體(使用LDP的其它LSR)。基本發(fā)現(xiàn)機(jī)制每個(gè)LSR周期性地廣播發(fā)送LDP Hello消息某個(gè)LSR收到Hello消息，說明該接口與一個(gè)潛在的LDP對(duì)等實(shí)體相鄰基本發(fā)現(xiàn)機(jī)制可以確定與某LSR直接相鄰的其它LSR的存在11*LDP的發(fā)現(xiàn)機(jī)制擴(kuò)展發(fā)現(xiàn)機(jī)制每個(gè)LSR周期性地發(fā)送LDP Hello消息該Hello消息中指定了目的LSR的IP地址(單播)目的LSR收到Hello消息后，如果應(yīng)答(回送Hello消息)，則發(fā)送方將其視為潛在的L

7、DP對(duì)等實(shí)體擴(kuò)展發(fā)現(xiàn)機(jī)制可以確定與某LSR不直接相鄰的其它LSR的存在12LDP的標(biāo)記分配方法下游分配標(biāo)記依據(jù)FEC的數(shù)據(jù)流向，由鏈路下游LSR分配放在分組中的標(biāo)記，并與該FEC的IP目的地址前綴綁定具體方法：LSR對(duì)路由表中每一項(xiàng)，都生成一個(gè)標(biāo)記，并把該標(biāo)記放入轉(zhuǎn)發(fā)表中與該路由相關(guān)聯(lián)的FEC的輸入標(biāo)記字段中然后傳送一個(gè)標(biāo)記映射消息給上游相鄰LSR，該映射包含IP目的地址前綴和分配的標(biāo)記當(dāng)上游LSR收到此映射消息，先檢查發(fā)送該消息的LSR是否為通往該IP前綴的下一跳LSR。若是，則上游LSR將標(biāo)記放入轉(zhuǎn)發(fā)表中與該路由相關(guān)聯(lián)的表項(xiàng)中的輸出標(biāo)記字段；#2LSR下游方向#1上游方向LSR輸入輸出AK

8、A輸入輸出ZKKZ13LDP的標(biāo)記分配方法下游按需分配標(biāo)記依據(jù)FEC的數(shù)據(jù)流向，仍由鏈路下游LSR分配放在分組中的標(biāo)記，并與該FEC的IP目的地址前綴綁定但下游節(jié)點(diǎn)只在收到上游節(jié)點(diǎn)為指定的IP目的地址前綴分配標(biāo)記的請(qǐng)求后，才開始標(biāo)記分配的過程。具體方法：上游LSR針對(duì)路由表中的每一項(xiàng)發(fā)送一個(gè)標(biāo)記請(qǐng)求給下游LSR，請(qǐng)求它為通往該IP地址前綴所指定的路由分配一個(gè)標(biāo)記。下游LSR生成一個(gè)標(biāo)記，放入和該路由相關(guān)聯(lián)的表項(xiàng)中的輸入標(biāo)記字段，并發(fā)送一個(gè)標(biāo)記映射消息給它的上游LSR。當(dāng)上游LSR收到來自下游LSR的綁定信息后，將標(biāo)記放在轉(zhuǎn)發(fā)表中與該路由相關(guān)聯(lián)的表項(xiàng)的輸出標(biāo)記字段中。#2LSR下游方向#1上游方

9、向LSR輸入輸出AK輸入輸出KK標(biāo)記請(qǐng)求消息14*LDP的標(biāo)記分配方法上游分配標(biāo)記如果LSR有一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口，且路由表中每一項(xiàng)路由都可以通過其中一個(gè)接口到達(dá)下一跳LSR，則LSR將對(duì)路由表的每一項(xiàng)路由分配一個(gè)標(biāo)記，并將標(biāo)記放入轉(zhuǎn)發(fā)表中與該路由相關(guān)聯(lián)的表項(xiàng)的輸出標(biāo)記字段中。然后該LSR發(fā)送一個(gè)標(biāo)記映射消息給指定路由的下一跳LSR，消息中包含了用于標(biāo)明路由的IP目的地址前綴和綁定該IP地址前綴的標(biāo)記。#2LSR下游方向#1上游方向LSR輸入輸出？K輸入輸出？K點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路K目的網(wǎng)絡(luò)15*5.3 標(biāo)記交換路徑(LSP)的建立三種LSP建立方式數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的LSP建立拓?fù)潋?qū)動(dòng)的LSP建立控制驅(qū)動(dòng)的L

10、SP建立16*數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的LSP建立基本方法在實(shí)際數(shù)據(jù)流分組到達(dá)時(shí)進(jìn)行標(biāo)記分配并在線建立LSP。特點(diǎn)需要在線地標(biāo)識(shí)和識(shí)別一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類FEC典型方法：將屬于同一個(gè)數(shù)據(jù)流的分組映射到一個(gè)FEC，即把具有相同源地址和目的地址以及TCP/UDP端口號(hào)的數(shù)據(jù)分組映射到某個(gè)FEC。17*數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的LSP建立假設(shè)某個(gè)數(shù)據(jù)流的傳送路徑為(Ha, R1, R2, , Rn, Hb),其中Ha, Hb分別為數(shù)據(jù)源主機(jī)和目的主機(jī)， R1, R2, , Rn為標(biāo)記交換路由器。數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)方式操作如下：對(duì)于該數(shù)據(jù)流的前N個(gè)分組，各標(biāo)記交換路由器按照普通路由器的方式進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)。N的取值取決于LSP建立完成的時(shí)間及分組

11、到達(dá)的速率。根據(jù)數(shù)據(jù)流的特性（如數(shù)據(jù)流類別、原地址/源端口號(hào)、目的地址/目的端口號(hào)等），各LSR進(jìn)行數(shù)據(jù)流到FEC的映射并觸發(fā)一條LSP的建立過程(具體建立過程后面詳述)。一旦LSP建立完成，該數(shù)據(jù)流隨后的分組將通過該LSP傳送。如果數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束或者有較長時(shí)間該LSP上沒有數(shù)據(jù)傳輸，則各LSR將撤銷該LSP，回收標(biāo)記，以供其他數(shù)據(jù)流使用。18*數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的LSP建立特點(diǎn)(優(yōu)缺點(diǎn))可以針對(duì)單個(gè)數(shù)據(jù)流也可以針對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)流，取決于采用何種策略把分組映射到FEC。能有效利用標(biāo)記空間，適用于LSR標(biāo)記空間有限、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流較多而生命期不長的情況。由于需要在線建立LSP，在數(shù)據(jù)傳輸初期可能有較大時(shí)延。19*

12、拓?fù)潋?qū)動(dòng)的LSP建立基本思想以網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行標(biāo)記分配。方法以路由表為基礎(chǔ)，沿路由方向逐跳進(jìn)行標(biāo)記的分配由于去往不同目的地址的路由事先已計(jì)算好，拓?fù)潋?qū)動(dòng)標(biāo)記分配方式相當(dāng)于一種“預(yù)分配”方式，與實(shí)際到達(dá)的分組無關(guān)20*控制驅(qū)動(dòng)的LSP建立執(zhí)行過程在數(shù)據(jù)傳輸開始之前，利用控制協(xié)議(擴(kuò)展的RSVP)發(fā)出請(qǐng)求，各LSR收到請(qǐng)求后立即進(jìn)行標(biāo)記分配直至標(biāo)記交換路徑的建立。具體過程：MPLS入口節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前，先沿路由方向逐跳向下游節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)“路徑建立”消息，并請(qǐng)求下游節(jié)點(diǎn)為該數(shù)據(jù)流分配一個(gè)標(biāo)記，該消息經(jīng)過沿途各節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，直至出口節(jié)點(diǎn)出口節(jié)點(diǎn)收到消息后，如果有足夠資源，則在本地分配一個(gè)標(biāo)記，并向上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)包含該標(biāo)記的預(yù)留信息每個(gè)上游節(jié)點(diǎn)收到該消息后，重復(fù)下游節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作，直至整個(gè)LSP建立21*LSP的建立過程LSP建立分為三個(gè)階段網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)后在路由協(xié)議的作用下，在各路由器中建立路由表根據(jù)路由表，各路由器在標(biāo)記分配協(xié)議LDP控制下建立標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)表將入口LER、中間LSR和出口LER的輸入/輸出標(biāo)記相互映射鏈接起來后