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多協(xié)議標記交換(MPLS南郵通信工程系葉玲多協(xié)議標記交換(MPLS南郵通信工程系1多協(xié)議標記交換(MPLS)MPLS簡介MPLS網(wǎng)絡結構MPLS工作過程MPLS體系結構MPLS的流控和QoSMPLS的應用MPLS的軟件結構多協(xié)議標記交換(MPLS)MPLS簡介2MPLS是什么?MPLS-多協(xié)議標簽交換MPLS是采用集成模型,將第三層IP技術與第二層的硬件交換技術結合在一起,并且使用一個定長的標簽作為分組在MPLS網(wǎng)絡中傳輸時所需處理的唯一標志。MPLS并不是一種業(yè)務或者應用,而是一種將標簽交換轉發(fā)和網(wǎng)絡層路由技術集于一身的標準化的路由與交換技術平臺。兼具了IP的靈活性、可擴展性與ATM等硬件交換技術的高速性能、QOS性能、流量控制性能MPLS是什么?MPLS-多協(xié)議標簽交換32、MPLS的MP和LSMPLS的多協(xié)議即指其向上可支持IPv4/IPV6/IPX/Appletalk,向下支持X.25/FR/ATM/PPP/Eth/SDH/DWDM(MPLS協(xié)議棧)-2.5層技術MPLS的標簽交換是指所交換的內容是標簽,其實質是IP包在核心路由之間交換標簽,而在邊緣路由器和普通路由器之間交換IP包2、MPLS的MP和LSMPLS的多協(xié)議即指其向上可支持I4MPLSMPLS是屬于第三層交換的技術,它獨立于鏈路層,在內部引入基于標記的機制并建立面向連接的,而不是與連接無關的IP技術,從而提高分組的轉發(fā)效率和路由器的性能價格比。MPLS中,屬于同一個通信進程的不同分組都被映射成為同一個數(shù)據(jù)流,稱轉發(fā)等價類FEC,并為不同的流加上不同的標記。標記是一種本地有效的、具有固定長度(32位)的數(shù)值,它具有更為豐富的層次概念,MPLS采用了堆棧(stack)的數(shù)據(jù)結構對標記進行管理(先進后出FILO)。MPLSMPLS是屬于第三層交換的技術,它獨立于鏈路層,在內5MPLS的應用價值MPLSMultiprotocolLabelSwitch多協(xié)議標簽交換就是在這種背景下產(chǎn)生的一種技術它吸收了ATMVPI/VCI交換一些思想無縫地集成了IP路由技術的靈活性和2層交換的簡捷性;在面向無連接的IP網(wǎng)絡中增加了MPLS這種面向連接的屬性通過采用MPLS建立“虛連接”的方法為IP網(wǎng)增加了一些管理和運營的手段;隨著網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展MPLS應用也逐步轉向MPLS流量工程和MPLSVPN等,在IP網(wǎng)中MPLS流量工程技術成為一種主要的管理網(wǎng)絡流量減少擁塞一定程度上保證IP網(wǎng)絡的QoS的重要工具;在解決企業(yè)互連提供各種新業(yè)務方面MPLSVPN也越來越被運營商看好成為在IP網(wǎng)絡運營商提供增值業(yè)務的重要手段MPLS的應用價值MPLSMultiprotocolLa6MPLS概念圖示LSRLERLSRLERMPLSIPPacketIPPacketwithlabel第三層路由第三層路由第二層交換MPLS概念圖示LSRLSRMPLSIPPacketIP7IPOA技術及其發(fā)展IPOA是ATM和IP發(fā)展的必然IP的發(fā)展方向是使用硬件交換來提高服務質量,ATM的發(fā)展方向是提高其應用的靈活性,簡化設備IPOA的發(fā)展歷程:CIPOA(RFC1577經(jīng)典IPOA)/LANE(局域網(wǎng)仿真)/MPOA(ATM上的多協(xié)議傳輸)/IPSwitching/CSR(信元交換路由器技術)/ARIS(集成IP交換技術)/TagSwitching(標簽交換技術)/MPLS(多協(xié)議標簽交換技術)IPOA技術的兩種模型:重疊模型(基于ATM地址的ATM路由協(xié)議和信令協(xié)議對IP分組進行路由選擇與轉發(fā).如CIPOA/MPOA/LANE等)集成模型(使用非ATM路由協(xié)議和信令協(xié)議對IP分組進行路由選擇與轉發(fā).如IPSwitching/TagSwitching/MPLS等)IPOA技術及其發(fā)展IPOA是ATM和IP發(fā)展的必然8MPLS所涉及的重要概念邊緣路由器(LER)和核心路由器(LSR)轉發(fā)等價類(FEC)標記棧(LableStack)標記交換路徑(LSP)上游LSR和下游LSR標記信息庫(LIB)標記分發(fā)協(xié)議(LDP)標記分發(fā)對等實體(LDPpeers)標記合并(merge)TLV(TypeLengthValue)MPLS所涉及的重要概念邊緣路由器(LER)和核心路由器(L9MPLS協(xié)議中的主要可選項標記交換發(fā)起方式:數(shù)據(jù)驅動和控制驅動環(huán)路控制方式:環(huán)路減輕/環(huán)路防止標記映射分發(fā)方式:上游標記分發(fā)/下游標記分發(fā)標記分發(fā)控制方式:獨立/有序標記分發(fā)協(xié)議類型:獨立/附加LSP保持方式:軟/硬狀態(tài)MPLS協(xié)議中的主要可選項標記交換發(fā)起方式:數(shù)據(jù)驅動和控制驅10MPLS技術的宗旨為了綜合利用網(wǎng)絡核心的交換技術和網(wǎng)絡邊緣IP技術各自的優(yōu)點,MPLS的宗旨是要集成標簽切換轉發(fā)的高性能和網(wǎng)絡層路由的靈活性和可擴展性。MPLS并不是一種業(yè)務或應用,而是一種將標簽交換轉發(fā)和網(wǎng)絡層路由技術集于一身的標準化的路由與交換技術平臺。MPLS將幫助運營商提供更好的IP服務,MPLS將會帶來更多的帶寬控制、吞吐量保證和虛擬專用網(wǎng)功能性。MPLS技術的宗旨為了綜合利用網(wǎng)絡核心的交換技術和網(wǎng)絡邊緣I11MPLS的優(yōu)勢MPLS在網(wǎng)絡中的分組轉發(fā)是基于定長標簽(20個bit),由此簡化了轉發(fā)機制,使得轉發(fā)路由器容量很容易擴展到太比特級;充分采用原有的IP路由,在此基礎上加以改進,保證了MPLS網(wǎng)絡路由具有靈活性的特點;可以采用ATM的高效傳輸交換方式,拋棄復雜的ATM信令,無縫地將IP技術的優(yōu)點融合到ATM的高效硬件轉發(fā)中;MPLS網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸和路由計算分開,是一種面向連接的傳輸技術,能夠提供有效的QoS保證;MPLS不但支持多種網(wǎng)絡層技術,而且可以同時支持X.25、FR、ATM、PPP、SDH、DWDM等,保證了多種網(wǎng)絡的互連互通;MPLS支持大規(guī)模層次化的網(wǎng)絡拓撲結構,具有良好的網(wǎng)絡擴展性;MPLS的優(yōu)勢MPLS在網(wǎng)絡中的分組轉發(fā)是基于定長標簽(2012MPLS的優(yōu)勢MPLS的標簽合并機制支持不同數(shù)據(jù)流的合并傳輸;MPLS支持流量工程、CoS、Qos和大規(guī)模的虛擬專用網(wǎng);在MPLS網(wǎng)中可以直接使用顯式路由,這使得流量工程的應用變得簡單;MPLS能夠以逐跳路由方式或顯式路由的方式提供面向連接的業(yè)務,此使得MPLS適用于動態(tài)隧道技術,并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)腝oS需求;MPLS技術進一步促進了網(wǎng)絡功能的劃分,它將復雜的事物處理推到網(wǎng)絡的邊緣去完成,核心網(wǎng)只負責完成傳送功能;此有利于在一個大的網(wǎng)絡中維護IP協(xié)議的擴展性;MPLS的標準化進程十分迅速,這是它能迅速普及成功的關鍵;與ATM相比,MPLS標準能更快地被接受是因為它是以軟件為主,運行在各種不同的網(wǎng)絡上,而ATM網(wǎng)則需要極大的軟、硬件投資。MPLS的優(yōu)勢MPLS的標簽合并機制支持不同數(shù)據(jù)流的合并傳輸13MPLS所存在的問題由于MPLS要支持多協(xié)議,另外在MPLS標準的制定過程中,其控制協(xié)議也還面臨著對LDP與RSVP兩種方式的取舍問題,這些問題若解決不好,將帶來復雜的互聯(lián)互通問題。在出現(xiàn)合適的用戶終端設備以前,真正的端到端的QoS支持尚難以實現(xiàn),目前只能支持Diff-serv的CoS業(yè)務。VC-merge還有待進一步研究,解決其帶來的信元交織問題將消耗更多的緩沖資源,這將不可避免地帶來對現(xiàn)有ATM設備的硬件升級投資。當MPLS應用于ATM交換機時,由于ATM交換機VC、VP數(shù)量的限制,目前只能支持兩級標記棧,該問題正在研究中。MPLS所存在的問題由于MPLS要支持多協(xié)議,另外在MPLS14MPLSRFCs(1)*[rfc3031]MPLSArchitecture[rfc3034]UseofLabelSwitchingonFrameRelayNetworksSpecification[rfc3035]MPLSusingLDPandATMVCSwitching[rfc3063]MPLSLoopPreventionMechanism[rfc3353]OverviewofIPMulticastinaMulti-ProtocolLabelSwitching(MPLS)EnvironmentMPLSRFCs(1)*[rfc3031]MPLSAr15MPLSRFCs(2)[rfc3429]Assignmentofthe'OAMAlertLabel'forMultiprotocolLabelSwitchingArchitecture(MPLS)OperationandMaintenance(OAM)Functions[rfc3443]TimeToLive(TTL)ProcessinginMulti-ProtocolLabelSwitching(MPLS)NetworksMPLSRFCs(2)[rfc3429]Assignmen16MPLS的標記封裝第二層封裝(鏈路層技術)MPLS封裝第三層封裝ATMVCI/VPIFRDLCIPPPEthernetShimLableIPPacketMPLS的標記封裝第二層MPLS封裝第三層ATMVCI/V17MPLS的標簽結構標記EXPSTTL020232431ShimDataIP頭MPLS頭二層頭MPLS的標簽結構標記EXPSTTL020232431Shi18MPLS的包MPLS包頭的位置界于二層和三層之間俗稱2.5層;MPLS可以承載的報文通常是IP包;當然也可以改進直接承載以太包ATM的AAL5包甚至ATM信元等;這在MPLSVPN中有詳述,可以承載MPLS的二層協(xié)議,也可以是PPP、以太網(wǎng)、ATM和幀中繼等MPLS的包MPLS包頭的位置界于二層和三層之間俗稱2.519MPLS的網(wǎng)絡結構組成MPLS網(wǎng)絡的路由器邏輯上可分為邊緣路由器LER和LSR核心路由器LER是MPLS網(wǎng)絡同其他網(wǎng)絡的邊緣設備,它提供流量分類和標簽的映射(作為Ingress)、標簽的移除功能;LSR是MPLS網(wǎng)絡的核心交換機,它提供標簽交換(LabelSwapping)標簽分發(fā)功能MPLS的網(wǎng)絡結構組成MPLS網(wǎng)絡的路由器邏輯上可分為邊緣路20MPLS的概述MPLS可以看做是一種面向連接的技術。通過MPLS信令或手工配置的方法建立好MPLS標記交換連接(LabelSwitchedPath)簡稱LSP以后,在標記交換路徑的入口把需要通過這個標記交換路徑的報文打上MPLS標簽,中間路由器在收到MPLS報文以后直接根據(jù)MPLS報頭的標簽進行轉發(fā),而不用再通過IP報文頭的IP地址查找。在MPLS標記交換路徑的出口或倒數(shù)第二跳彈出MPLS包頭還回原來的IP包,在VPN的時候可能是以太網(wǎng)報文或ATM報文等。MPLS的概述MPLS可以看做是一種面向連接的技術。21MPLS網(wǎng)絡結構MPLS網(wǎng)絡結構22MPLS的功能結構MPLS的功能結構23MPLS的操作過程(1)標記分配協(xié)議LDP利用域內路由協(xié)議(OSPF、IGRP等)所建立的路由為相鄰的路由器分配標記,從而建立起標記交換路徑LSP(2)分組數(shù)據(jù)進入邊緣路由器LER并確定分組數(shù)據(jù)所需的第三層服務,如QoS、帶寬管理等,LER為每一分組數(shù)據(jù)加上標記并轉發(fā)。(3)LSR根據(jù)收到的分組數(shù)據(jù)上的標記直接進行轉發(fā),并對標記進行處理,包括彈出、替代等。(4)出口處的LER去掉分組數(shù)據(jù)的標記,分析分組數(shù)據(jù)頭,將其轉發(fā)至最終的目的地。MPLS的操作過程(1)標記分配協(xié)議LDP利用域內路由協(xié)議(241a.路由協(xié)議(e.g.OSPF,IS-IS)
得到網(wǎng)絡路由表1b.核心信令(LDP/RSVP)建立到目的網(wǎng)絡的標簽映射2.入口邊緣路由器接受到IP包,并將IP包加上標簽IPIP104.出口邊緣路由器剝離標簽,繼續(xù)轉發(fā)數(shù)據(jù)包IPMPLS操作3.LSR交換標簽,完成轉發(fā)IP20IP401a.路由協(xié)議(e.g.OSPF,IS-IS)
25幾種標記分發(fā)協(xié)議標準的標記分發(fā)協(xié)議(LDP)(IETF.LDPdraft-ietf-mpls-ldp-11.txt,02/2001)RSVP信令協(xié)議的擴展 (IETF.draft-ietf-mpls-rsvp-lsp-tunnel-02.txt,03/1999)基于約束參數(shù)的LDP協(xié)議(IETF.CR-LDPdraft-ietf-mpls-cr-ldp-03.txt,03/1999)幾種標記分發(fā)協(xié)議標準的標記分發(fā)協(xié)議(LDP)26標記分發(fā)協(xié)議(LDP)的功能
MPLS的信令與控制協(xié)議發(fā)布<label,FEC>映射傳遞路由信息建立與維護標記交換路徑標記分發(fā)協(xié)議(LDP)的功能MPLS的信令與控制協(xié)議27LDP的基本規(guī)程發(fā)現(xiàn)階段會話建立與維護標記交換路徑建立與維護會話的撤消LDP的基本規(guī)程發(fā)現(xiàn)階段28LDP的發(fā)現(xiàn)機制基本發(fā)現(xiàn)機制,用于發(fā)現(xiàn)通過鏈路層直接相連的LSR.擴展發(fā)現(xiàn)機制,用于發(fā)現(xiàn)不通過鏈路層直接相連的LSR.此兩種不同發(fā)現(xiàn)機制的區(qū)別LDP的發(fā)現(xiàn)機制基本發(fā)現(xiàn)機制,用于發(fā)現(xiàn)通過鏈路層直接相連的L29擴展RSVP對RSVP的改進在基本RSVP規(guī)范的基礎上增加許多功能,以支持顯式路由的建立和管理;使RSVP的信令過程發(fā)生在流量中繼的輸入和輸出點之間,而非主機之間;擴展的RSVP實現(xiàn)一組新的狀態(tài)集,可應用于一組共享同路徑與網(wǎng)絡資源的業(yè)務流。相對RSVP為每一業(yè)務流建立一套狀態(tài)的方式,節(jié)省了網(wǎng)絡核心路由器的RSVP信息量,有利于網(wǎng)絡的可擴展性;RSVP的轉發(fā)狀態(tài)是分布式的,與MPLS標記的分發(fā)方式是相同的;擴展RSVP作為一種軟狀態(tài)技術,在其擴展方案中采用了一些擴展技術,提高了可擴展性、時延性能、減低開銷、減少信息量;擴展RSVP建立的路由可在一對LSR之間實現(xiàn)多個或多組業(yè)務流的資源預留,而非象傳統(tǒng)的RSVP,是針對所有的業(yè)務流的資源預留擴展RSVP建立的路由將不是面向目的地的路由,而是基于各種約束條件的顯式路由;擴展RSVP對RSVP的改進在基本RSVP規(guī)范的基礎上增加許30CR-LDP的簡介CR-LDP采用的是顯式路由來支持QoS,在建立過程中明確地指定LSP所經(jīng)過的全部或部分節(jié)點;為不同的LSP制定不同的優(yōu)先級,路由的選擇將受到各種業(yè)務要求的限制,而非BestEffort式的路由;可以通過TLV與消息的擴展來實現(xiàn)一些性能;CR-LDP的簡介CR-LDP采用的是顯式路由來支持QoS,31CR-LDP可以實現(xiàn)的性能嚴格路由與松散路由業(yè)務量QoS參數(shù)支持能力路由鎖定(Pinning)能力通過建立與保持優(yōu)先級機制,提供CR-LSP的替代能力差錯處理能力標記交換路徑標記(LSP-ID)資源分級CR-LDP可以實現(xiàn)的性能嚴格路由與松散路由32CR-LDP與擴展RSVP的比較RSVP只能使用屬于下游按需方式的標記分配.分發(fā)與映射機制,功能多樣性不如CR-LDP,但其成熟完善,對于實現(xiàn)組播有利.擴展RSVP消息用IP傳輸,不具備可靠性和流控,LSP的刷新需30秒,清除需90秒,此30—90秒的時延對骨干網(wǎng)是不可忍受的.如果兩種信令機制并存,則違反了集成模型的初衷.且使網(wǎng)絡控制復雜,規(guī)劃難度加大,運營成本增加.與擴展RSVP不同,CR-LDP獨立于傳輸層協(xié)議,在信令消息傳輸機制的選擇上,也有很大的靈活性.如可使用TCP,也可使用UDP.CR-LDP是由源端發(fā)起的協(xié)議。在和ATM技術的結合上,同屬連接性技術的CR-LDP具有更大的優(yōu)勢.CR-LDP與擴展RSVP的比較RSVP只能使用屬于下游按需33MPLS的兩種路由機制逐跳路由實現(xiàn)簡單,已經(jīng)有OSPF,IS-IS等路由協(xié)議可供使用可以利用現(xiàn)有設備中的路由功能沒有流量工程能力是MPLS基本的路由機制(用于盡力而為的業(yè)務)顯式(Explicit)路由由LSP的入節(jié)點或出節(jié)點決定,不受動態(tài)路由算法的影響可以實現(xiàn)許多靈活的功能,在路由的計算中將可以引入各種約束條件路由只由少數(shù)節(jié)點完成,運營商可以方便地指定統(tǒng)一的路由策略和進行整體的業(yè)務量規(guī)劃.MPLS的兩種路由機制逐跳路由34有關MPLS的兩種路由機制的說明MPLS網(wǎng)絡中的路由首先由第三層路由協(xié)議決定,這一路由隨后被映射到第二層路徑上MPLS雖然使用了逐跳路由方式,但是對于IP包的處理并不是逐跳進行的.MPLS只是在建立標記交換路徑和標記轉發(fā)表的過程中使用的是逐跳方式.顯式路由方式只是在建立LSP的過程上與逐跳路由方式有所不同,當LSP建立成功之后,在對分組的轉發(fā)操作上,二者沒有任何不同.在標記轉發(fā)表中,也無法區(qū)分.有關MPLS的兩種路由機制的說明MPLS網(wǎng)絡中的路由首先由第35MPLS的路由循環(huán)控制循環(huán)檢測機制循環(huán)防止機制MPLS的路由循環(huán)控制循環(huán)檢測機制36MPLS的隧道與層次化路由逐跳路由隧道顯式路由隧道LSP隧道分層:LSP中的LSP隧道標記分配對等實體與層次明確對等實體默認對等實體MPLS的隧道與層次化路由逐跳路由隧道37MPLS的標記合并基于CR-LDP的ATM的標記合并基于擴展RSVP的標記合并MPLS的標記合并基于CR-LDP的ATM的標記合并38倒數(shù)第二跳彈出倒數(shù)第二跳彈出的意義使用倒數(shù)第二跳彈出的情況倒數(shù)第二跳彈出倒數(shù)第二跳彈出的意義39LSP控制方式獨立LSP控制有序LSP控制采用有序LSP控制的兩種情況:1.要保持特定FEC中的業(yè)務流在具有某些特性的路徑傳送2.建立LSP后識別相應的FECLSP控制方式獨立LSP控制40聚合MPLS聚合的意義聚合的三種方式:聚合成一個FEC聚合成FEC類不進行聚合聚合MPLS聚合的意義41MPLSoverATM的一種方案MPLSoverATM最主要的一種方式就是SIN(Shipsinthenight)模式,概括地說,SIN模式就是MPLS與已有的第2層交換協(xié)議(如ATM信令)并存于同一網(wǎng)絡,即在同一網(wǎng)絡中運行MPLS和ATM的控制與選路軟件。SIN模式具有以下優(yōu)點:(1)ATM硬件中原已嵌入的業(yè)務流管理功能可以得到充分利用;(2)MPLS與ATM集成于同一網(wǎng)絡,用單一平臺提供多重業(yè)務;(3)增加已有ATM網(wǎng)絡的利用率,保護ATM基礎設施的投資。
MPLSoverATM的一種方案MPLSoverATM最42(1)VPI/VCI空間分隔:MPLS和ATM運行于同一平臺上,因此如何合理分配28位的VPI/VCI空間是一個關鍵。MPLS在初始化階段利用LDP協(xié)議申請VPI/VCI空間;ATM則利用ILMI(IntegratedLocalManagementInterface)隧道進行申請。(2)業(yè)務流量管理:包括帶寬管理、排隊與調度等,帶寬管理是保證SIN模式正常運行的一個重要方面,而排隊和調度用來支持各種業(yè)務類別的優(yōu)先級。MPLS利用顯式路由技術進行業(yè)務流量管理。(3)節(jié)點的處理能力:在每一個SIN節(jié)點上,ATM運行自己的信令和路由軟件(IISP或PNNI)并儲存網(wǎng)絡拓撲結構數(shù)據(jù),同時MPLS也運行其信令(LDP)和路由(RIP、OSPF、BGP等)軟件并儲存網(wǎng)絡拓撲結構數(shù)據(jù),這對每一SIN節(jié)點的處理能力(CPU、內存)提出了很高的要求。SIN模式的技術關鍵(1)VPI/VCI空間分隔:MPLS和ATM運行于同一平臺43MPLS的可選項在研究報告中簡單討論MPLS的可選項在研究報告中簡單討論44傳輸?shù)目煽啃允褂肬DP還是TCP問題傳輸?shù)目煽啃允褂肬DP還是TCP問題45存在QoS的原因和解決方法存在QoS的原因:用戶數(shù)量的增加造成網(wǎng)絡資源不足,從而導致服務質量的下降現(xiàn)有的網(wǎng)絡性能無法滿足各種新型實時業(yè)務的各種具體服務質量要求
解決方法:流量工程(TrafficEngineering)QoS的直接實現(xiàn)存在QoS的原因和解決方法存在QoS的原因:46MPLS的QoS機制Diff-serv將成為未來廣域網(wǎng)中居統(tǒng)治地位的QoS技術。在局域網(wǎng)中應用可以根據(jù)需求選擇所要使用的QoS技術,可以是Int-serv或Diff-serv,也可以是現(xiàn)有的網(wǎng)絡所提供的QoS能力。MPLS與Int-serv的結合問題MPLS與Diff-serv的結合MPLS的QoS機制Diff-serv將成為未來廣域網(wǎng)中居統(tǒng)47MPLS與Int-serv的結合問題MPLS應用于邊緣網(wǎng)絡時,有可能需要對Int-serv模型進行支持;MPLS可以使用擴展RSVP作為其控制協(xié)議,由于Int-serv模型的信令協(xié)議就是RSVP,所以用擴展RSVP可以直接實現(xiàn)各種Int-serv所規(guī)定的業(yè)務;MPLS若要通過CR-LDP來實現(xiàn),則就存在CR-LDP與Int-serv網(wǎng)絡中RSVP的互通問題;MPLS與Int-serv的結合問題MPLS應用于邊緣網(wǎng)絡時48MPLS與Diff-serv的結合MPLS與Diff-serv的結合有六種方案:1、模擬Diff-serv方案2、基本MPLSDiff-serv方案3、多路徑方案4、L-LSP方法5、E-LSP方法6、擴展E-LSP方案MPLS與Diff-serv的結合MPLS與Diff-ser49我們所關心的問題及結論在研究報告中討論我們所關心的問題及結論在研究報告中討論50MPLS與鏈路層協(xié)議的結合1999年9月ITU-T的SG13的IP專家組會議,對公用ATM網(wǎng)傳送IP的MPLS技術方案提出了建議的草案I.ipatm。使用ATM交換機來實現(xiàn)MPLS(P192—209)在幀中繼上實現(xiàn)MPLS(P209—221)MPLS與鏈路層協(xié)議的結合1999年9月ITU-T的SG1351MPLSVPNVPN與IPVPN隧道協(xié)議的構成(P223)現(xiàn)有IP隧道協(xié)議的比較(P227)利用公網(wǎng)撥號及接入網(wǎng)實現(xiàn)VPN(P228—235)虛擬租用線(VLL)VPN虛擬專用路由網(wǎng)絡VPRN(P236—244)虛擬路由MPLSVPNBGPMPLSVPNMPLSVPNVPN與IPVPN52總結1、MPLS是商業(yè)IP網(wǎng)絡關鍵技術,它允許服務提供商首次在單一網(wǎng)絡上獲得IP、ATM、FR的綜合利潤。因為MPLS提供IP的靈活連接和可擴展性,一級FR和ATM的私有性和QOS,它已經(jīng)變成廣泛被接受的標準了。作為結果,MPLS是進入新的網(wǎng)絡世界的關鍵。2、MPLS將幫助運營商提供更好的IP服務,MPLS將會帶來更多的帶寬控制、吞吐量保證和虛擬專用網(wǎng)功能性總結1、MPLS是商業(yè)IP網(wǎng)絡關鍵技術,它允許服務提供商首次53總結3、MPLS提供了最簡單的,最有利可圖的方式把現(xiàn)有的收入同新出現(xiàn)的IP服務機遇平衡起來。具有競爭力的運營商能夠安裝基于MPLS的IP+ATM基礎結構以傳送已產(chǎn)生收入的FR和租貸線服務。不具有MPLS的ATM網(wǎng)絡的服務提供商利用現(xiàn)有的投資,逐漸地遷移到IP服務上去??偨Y3、MPLS提供了最簡單的,最有利可圖的方式把現(xiàn)有的收入54多協(xié)議標記交換(MPLS南郵通信工程系葉玲多協(xié)議標記交換(MPLS南郵通信工程系55多協(xié)議標記交換(MPLS)MPLS簡介MPLS網(wǎng)絡結構MPLS工作過程MPLS體系結構MPLS的流控和QoSMPLS的應用MPLS的軟件結構多協(xié)議標記交換(MPLS)MPLS簡介56MPLS是什么?MPLS-多協(xié)議標簽交換MPLS是采用集成模型,將第三層IP技術與第二層的硬件交換技術結合在一起,并且使用一個定長的標簽作為分組在MPLS網(wǎng)絡中傳輸時所需處理的唯一標志。MPLS并不是一種業(yè)務或者應用,而是一種將標簽交換轉發(fā)和網(wǎng)絡層路由技術集于一身的標準化的路由與交換技術平臺。兼具了IP的靈活性、可擴展性與ATM等硬件交換技術的高速性能、QOS性能、流量控制性能MPLS是什么?MPLS-多協(xié)議標簽交換572、MPLS的MP和LSMPLS的多協(xié)議即指其向上可支持IPv4/IPV6/IPX/Appletalk,向下支持X.25/FR/ATM/PPP/Eth/SDH/DWDM(MPLS協(xié)議棧)-2.5層技術MPLS的標簽交換是指所交換的內容是標簽,其實質是IP包在核心路由之間交換標簽,而在邊緣路由器和普通路由器之間交換IP包2、MPLS的MP和LSMPLS的多協(xié)議即指其向上可支持I58MPLSMPLS是屬于第三層交換的技術,它獨立于鏈路層,在內部引入基于標記的機制并建立面向連接的,而不是與連接無關的IP技術,從而提高分組的轉發(fā)效率和路由器的性能價格比。MPLS中,屬于同一個通信進程的不同分組都被映射成為同一個數(shù)據(jù)流,稱轉發(fā)等價類FEC,并為不同的流加上不同的標記。標記是一種本地有效的、具有固定長度(32位)的數(shù)值,它具有更為豐富的層次概念,MPLS采用了堆棧(stack)的數(shù)據(jù)結構對標記進行管理(先進后出FILO)。MPLSMPLS是屬于第三層交換的技術,它獨立于鏈路層,在內59MPLS的應用價值MPLSMultiprotocolLabelSwitch多協(xié)議標簽交換就是在這種背景下產(chǎn)生的一種技術它吸收了ATMVPI/VCI交換一些思想無縫地集成了IP路由技術的靈活性和2層交換的簡捷性;在面向無連接的IP網(wǎng)絡中增加了MPLS這種面向連接的屬性通過采用MPLS建立“虛連接”的方法為IP網(wǎng)增加了一些管理和運營的手段;隨著網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展MPLS應用也逐步轉向MPLS流量工程和MPLSVPN等,在IP網(wǎng)中MPLS流量工程技術成為一種主要的管理網(wǎng)絡流量減少擁塞一定程度上保證IP網(wǎng)絡的QoS的重要工具;在解決企業(yè)互連提供各種新業(yè)務方面MPLSVPN也越來越被運營商看好成為在IP網(wǎng)絡運營商提供增值業(yè)務的重要手段MPLS的應用價值MPLSMultiprotocolLa60MPLS概念圖示LSRLERLSRLERMPLSIPPacketIPPacketwithlabel第三層路由第三層路由第二層交換MPLS概念圖示LSRLSRMPLSIPPacketIP61IPOA技術及其發(fā)展IPOA是ATM和IP發(fā)展的必然IP的發(fā)展方向是使用硬件交換來提高服務質量,ATM的發(fā)展方向是提高其應用的靈活性,簡化設備IPOA的發(fā)展歷程:CIPOA(RFC1577經(jīng)典IPOA)/LANE(局域網(wǎng)仿真)/MPOA(ATM上的多協(xié)議傳輸)/IPSwitching/CSR(信元交換路由器技術)/ARIS(集成IP交換技術)/TagSwitching(標簽交換技術)/MPLS(多協(xié)議標簽交換技術)IPOA技術的兩種模型:重疊模型(基于ATM地址的ATM路由協(xié)議和信令協(xié)議對IP分組進行路由選擇與轉發(fā).如CIPOA/MPOA/LANE等)集成模型(使用非ATM路由協(xié)議和信令協(xié)議對IP分組進行路由選擇與轉發(fā).如IPSwitching/TagSwitching/MPLS等)IPOA技術及其發(fā)展IPOA是ATM和IP發(fā)展的必然62MPLS所涉及的重要概念邊緣路由器(LER)和核心路由器(LSR)轉發(fā)等價類(FEC)標記棧(LableStack)標記交換路徑(LSP)上游LSR和下游LSR標記信息庫(LIB)標記分發(fā)協(xié)議(LDP)標記分發(fā)對等實體(LDPpeers)標記合并(merge)TLV(TypeLengthValue)MPLS所涉及的重要概念邊緣路由器(LER)和核心路由器(L63MPLS協(xié)議中的主要可選項標記交換發(fā)起方式:數(shù)據(jù)驅動和控制驅動環(huán)路控制方式:環(huán)路減輕/環(huán)路防止標記映射分發(fā)方式:上游標記分發(fā)/下游標記分發(fā)標記分發(fā)控制方式:獨立/有序標記分發(fā)協(xié)議類型:獨立/附加LSP保持方式:軟/硬狀態(tài)MPLS協(xié)議中的主要可選項標記交換發(fā)起方式:數(shù)據(jù)驅動和控制驅64MPLS技術的宗旨為了綜合利用網(wǎng)絡核心的交換技術和網(wǎng)絡邊緣IP技術各自的優(yōu)點,MPLS的宗旨是要集成標簽切換轉發(fā)的高性能和網(wǎng)絡層路由的靈活性和可擴展性。MPLS并不是一種業(yè)務或應用,而是一種將標簽交換轉發(fā)和網(wǎng)絡層路由技術集于一身的標準化的路由與交換技術平臺。MPLS將幫助運營商提供更好的IP服務,MPLS將會帶來更多的帶寬控制、吞吐量保證和虛擬專用網(wǎng)功能性。MPLS技術的宗旨為了綜合利用網(wǎng)絡核心的交換技術和網(wǎng)絡邊緣I65MPLS的優(yōu)勢MPLS在網(wǎng)絡中的分組轉發(fā)是基于定長標簽(20個bit),由此簡化了轉發(fā)機制,使得轉發(fā)路由器容量很容易擴展到太比特級;充分采用原有的IP路由,在此基礎上加以改進,保證了MPLS網(wǎng)絡路由具有靈活性的特點;可以采用ATM的高效傳輸交換方式,拋棄復雜的ATM信令,無縫地將IP技術的優(yōu)點融合到ATM的高效硬件轉發(fā)中;MPLS網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸和路由計算分開,是一種面向連接的傳輸技術,能夠提供有效的QoS保證;MPLS不但支持多種網(wǎng)絡層技術,而且可以同時支持X.25、FR、ATM、PPP、SDH、DWDM等,保證了多種網(wǎng)絡的互連互通;MPLS支持大規(guī)模層次化的網(wǎng)絡拓撲結構,具有良好的網(wǎng)絡擴展性;MPLS的優(yōu)勢MPLS在網(wǎng)絡中的分組轉發(fā)是基于定長標簽(2066MPLS的優(yōu)勢MPLS的標簽合并機制支持不同數(shù)據(jù)流的合并傳輸;MPLS支持流量工程、CoS、Qos和大規(guī)模的虛擬專用網(wǎng);在MPLS網(wǎng)中可以直接使用顯式路由,這使得流量工程的應用變得簡單;MPLS能夠以逐跳路由方式或顯式路由的方式提供面向連接的業(yè)務,此使得MPLS適用于動態(tài)隧道技術,并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)腝oS需求;MPLS技術進一步促進了網(wǎng)絡功能的劃分,它將復雜的事物處理推到網(wǎng)絡的邊緣去完成,核心網(wǎng)只負責完成傳送功能;此有利于在一個大的網(wǎng)絡中維護IP協(xié)議的擴展性;MPLS的標準化進程十分迅速,這是它能迅速普及成功的關鍵;與ATM相比,MPLS標準能更快地被接受是因為它是以軟件為主,運行在各種不同的網(wǎng)絡上,而ATM網(wǎng)則需要極大的軟、硬件投資。MPLS的優(yōu)勢MPLS的標簽合并機制支持不同數(shù)據(jù)流的合并傳輸67MPLS所存在的問題由于MPLS要支持多協(xié)議,另外在MPLS標準的制定過程中,其控制協(xié)議也還面臨著對LDP與RSVP兩種方式的取舍問題,這些問題若解決不好,將帶來復雜的互聯(lián)互通問題。在出現(xiàn)合適的用戶終端設備以前,真正的端到端的QoS支持尚難以實現(xiàn),目前只能支持Diff-serv的CoS業(yè)務。VC-merge還有待進一步研究,解決其帶來的信元交織問題將消耗更多的緩沖資源,這將不可避免地帶來對現(xiàn)有ATM設備的硬件升級投資。當MPLS應用于ATM交換機時,由于ATM交換機VC、VP數(shù)量的限制,目前只能支持兩級標記棧,該問題正在研究中。MPLS所存在的問題由于MPLS要支持多協(xié)議,另外在MPLS68MPLSRFCs(1)*[rfc3031]MPLSArchitecture[rfc3034]UseofLabelSwitchingonFrameRelayNetworksSpecification[rfc3035]MPLSusingLDPandATMVCSwitching[rfc3063]MPLSLoopPreventionMechanism[rfc3353]OverviewofIPMulticastinaMulti-ProtocolLabelSwitching(MPLS)EnvironmentMPLSRFCs(1)*[rfc3031]MPLSAr69MPLSRFCs(2)[rfc3429]Assignmentofthe'OAMAlertLabel'forMultiprotocolLabelSwitchingArchitecture(MPLS)OperationandMaintenance(OAM)Functions[rfc3443]TimeToLive(TTL)ProcessinginMulti-ProtocolLabelSwitching(MPLS)NetworksMPLSRFCs(2)[rfc3429]Assignmen70MPLS的標記封裝第二層封裝(鏈路層技術)MPLS封裝第三層封裝ATMVCI/VPIFRDLCIPPPEthernetShimLableIPPacketMPLS的標記封裝第二層MPLS封裝第三層ATMVCI/V71MPLS的標簽結構標記EXPSTTL020232431ShimDataIP頭MPLS頭二層頭MPLS的標簽結構標記EXPSTTL020232431Shi72MPLS的包MPLS包頭的位置界于二層和三層之間俗稱2.5層;MPLS可以承載的報文通常是IP包;當然也可以改進直接承載以太包ATM的AAL5包甚至ATM信元等;這在MPLSVPN中有詳述,可以承載MPLS的二層協(xié)議,也可以是PPP、以太網(wǎng)、ATM和幀中繼等MPLS的包MPLS包頭的位置界于二層和三層之間俗稱2.573MPLS的網(wǎng)絡結構組成MPLS網(wǎng)絡的路由器邏輯上可分為邊緣路由器LER和LSR核心路由器LER是MPLS網(wǎng)絡同其他網(wǎng)絡的邊緣設備,它提供流量分類和標簽的映射(作為Ingress)、標簽的移除功能;LSR是MPLS網(wǎng)絡的核心交換機,它提供標簽交換(LabelSwapping)標簽分發(fā)功能MPLS的網(wǎng)絡結構組成MPLS網(wǎng)絡的路由器邏輯上可分為邊緣路74MPLS的概述MPLS可以看做是一種面向連接的技術。通過MPLS信令或手工配置的方法建立好MPLS標記交換連接(LabelSwitchedPath)簡稱LSP以后,在標記交換路徑的入口把需要通過這個標記交換路徑的報文打上MPLS標簽,中間路由器在收到MPLS報文以后直接根據(jù)MPLS報頭的標簽進行轉發(fā),而不用再通過IP報文頭的IP地址查找。在MPLS標記交換路徑的出口或倒數(shù)第二跳彈出MPLS包頭還回原來的IP包,在VPN的時候可能是以太網(wǎng)報文或ATM報文等。MPLS的概述MPLS可以看做是一種面向連接的技術。75MPLS網(wǎng)絡結構MPLS網(wǎng)絡結構76MPLS的功能結構MPLS的功能結構77MPLS的操作過程(1)標記分配協(xié)議LDP利用域內路由協(xié)議(OSPF、IGRP等)所建立的路由為相鄰的路由器分配標記,從而建立起標記交換路徑LSP(2)分組數(shù)據(jù)進入邊緣路由器LER并確定分組數(shù)據(jù)所需的第三層服務,如QoS、帶寬管理等,LER為每一分組數(shù)據(jù)加上標記并轉發(fā)。(3)LSR根據(jù)收到的分組數(shù)據(jù)上的標記直接進行轉發(fā),并對標記進行處理,包括彈出、替代等。(4)出口處的LER去掉分組數(shù)據(jù)的標記,分析分組數(shù)據(jù)頭,將其轉發(fā)至最終的目的地。MPLS的操作過程(1)標記分配協(xié)議LDP利用域內路由協(xié)議(781a.路由協(xié)議(e.g.OSPF,IS-IS)
得到網(wǎng)絡路由表1b.核心信令(LDP/RSVP)建立到目的網(wǎng)絡的標簽映射2.入口邊緣路由器接受到IP包,并將IP包加上標簽IPIP104.出口邊緣路由器剝離標簽,繼續(xù)轉發(fā)數(shù)據(jù)包IPMPLS操作3.LSR交換標簽,完成轉發(fā)IP20IP401a.路由協(xié)議(e.g.OSPF,IS-IS)
79幾種標記分發(fā)協(xié)議標準的標記分發(fā)協(xié)議(LDP)(IETF.LDPdraft-ietf-mpls-ldp-11.txt,02/2001)RSVP信令協(xié)議的擴展 (IETF.draft-ietf-mpls-rsvp-lsp-tunnel-02.txt,03/1999)基于約束參數(shù)的LDP協(xié)議(IETF.CR-LDPdraft-ietf-mpls-cr-ldp-03.txt,03/1999)幾種標記分發(fā)協(xié)議標準的標記分發(fā)協(xié)議(LDP)80標記分發(fā)協(xié)議(LDP)的功能
MPLS的信令與控制協(xié)議發(fā)布<label,FEC>映射傳遞路由信息建立與維護標記交換路徑標記分發(fā)協(xié)議(LDP)的功能MPLS的信令與控制協(xié)議81LDP的基本規(guī)程發(fā)現(xiàn)階段會話建立與維護標記交換路徑建立與維護會話的撤消LDP的基本規(guī)程發(fā)現(xiàn)階段82LDP的發(fā)現(xiàn)機制基本發(fā)現(xiàn)機制,用于發(fā)現(xiàn)通過鏈路層直接相連的LSR.擴展發(fā)現(xiàn)機制,用于發(fā)現(xiàn)不通過鏈路層直接相連的LSR.此兩種不同發(fā)現(xiàn)機制的區(qū)別LDP的發(fā)現(xiàn)機制基本發(fā)現(xiàn)機制,用于發(fā)現(xiàn)通過鏈路層直接相連的L83擴展RSVP對RSVP的改進在基本RSVP規(guī)范的基礎上增加許多功能,以支持顯式路由的建立和管理;使RSVP的信令過程發(fā)生在流量中繼的輸入和輸出點之間,而非主機之間;擴展的RSVP實現(xiàn)一組新的狀態(tài)集,可應用于一組共享同路徑與網(wǎng)絡資源的業(yè)務流。相對RSVP為每一業(yè)務流建立一套狀態(tài)的方式,節(jié)省了網(wǎng)絡核心路由器的RSVP信息量,有利于網(wǎng)絡的可擴展性;RSVP的轉發(fā)狀態(tài)是分布式的,與MPLS標記的分發(fā)方式是相同的;擴展RSVP作為一種軟狀態(tài)技術,在其擴展方案中采用了一些擴展技術,提高了可擴展性、時延性能、減低開銷、減少信息量;擴展RSVP建立的路由可在一對LSR之間實現(xiàn)多個或多組業(yè)務流的資源預留,而非象傳統(tǒng)的RSVP,是針對所有的業(yè)務流的資源預留擴展RSVP建立的路由將不是面向目的地的路由,而是基于各種約束條件的顯式路由;擴展RSVP對RSVP的改進在基本RSVP規(guī)范的基礎上增加許84CR-LDP的簡介CR-LDP采用的是顯式路由來支持QoS,在建立過程中明確地指定LSP所經(jīng)過的全部或部分節(jié)點;為不同的LSP制定不同的優(yōu)先級,路由的選擇將受到各種業(yè)務要求的限制,而非BestEffort式的路由;可以通過TLV與消息的擴展來實現(xiàn)一些性能;CR-LDP的簡介CR-LDP采用的是顯式路由來支持QoS,85CR-LDP可以實現(xiàn)的性能嚴格路由與松散路由業(yè)務量QoS參數(shù)支持能力路由鎖定(Pinning)能力通過建立與保持優(yōu)先級機制,提供CR-LSP的替代能力差錯處理能力標記交換路徑標記(LSP-ID)資源分級CR-LDP可以實現(xiàn)的性能嚴格路由與松散路由86CR-LDP與擴展RSVP的比較RSVP只能使用屬于下游按需方式的標記分配.分發(fā)與映射機制,功能多樣性不如CR-LDP,但其成熟完善,對于實現(xiàn)組播有利.擴展RSVP消息用IP傳輸,不具備可靠性和流控,LSP的刷新需30秒,清除需90秒,此30—90秒的時延對骨干網(wǎng)是不可忍受的.如果兩種信令機制并存,則違反了集成模型的初衷.且使網(wǎng)絡控制復雜,規(guī)劃難度加大,運營成本增加.與擴展RSVP不同,CR-LDP獨立于傳輸層協(xié)議,在信令消息傳輸機制的選擇上,也有很大的靈活性.如可使用TCP,也可使用UDP.CR-LDP是由源端發(fā)起的協(xié)議。在和ATM技術的結合上,同屬連接性技術的CR-LDP具有更大的優(yōu)勢.CR-LDP與擴展RSVP的比較RSVP只能使用屬于下游按需87MPLS的兩種路由機制逐跳路由實現(xiàn)簡單,已經(jīng)有OSPF,IS-IS等路由協(xié)議可供使用可以利用現(xiàn)有設備中的路由功能沒有流量工程能力是MPLS基本的路由機制(用于盡力而為的業(yè)務)顯式(Explicit)路由由LSP的入節(jié)點或出節(jié)點決定,不受動態(tài)路由算法的影響可以實現(xiàn)許多靈活的功能,在路由的計算中將可以引入各種約束條件路由只由少數(shù)節(jié)點完成,運營商可以方便地指定統(tǒng)一的路由策略和進行整體的業(yè)務量規(guī)劃.MPLS的兩種路由機制逐跳路由88有關MPLS的兩種路由機制的說明MPLS網(wǎng)絡中的路由首先由第三層路由協(xié)議決定,這一路由隨后被映射到第二層路徑上MPLS雖然使用了逐跳路由方式,但是對于IP包的處理并不是逐跳進行的.MPLS只是在建立標記交換路徑和標記轉發(fā)表的過程中使用的是逐跳方式.顯式路由方式只是在建立LSP的過程上與逐跳路由方式有所不同,當LSP建立成功之后,在對分組的轉發(fā)操作上,二者沒有任何不同.在標記轉發(fā)表中,也無法區(qū)分.有關MPLS的兩種路由機制的說明MPLS網(wǎng)絡中的路由首先由第89MPLS的路由循環(huán)控制循環(huán)檢測機制循環(huán)防止機制MPLS的路由循環(huán)控制循環(huán)檢測機制90MPLS的隧道與層次化路由逐跳路由隧道顯式路由隧道LSP隧道分層:LSP中的LSP隧道標記分配對等實體與層次明確對等實體默認對等實體MPLS的隧道與層次化路由逐跳路由隧道91MPLS的標記合并基于CR-LDP的ATM的標記合并基于擴展RSVP的標記合并MPLS的標記合并基于CR-LDP的ATM的標記合并92倒數(shù)第二跳彈出倒數(shù)第二跳彈出的意義使用倒數(shù)第二跳彈出的情況倒數(shù)第二跳彈出倒數(shù)第二跳彈出的意義93LSP控制方式獨立LSP控制有序LSP控制采用有序LSP控制的兩種情況:1.要保持特定FEC中的業(yè)務流在具有某些特性的路徑傳送2.建立LSP后識別相應的FECLSP控制方式獨立LSP控制94聚合MPLS聚合的意義聚合的三種方式:聚合成一個FEC聚合成FEC類不進行聚合聚合MPLS聚合的意義95MPLSoverATM的一種方案MPLSoverATM最主要的一種方式就是SIN(Shipsinthenight)模式,概括地說,SIN模式就是MPLS與已有的第2層交換協(xié)議(如ATM信令)并存于同一網(wǎng)絡,即在同一網(wǎng)絡中運行MPLS和ATM的控制與選路軟件。SIN模式具有以下優(yōu)點:(1)ATM硬件中原已嵌入的業(yè)務流管理功能可以得到充分利用;(2)MPLS與ATM集成于同一網(wǎng)絡,用單一平臺提供多重業(yè)務;(3)增加已有ATM網(wǎng)絡的利用率,保護ATM基礎設施的投資。
MPLSoverATM的一種方案MPLSoverATM最96(1)VPI/VCI空間
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