MPLS多協(xié)議標記交換概述

第六章

多協(xié)議標記交換2023/3/11MPLS(Multi-ProtocolLabelSwitch)多協(xié)議標記交換IETF的MPLS工作組，主要目標是開發(fā)一個綜合選路和交換的標準，把路由選擇功能轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)邊緣，把效率更高、結(jié)構(gòu)更簡單的交換功能放在核心網(wǎng)絡(luò)中可以運行不同的鏈路層技術(shù)，如ATM、FR、PPP、POS、LAN等實際上，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議只限于IPv4和IPv62023/3/12MPLS的體系結(jié)構(gòu)MPLS中涉及的基本概念MPLS網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)MPLS基本工作過程MPLS體系結(jié)構(gòu)2023/3/13MPLS中涉及的基本概念FEC（ForwardingEquivalentClass)：轉(zhuǎn)發(fā)等價類。MPLS實際上是一種分類轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)，它將具有相同轉(zhuǎn)發(fā)處理方式的分類歸為一類，這種類別就是轉(zhuǎn)發(fā)等價類。MPLS中的一些名詞：多協(xié)議

2023/3/14MPLS中涉及的基本概念（二）MPLS中的一些名詞：標記交換標記交換路由器LSR標記交換路徑LSP標記信息庫LIB2023/3/15MPLS中涉及的基本概念（三）數(shù)據(jù)流straemTLV（TypeLengthValue）標記合并merge標記分發(fā)對等實體2023/3/16MPLS和傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)分析頭分析FEC映射到下一跳分析頭分析FEC映射到下一跳分析頭分析FEC映射到下一跳分析頭分析FEC添加標簽標記交換標記交換入口路由器入口路由器2023/3/17MPLS的核心技術(shù)和組件標記交換路由器（LSR）標記邊緣路由器（LER）標記標記分配協(xié)議（LDP）標記交換通道（LSP）轉(zhuǎn)發(fā)機制，即標記交換2023/3/18MPLS網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)LabelEdgeRoutersLabelSwitchingRouters(LSRs)(ATMSwitchorRouter)MPLS體系結(jié)構(gòu)MPLS標記交換路由器的結(jié)構(gòu)標記封裝比較分發(fā)協(xié)議LDPMPLS的兩種路由機制標記合并merge2023/3/110標記交換路由器(一)2023/3/111標記交換路由器(二)具有第三層轉(zhuǎn)發(fā)和第二層交換功能運行傳統(tǒng)IP選路協(xié)議，并執(zhí)行控制協(xié)議以與鄰接設(shè)備協(xié)調(diào)FEC/標記的綁定信息FEC(ForwardingEquivalenceClass)，在相同路徑上轉(zhuǎn)發(fā)，以相同方式處理，被一個LSR映射到一個單一標記的一組IP分組可以是一個傳統(tǒng)交換機擴充IP選路；或?qū)⒁粋€傳統(tǒng)路由器升級支持MPLS2023/3/112標記邊緣路由器LabelEdgeRouter到并且從一個MPLS域轉(zhuǎn)發(fā)分組的傳統(tǒng)路由器與內(nèi)部MPLS

LSR通信以交換FEC/標記綁定信息執(zhí)行第三層增值功能，給分組加標記2023/3/113標記包含在每個分組中的短固定長度的值，用于標識一個集合流（Stream）在相同路徑上轉(zhuǎn)發(fā)并以相同方式處理的分組流，一個集合流包含一個或多個流（Flow）只在本地有意義，經(jīng)每一跳后標記是變化的，但經(jīng)邏輯級聯(lián)就構(gòu)成LSP，類似于VPI/VCI構(gòu)成PVC標記的格式依賴于分組封裝所在的介質(zhì)，例如，ATM封裝的分組采用VPI和/或VCI2023/3/114標記格式標記:20bits；COS:3bitsS(堆棧指示符):1bit；TTL:8bits數(shù)據(jù)VPI/VCI數(shù)據(jù)DLCI數(shù)據(jù)SHIML3L2標記COSSTTLATM信元FR數(shù)據(jù)PPPorLAN數(shù)據(jù)32bit2023/3/115標記信息庫（LIB）保存在一個LSR（LER）中的連接表入口端口入口標記下一跳LSRFEC標識符（如地址前綴）標簽操作（Replace，Push，Pop）出口標記出口端口出口鏈路層封裝（如ATM）2023/3/116標記分配協(xié)議LabelDistributionProtocolLSR用它來交換和協(xié)調(diào)FEC/標記綁定信息，使得對等LSR就一個特定的數(shù)值達成一致；每個LSR關(guān)聯(lián)它們LIB中的標記，形成一個從出口到入口的LSPLSR之間的LDP消息交換在TCP連接上進行2023/3/117標記分配協(xié)議的主要功能MPLS的信令和控制協(xié)議發(fā)布《label，F(xiàn)EC》映射傳遞路由信息建立于維護標記交換路徑2023/3/118LDP消息分類發(fā)現(xiàn)（discovery）發(fā)布并維護網(wǎng)絡(luò)中一個LSR的存在鄰接（adjacency）建立、維護和終結(jié)LSR對等對之間的鄰接關(guān)系通告（advertisement）建立、修改和刪除LSR對等對之間的徑流/標記映射信息2023/3/119LDP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的建立與維護會話的撤銷2023/3/120LDP操作的四個階段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標簽=4標簽=62023/3/122標記分配下列信息的到達可以觸發(fā)交換LDP消息，從而建立標記交換通道LSP特定數(shù)據(jù)流（流驅(qū)動）預(yù)留建立消息（RSVP）選路表更新消息（拓撲驅(qū)動）MPLS主要為特大型IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，可擴展性要求高，拓撲驅(qū)動的方案是最佳選擇2023/3/123拓撲驅(qū)動的標記分配LSR1LSR2FIBLDPLIB出選路協(xié)議FIBLDPLIB入選路協(xié)議路由更新FEC/標記2023/3/124標記分配方式下游分配（DownstreamAllocation）也可稱為非請求下游分配，由數(shù)據(jù)流動方向的下游MPLS結(jié)點分配標記下游按需分配（DownstreamOn-demandAllocation）在收到上游節(jié)點明顯的請求時，才由下游節(jié)點分配標記2023/3/125下游標記分配過程路由: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標記交換通道LabelSwitchedPath來自于面向虛電路的思想，類似于ATMPVC允許用戶IP分組以標記交換的方式從一個LSR轉(zhuǎn)發(fā)到另一個LSR的一條事先固定的路徑LSP的建立通過LDP的消息交換進行2023/3/127一個LSP上的MPLS轉(zhuǎn)發(fā)入口MPLS節(jié)點中間MPLS節(jié)點出口MPLS節(jié)點中間MPLS節(jié)點中間MPLS節(jié)點貼標簽產(chǎn)生深度為M的棧處理棧頂標簽或網(wǎng)絡(luò)層頭交換標簽交換標簽彈棧MMM2023/3/128MPLS節(jié)點的功能部件ATM-LSR的邏輯結(jié)構(gòu)及其工作流程ATMTCP/IP路由協(xié)議路由表LDPLFIB控制流 PVC用戶數(shù)據(jù)流LSP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)部件控制功能部件2023/3/129標記交換實例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服務(wù)業(yè)務(wù)量工程在獨立和缺省的路徑上引導業(yè)務(wù)流量的能力提高網(wǎng)絡(luò)性能，合理利用資源有效提高用戶端到端的服務(wù)質(zhì)量QoS/CoS允許個別用戶流從特殊的COS屬性得到好處采用ATM建立的LSP可以利用ATM的QoS屬性目標是支持IETF現(xiàn)有的QoS模型（Diffserv和Intserv）2023/3/131MPLS服務(wù)（續(xù)）虛擬專用網(wǎng)（VPN）VPN是在公共網(wǎng)絡(luò)上疊加的一個邏輯網(wǎng)絡(luò)通過為每個VPN分配一個標識符，將VPN的成員（及各自的網(wǎng)絡(luò)地址前綴）和一組標記相關(guān)聯(lián)建立VPN的內(nèi)部LSP，提供一個安全和可預(yù)測的方式交換業(yè)務(wù)量組播IP組播業(yè)務(wù)量通常持續(xù)一段時間，并要求合適的帶寬和低時延MPLS通過把一個網(wǎng)絡(luò)層傳遞樹映射成一個LSP樹，使得組播分組的有效傳輸變得更容易2023/3/132MPLSVPN支持網(wǎng)絡(luò)B網(wǎng)絡(luò)C網(wǎng)絡(luò)C網(wǎng)絡(luò)B網(wǎng)絡(luò)A網(wǎng)絡(luò)ALSPLSPLSPLSRVPNID=ALSRVPNID=ALSRVPNID=BLSRVPNID=CLSRVPNID=BLSRVPNID=CMPLS網(wǎng)絡(luò)2023/3/133MPLS的優(yōu)點提供高速交換、高吞吐量和一定的QoS能力有效完成業(yè)務(wù)量工程，最佳利用資源支持顯示路由、組播、VPN等路由功能增強了傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)的可擴展性引進和實施新業(yè)務(wù)時更具靈活性2023/3/134MPLS的問題控制協(xié)議面臨著CR-LDP與M-RSVP兩種方式的取舍，影響到互聯(lián)互通的實現(xiàn)真正的端到端QoS支持尚難以實現(xiàn)，目前只能支持Diffserv的CoS業(yè)務(wù)VCMerge技術(shù)有待進一步研究面臨與已有網(wǎng)絡(luò)的兼容和改造2023/3/135MPLS與ATM相似點從ATM的觀點看，MPLS是另一個控制平面，是另一種建立ATMVC的方法當運行在ATM硬件上時，MPLS和ATM論壇協(xié)議都采用相同的分組格式、相同的標簽、相同的標簽交換和轉(zhuǎn)發(fā)機制、相同的入口和出口功能它們都需要連接建立協(xié)議不同點MPLS沒有采用ATM尋址、ATM選路和ATM協(xié)議；而是采用IP尋址、動態(tài)IP選路和LDP2023/3/136ATM支持MPLS的方式對等模型ATM-LSR通過串行鏈路直接相連綜合方案ATM-LSR通過ATM交換機相互通信SIN（Ship-In-the-Night）方案物理的ATM模型被分成兩個不連接的網(wǎng)絡(luò)2023/3/137ATM上的MPLS綜合方案ATM網(wǎng)絡(luò)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網(wǎng)絡(luò)ATMPNNIMPLSLDPATM交換組件MPLSLSPATMVC2023/3/139MPLS與MPOA的比較屬性MPOAMPLS環(huán)境校園，WANWAN模型疊加對等交換路徑建立流驅(qū)動拓撲驅(qū)動（推薦）控制協(xié)議IP/MPOA/NHRPIP和LDPATM論壇協(xié)議對ATM的支持是不支持但可以共存數(shù)據(jù)路徑選擇PNNI階段I動態(tài)IP選路或顯式選路故障單點有（MPS）無2023/3/140MPOA校園骨干網(wǎng)實例MPSATMBackboneMPCMPCMPCMPCSubnet1Subnet2Subnet3Subnet42023/3/141MPLS網(wǎng)絡(luò)實例網(wǎng)絡(luò)A，B，C網(wǎng)絡(luò)A，B，C網(wǎng)絡(luò)A，B，C網(wǎng)絡(luò)A，B，C入口LSR出口LSR出口LSRMPLSLSRMPLSLSRMPLSLSR入口LSRMPLS網(wǎng)絡(luò)MPLS網(wǎng)絡(luò)2023/3/142IPoverATM兩類基本互通模型重疊模型（OverlayModel）在邏輯子網(wǎng)內(nèi)使用基于ATM地址的ATM路由和信令協(xié)議為IP數(shù)據(jù)包選擇路由并發(fā)送IP數(shù)據(jù)包集成模型（IntegratedModel）使用非ATM路由和信令協(xié)議來為IP數(shù)據(jù)包選擇路由并發(fā)送IP數(shù)據(jù)包2023/3/143IPoverATM兩類基本互通模型（續(xù)）ATM上的IPLANE（ATM

F）CLPOA（IETF）重疊模型MPOA（ATMF）NHRP（IETF）綜合模型I-PNNI（ATMF）IP交換/Tag交換（IETF）MPLS（IETF）2023/3/144重疊模型對于ATM和IP分別定義不同的地址結(jié)構(gòu)和相關(guān)的路由協(xié)議ATM端點使用ATM地址和IP地址兩者來標識在ATM網(wǎng)內(nèi)，都使用ATM路由協(xié)議來為IP數(shù)據(jù)包選擇路由，需要把IP地址映射到ATM地址2023/3/145重疊模型（續(xù)）優(yōu)點使用標準ATMForum/ITU-T的信令標準，與標準的ATM網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)兼容缺點重復(fù)的地址和路由功能傳送IP數(shù)據(jù)包的效率較低2023/3/146集成模型ATM層被看作是IP層的對等層，ATM端點只需使用IP地址來標識在ATM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議為IP數(shù)據(jù)包選擇路由，在建立ATM連接時使用非標準的ATM信令協(xié)議ATM與IP互相競爭逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛ハ嗳诤闲碌募赡Ｐ驮噲D把傳統(tǒng)的面向連接的ATM改造成適合Internet應(yīng)用的類似無連接的工作方式IP采用一些面向連接的特點（如RSVP）2023/3/147集成模型（續(xù)）優(yōu)點不需要地址解析協(xié)議傳送IP數(shù)據(jù)包的效率比較高缺點與標準的ATM融合較為困難增加了ATM交換機的復(fù)雜性，使ATM交換機看起來更象一個多協(xié)議的路由器2023/3/148集成模型的其它解決方案3CoM公司的FastIP（FIP）IBM公司的交換式多協(xié)議服務(wù)MultiprotocolSwitched

Services（MSS）Cascade公司的IP導航器（IPNavigator）Cabletron公司的虛擬快速安全網(wǎng)絡(luò)SecureFastVirtualNetworkArchitectureBay公司的IP路由交換機（IPRoutingSwitch）2023/3/149IPoverATM兩種模型的比較技術(shù)

重疊模型：CIPOA,LANE,MPOA

集成模型：IPSwitching,CSR/FANP,TagSwitching,ARIS,MPLS互通重疊模型：IP重疊在ATM層上 集成模型：把IP協(xié)議與ATM層集成在一起2023/3/150IPoverATM兩種模型的比較（續(xù)）IP路由協(xié)議 重疊模型：放在IP路由器中 集成模型：放在IP路由器或ATM交換機中

ATM路由協(xié)議 重疊模型：使用集成模型：