• 正文
    • 1.MPLS的工作原理
    • 2.MPLS的分类
    • 3.MPLS的网络结构
    • 4.MPLS的技术特点
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MPLS

2022/12/07 作者:eefocus_3880508
阅读需 12 分钟
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多协议标签交换(英语:Multi-Protocol Label Switching,缩写为MPLS)是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的新技术。多协议的含义是指MPLS不但可以支持多种网络层层面上的协议,还可以兼容第二层的多种数据链路层技术。

1.MPLS的工作原理

MPLS是基于标记的IP路由选择方法。这些标记可以被用来代表逐跳式或者显式路由,并指明服务质量(QoS)、虚拟专网以及影响一种特定类型的流量(或一个特殊用户的流量)在网络上的传输方式等各类信息。MPLS采用简化了的技术,来完成第三层和第二层的转换。它可以提供每个IP数据包一个标记,将之与IP数据包封装于新的MPLS数据包,由此决定IP数据包的传输路径以及优先顺序,而与MPLS兼容的路由器会在将IP数据包按相应路径转发之前仅读取该MPLS数据包的包头标记,无须再去读取每个IP数据包中的IP地址位等信息,因此数据包的交换转发速度大大加快。

路由协议都是在一个指定源和目的地之间选择最短路径,而不论该路径的带宽、载荷等链路状态,对于缺乏安全保障的链路也没有一种显式方法来绕过它。利用显式路由选择,就可以灵活选择一条低延迟、安全的路径来传输数据。

MPLS协议实现了第三层的路由到第二层的交换的转换。MPLS可以使用各种第二层协议。MPLS工作组已经把在帧中继、ATM和PPP链路以及IEEE802.3局域网上使用的标记实现了标准化。MPLS在帧中继和ATM上运行的一个好处是它为这些面向连接的技术。

带来了IP的任意连通性。MPLS的主要发展方向是在ATM方面。这主要是因为ATM具有很强的流量管理功能,能提供QoS方面的服务,ATM和MPLS技术的结合能充分发挥在流量管理和QoS方面的作用。标记是用于转发数据包的报头,报头的格式则取决于网络特性。在路由器网络中,标记是单独的32位报头;在ATM中,标记置于虚电路标识符/虚通道标识符(VCI/VPI)信元报头中。对于MPLS可扩展性非常关键的一点是标记只在通信的两个设备之间有意义。在网络核心,路由器/交换机只解读标记并不去解析IP数据包。

IP包进入网络核心时,边界路由器给它分配一个标记。自此,MPLS设备就会自始至终查看这些标记信息,将这些有标记的包交换至其目的地。由于路由处理减少,网络的等待时间也就随之缩短,而可伸缩性却有所增加。MPLS数据包的服务质量类型可以由MPLS边界路由器根据IP包的各种参数来确定,如IP的源地址、目的地址、端口号、TOS值等参数。

对于到达同一目的地的IP包,可根据其TOS值的要求来建立不同的转发路径,以达到其对传输质量的要求。同时,通过对特殊路由的管理,还能有效地解决网络中的负载均衡和拥塞问题。当网络中出现拥塞时,MPLS可实时建立新的转发路由来分散流量以缓解网络拥塞。

MPLS交换采用面向连接的工作方式,面向连接的工作方式就是信息传送要经过以下三个阶段:建立连接、数据传输和拆除连接。对于MPLS来说,建立连接就是形成标记交换路径LSP的过程;数据传输就是数据分组沿LSP进行转发的过程;而拆除连接则是通信结束或发生故障异常时释放LSP的过程。

建立连接

(1)驱动连接建立的方式

MPLS技术支持三种驱动虚连接建立的方式:拓扑驱动、请求驱动和数据驱动。

(2)标记分配

(3)连接建立过程

(4)MPLS路由方式

数据传输

MPLS网络的数据传输采用基于标记的转发机制。

(1)入口LER的处理过程

当数据流到达入口LER时,入口LER需完成三项工作:将数据分组映射到LSP上;将数据分组封装成标记分组;将标记分组从相应端口转发出去。

(2)LSR的处理过程

LSR从“SHIM”中获得标记值,用此标记值索引LIB表,找到对应表项的输出端口和输出标记,用输出标记替换输入标记,从输出端口转发出去。

(3)出口LER的处理过程

出口路由器为数据分组在MPLS网络中经历的最后一个节点,所以出口路由器要进行相应的弹出标记等操作。

拆除连接

因为MPLS网络中的虚连接,也就是LSP路径是由标记所标识的裸机信道串联而成的,所以连接的拆除也就是标记的取消。标记的取消方式主要有两种,一种是采用计时器的方式;一种是不设置定时器。

MPLS的工作原理

2.MPLS的分类

基于MPLS的VPN

传统的VPN一般是通过GRE(Generic Routing Encapsulation)、L2TP(Layer 2 Tunneling Protocol)、PPTP(Point to Point Tunneling Protocol)、IPSec协议等隧道协议来实现私有网络间数据流在公网上的传送。而LSP本身就是公网上的隧道,所以用MPLS来实现VPN有天然的优势。

基于MPLS的VPN就是通过LSP将私有网络的不同分支联结起来,形成一个统一的网络。基于MPLS的VPN还支持对不同VPN间的互通控制。

CE(Customer Edge)是用户边缘设备,可以是路由器,也可以是交换机或主机。

PE(Provider Edge)是服务商边缘路由器,位于骨干网络。

在骨干网络中,还存在P(Provider),是服务提供商网络中的骨干路由器,不与CE直接相连。P设备只需要具备基本MPLS转发能力,可以将其配置为M-BGP的路由反射器,不维护VPN信息。

基于MPLS的VPN具有以下特点:

PE负责对VPN用户进行管理、建立各PE间LSP连接、同一VPN用户各分支间路由分派。

PE间的路由分派通常是用LDP或扩展的BGP协议实现。

支持不同分支间IP地址复用和不同VPN间互通。

减化了寻路步骤,提高了设备性能,加快了报文转发。

基于MPLS的QoS

由于全网实施流量工程的难度比较大,因此,在实际的组网方案中往往通过差分服务模型来实施QoS。

Diff-Serv的基本机制是在网络边缘,根据业务的服务质量要求将该业务映射到一定的业务类别中,利用IP分组中的DS(Differentiated Service)字段(由ToS域而来)唯一的标记该类业务;然后,骨干网络中的各节点根据该字段对各种业务采取预先设定的服务策略,保证相应的服务质量。

Diff-Serv对服务质量的分类和标签机制与MPLS的标签分配十分相似,事实上,基于MPLS的Diff-Serv就是通过将DS的分配与MPLS的标签分配过程结合来实现的。

MPLS的分类

3.MPLS的网络结构

MPLS网络是指由运行MPLS协议的交换节点构成的区域。这些交换节点就是MPLS标记交换路由器,按照它们在MPLS网络中所处位置的不同,可划分为MPLS标记边缘路由器(LER: label edge router)和MPLS标记核心路由器(LSR:label switching router)。顾名思义,LER位于MPLS网络边缘与其他网络或者用户相连;LSR位于MPLS网络内部。两类路由器的功能因其在网络中位置的不同而略有差异。

在MPLS的体系结构中:

控制平面(Control Plane)之间基于无连接服务,利用现有IP网络实现。

转发平面(Forwarding Plane)也称为数据平面(Data Plane),是面向连接的,可以使用ATM、帧中继等二层网络。

MPLS使用短而定长的标签(label)封装分组,在数据平面实现快速转发。

在控制平面,MPLS拥有IP网络强大灵活的路由功能,可以满足各种新应用对网络的要求。

对于核心LSR,在转发平面只需要进行标签分组的转发。

对于LER,在转发平面不仅需要进行标签分组的转发,也需要进行IP分组的转发,前者使用标签转发表LFIB,后者使用传统转发表FIB(Forwarding Information Base)。

MPLS的网络结构

4.MPLS的技术特点

1 充分采用原来的IP路由,在此基础上加以改进;保证了MPLS网络路由具有灵活性的特点

2 采用 ATM的高效传输交换方式,抛弃了复杂的ATM信令,无缝地将IP技术的优点融合到ATM的高效硬件转发中

3 MPLS网络的数据传输和路由计算分开,是一种面向连接的传输技术,能够提供有效的QOS保证

4 MPLS不但支持多种网络层技术,而且是一种与链路层无关的技术,它同时支持X.25 帧中继 ATM PPP SDH DWDM 等 ,保证了多种网络的互连互通,使得各种不同的网络传输技术统一在同一各MPLS平台上

5 MPLS支持大规模层次化的网络拓扑结构,具有良好的网络扩展性

6 MPLS的标签合并机制支持不同数据流的合并传输

7 MPLS支持流量工程 COS QOS 和大规模的虚拟专用网

MPLS的技术特点

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