MPLS——多協(xié)議標(biāo)記交換

2019-11-03 10:12:18

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供稿：網(wǎng)友

MPLS——多協(xié)議標(biāo)記交換（朱志輝）1MPLS的由來隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，TCP／ip已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系，與IPX等其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相比較TCP／IP的支配地位已日趨明顯。IP網(wǎng)上的應(yīng)用也日趨豐富，從最簡單的文本。簡單圖像的傳送到IP電話、視頻會議、多媒體信息的傳送等都可以通過IP協(xié)議來實現(xiàn)，IP協(xié)議已成為一種可承載多種業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。有理由相信，IP將統(tǒng)治本來的通信網(wǎng)絡(luò)。但是，IP的發(fā)展存在著一個非常明顯的障礙，這是由IP本身固有的一個缺陷決定的，IP是一個無連接的協(xié)議，因此IP網(wǎng)上的應(yīng)用無法得到很好的QoS保證。由于其天連接性，每一個IP包都是單獨地發(fā)到目的地的，網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點都無從知曉這些無連接的包中的某一個是如何到來的。與此相比，面向連接的協(xié)議如幀中繼則需要建立一虛電路，該電路是固定的。連接路徑上的各個節(jié)點以及干線可以先為其預(yù)留資源，以提供QoS保證。 IP具有其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所無法比擬的靈活性，這一點通過Internet已經(jīng)得到了證明，而面向連接的網(wǎng)絡(luò)則可以保證QoS，因此這兩種協(xié)議的結(jié)合是非常有意義的，這就導(dǎo)致了MPLS（Mmtl－PRotocol LabelSwitch）的產(chǎn)生。 “IP Switching”的概念是IPSilicon公司最先提出的，它將IP和ATM技術(shù)結(jié)合在了一起，目的是減少或根除IP網(wǎng)中用于處理數(shù)據(jù)的龐大的路由表。到1996年晚些時候Cisco公司以其“Tag Switch”為基礎(chǔ)，并結(jié)合IBM以及Toshiba公司的研究成果，向IETF提交了一套SwitchingIP解決辦法，即MPLS。目前MPLS的標(biāo)準(zhǔn)化工作還在進(jìn)行當(dāng)中，但有約20家公司宣布已生產(chǎn)出MPLS產(chǎn)品或者可支持MPLS。2 MPLS的工作原理 MPLS有時也被稱作“標(biāo)志交換路由（Label SwappingRouting）”或者“標(biāo)記交換（Label Switching）”，其思路是從一種很老的協(xié)議即X.25協(xié)議借鑒得來的。下面我們將對MPLS的工作原理進(jìn)行舉例分析。一個MPLS網(wǎng)絡(luò)是由邊界設(shè)備和傳輸設(shè)備組成的，連接在EdgeA的用戶需要發(fā)送數(shù)據(jù)到連接在Edge C的用戶10.1.1.4。Edge A在路由表中找到目的地址所對應(yīng)的端口號（Port）和標(biāo)記號（Label1）后將標(biāo)記號（Label1）加到數(shù)據(jù)包上，并將數(shù)據(jù)包發(fā)到Port1排隊。在MPLS Transit B中，不再查找路由表，而是在Port3接收到數(shù)據(jù)包后到標(biāo)記表中去查找端口和標(biāo)記，即完成一個標(biāo)記翻譯的過程，用另一個標(biāo)記替換當(dāng)前標(biāo)記并發(fā)到新的端口進(jìn)行排隊。在此例中，數(shù)據(jù)包在將標(biāo)記替換為Label2后被發(fā)往Port4進(jìn)行排隊。通過任意個傳輸節(jié)點的標(biāo)記翻譯，數(shù)據(jù)包最后到達(dá)另一個邊界設(shè)備，此例中數(shù)據(jù)包在通過傳輸設(shè)備B后將直接到達(dá)邊界設(shè)備動邊界設(shè)備C在Port7接收到數(shù)據(jù)包后根據(jù)其標(biāo)記查找匹配字段，得到數(shù)據(jù)包的輸出地址，即為邊界設(shè)備C的LAN口，找到局域網(wǎng)10.1.1.x，在LAN中數(shù)據(jù)包通過其IP地址最終發(fā)到目的地。如上分析，敵據(jù)包在MPLS網(wǎng)絡(luò)中所通過的路徑是由標(biāo)記表的內(nèi)容決定的，因此這條路徑可稱作標(biāo)記鏈接路徑，與幀中繼中通過DLIC來標(biāo)識虛電路非常相似。3 MPLS鏈路的建立建立MPLS鏈路一般有兩種方式，下面我們將逐一進(jìn)行分析。一種與幀中繼中的SVC方式是相似的：利用一個特殊的消息包來確定路由，該消息包與在RSVP（資源保留協(xié)議，ResourceReservation Protocol）中所用的消息包的標(biāo)準(zhǔn)是相同的。如果要建立虛線所示鏈路，則將按照以下步驟進(jìn)行： 1．一個管理系統(tǒng)將要求Edge C為網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建一個到10.1.1.x的路由以供EdgeA使用。管理系統(tǒng)可能選擇一個特定的路徑（提供一個源路由向量或直接路由）或允許內(nèi)部節(jié)點來完成此路由。現(xiàn)假定由管理系統(tǒng)提供了一個源路由向量，希望消息包由Edge C通過Transit B到達(dá)Edge A。 2．Edge C產(chǎn)生一個RSVP消息并將要使用的源路由粘貼到消息包上。Edge C把Label2分配給該路由并在標(biāo)記表中增加一個字段。該字段表明瑞口7為到達(dá)Transit B的下一跳，并且包含了連接10.1.1.x的LAN端口號。 3．Transit B接收到消息包并創(chuàng)建一個標(biāo)記表字段，它將Label1分配給一個出瑞口，即Port3，這樣Port4 Label1就與Po rt3 Label1連接起來，然后Transit B把RSVP消息包通過Port3發(fā)送到Edge A。 4． Edge A在Port1接收到該消息包后則把LabellPort1連接到路由表中10.1.1.x的字段。所有EdgeA接收到的目的地址為10.1.1.的數(shù)據(jù)包都將遵循該路由。 5．通過以上分析，我們可以看到這是一個半雙工的路由選擇，如果數(shù)據(jù)需要雙向傳輸，則必須在相反方向發(fā)送一個類似的消息包。第二種形式的MPLS有所不同，分以下幾個步驟進(jìn)行： 1．MPts網(wǎng)絡(luò)中的各個設(shè)備（包括邊界設(shè)備和傳輸設(shè)備）利用路由協(xié)議（如RIP、OSPF等），即按照通常的方式構(gòu)建路由表。 2．在路由表建立后，各個設(shè)備將為路由表中的每一個字段分配一個標(biāo)記。這些標(biāo)記將放入標(biāo)記表，并且路由表中的處理指令將被復(fù)制到標(biāo)記表。 3．各設(shè)備將告訴鄰近的設(shè)備它所完成的路由字段一標(biāo)記的轉(zhuǎn)換。 4．鄰居設(shè)備將根據(jù)接收到的標(biāo)記通知修改其標(biāo)記表中的對應(yīng)字段。如果該設(shè)備為MPLS網(wǎng)絡(luò)的邊界設(shè)備，如EdgeA，則將標(biāo)記存放入路由表。 5．一旦標(biāo)記表建立完畢，則可以完成數(shù)據(jù)的雙向傳送。相鄰設(shè)備間的標(biāo)記交換也可以通過兩種方法來完成。一種方法是利用一種新的協(xié)議即標(biāo)記分發(fā)協(xié)議（LDP，LabelDistribution Protocol）來完成；另一種方法是利用OSPF來實現(xiàn)，通過擴展OSPF攜帶標(biāo)記信息，這樣就無需分別完成標(biāo)記和路由信息的交換。在兩種MPLS鏈路構(gòu)建模型中，都有一個邊界的概念，從這一點開始才有MPLS支持，該點的設(shè)備應(yīng)從（向）MPLS網(wǎng)絡(luò)核心層接收（發(fā)送）MPLS消息，而不會將MPLS消息直接發(fā)給用戶。邊界設(shè)備將標(biāo)記都存儲在路由表字段中，這樣在MPLS網(wǎng)絡(luò)之外的鄰居將不會意識到MPLS鏈路的存在，這也是邊界設(shè)備需要將標(biāo)記存在路由表中以及需要有地址一標(biāo)記轉(zhuǎn)換能力的原因。邊界設(shè)備相當(dāng)于一個IP包的漏斗，它將IP地址轉(zhuǎn)換成為MPLS路徑。4 MPLS的特點 MPLS最突出的特點在于其為IP網(wǎng)絡(luò)提供了QoS保證，其次在于利用MPLS構(gòu)建VPN時安全性以及接太需求的實現(xiàn)變得非常簡單。在MPLS的網(wǎng)絡(luò)模型中我們可以看到，利用RSVP消息包在網(wǎng)絡(luò)中可以創(chuàng)建出標(biāo)記鏈接路徑，結(jié)合這些路徑MPLS可以方便地創(chuàng)建出一個VPN。由于標(biāo)記鏈接路徑具備了虛電路的所有特性，所以它能夠分配資源并保證QoS。除此之外，標(biāo)記鏈接路徑還同虛電路一樣安全，因此不需要用戶再增加加密及其他安全措施。而且，在標(biāo)記鏈接路徑中除了需要對標(biāo)記進(jìn)行交換外對數(shù)據(jù)包中的其他內(nèi)容是不進(jìn)行檢查的，因此MPLS包可以攜帶所有類型的數(shù)據(jù)。除IP包外，MPLS網(wǎng)絡(luò)還可以傳輸SNA、IPX、帶保留地址的IP包、幀中繼幀以及ATM信元等。 MPLS網(wǎng)絡(luò)是維持在服務(wù)提供商基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的一個網(wǎng)絡(luò)，它可以涉入局域網(wǎng)的邊緣，為企業(yè)建立企業(yè)廣域網(wǎng)。如果我們將一個IP接口看成是一個大的圓，那么MPLS相當(dāng)于是在這個大圓內(nèi)增加了一個小的圓（Tunnel），該Tunnel可用于傳送保留地址IP包。也可以創(chuàng)建其他的Tunnel以傳送IPX、SNA數(shù)據(jù)包或者壓縮過的話有數(shù)據(jù)（不局限于VOIP，MPLS是與網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議無關(guān)的）。所有的Tunnel都擁有唯一定義的QoS。MPLS的Tunnel與傳統(tǒng)的VPN利用的如PPTP、L2TP等隧道協(xié)議有許多相似的特征，如數(shù)據(jù)包內(nèi)的內(nèi)容在傳送過程中是不檢查的，所以任何協(xié)議或帶保留地址的包都可傳送，但是這兩類Tunnel還是有很多不同的：隧道協(xié)議是通過IP路由來傳送被封裝的數(shù)據(jù)包的，因為這些被封裝的數(shù)據(jù)包本身還是IP包，而MPLS用的則是標(biāo)記交換，其內(nèi)容不會經(jīng)過IP路由過程，封裝的包不是通過IP方式進(jìn)行處理的；傳統(tǒng)的VPN的隧道是端到端的，而MPLS的Tunnel是由RSVP協(xié)議在MPLS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實現(xiàn)的，不涉及到用戶的應(yīng)用，因此用戶可以在用戶程序和LAN中繼續(xù)使用通常的IP包和地址。上面曾提到MPLS的標(biāo)記鏈接路徑非常類似于幀中繼中的虛電路，但兩者也存在某些不同的地方：幀中繼中的虛電路是端到端的連接，為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，而MPLS的標(biāo)記鏈接路徑看起來則像是IP端口一端口連接的一部分（即大圓中的一個小圓），用戶不需要增加任何設(shè)備就可以利用MPLS來組建自己的網(wǎng)絡(luò)。例如，基于MPLS的VPN只要為購買了VPN服務(wù)的用戶設(shè)置一個參數(shù)，以發(fā)現(xiàn)該用戶的VPN流量，一旦IP包的流進(jìn)入ISP，ISP將通過其邊緣設(shè)備進(jìn)行檢查，如果符合某VPN規(guī)定的參數(shù)，該IP包就將轉(zhuǎn)入到其指定的MPLS路徑中進(jìn)行傳送。因此，我們可以利用MPLS開展某些新型的業(yè)務(wù)，如：會議預(yù)約：比如，如果一個企業(yè)需要ISP為其提供一個小時的VPN，該VPN應(yīng)當(dāng)在這段時間內(nèi)連接多個節(jié)點。當(dāng)預(yù)約時間一到，所有符合該VPN規(guī)定的流量將自動進(jìn)入MPLSVPN路徑，ISP無需知道用戶情況也無權(quán)進(jìn)行干涉，并且用戶可以得到MPLS所提供的QoS等級保證。在預(yù)約時間結(jié)束時，MPLS路徑就被取消，流量自動轉(zhuǎn)為原先網(wǎng)絡(luò)的缺省方式進(jìn)行處理。定時任務(wù)：MPLS VPN可用于創(chuàng)建一個每天定期都將運行的任務(wù)。只要用戶不提出撤銷服務(wù)，服務(wù)提供商就可保證其MPLS路徑可根據(jù)用戶需求保持有效。5 MPLS的發(fā)展趨勢 MPLS將IP的靈活性和幀中繼、ATM等面向連接網(wǎng)絡(luò)的QoS保證特性有效地結(jié)合在了一起，這對于 IP的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用無疑有著巨大的推動作用。目前AT＆T以及其他的服務(wù)提供商已經(jīng)在利用 MPLS為用戶提供諸如VPN的服務(wù)。在MPLS應(yīng)用的初期，我們也應(yīng)重點將MPLS應(yīng)用到VPN中。利用MPLS的QoS特性以及實現(xiàn)VPN的簡單靈活性，可以為用戶提供如網(wǎng)絡(luò)會議出租。不同服務(wù)等級的企業(yè)Intranet等服務(wù)。 MPLS的設(shè)計目標(biāo)是成為IP網(wǎng)的核心骨干網(wǎng)絡(luò)，而當(dāng)前我們的IP網(wǎng)基本上是以ATM為骨干進(jìn)行建設(shè)的，因此如何將MPLS與ATM有效地結(jié)合到實際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以及應(yīng)用中，以達(dá)到進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)運行效率、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)運行成本的目的將是我們需要認(rèn)真研究與跟蹤的問題。摘自《中國數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)》

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