MPLS的基本概念

2019-11-04 22:42:44

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供稿：網(wǎng)友

　　編輯：xiaozhe
　　
　　多協(xié)議標(biāo)簽交換（Multi-PRotocol Label Switching）
　　是一種新的數(shù)據(jù)包交換機(jī)制，它使用第3層轉(zhuǎn)發(fā)信息啟動(dòng)第2層分組交換，將第2層交換的高性能和第3層轉(zhuǎn)發(fā)的高擴(kuò)展性融為一體。
　　MPLS依據(jù)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議為每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(lèi)（FEC）分配標(biāo)簽，數(shù)據(jù)包依據(jù)長(zhǎng)度固定的短小標(biāo)簽處理和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(lèi)通常情況下可以等同于一個(gè)目的地網(wǎng)絡(luò)，也可對(duì)應(yīng)其他參數(shù)，如QoS和源地址。
　　MPLS使得在ip網(wǎng)絡(luò)中提供類(lèi)似電路連接特性并提供業(yè)務(wù)的快速自愈能力成為可能，基于MPLS的 QoS能控制網(wǎng)絡(luò)帶寬、延遲、抖動(dòng)和包丟失，以滿(mǎn)足多種不同業(yè)務(wù)對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求。
　　MPLS的引入將改善網(wǎng)絡(luò)層路由技術(shù)和性能/價(jià)格比，提高網(wǎng)絡(luò)層的可縮放性，并在新路由服務(wù)拓展方面提供更大的靈活性，為運(yùn)營(yíng)商提供基于IP的增值服務(wù)。
　　
　　 FEC類(lèi)別
　　FEC具體定義了每個(gè)IP包映射到哪條LSP上，并使用唯一的標(biāo)簽值。每個(gè)FEC由一個(gè)或多個(gè)FEC單元來(lái)描述。每種FEC單元描述一組對(duì)應(yīng)于特定LSP的IP包。當(dāng)某條LSP由多個(gè)FEC單元共享時(shí)，LSP應(yīng)在共享狀態(tài)發(fā)生改變的節(jié)點(diǎn)終止。
　　
　　 IP地址前綴（IP Address Prefix）
　　提供了一個(gè)含有一個(gè)或多個(gè)IP地址前綴的集合，符合其中一個(gè)或多個(gè)IP地址前綴的包被映射到相應(yīng)的LSP；主機(jī)地址，以一個(gè)32位的IP地址作為單元。
　　
　　 控制組件
　　根據(jù)第三層路由協(xié)議通告，建立與鄰接的標(biāo)記交換機(jī)之間創(chuàng)建、交換、維護(hù)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)信息，標(biāo)簽綁定交換使用TDP或者LDP、CR-LDP(Nortel)、RSVP(構(gòu)建TE)實(shí)現(xiàn)。
　　
　　 轉(zhuǎn)發(fā)組件
　　在入口路由器上，根據(jù)到目的地的IP地址，對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽被分配并附加到數(shù)據(jù)包上。核心網(wǎng)絡(luò)的LSRs基于標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表對(duì)簡(jiǎn)單的交換標(biāo)簽信息進(jìn)行檢索，以決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑。在出口路由器上，標(biāo)簽被移出，路由機(jī)制開(kāi)始負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)工作
　　
　　 邊界標(biāo)簽交換路由器（Edge LSR，Edge label switch router）
　　是進(jìn)行包初始化及分類(lèi)過(guò)程并賦予第一個(gè)標(biāo)簽的設(shè)備。該設(shè)備可以是一個(gè)路由器或具有內(nèi)建路由功能的交換機(jī)。
　　
　　 標(biāo)簽交換路由器（LSR，Label switch router）
　　根據(jù)預(yù)先設(shè)置或計(jì)算好的路由表進(jìn)行加了標(biāo)簽的數(shù)據(jù)包的設(shè)備。它可以是交換機(jī)或路由器。
　　
　　 標(biāo)簽分配協(xié)議（LDP，Label distribution protocol）
　　可以提供邊界和核心設(shè)備間的通信能力。它負(fù)責(zé)與路由協(xié)議（如OSPF、IS-IS、EIGRP、BGP等）協(xié)同為要建立標(biāo)簽交換路徑（LSP，label switched paths）的邊界和核心設(shè)備分配標(biāo)簽。
　　 標(biāo)簽交換路徑（LSP，Label switched path）
　　由各端點(diǎn)間所分配的所有標(biāo)簽定義的路徑。LSP既可以是動(dòng)態(tài)的，也可以是靜態(tài)的
　　
　　 標(biāo)簽（Label）
　　由數(shù)據(jù)包攜帶的，是用來(lái)標(biāo)識(shí)FEC（轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(lèi)）的數(shù)據(jù)，通常是在本地使用的。由LSR用來(lái)做轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包依據(jù)的信息。具體標(biāo)簽的傳送過(guò)程完全依靠于網(wǎng)絡(luò)的特性。在基于路由的網(wǎng)絡(luò)中，標(biāo)簽被放置在IP頭前的單獨(dú)隔離的"shim"頭中。該頭部中除了標(biāo)簽本身外，也攜帶著QoS信息。而在ATM網(wǎng)絡(luò)中，標(biāo)簽被放在信元頭的虛擬通道標(biāo)識(shí)/虛擬路徑標(biāo)識(shí)（VCI/VPI，virtual channel identifier/virtual path identifier）域中。
　　
　　
　　MPLS技術(shù)簡(jiǎn)述
　　MPLS技術(shù)簡(jiǎn)述
　　
　　MPLS（Multi-protocol Label Switching-多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)）是一種在開(kāi)放的通信網(wǎng)上利用標(biāo)簽引導(dǎo)數(shù)據(jù)高速、高效傳輸?shù)男录夹g(shù)。它的價(jià)值在于能夠在一個(gè)無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)中引入連接模式的特性，預(yù)期將大大改善網(wǎng)絡(luò)層路由技術(shù)的性能/價(jià)格比，提高網(wǎng)絡(luò)的可伸縮性，并在新路由服務(wù)方面提供更大的靈活性（在不改變網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)方案的情況下，提供答應(yīng)添加新路由服務(wù)）；其主要優(yōu)點(diǎn)是減少了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性、兼容現(xiàn)有各種主流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在提供IP業(yè)務(wù)時(shí)能確保QoS和安全性，具有流量工程能力。
　　MPLS體系結(jié)構(gòu)描述了實(shí)現(xiàn)標(biāo)記交換的機(jī)制，這種技術(shù)兼有第二層交換的分組轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)和第三層路由技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。與第二層（FR/ATM）相似，MPLS給分組分配標(biāo)簽，以便分組能夠在基于分組或信元的網(wǎng)絡(luò)中傳輸。數(shù)據(jù)單元攜帶長(zhǎng)度固定的短小標(biāo)簽，該標(biāo)簽告訴分組路徑上的交換節(jié)點(diǎn)如何處理和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。
　　MPLS體系結(jié)構(gòu)被分為兩個(gè)獨(dú)立的組件：轉(zhuǎn)發(fā)組件（數(shù)據(jù)層面）和控制組件（控制層面）。轉(zhuǎn)發(fā)組件使用標(biāo)記交換機(jī)維護(hù)的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)分組攜帶的標(biāo)簽執(zhí)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)?？刂平M件負(fù)責(zé)在一組互聯(lián)的標(biāo)記交換機(jī)之間創(chuàng)建和維護(hù)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)信息。
　　與傳統(tǒng)路由器類(lèi)似，IP路由協(xié)議建立IP路由表。在傳統(tǒng)的IP路由器中，IP路由表用于提供Cisco快速轉(zhuǎn)發(fā)（CEF）IP使用的轉(zhuǎn)發(fā)緩存和IP轉(zhuǎn)發(fā)表。而在MPLS節(jié)點(diǎn)中，IP路由表被用于決定標(biāo)簽綁定交換。對(duì)于基于目標(biāo)地址的單播IP路由技術(shù)而言，標(biāo)簽綁定交換是使用Cisco專(zhuān)用的標(biāo)記分發(fā)協(xié)議（TDP）和IETF指定的標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（LDP）實(shí)現(xiàn)的。
　　
　　MPLS的工作流程
　　MPLS的大概運(yùn)作流程是：在入口邊界，進(jìn)入的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)處理被選擇并賦予標(biāo)簽。而在MPLS網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部，MPLS的內(nèi)核解讀標(biāo)簽、并用相應(yīng)出標(biāo)簽替換入標(biāo)簽，然后轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。以上處理過(guò)程中有大量的分析、定級(jí)、過(guò)濾等密集型的芯片處理項(xiàng)目都一次性的在入口邊界上完成，而在MPLS網(wǎng)段中，所有的處理內(nèi)容僅是根據(jù)攜帶的標(biāo)簽來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而已。最后在出口邊界上，標(biāo)簽被從數(shù)據(jù)包上剝離，而數(shù)據(jù)包被轉(zhuǎn)發(fā)到最終的目的地。
　　因?yàn)樗械臉?biāo)簽處理都在邊界LSR上進(jìn)行，內(nèi)部P路由器僅僅做標(biāo)簽交換，數(shù)據(jù)包不必在每一跳上都進(jìn)行處理，這是與其他傳統(tǒng)協(xié)議的主要區(qū)別和優(yōu)勢(shì)，也是加大網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)吞吐量的要害點(diǎn)。
　　
　　
　　MPLS的優(yōu)勢(shì)
　　 MPLS在定長(zhǎng)標(biāo)簽的嚴(yán)格匹配下簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，而且這個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)的硬件基礎(chǔ)是便宜、成熟的ATM交換技術(shù)，這大大減少了設(shè)備制造商的研發(fā)投資，加快了MPLS設(shè)備的面市時(shí)間和產(chǎn)品的成熟穩(wěn)定性；
　　
　　 由于MPLS將路由與分組轉(zhuǎn)發(fā)從IP網(wǎng)中分隔開(kāi)來(lái)，這使得在MPLS網(wǎng)中可以通過(guò)修正轉(zhuǎn)發(fā)方法來(lái)推動(dòng)路由技術(shù)的演進(jìn)；新的路由技術(shù)可以在不間斷網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的情況下直接應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)中，而不必改動(dòng)現(xiàn)有路由器上的轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，這是以前的各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不易做到的；
　　
　　 MPLS簡(jiǎn)化了ATM與IP的集成技術(shù)，推動(dòng)了它們的統(tǒng)一，從而起到平衡用戶(hù)在ATM和IP網(wǎng)上的巨大投資，消除了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的限制，由此減少了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本和擴(kuò)展性問(wèn)題；
　　
　　 在MPLS網(wǎng)中可以直接使用顯式路由，這使得流量工程的應(yīng)用變得簡(jiǎn)單，增強(qiáng)了IP網(wǎng)絡(luò)流量控制和自愈恢復(fù)能力，為支持更多的新業(yè)務(wù)提供了保障；同時(shí)MPLS在保證連接可靠性的條件下取消了專(zhuān)線(xiàn)連接的要求，使得各種新業(yè)務(wù)可以在基于MPLS的IP網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)；
　　
　　 MPLS技術(shù)進(jìn)一步促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)功能的劃分，它將復(fù)雜的事務(wù)處理推到網(wǎng)絡(luò)邊緣去完成，核心網(wǎng)只負(fù)責(zé)完成傳送功能；這有利于在一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)中維護(hù)IP協(xié)議的擴(kuò)展性；
　　
　　 MPLS網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)簽堆棧的使用將龐大的路由表變得很小，極大地改善了路由擴(kuò)展能力；
　　
　　 MPLS可用于多種鏈路層技術(shù)，做到對(duì)下層與上層的多協(xié)議，最大限度地兼顧了原有的各種技術(shù)。保護(hù)了現(xiàn)有投資和網(wǎng)絡(luò)資源，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)互連互通和網(wǎng)絡(luò)的融合；
　　
　　 MPLS能夠以無(wú)連接方式或顯式路由的方式提供面向連接的業(yè)務(wù)；這使得MPLS適用于動(dòng)態(tài)遂道技術(shù)，并保障數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的QoS需求，而遂道技術(shù)是目前支持VPN業(yè)務(wù)的有效手段，QoS的保障是IP網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、實(shí)時(shí)多媒體信息傳輸?shù)幕A(chǔ)；
　　
　　 作為綜合平臺(tái)，在語(yǔ)音方面，VoIP on MPLS實(shí)驗(yàn)十分成功；在數(shù)據(jù)方面，它先天就能承載IP業(yè)務(wù)；在視頻方面，它已能承載多媒體應(yīng)用；
　　
　　 與ATM相比，MPLS標(biāo)準(zhǔn)能更快地被接受是因?yàn)樗且攒浖橹?，運(yùn)行在各種不同的網(wǎng)絡(luò)上，而ATM網(wǎng)則需要極大的軟、硬件投資。

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