MPLS技術(shù)及其應(yīng)用

2019-11-04 11:01:27

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供稿：網(wǎng)友

　　貴州省電信公司市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)部周燕

　　 Internet核心網(wǎng)中的路由/轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的最新發(fā)展是多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）。MPLS將ip路由控制和第二層交換的簡(jiǎn)單性無(wú)縫地集成起來(lái)，是ATM與IP技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，在不改變用戶(hù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的情況下能提供高速、安全、多業(yè)務(wù)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將在下一代網(wǎng)絡(luò)中的選路、交換和分組轉(zhuǎn)發(fā)中扮演非常重要的角色，滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)的多種多樣的需求。

一、MPLS技術(shù)概述

　　 MPLS技術(shù)的全稱(chēng)是多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)，是在Cisco公司所提出來(lái)的TagSwitching技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，屬于第三層交換技術(shù)，它引入了基于標(biāo)簽的機(jī)制，把選路和轉(zhuǎn)發(fā)分開(kāi)，由標(biāo)簽來(lái)規(guī)定一個(gè)分組通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的路徑，數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)標(biāo)簽交換路徑（LSP）完成。

　　 MPLS網(wǎng)絡(luò)由核心部分的標(biāo)簽交換路由器（LSR）、邊緣部分的標(biāo)簽邊緣路由器（LER）組成。LSR可以看作是ATM交換機(jī)與傳統(tǒng)路由器的結(jié)合，由控制單元和交換單元組成；LER的作用是分析IP包頭，決定相應(yīng)的傳送級(jí)別和標(biāo)簽交換路徑（LSP）。由于MPLS技術(shù)隔絕了標(biāo)簽分發(fā)機(jī)制與數(shù)據(jù)流的關(guān)系，因此，它的實(shí)現(xiàn)并不依靠于特定的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，可支持多種的物理和鏈路層技術(shù)（IP/ATM、以太網(wǎng)、PPP、幀中繼、光傳輸?shù)龋PLS使用控制驅(qū)動(dòng)模型初始化標(biāo)簽捆綁的分配及分發(fā)，用于建立標(biāo)簽交換路徑（LSP），通過(guò)連接幾個(gè)標(biāo)簽交換點(diǎn)來(lái)建立一條LSP。一條LSP是單向的，全雙工業(yè)務(wù)需要兩條LSP。

　　標(biāo)簽交換的工作流程如下：

　　（1）由LDP（標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議）和傳統(tǒng)路由協(xié)議（OSPF等）在LSR中建立路由表和標(biāo)簽映射表。

　　（2）在MPLS入口處的LER接收IP包，完成第三層功能，并給IP包加上標(biāo)簽；

　　（3）在MPLS出口處的LER將分組中的標(biāo)簽去掉后繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

　　（4）LSR不再對(duì)分組進(jìn)行第三層處理，只是根據(jù)分組上的標(biāo)簽通過(guò)交換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

二、MPLS技術(shù)的應(yīng)用

　　 MPLS因其具有面向連接和開(kāi)放結(jié)構(gòu)而得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，在大型ISP網(wǎng)絡(luò)中，MPLS主要有流量工程、服務(wù)等級(jí)（CoS）、虛擬專(zhuān)網(wǎng)（VPN）三種應(yīng)用

　　 1．流量工程

　　隨著網(wǎng)絡(luò)資源需求的快速增長(zhǎng)、IP應(yīng)用需求的擴(kuò)大以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈等，流量工程成為MPLS的一個(gè)主要應(yīng)用。因?yàn)镮P選路時(shí)遵循最短路徑原則，所以在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)流量工程十分困難。傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)一旦為一個(gè)IP包選擇了一條路徑，則不管這條鏈路是否擁塞，IP包都會(huì)沿著這條路徑傳送，這樣就會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在某處資源過(guò)度利用，而另外一些地方網(wǎng)絡(luò)資源閑置不用。

　　在MPLS中，流量工程能夠?qū)I(yè)務(wù)流從由IGP計(jì)算得到的最短路徑轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)中可能的、無(wú)阻塞的物理路徑上去，通過(guò)控制IP包在網(wǎng)絡(luò)中所走過(guò)的路徑，避免業(yè)務(wù)流向已經(jīng)擁塞的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的合理利用。

　　 MPLS的流量治理機(jī)制主要包括路徑選擇、負(fù)載均衡、路徑備份、故障恢復(fù)、路徑優(yōu)先級(jí)及碰撞等。

　　 MPLS非常適合于為大型ISP網(wǎng)絡(luò)中的流量工程提供基礎(chǔ)，其有以下原因：

　　（1）支持確定路徑，可為每條LSP定義一條確定的物理路徑。

　　（2）LSP統(tǒng)計(jì)參數(shù)可用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和分析，以確定瓶頸，把握中繼線的使用情況。

　　（3）基于約束的路由使LSP能滿(mǎn)足特定的需求。

　　（4）不依靠于特定的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，可支持多種的物理和鏈路層技術(shù)（IP/ATM、以太網(wǎng)、PPP、幀中繼、光傳輸?shù)龋軌蜻\(yùn)行在基于分組的網(wǎng)絡(luò)之上。

　　 2．服務(wù)等級(jí)

　　 MPLS的最重要的優(yōu)勢(shì)在于它能提供傳統(tǒng)IP路由技術(shù)所不能支持的新業(yè)務(wù)，提供更高等級(jí)的基礎(chǔ)服務(wù)和新的增值服務(wù)。Internet上傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)流包括傳統(tǒng)的文件傳輸、對(duì)延遲敏感的話音及視頻業(yè)務(wù)等不同應(yīng)用。為滿(mǎn)足客戶(hù)需求，ISP不僅需要流量工程技術(shù)，也需要業(yè)務(wù)分級(jí)技術(shù)。 MPLS為處理不同類(lèi)型業(yè)務(wù)提供了極大的靈活性，可為不同的客戶(hù)提供不同業(yè)務(wù)。

　　 MPLS的QoS是由LER和LSR共同實(shí)現(xiàn)的：在LER上對(duì)IP包進(jìn)行分類(lèi)，將IP包的業(yè)務(wù)類(lèi)型映射到LSP的服務(wù)等級(jí)上；在LER和LSR上同時(shí)進(jìn)行帶寬治理和業(yè)務(wù)量控制，從而保證每種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量得到滿(mǎn)足，改變了傳統(tǒng)IP網(wǎng)“盡力而為”的狀況。一般采用兩種方法實(shí)現(xiàn)基于MPLS的服務(wù)等級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)。

　　（1）業(yè)務(wù)在流經(jīng)特定的LSP時(shí)，根據(jù)MPLS報(bào)頭中承載的優(yōu)先級(jí)位在每個(gè)LSR的輸出接口處排隊(duì)。

　　（2）在一對(duì)邊緣LSR間提供多條LSP，每條LSP可通過(guò)流量工程提供不同的性能和帶寬保證，如入口LSR可將一條LSP設(shè)置為高優(yōu)先權(quán)，將另一條LSP設(shè)置為中等優(yōu)先權(quán)。

　　 3．虛擬專(zhuān)網(wǎng)

　　為給客戶(hù)提供一個(gè)可行的VPN服務(wù)，ISP要解決數(shù)據(jù)保密及VPN內(nèi)專(zhuān)用IP地址重復(fù)使用問(wèn)題。由于MPLS的轉(zhuǎn)發(fā)是基于標(biāo)簽的值，并不依靠于分組報(bào)頭內(nèi)所包含的目的地址，因此有效地解決了這兩個(gè)問(wèn)題。

　　（1）MPLS的標(biāo)簽堆棧機(jī)制使其具有靈活的隧道功能用于構(gòu)建VPN，通常采用兩級(jí)標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，高一級(jí)標(biāo)簽用于指明數(shù)據(jù)流的路徑，低一級(jí)的標(biāo)簽用于作為VPN的專(zhuān)網(wǎng)標(biāo)識(shí)，指明數(shù)據(jù)流所屬的VPN。

　　（2）通過(guò)一組LSP為VPN內(nèi)不同站點(diǎn)之間提供鏈接，通過(guò)帶有標(biāo)簽的路由協(xié)議更新或標(biāo)簽分配協(xié)議分發(fā)路由信息。

　　（3）MPLS的VPN識(shí)別器機(jī)制支持具有重迭專(zhuān)用地址空間的多個(gè)VPN。

　　（4）每個(gè)入口LSR根據(jù)包的目的地址和VPN關(guān)系信息將業(yè)務(wù)分配到相應(yīng)的LSP中。

三、基于MPLS方式組建VPN

　　基于MPLS方式組建VPN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，所需設(shè)備是路由器，可以利用網(wǎng)絡(luò)上已有的路由器升級(jí)，也可以新建，在全網(wǎng)各路由器配置MPLS，各接入點(diǎn)的路由器配置成MPLS VPN PE( 邊界) Router, 其余路由器配置成MPLS VPN P( 核心) Router 。全網(wǎng)路由器運(yùn)行內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IS-IS及MPLS LDP協(xié)議。PE Router 之間運(yùn)行MP-BGP協(xié)議，并且建立Full-mesh的BGP連接。各VPN用戶(hù)的路由設(shè)備CE連到網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)PE Router。用戶(hù)與PE Router 之間運(yùn)行EBGP（或RIP2、OSPF）協(xié)議。VPN 用戶(hù)的地址空間由用戶(hù)確定，可采用私有保留地址。

　　 MPLS VPN 限制VPN 路由信息僅在VPN內(nèi)部傳播，具體過(guò)程如下。

　　（1）在PE路由器上有兩種互相隔離的路由表。一種是包含所有P和PE路由器路由的普通路由表；一種是與它相連的VPN的路由表，即VRF。每個(gè)VPN對(duì)應(yīng)一個(gè)VRF。

　　（2）PE路由器將VPN用戶(hù)地址（多為私有地址）轉(zhuǎn)換成VPN-V4的地址，其中包含RD,SOO等新增屬性，存儲(chǔ)在相應(yīng)VRF中。

　　（3）同一VPN兩端的PE通過(guò)RSVP-Tunnel或LDP建立LSP(Label Switch Path),并用MP-iBGP交換此VPN的路由

　　（4）當(dāng)PE接到本地VPN用戶(hù)的Packet時(shí)候,此PE在相應(yīng)的VRF中查找相應(yīng)路由,找到下一跳,此下一跳應(yīng)為將目的VPN用戶(hù)地址通過(guò)MP-iBGP廣播給它的那臺(tái)PE。

　　（5）本地PE路由器通過(guò)先前建立的LSP將此Packet轉(zhuǎn)發(fā)到異地PE路由器。

　　（6）異地PE路由器再在其相應(yīng)的VRF中找到需要從哪個(gè)用戶(hù)端口轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。

　　基于MPLS 的VPN具有以下優(yōu)勢(shì)。

　　（1） MPLS VPN 提供一個(gè)可快速部署實(shí)施增值IP業(yè)務(wù)的平臺(tái)，包括內(nèi)部網(wǎng)、外部網(wǎng)、話音、多媒體及網(wǎng)絡(luò)商務(wù)。

　　（2） MPLS VPN 通過(guò)限制VPN 路由信息的傳播僅在VPN成員內(nèi)部，可提供與第二層VPN 相同的私密性及安全性。

　　（3） MPLS VPNs 提供與用戶(hù)內(nèi)部網(wǎng)的無(wú)縫集成。

　　（4） MPLS VPNs擴(kuò)展性好，每個(gè)服務(wù)提供商可以設(shè)定數(shù)十萬(wàn)VPN，每個(gè)VPN 可有數(shù)千個(gè)現(xiàn)場(chǎng)。

　　（5） MPLS VPNs 提供IP 業(yè)務(wù)類(lèi)別，支持VPN 內(nèi)部多級(jí)別業(yè)務(wù)，VPN 間的優(yōu)先級(jí)，靈活的服務(wù)級(jí)別選定。

　　（6） MPLS VPNs 提供方便的VPN成員治理及新VPN創(chuàng)建功能以利于業(yè)務(wù)的快速實(shí)施。

　　（7） MPLS VPNs 提供可伸縮的any-to-any 連接以擴(kuò)展內(nèi)部網(wǎng)及外部網(wǎng)從而蓋多業(yè)務(wù)。

　　（8） MPLS的流量治理功能可以保證網(wǎng)絡(luò)資源得到合理利用；保證用戶(hù)申請(qǐng)的服務(wù)質(zhì)量得到滿(mǎn)足

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