第十二章 MPLS技术
MPLS介绍
MPLS（Multiprotocol Label Switching）是多协议标签交换的简称，它用短而定长
的标签来封装网络层分组。MPLS从各种链路层（如PPP、ATM、帧中继、以太网 等）得到链路层服务，又为网络层提供面向连接的服务。MPLS能从IP路由协议和 控制协议中得到支持，同时，还支持基于策略的约束路由，它路由功能强大、灵 活，可以满足各种新应用对网络的要求。这种技术起源于IPv4，但其核心技术可扩 展到多种网络协议（IPv6、IPX等）。
MPLS最初是为提高路由器的转发速度而提出一个协议，但是，它的用途已不仅仅 局限于此，而是广泛地应用于流量工程（Traffic Engineering）、VPN、QoS等方 面，从而日益成为大规模IP网络的重要标准，现在H3C系列交换机和路由器产品上 已经实现MPLS特性。
技术应用背景
Internet在近些年中的爆炸性增长为Internet服务提供商（ISP）提供了巨大的商业 机会，同时也对其骨干网络提出了更高的要求。人们希望IP网络不仅能够提供E- Mail上网等服务，还能够提供宽带实时性业务。ATM曾经是被普遍看好的能够提供 多种业务的交换技术，但是由于实际的网络中人们已经普遍采用IP技术，纯ATM网 络已经不可能，现有ATM的使用也一般都是用来用来承载IP。如此人们就希望IP也能提供一些ATM一样多种类型的服务。
MPLS Multiprotocol Label Switch多协议标签交换就是在这种背景下产生的一种技 术。它吸收了ATM的VPI/VCI交换的一些思想，无缝地集成了IP路由技术的灵活性和2层交 换 的简捷性， 在面向 无连 接的IP网络中增加 了MPLS这种 面向 连接的 属 性，通过采用MPLS建立虚连接的方法为IP网增加了一些管理和运营的手段。
MPLS的最早原型是90年代中期由Ipsilon公司率先推出的IP Switching协议，其目 的主要是解决ATM交换机如何更好地支持IP。该协议使ATM交换机成为一台路由 器，因而具有ATM交换机的高性能，突破了传统路由器的性能限制，一时间Ipsilon 名声大震。当时路由器厂家实现标记交换的目的是为了解决IP路由查找不能达到线 速的问题，因为IP路由查找采用的是最长地址匹配的方式，在路由器端口速度达到155M或622M时软件查找路由困难。这些早期不同厂家的标签交换的实现存在互通 问题，所以在1997年IETF成立一个负责标记交换标准化的工作组——MPLS工作组，它独立于各个设备实现厂家。现有的MPLS相关协议和草案基本上来自于这个工作组和它后来派生出来的流量工程工作组和MPLS VPN工作组。随着网络处理器技术的迅速发展，甚至10G的端口的路由线速查找都已经不成问题，MPLS应 用也逐步转向MPLS流量工程和MPLS VPN等。
GMPLS—交换网与传输网融合的基础
徐 征Ξ1 李广辉2 谢小梅3
(1.华北电力大学通信教研室,北京 102206)
(2.西北电网有限公司调度中心自动化处,陕西西安 710048)
(3.华北电力大学电力系统实验室,北京 102206)
摘 要:本文论述了通用多协议标记交换-GMPLS的理念,说明了其与MPLS的异同之处,并着重介绍了GMPLS的信令、路由寻址、标记,以及链路管理等关键组成部分。
关键词:GMPLS;MPLS;标签;信令;路由与寻址;链路管理协议
互联网与传输网的融合正在进行。使用同一种语言的
网络成为大势所趋,而这一切的基础就是GMPLS—通用多协
议标签交换。尤其是随着光网络的迅猛发展,如何实现IN2
TERNET与光网络的整合,是许多运营商所关注的问题。而
GMPLS则提供了很好的解决方法。
在传统的OSI七层网络模型中,网络层、数据链路层,以及物理层,各层间相互独立,使用各自的标准体系与对等实
体之间进行通信。上层通信的实现,需要下一层通信的支持。而GMPLS消除了语言协议的差异,充当了各层设备共
同语言的角色。它统一了网络内不同设备的控制平面,而保
留了不同设备间用户平面的差异性。GMPLS将用户平面定义为4种类型:PSC(分组交换)、TDM(时分复用)、LSC(波长
交换)以及FSC(光纤交换)。一个网络节点可以具有其中的
一种或几种交换功能。在GMPLS的基础上,不同设备间使用同样的信令来实现对用户平面的控制。
1.GMPLS与MPLS
GMPLS是MPLS向光网络扩展的产物,它由MPLS演变而来并几乎继承了MPLS的所有特性和协议。但二者却有着本质上
的差别,最大不同在于:MPLS网络仍然是一个重叠结构的网络,网络由分组交换节点构成,节点间的传输网络需要事先人工配置,且无法实现资源的动态分配;而GMPLS网络同时支持重叠
和对等两类网络结构,网络中不光包括分组交换节点,还有TDM节点、LSC(波长交换)节点,以及FSC(光纤交换)节点等,节点间的传输网络(可以是电路、波道,或者光纤)的建立由GMPLS信令
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虚拟专用网VPN(VirtualPrivateNetwork)是一种被广泛应用的利用公众网络资源来建立专用通信网络的技术,它可以使企业利用公众网的资源将分散在各地的办事机构和客户等动态地连接起来,使网络提供商、企业和最终客户三者都获利。VPN(VirtualPrivateNetwork)技术主要是通过对网络数据的封包和加密传输,在公网上传输私有数据实现不同网络的组件和资源之间的相互连接,而且能够利用Internet或其他公共互联网络的基础设施为用户创建隧道,并提供与专用网络一样的安全和功能保障。1MPLS技术1.1MPLSVPN网络模型分析BGP/MPLSVPN网络中包含了几个关键设备:CE,PE,P。客户边缘CE(CustomerEdge)设备可以是路由器或二层交换机,它位于客户端,接收和分发用户网络路由;提供商边缘PE(ProviderEdge)路由器负责处理VPN-IPv4路由,这是BGP/MPLSVPN的核心,主要维护与节点相关的转发表,与其他PE路由器交换VPN路由信息;位于骨干网核心的P(骨干网核心路由器)负责MPLS包的转发。BGP/MPLSVPN中有两种重要的数据流,一种是进行路由分发和LSP(标记转发路径)确定的控制流,另一种是用户的VPN业务流。存在两种控制机制,一种负责不同PE间路由信息的交换,另一种负责建立通过提供商骨干网的LSP。1.2BGP/MPLSVPN的工作过程CE路由器首先通过BGP将用户网络中的路由信息通知PE路由器,同时在PE路由器之间采用BGP的Extension传送VPN-IP的信息以及相应的VPN标签;而在PE与P路由器之间则使用内部网关协议的相互学习路由信息,采用标签分发协议=进行路由信息与骨干网络中的标签绑定。此时形成CE,PE以及P路由器中基本的网络拓扑以及路由信息。PE路由器拥有骨干网络的路由信息以及每一个VPN的路由信息。当属于某一VPN的CE数据进入网络时,在CE与PE路由器连接的接口上可以识别出该CE路由器属于哪一个VPN,进而到该VPN的路由表中读取下一跳的地址信息;同时,在前传的数据包中打上VPN标签。为到达目的端PE路由器,在起始端PE路由器中读取骨干网络的路由信息,得到下一个P路由器的地址,同时采用LDP在用户传数据包中打上骨干网络的标签。在骨干网络中,初始PE路由器之后的P路由器均只读取骨干网络中的标签的信息来决定下一跳,因此骨干网络中只是简单的标签交换。在达到目的端PE路由器之前的最后一个P路由器时,将骨干网络中的标签去掉,读取VPN标签,找到VPN,并送到相关的接口,进而将数据传送到VPN的目的地址处。1.3多协议BGP扩展实现BGP/MPLSVPN最为重要的一环就是VPN路由信息的传播,PE和CE之间使用的是普通的路由协议,因此BGP/MPLSVPN的关键之处就是PE之间的路由传播了。为了保证可扩展性,P路由器不必知晓VPN路由,跨路由器传递路由的一个最为简单的办法就是利用IBGP,由于存在多个VPN地址冲突的问题,IBGP这里所传输的可达性信息不再是普通的IPV4地址前缀,而是VPN-IPV4地址。BGP并不支持非IPV4,这里使用的是BGP的一个多协议扩展——MBGP(Multi-protocolBGP)。BGP之所以能够轻松扩展,关键在于BGP具有灵活的属性机制:要扩展一个功能只要定义一个新的属性就可以了。2MPLSVPN路由交换和数据转发在PE上,针对每一个站点(site),都创建一个与之对应的VRF(VPNRouting&For-wardingInstance),一个VRF包括一张路由表和一张转发表、一组使用这个VRF的接口集合以及一组与之相关的策略。VRF不是直接对应于VPN,而是综合了和它所对应site的VPN成员关系和路由规则。VRF为每个site维护逻辑上分离的路由表。每一个VRF维护独立的地址空间,在VRF中应当包含了到达所有与本site属于同一个VPN的site路由信息。这样,在PE上,来自CE的报文就可以根据相应的VRF来进行转发,而不用担心不同VPN之间地址空间的冲突。2.1CE-PE路由交换每个PE可以维护一个或多个VRF,每个VRF可以被看作是一个虚拟的路由器。VRF可以与任何类型的接口关联起来,不管是物理接口还是逻辑接口(例如以太网口,子接口,虚接口等)。这样,当报文直接通过一个与VRF关联的接口到达时,只需在该VRF中查找报文的目的地址。2.2VRF路由注入到MP-IBGPVPN路由拥有自己独立的地址空间,这种路由在服务提供商的公共网络中传递不能采用普通地址结构,否则会因为地址空间的重叠导致路由表的混乱,而是通过路由识别器RD(RouteDistinguishers)与IP地址一起构成唯一的VPN-IPV4地址结构来传递。同时在PE之间也不能采用普通的路由协议,而是通过对BGP作一定的扩展,使用多协议BGP(MultiProtocolBGP)来交换VPN信息。RD与VRF是一一对应的,每一个VRF都有自己的RD,RD在骨干网中保持唯一性,是Site的标识。PE路由器可以为从每个CE路由器来的路由设置相同的RD,建议相同VPN的RD配置成相同的。也可以为从同一CE路由器来的不同路由设置不同的RD(划分不同RD的依据是分属于不同的VPN)。在PE上,每个VRF都有一个ImportRouteTarget列表,只有当路由的ExportRouteTarget与VRF的ImportRouteTar-get列表相匹配,路由才会被引入到该VRF的路由表中。PE路由器把从CE收上的IPV4路由打上RD和RT,转换成VPN-IPV4路由,然后发送所有邻居。邻居收到VNV的路由时,判断收到的x是否与本地的VRFMPLS实现原理荣莉(宜宾学院计算机信息与科学系四川宜宾644000)摘要:对MPLSVPN的实现原理进行了详细分析,重点分析了多协议BGP的实现、MPLSVPN的路由转发和数据转发,论述了MPLS的优点和应用前景。关键词:多协议标记交换原理数据转发中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1672-3791(2008)04(a)-0001-02
多协议标记交换(mpls)
多协议标记交换（MPLS南邮通信工程系叶玲多协议标记交换（MPLS)?MPLS简介?MPLS网络结构?MPLS工作过程?MPLS体系结构?MPLS的流控和QoS?MPLS的应用?MPLS的软件结构MPLS是什么？?MPLS－多协议标签交换?MPLS是采用集成模型，将第三层IP技术与第二层的硬件交换技术结合在一起，并且使用一个定长的标签作为分组在MPLS网络中传输时所需处理的唯一标志。
MPLS并不是一种业务或者应用，而是一种将标签交换转发和网络层路由技术集于一身的标准化的路由与交换技术平台。
?兼具了IP的灵活性、可扩展性与ATM等硬件交换技术的高速性能、QOS性能、流量控制性能
2、MPLS的MP和LS?MPLS的多协议即指其向上可支持IPv4/IPV6/IPX/Apple talk,向下支持X.25/FR/ATM/PPP/Eth/SDH/DWDM(MPLS协议栈)－2.5层技术?MPLS的标签交换是指所交换的内容是标签,其实质是IP包在核心路由之间交换标签,而在边缘路由器和普通路由器之间交换IP包MPLS的应用价值?MPLS MultiprotocolLabel Switch多协议标签交换就是在这种背景下产生的一种技术它吸收了ATM VPI/VCI交换一些思想无缝地集成了IP路由技术的灵活性和2层交换的简捷性；?在面向无连接的IP网络中增加了MPLS这种面向连接的属性通过采用MPLS建立“虚连接”的方法为IP网增加了一些管理和运营的手段；?随着网络技术的迅速发展MPLS应用也逐步转向MPLS流量工程和MPLS VPN等，在IP网中MPLS流量工程技术成为一种主要的管理网络流量减少拥塞一定程度上保证IP网络的QoS的重要工具；?在解决企业互连提供各种新业务方面MPLS VPN也越来越被运营商看好成为在IP网络运营商提供增值业务的重要手段MPLS概念图示LSR LERLSR LERMPLS IPPacket
