mpls

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解析:

1、MPLS 是Multi-Protocol Label Switching的缩写形式，中文含义为多协议标签交换技术。

2、MPLS不是特指某一种业务或应用，而是一种标准化的路由与交换技术平台，可以支持各种高层协议与业务。

3、Multi-Protocol：支持多种三层协议，如IP、IPv6、IPX等，它通常处于二层和三层之间，俗称2.5层。

4、Label ：是一种短的、等长的、易于处理的、不包含拓扑信息、只具有局部意义的信息内容。



5、Switching：MPLS报文交换和转发是基于标签的。针对IP业务，IP包在进入MPLS网络时，入口的路由器分析IP包的内容并且为这些IP包选择合适的标签，然后所有MPLS网络中节点都是依据这个简短标签来作为转发依据。当该IP包最终离开MPLS网络时，标签被出口的边缘路由器分离。

1.1 MPLS概述

多协议标签交换MPLS（Multiprotocol Label Switching）最初是为了提高转发速度而提出的。

在MPLS的体系结构中：

l 控制平面（Control Plane）是无连接的，利用现有IP网络实现；

l 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）来封装分组，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。

MPLS起源于IPv4（Inter Protocol version 4），其核心技术可扩展到多种网络协议，包括IPv6（Inter Protocol version 6）、IPX（Inter Packet Exchange）、Appletalk、DEC、CLNP（Connectionless Neork Protocol）等。“MPLS”中的“Multiprotocol”指的就是支持多种网络协议。

NE40支持在IPv4和IPv6上使用MPLS。

MPLS结构的详细介绍可参考RFC3031（Multiprotocol Label Switching Architecture）。

1.1.1 MPLS基本概念

1. 转发等价类

MPLS作为一种分类转发技术，将具有相同转发处理方式的分组归为一类，称为转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class）。相同转发等价类的分组在MPLS网络中将获得完全相同的处理。

转发等价类的划分方式非常灵活，可以是源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议类型、VPN等的任意组合。例如，在传统的采用最长匹配算法的IP转发中，到同一个目的地址的所有报文就是一个转发等价类。

2. 标签

标签是一个长度固定、只具有本地意义的短标识符，用于唯一标识一个分组所属的转发等价类（FEC）。在某些情况下，例如要进行负载分担，对应一个FEC可能会有多个标签，但是一个标签只能代表一个FEC。

标签由报文的头部所携带，不包含拓扑信息，只具有局部意义。标签的长度为4个字节，封装结构如下所示：

图1-1 标签的封装结构

标签共有4个域：

l Label：标签值字段，长度为20bits，用于转发的指针；

l Exp：3bits，保留，用于试验；

l S：1bit，MPLS支持标签的分层结构，即多重标签。值为1时表明为最底层标签；

l TTL：8bits，和IP分组中的TTL（Time To Live）意义相同。

标签与ATM的VPI/VCI以及Frame Relay的DLCI类似，是一种连接标识符。如果链路层协议具有标签域，如ATM的VPI/VCI或Frame Relay的DLCI，则标签封装在这些域中；如果不支持，则标签封装在链路层和IP层之间的一个垫层中。这样，标签能够被任意的链路层所支持。

标签在分组中的封装位置如图1-2所示：

Frame mode：帧模式 Cell mode：信元模式

图1-2 标签在分组中的封装位置

3. 标签交换路由器

标签交换路由器LSR（Label Switching Router）是MPLS网络中的基本元素，所有LSR都支持MPLS协议。

LSR由两部分组成：控制单元和转发单元。控制单元负责标签的分配、路由的选择、标签转发表的建立、标签交换路径的建立、拆除等工作；而转发单元则依据标签转发表对收到的分组进行转发。

4. 标签交换路径

一个转发等价类在MPLS网络中经过的路径称为标签交换路径LSP（Label Switched Path）。

LSP在功能上与ATM和Frame Relay的虚电路相同，是从入口到出口的一个单向路径。LSP中的每个节点由LSR组成。

5. 标签发布协议

标签发布协议是MPLS的控制协议，它相当于传统网络中的信令协议，负责FEC的分类、标签的分配以及LSP的建立和维护等一系列操作。

MPLS可以使用多种标签发布协议。包括专为标签发布而制定的协议，例如：LDP（Label Distribution Protocol）、CR-LDP（Constraint-Based Routing using LDP）；也包括现有协议扩展后支持标签发布的，例如：BGP（Border Gateway Protocol）、RSVP（Resource Reservation Protocol）。

NE40支持上述标签发布协议，并支持手工配置的静态LSP。

1.1.2 MPLS网络结构

1. MPLS网络结构

如图1-3所示，MPLS网络的基本构成单元是LSR，由LSR构成的网络称为MPLS域。

位于MPLS域边缘、连接其它用户网络的LSR称为边缘LSR（LER，Labeled Edge Router），区域内部的LSR称为核心LSR。核心LSR可以是支持MPLS的路由器，也可以是由ATM交换机等升级而成的ATM-LSR。域内部的LSR之间使用MPLS通信，MPLS域的边缘由LER与传统IP技术进行适配。

分组被打上标签后，沿着由一系列LSR构成的标签交换路径LSP（Label Switched Path）传送，其中，入口LER被称为Ingress，出口LER被称为Egress，中间的节点则称为Transit。

图1-3 MPLS网络结构

结合上图简要介绍MPLS的基本工作过程：

l 首先，LDP和传统路由协议（如OSPF、ISIS等）一起，在各个LSR中为有业务需求的FEC建立路由表和标签映射表；

l 入口LER接收分组，完成第三层功能，判定分组所属的FEC，并给分组加上标签，形成MPLS标签分组；

l 接下来，在LSR构成的网络中，LSR根据分组上的标签以及标签转发表进行转发，不对标签分组进行任何第三层处理；

l 最后，在MPLS出口LER去掉分组中的标签，继续进行后面的转发。

由此可以看出，MPLS并不是一种业务或者应用，它实际上是一种隧道技术，也是一种将标签交换转发和网络层路由技术集于一身的路由与交换技术平台。这个平台不仅支持多种高层协议与业务，而且，在一定程度上可以保证信息传输的安全性。

2. LSR的基本结构

图1-4 LSR基本结构示意图

对于普通的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）。

1.1.3 MPLS与路由协议

LDP通过逐跳方式建立LSP时，利用沿途各LSR路由转发表中的信息来确定下一跳，而路由转发表中的信息一般是通过IGP、BGP等路由协议收集的。LDP并不直接和各种路由协议关联，只是间接使用路由信息。

另一方面，通过对BGP、RSVP等已有协议进行扩展，也可以支持MPLS标签的分发。

在MPLS的应用中，也可能需要对某些路由协议进行扩展。例如，基于MPLS的VPN应用需要对BGP进行扩展，使BGP能够传播VPN的路由信息；基于MPLS的流量工程TE（Traffic Engineering）需要对OSPF或IS-IS协议进行扩展，以携带链路状态信息。

LSPM: LSP Management

图1-5 MPLS与各种协议关系示意图

1.2 MPLS的应用

随着ASIC技术的发展，路由查找速度已经不成为阻碍网络发展的瓶颈。这使得MPLS在提高转发速度方面不具备明显的优势。

但由于MPLS结合了IP网络强大的三层路由功能和传统二层网络高效的转发机制，在转发平面采用面向连接方式，与现有二层网络转发方式非常相似，这些特点使得MPLS能够很容易地实现IP与ATM、帧中继等二层网络的无缝融合，并为服务质量（QoS，Quality of Service）、流量工程（TE，Traffic Engineering）、虚拟专用网（VPN，Virtual Private Neork）等应用提供更好的解决方案。

1. 基于MPLS的VPN

传统的VPN一般是通过GRE、L2TP、PPTP等隧道协议来实现私有网络间数据流在公网上的传送，LSP本身就是公网上的隧道，因此，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。

图1-6 基于MPLS的VPN

上图是基于MPLS的VPN的基本结构：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。

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。

基于MPLS的VPN支持不同分支间IP地址复用，并支持不同VPN间互通。与传统的路由相比，VPN路由中需要增加分支和VPN的标识信息，这就需要对BGP协议进行扩展，以携带VPN路由信息。

2. 基于MPLS的QoS

NE40支持基于MPLS的流量工程和差分服务Diff-serv特性，在保证网络高利用率的同时，可以根据不同数据流的优先级实现差别服务，从而为语音，视频数据流提供有带宽保证的低延时、低丢包率的服务。

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的这种对服务质量的分类和标签机制和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。

多协议标签交换（MPLS）是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了目标、路由地址、转发和交换等能力。更特殊的是，它具有管理各种不同形式通信流的机制。 它的价值在于能够在一个无连接的网络中引入连接模式的特性；其主要优点是减少了网络复杂性，兼容现有各种主流网络技术，能降低网络成本，在提供IP业务时能确保QoS和安全性，具有流量工程能力。此外，MPLS能解决VPN扩展问题和维护成本问题。 MPLS属于第三代网络架构，是新一代的IP高速骨干网络交换标准，由IETF所提出，由Cisco、ASCEND、3Com等网络设备大厂所主导。 采用MPLS的数据包只须在OSI第二层（数据链结层）执行硬件式交换（取代第三层（网络层）软件式routing），它集成了IP选径与第二层标记交换为单一的系统，因此可以解决Internet路由的问题，使数据包传送的延迟时间减短，增加网络传输的速度，更适合多媒体讯息的传送。 因此，MPLS最大技术特色为可以指定数据包传送的先后顺序。MPLS使用标记交换（LabelSwitching），网络路由器只需要判别标记后即可进行转送处理。 扩展资料： 技术特点 1、MPLS简化了分组的转发 2、MPLS支持有效的显式路由（explicitrouting），显式路由在网络负荷调节，保证QoS要求等方面起着重要作用；传统IP网络中，每个分组头都携带显式路由是不可能的；MPLS只是在LSP创建时使用－－MPLS显式路由可行。 3、MPLS有利于实现流量工程（TrafficEngineering） 4、MPLS支持QoS选路，QoS选路是指对特定的数据流，按其QoS要求来为它选择路由的方法。 5、MPLS只需要在其域的入口进行一次从IP分组到FEC的映射，使得IP分组到FEC的复杂转换得以简化。 6、MPLS支持多网络功能划分，MPLS引入了标记粒度的概念，使其能分层地将处理功能划分给不同的网络单元，让靠近用户的网络边缘节点承担更多的工作；与此同时，核心网络则尽可能地简单。 7、MPLS实现了用户不同服务级别要求的单一转发规范 8、MPLS提高了网络扩展性 参考资料：百度百科多协议标签交换