MPLS（多协议标识交换）技术浅解

来源：作者：出处：巧巧读书 2006-08-18 进入讨论组

关键词：atm mpls os ospf rip

　　1 概述
　　MPLS 技术是为了解决日益增长的大型网络所面临的一系列问题，而产生的新技术。MPLS的最大特点就是简化传输的一系列过程，从而大大的提高网络的传输效率。目前Mpls技术已经被众多网络厂商所接受，即将成为新的标准。

简言之，MPLS之所以能高效率完成传输，是因为它对数据包处理时可以同时完成layer 2 和layer3 的功能。用固定长的标记来表示ip 包头部信息。
　　在传统的ip网络中,layer3 ip包包头包含着数据包的路由信息，路由器根据layer3 ip包头的信息来独立完成数据包的路由(hop by hop routing）如图1.1。而在Mpls网络中，将一个固定的长度的标识分配FEC( Fowarding Equivalence Classes)。这个标识将跟随着数据包传递到下一跳。在路由的过程中，具有MPLS功能的路由器（LSR）将不再分析IP数据包头的信息，而是根据由数据包所携带的标识来决定路由。
　　
　　图1.1 传统的ip 网络路由图
　　
　　2. MPLS 基础
　　在本章主要介绍MPLS的基础概念。
　　
　　2.1MPLS术语：
　　
　　1）标记交换路由器（LSR）：根据预算交换表交换标记包的核心设备。这个设备可以是交换机也可以是路由器。
　　2）标记（LABLE）：一个报头，LSR用它来传送包。报头格式取决于网络特性。在路由网络中，标记是一个分离的，32比特报头。在ATM网络中，此标记被置于虚通路标识器（VPI）/虚通道标识器（VCI）的信头中。在核心部分，LSRs只读取标记，而不是网络层包头。MPLS可伸缩性的一个关键是标记只在交换信息的两个设备之间有意义。标记的长度是固定的，用来标识特定的FEC标识符。通常情况下，根据网络层的目的地址将数据包分配给某个FEC。如果Ru和Rd 都是LSR(label switching router),假设数据包由Ru发送到Rd ,Ru将标记绑订L到特定的FEC f。在这样的情况下标记L 作为Ru的“出标记”代表FEC f，同时标记L 作为Rd的“入标记” 代表FEC f。
　　3）边界标记交换路由器（Edge LSR）:边界设备完成初始的包处理和分类，并且应用第一个标记。这个设备可以是一个路由器，也可以是一个有路由功能的交换机。
　　4）标记交换路径（LSP）：路径是由在两个端点的所有被指定的标记所决定。一个LSP可以是动态的，也可以是静态的。动态LSP是利用路由信息自动提供的；静态LSP是被明确指定的。
　　5）标记虚电路（LVC）：一个“一跳下一跳”的连接在ATM传输层被建立用以实现一个LSP。不同于ATM虚电路的是，LVC不是端到端的被执行，也不浪费带宽。
　　6）标记分配协议（LDP）：即通信标记和他们在LSRs间的意义。它在边界指定标记，核心设备根据路由协议（如：OSPF，IS-IS，EIGRP RIP or BGP)建立LSPs。
　　
　　首先分隔实体将数据包映射到FEC“forwarding equivalence classes"然后将每一个FEC映射到下一跳。
　　所以根据有关的前面步骤，不同的数据包映射到相同的FEC是不被区分的。所有的数据包将属于特定的FEC，并且根据路径传送到特定的节点上。
　　传统的Ip Forwarding 中，一般的路由器会如果两个数据包具有相同的address prefix，认为它们属于同一个FEC。在传统的网络中，当数据包经过网络，每一跳后路由器都会重新检查数据包映射到特定的FEC的情况。
　　而在MPLS网络重，特定的数据包分配给FEC只进行一次。映射到FEC的数据包都被分配有一个固定长度数值的label.当数据传送到下一跳,这个固定长度的label将跟随到数据包一起发送.
　　因而在频繁的数据传送过程中, MPLS网络中的设备将不会分析数据包的layer信息.而是根据包上的标记决定下一跳.当数据包到达下一跳时,旧的标记将被新的标记所取代.
　　在MPLS前传的算法中,
　　一旦数据包进入网络后，入路由器将数据包分配给特定的FEC。一切决定数据传送只是决定于标识。例如；不同数据包到达不同路由器端口可能会被分配到不FEC。在传统的网络的数据前传中，决定数据前传信息只能是数据包头信息。一个数据进入网络后特定的路由器可以被标识为不同的标记，并不需要同样的数据包进入到不同的路由器。由此前传是可以由入路由器轻松设置。在传统的网络中的前方向传不能由入路由器决定。
　　可以想象在网络中，决定到数据包到FEC的映射变得越来越复杂。对于路由器没有任何影响只是前传已经标识的数据包。
　　有时，我们希望数据根据特定的路由传递，而不是根据特定的动态路由算法决定数据如何传递。要完成此项功能，既需要数据包携带路由信息（“源路由”）。在MPLS网络中，标记可以被用来代表路由，所以在并不需要数据包携带特定的路由信息。
　　一些路由器分析数据包的报头信息，并不只决定数据包的下一跳，而是根据数据包所携带“优先级”或者“服务类别”。它们可以应用于不同的服务质量。
　　在mpls网络中并不完全允许优先级和服务质量。在这种情况里，可以由将标记和FEC结合表示数据优先级和服务质量。
　　MPLS代表多协议标记交换，多协议因为他可以应用于多协议中。
　　
　　标记
　　标记是固定长度的标识用来指定FEC.标记。标记通常用来表示分配给数据包的FEC.
　　通常的情况下，将数据包分配给特定FEC是基于网络层的地址。然而，标记却不将地址进行编码。如果Ru和Rd是lsr
　　并且要将数据包由Ru发送到Rd。若数据包是FEC F的成员，Ru便将标记L标识数据包。在标识数据包的前提条件是数据包是FEC F的成员。由此Ru和Rd完成了标记L 和FEC绑订并且将数据将Ru发送到Rd.我们称标记L是Ru的出标记用来代表FEC F,标记L是Rd的入标记用来代表FEC F.
　　
　　2．2 upstream 和downstream LSR
　　
　　假设数据包从Ru发送到Rd,在这种情况下我们指定Ru 为upstream LSR,Rd为downstream LSR。
　　第二讲
　　2．3标记的分配与分布
　　
　　　在MPLS网络中，将标记L绑订到特定FEC F是由Downstream LSR决定的。同时Downstream LSR 会将绑订的信息通知Upstream LSR。因此标记是被Downstream分配的，并且标记绑订的方向是由Downstream到Upstream。若LSR是根据此机制而设计的，那么标记就必须保证在某个数值范围内。
　　
　　2．4标记分布协议（LDP）
　　标记分布协议是指一个LSR将自身标记和FEC的绑订信息通知其他的LSR的过程，由此机制交换不同的标记和FEC绑订信息。我们称交换标记和FEC的绑订信息的两个LSR互为分配等同体。我们称两个分配等同体之间是“标记分布的临近”。
　　标记分布协议是包括两个标记分配等同体之间学习其他的LSR的一系列过程。在实际的MPLS网络中我们并不假定只有一种标记分布协议，事实上不同的标记分布协议已经被标准化。
　　
　　2．5 Unsolicited Downstream 与 Downstream-on-Demand
　　在MPLS网络结构中允许一个LSR明确发出请求给下一跳的FEC，将标记绑订到那个FEC。我们称这样的情况为“downstream-on-demand”标记分布。
　　同样在MPLS网络结构中LSR也会发出不明确的请求的信息。我们称这样的情况为“unsolicited downstream”标记分布。在实际情况中，MPLS网络设备可能支持“unsolicited downstream”标记分布技术，也可能支持“downstream-on-demand”标记分布技术，还可能同时支持这两种技术。到底采用那种技术，还是要取决于它们在实际中的应用。在这里值的一提是，这些技术的使用是需要upstream LSR 和downstream LSR这两个标记分布等同体，对这些技术同时的支持。
　　
　　2．6 标记保持模式
　　在MPLS网络中尽管LSR Rd 不是LSR Ru的下一跳，Ru也可能收到来自Rd将标记绑订到特定FEC的信息。这时 Ru会跟踪这个标记绑订，或是丢弃这个标记绑订的能力。
　　若Rd是Ru的下一跳后，Ru会使用这个标记绑订。如果Rd在Ru丢弃标记绑订后，而成为Ru的下一跳，新的标记绑订需要重新申请。在MPLS网络中“自由的标记保持模式”会一直保持标记绑订而不管路由是否被重新被更新过。“保守的标记保持模式”会根据路由的变化迅速对标记绑订做出相应的调整。
　　
　　2． 9标记的堆栈
　　在前面的内容里，我们探讨的只是单个的标记的操作。但是实际的应用中携带标记的数据包总是包含若干个标记。MPLS将这样的标记包组织成“先进后出”堆栈。
　　
　　2．10 NHLFE ( The Next Hop Label Forwarding Entry)
　　NHLFE ( The Next Hop Label Forwarding Entry)是用来向前传递标识包的实体。它包含如下信息：
　　1．标识包的下一跳
　　2．在标识堆栈中执行的操作如下：
　　a) 用一个新的标识代替堆栈顶部的标识。
　　b) 弹出堆栈中的标识。
　　c) 用一个新的标识代替堆栈顶部的标识，并将这个新的标识压入这个堆栈。
　　d) 数据链路层使用这种封装来传送数据包。
　　e) 在传送数据包时使用这种方法对堆栈编码。
　　值得一体是，数据包的“下一跳”可能是LSR本身自己。在这种情况，LSR需要将堆栈顶部的标识弹出，然后将数据包“发送”给自己。
　　
　　2．11 Incoming Label Map (ILM)
　　“Incoming Label Map”(ILM)是将入标识与NHLFE一一对应。这种机制只是在数据包传送时使用。如果LIM将某一个标识映射到包含多个对象的NHLFE,在数据包发送前必须选择一个对象与之对应。在选择特定的对象与之映射的内容，已经超出了本文档的范围。
　　
　　2．12 FEC-to-NHLFE Map (FTN)
　　“FEC-to-NHLFE”(FTN)是将FEC与NHLFE一一对应。这种机制只是在传送未标识的数据包时才使用。如果LIM将某一个标识映射到包含多个对象的NHLFE,在数据包发送前必须选择一个特定的对象与之对应。在选择特定的对象与之映射的内容，已经超出了本文档的范围。
　　
　　2．13 标识交换
　　标识交换是使用如下的过程来传送数据包。在传送标识的数据包时，LSR首先检查堆栈顶部的标识，使用LIM将标识映射到NHLFE。根据NHLFE的信息，LSR会决定将