网络通信原理多协议标签交换技术MPLS

网络通信原理（7）2013级研究生课程

五月231SCUTDT&PLabsCopyright第一页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs2多协议标签交换技术(MPLS)第二页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs3

1、MPLS的基本概念与功能

MPLS：Multi-ProtocolLabelSwitching提供简单而高速的分组转发机制；支持多种不同的网络层和链路层协议和技术；支持层次化的网络结构；具有业务融合汇聚能力，以节省网络资源；支持单播和组播业务；能够检测并避免环路的发生；支持与非MPLS交换机的互操作。第十三章MPLS第三页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs4第十三章MPLS

2、MPLS的标准化机构

主要机构 IETF的MPLS工作组； ITU-T的有关工作组SG11，SG13和SG15； MPLS论坛(Forum)。标准化的主要工作目标

提供一个综合选路和交换的技术规范； 把路由选择功能设置在网络边缘，由核心网络完成高速的交换转发； 使可运行在不同的链路层协议基础上：

ATM网络、FR(帧中继)网络、LAN(局域网)

支持不同的网络层协议，目前主要支持

IPv4，IPv6

第四页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs5第十三章MPLS

3、IETF有关MPLS的标准

第五页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs6第十三章MPLS

4、MPLS的主要三中实现方案

MPLSasalayerthreeorIPsolution.Inthiscase,thelabelisanadditionalpieceofdata(ShimLable)appendedtothebeginningoftheIPpacket.MPLScomponentsknowhowtoswitchusingthelabel,ratherthanroutingonthecontentsoftheIPheader.MPLSasanIPoverFrameRelaysolution.Inthiscase,thelabelisthedatalinkcontrolidentifier(DLCI)intheFrameRelayheader.MPLSasanIPoverATMsolution.Inthiscase,thelabelistheATMVPI/VCIvaluewithintheATMcellheader.第六页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs7第十三章MPLS

5、MPLS网络的基本结构

NetworkBNetworkA第七页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs8第十三章MPLS

6、标记

标记是加在分组头部的长度固定的标识符，用于标识某一类别的经过同一传输路径分组业务；标记的格式依赖于不同传输技术的分组封装方式

第八页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs9

6、标记

标记的格式第九页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs10第十三章MPLS

7、转发等价类(FEC)

转发等价类(FEC:ForwardingEquivalenceClass)

转发等价类FEC可以理解为经历相同传输路径、需要相同服务质量(QoS)的业务流的构成的业务类别对于同一转发等价类FEC，可以映射到同一标记映射的依据/属性可以是主机地址、地址前缀/网络编号等确定FEC的主要原则： 相同的目的子网 相同的应用类型 目的子网和应用类型的组合 源和目的子网的组合 特殊的QoS需求

IP组播、VPN等 第十页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs11第十三章MPLS

8、标记分发协议(LDP)

标记分发协议(LDP:LabelDistributionProtocol)

LDP是MPLS的信令与控制协议，用于实现MPLS网络边界路由器(LER)、交换路由器(LSR)等网络设备间的会话，以协商和定义数据传输过程的各种约定和规则

LDP定义了如何实现标记与FEC的绑定关系和虚连接的建立方式标记分配的功能可通过LDP实现，也可以在现有的协议，如RSVP和BGP等，的基础上通过所谓捎带(Piggyback)的方式实现标记分配功能的多种实现方式使MPLS在向后兼容及进一步扩展方面有很大的优势

第十一页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs12第十三章MPLS

9、LDP的消息类别

发现(Discovery)消息 用于发布和维护网络中一个标记交换路由器(LSR)的存在会话/邻接(Adjacency)消息 用于建立、维护和终结LDP会话通告(Advertisement)消息 用于建立、修改和删除FEC对应的标记(标记分发)

通知(Notification)消息 用于传输出错通知和建议信息

消息的编码格式

LDP的消息采用TLV(Type-Length-Value)编码格式

TypeLengthValue第十二页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs13第十三章MPLS

10、标记交换路由器(LSR)

标记交换路由器(LSR:LabelSwitchingRouter)

LSR运行传统/普通的IP路由协议(如RIP、OSPF等)，完成路由功能，负责更新和维护路由表

LSR运行MPLS的有关控制协议LDP，与邻接设备协调FEC/标记的绑定信息

LSR负责建立和维护标记转发表，支持标记交换

LSR的构建可以在传统(ATM)交换机上实现，也可以将传统的路由器升级支持MPLS。第十三页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs14第十三章MPLSKeeptheATMhardware......AndreplacetheATMsoftwarewithnewsoftwarethatunderstandsIP.IPAddressingIPRoutingLabelDistributionProtocol(LDP)TheLabelDistributionProtocolcanbethoughtofas'IPsignaling'.UNISignalingPNNISignalingPNNIRoutingATMAddressing

10、标记交换路由器(LSR)

基于ATM交换机构建LSR的实现方法第十四页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs15第十三章MPLS11、标记边缘由器(LER)

标记边缘路由器(LER:LabelEdgeRouter)

LER是一种连接MPLS域与非MPLS域，不同MPLS域的路由器

LER与MPLS网内部的LSR交换FEC/标记绑定信息

LER负责确定业务类型，进行FEC划分为到达准备进入MPLS网络的分组加标记，为离开MPLS网络的分组删除标记；基于传统的IP路由协议完成IP选路功能实施QoS管理，进行接入业务的流量工程控制。第十五页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs16第十三章MPLS12、标记交换路径(LSP)

标记交换路径(LSP:LabelSwitchedPath)

LSP本质上是一条面向连接的虚电路，类似于ATM中的PVC，是一种由多个LSR组成的交换式分组传输通路LSP的建立过程：基于路由协议和LDP协议实现各种操作；

在确定的传输路径上的各LSR中建立基于标记转发表：在入口LSR、中间LSR和出口LSR的整个传输路径上建立起标记于虚电路的映射关系；

形成MPLS网络从不同入口到不同出口的标记交换路径(LSP).第十六页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs17第十三章MPLS12、标记交换路径(LSP)

标记交换路径LSP示例第十七页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs18第十三章MPLS13、MPLS的技术选择

标记分配的驱动模式 控制流驱动 数据流驱动标记的分发方式 上游分发 下游按需分发 下游主动分发标记的保持方式 自由标记保持 保守标记保持标记分发控制方式 独立控制有序控制第十八页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs19第十三章MPLS14、标记分配的驱动模式

控制流驱动方式 属于标记预分配的方式，时间开销小 根据控制流的到达来发起标记分配过程，如 拓扑驱动：根据(OSPF/BGP等)路由更新消息 请求驱动：根据LDP或RSVP的资源预留消息数据流驱动方式 特定数据流的到达发起标记分配过程，时间开销大控制流驱动方式在性能、可扩展性、可靠性等方面都有更好的优势，MPLS主要使用控制流驱动技术第十九页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs20第十三章MPLS15、标记分发方式

上游标记分发 适用于组播数据流的传输下游标记分发

(1)下游主动标记分发： 由数据流动方向的下游LSR主动分配标记，无论相关业务是否结束，标记资源都保留在LSR中.

(2)下游按需标记分发发： 在收到上游节点的业务请求时，才由下游节点分配标记，业务结束时释放标记资源.第二十页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs21第十三章MPLS16、标记保持方式

保守方式 一旦从相邻LSR收到无效的标记映射信息(如冗余的标记映射等)，本地的LSR将其丢弃. 优点：节省存储空间与处理时间自由方式 从相邻LSR收到无效的标记映射信息时，本地LSR尽可能予以保存，以便未来使用. 优点：可加速重建路由的过程，提高网络的恢复速度第二十一页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs22第十三章MPLS17、标记分发控制方式

独立方式每个LSR可以独立地计算路由、为FEC建立标记绑定，并向其上游LSR发出FEC/标记绑定消息。

有序方式

FEC/标记绑定消息从FEC的出口LSR发起，并从下游LSR依序流向上游的LSR。 用于显式路由，如建立一个经过特定顺序节点的非缺省路径。 该方式有利与防止环路发生，但时延相对大一些。

MPLS网络可以同时支持标记分发的两种控制模式，并支持其互操作。第二十二页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs23第十三章MPLS18、显式路由(ER)

显式路由(ER：ExplicitRoute)路由建立过程总明确指定LSP所经由的全部或部分节点，预先配置各跳的顺序，以替代动态IP路由选路的计算；可通过把业务流在多个通路上转发来平衡骨干网的负荷；可根据特殊的服务需求，如考虑安全、计费和VPN等因素，选择特定的通路。第二十三页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs24第十三章MPLS19、约束路由(CR)

约束路由(CR：ConstraintRoute)可根据特定的约束来选择路由，如 流量的带宽需求 延时要求 优先级等显式路由可看作约束路由的一个子集第二十四页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs25第十三章MPLS20、RSVP标记交换功能的扩展

RSVP-TE：ExtensionstoRSVP

对RSVP可作功能扩展以支持标记交换在Path和Resv消息中增设标记请求、标记分发等信息单元此时资源预留过程不再由终端主机发起，信令交换在MPLS的入口和出口的LSR之间展开。

第二十五页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs26第十三章MPLS21、LSP建立过程示例

建立一条连接网络A/B到网络C/D的标签交换路径LSRLERLSRLERLDPRIPOSPFLDPRIPOSPFLDPRIPOSPFLDPRIPOSPFLayer2Layer3NetworkANetworkBNetworkCNetworkDRequestlabelfordestinationARequestlabelfordestinationARequestlabelfordestinationALabelisVP=0,VC=33LabelisVP=0,VC=45LabelisVP=0,VC=75VP=0,VC=33VP=0,VC=45VP=0,VC=75LIB(Labels)AVP=0,VC=451LIB(Labels)AVP=0,VC=752LIB(Labels)AVP=0,VC=331fromconnectionVP=0,VC=752fromconnectionVP=0,VC=452DestinationInterfaceConnectionthroughtheATMswitchLER1LSR1LSR2LER2第二十六页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs27第十三章MPLS21、LSP建立过程示例

ThestepsforsettingupanLSPareasfollows:ArequestforlabelstoestablishanLSPfromLER2todestinationA(networkA)propagatesacrossthenetwork.ThisLDPtraffictravelsonthedefaultchannel.TherequestarrivesattheendpointoftheproposedLSPatLER1.LER1isconnectedtonetworkA.LER1assignsthelabel(VPI/VCIvalue)ofVP=0,VC=33totheportionoftheLSPbetweenitselfandLSR1.Thislabel(VP=0,VC=33)isstoredinthelabelinformationbase(LIB)ofLSR1.第二十七页，共三十一页。2008CopyrightSCUTDT&PLabs28第十三章MPLS21、LSP建立过程示例

LSR1thenassignsthelabelVP=0,VC=45totheportionoftheLSPbetweenitselfandLSR2.ThislabelisstoredintheLIBsofbothLSR1andLSR2.

LSR1nowhasenoughinformationtoperformlabelswitching.Ithasanincominglabel(VP=0,VC=45)associatedwi