PTN分组传送设备组网与实训 第2版 课件 任务4、5 MPLS多协议标签交换技术、PTN关键技术之PWE3

单元4

MPLS多协议标签交换

通信技术教研室ISSUE1.0目标Page1学习完此课程，您将会：掌握MPLS产生背景掌握MPLS基本概念和原理掌握标签的转发和分配掌握LDP协议原理Page2第1章MPLS简介第2章标签与标签栈第3章标签的转发和分配第4章LDP的简介MPLSPage3MPLS——Multi-ProtocolLabelSwitchingMulti-Protocol支持多种三层协议，如IP、IPv6、IPX、SNA等LabelSwitching给报文打上标签，以标签交换取代IP转发010302起源：为了将IP与ATM结合Page4面向无连接的控制平面01面向无连接的转发平面02IP03面向连接的控制平面04面向连接的转发平面05ATM06面向无连接的控制平面07面向连接的转发平面08MPLS09传统IP转发Page5每一跳分析IP头，效率低QoS难于部署，而且效率低所有路由器都要知道整个网络的所有路由分析IP头映射到下一跳分析IP头映射到下一跳分析IP头映射到下一跳IP的hop-by-hop逐跳转发Page647.147.247.3IP47.1.1.112312123IP47.1.1.1IP47.1.1.1IP47.1.1.1IP的逐跳转发，在经过的每一跳处，必须进行路由表的最长匹配查找（可能多次），速度缓慢。DESTOUT接口47.1.0.0147.0.0.0147.1.1.01ATM的交换过程Page7虚通路连接(VCC)虚通道连接(VPC)VP

交换VC

交换VC

交换NNINNIVPI=2

VCI=44VPI=1

VCI=1VPI=26

VCI=44VPI=20

VCI=30UNIUNI面向连接，有N2问题靠链路层选路，基于VPI/VCI或标签业务质量有保证，可保证实时业务LabelSwitchedPath(LSP)Page847.147.247.3123121233IP47.1.1.1IP47.1.1.1MPLS的标签转发，通过事先分配好的标签，为报文建立了一条标签转发通道（LSP），在通道经过的每一台设备处，只需要进行快速的标签交换即可（一次查找）。结合ATM与IP优点的技术Page9+XR=XMPLS——多协议标签交换Layer2交换--高可靠性和流量工程管理Layer3路由--可伸缩性和灵活性RouterATMswitchMPLSRouter控制与转发完美分离，控制层面秉承IP的灵活性，转发层面则秉承了ATM的可靠性MPLS基本概念Page10LSR：LabelSwitchRouterLER：LabelEdgeRouterLSP：LabelSwitchPathLERLERLERLERLSRLSRLSRMPLS域IPMPLSLSPMPLS基本工作过程Page11CoreLSRIPIPL1IPL2IPL3IP传统IP转发传统IP转发标签转发边缘LSR边缘LSRMPLS的优点Page12以短的、固定长度的标签代替IP头作为转发依据，提高转发速度IP与ATM更好地结合提供增值业务，同时不损害效率VPNTEQOSPage13第1章MPLS简介第2章标签与标签栈第3章标签的转发和分配第4章LDP的简介MPLS封装格式与标签Page14通常，MPLS包头有32Bit，其中有：20Bit用作标签（Label）3个Bit的EXP,用于MPLSQoS1个Bit的S,用于标识是否是栈底(s=1表明是栈底)，表明MPLS的标签可以嵌套。8个Bit的TTL理论上，标签栈可以无限嵌套，这一精妙设计为VPN/TE等各种MPLS业务提供了基础MPLS封装格式与标签Page15ATM和FR的MPLS封装有两种：shim封装(又叫Frame模式)：与其他链路层类似信元模式：直接利用VC（ATM是VPI/VCI，FR是DLCI）作为标签MPLS两种封装模式Page16以太网报头/PPP报头Lablel三层数据以太网/SONET/SDH分组ATM报头Label三层数据帧模式ATM分组信元模式的ATM分组VPI/VCI三层数据MPLSTTL处理Page17把整个MPLS域看做一跳IPTTL--MPLSTTL＝255MPLSTTL--IPTTL--入口LERLSR出口LER把MPLSTTL计入IPTTLIPTTL--MPLSTTL＝IPTTLMPLSTTL--MPLSTTL--IPTTL＝MPLSTTL入口LERLSR出口LER标签栈Page18理论上，标签栈可以无限嵌套，从而提供无限的业务支持能力。这是MPLS技术最大的魅力所在。Page19第1章MPLS简介第2章标签与标签栈第3章标签的转发和分配第4章LDP的简介标签转发基本概念Page20FEC（ForwardingEquivalenceClass）：转发等价类，在转发过程中以等价的方式进行处理的一组数据的集合。将具有相同特性的报文导入到同一条LSPNHLFE（NextHopLabelForwardingEntry）：描述标签操作下一跳标签操作类型：push/pop/swap/null链路层封装类型等FTN（FECtoNHLFE）：将FEC映射到NHLFEILM（IncomingLabelMap）：将MPLS标签映射到NHLFE标签操作Page21LSR出口LER分析IP头FEC绑定LSPFTN->NHLFEILM->NHLFEILM->NHLFE分析IP头映射到下一跳ILM->NHLFE入口LERLSR标签操作：push标签操作：swap标签操作：swap标签操作：popABCDA:…加上标签L1E1B10.0.1.0/24其他标签操作Push发送接口下一跳NHLFEFEC标签转发Page22在MPLS域中只依据标签和标签转发表通过转发单元进行转发标签操作：pop…L1L2L3E0CL1其他标签操作（Swap）发送接口下一跳NHLFE入标签B，C:分析IP头FEC绑定LSPFTN->NHLFEILM->NHLFEILM->NHLFE分析IP头映射到下一跳ILM->NHLFE入口LERLSRLSR标签操作：push标签操作：swap标签操作：swapABCD标签转发Page23Egress将标签去掉，继续转发…POPDL3其他标签操作发送接口下一跳NHLFE入标签D:分析IP头FEC绑定LSPFTN->NHLFEILM->NHLFEILM->NHLFE分析IP头映射到下一跳ILM->NHLFE入口LERLSRLSR标签操作：push标签操作：swap标签操作：swap标签操作：popABCD倒数第二跳弹出(PHP)Page24

在最后一跳，最外层的标签已经没有意义，因此可以在倒数第二跳将标签弹出，减少最后一跳的负担。如果只有一层标签，则最后一跳直接进行IP转发；否则，对内层标签做标签转发。分析IP头映射到下一跳标签操作：pop分析IP头FEC绑定LSPFTN->NHLFEILM->NHLFEILM->NHLFE入口LERLSRLSR出口LER标签操作：push标签操作：swapPage25第1章MPLS简介第2章标签与标签栈第3章标签的转发和分配第4章LDP简介信令协议，用于在LSR之间分配标签，建立LSP：LSP信令协议Page261LDP:LabelDistributionProtocol,2CR-LDP:ConstrainedRouteLDP，3Direct-LDP:定向LDP,用于L2VPN6PIM:5MP-BGP:4RSVP-TE：MPLSTELDPPage27LDP（LabelDistributionProtocol）标签分发协议，MPLS的最基本信令协议，用于标签的分发建立LSPLDP与IP动态路由协议（例如RIP）十分相像，都具备如下的几大要素：报文（或者叫消息）邻居的自动发现和维护机制一套算法，用来根据搜集到的信息计算最终结果。LDP采用TCP作为传输协议。LDP的消息类型Page28在LDP协议中，存在4种LDP消息：会话（Session）消息用于建立，维护和结束LDP对等实体之间的会话连接。发现（Discovery）消息用于通告和维护网络中LSR的存在。通告（Advertisement）消息用于创建、改变和删除特定FEC-标签绑定。通知（Notification）消息用于提供消息通告和差错通知。LDPsession建立过程Page29邻居发现：通过互发hello报文(UDP/port:646/IP:224.0.0.2）建立TCP连接：由地址大的一方主动发起。(TCP/port:646)会话初始化：由Master发出初始化消息，并携带协商参数。由slave检查参数能否接受，如果能则发送初始化消息，并携带协商参数。并随后发送keepalive消息。master检查参数能否接受，如果能则发送keepalive消息。相互收到keepalive消息，会话建立。期间收到任何差错消息，均关闭会话，断开TCP连接MMMMMHelloandKeepalivePage30Hello：Per-LinkKeepalive跟踪接口与链路有关Keepalive：Per-NeighborKeepalive不跟踪接口与链路无关标签分配和管理Page31DoD:downstream-on-demand下游按需标签分发DU:downstreamunsolicited下游自主标签分发标签分配模式有序（Ordered）独立（Independent）标签控制模式保守模式(Conservative)自由模式(Liberal)上游与下游：在一条LSP上，沿数据包传送的方向，相邻的LSR分别叫上游LSR(upstreamLSR)和下游LSR（downstreamLSR）。下游是路由的始发者。标签保持方式标签分发模式：DoDPage32LSR1LSR2LSR3上游LSR向下游LSR发送标签请求消息（包含FEC的描述信息）下游LSR为此FEC分配标签，并将绑定的标签通过标签映射消息反馈给上游LSR

上游下游路由触发171.68.1.0/24171.68.4.0/24请求到目的地址171.68.10/24的标签请求到目的地址171.68.1.0/24的标签请求到目的地址171.68.10/24的标签请求到目的地址171.68.1.0/24的标签分配到171.68.10/24的标签为20分配到171.68.1.0/24的标签为20分配到171.68.10/24的标签为18分配到171.68.1.0/24的标签为18标签分发模式：DUPage33下游LSR在LDP会话建立成功，主动向其上游LSR发布标签映射消息上游路由器保存标签，存放到标签映射表中上游下游路由触发到171.68.10/24可以使用标签20到171.68.1.0/24可以使用标签20171.68.1.0/24171.68.4.0/24到171.68.10/24可以使用标签18到171.68.1.0/24可以使用标签18标签控制模式：有序Page34下游标签映射标签映射上游标签请求01标签映射标签请求03只有收到它的下游返回的标签映射消息后才向其上游发送标签映射消息标签请求02标签控制模式：独立Page35下游标签映射标签映射上游标签请求不管有没有收到它的下游返回的标签映射消息都立即向其上游发送标签映射消息标签请求标签映射标签请求标签保持方式－保守Page36LSR3保守方式（Conservativeretentionmode）只保留来自下一跳邻居的标签，丢弃所有非下一跳邻居发来的标签。优点：节省内存和标签空间。缺点：当IP路由收敛、下一跳改变时LSP收敛慢LSR1LSR2LSR4LSR5172.16.2/24mappinglabel20mappinglabel30mappinglabel17mappinglabel16不是到172.16.2/24的下一跳邻居发来的标签，丢弃标签保持方式－自由Page37LSR3自由方式（Liberalretentionmode）保留来自邻居的所有发送来的标签优点：当IP路由收敛、下一跳改变时减少了lsp收敛时间缺点：需要更多的内存和标签空间。LSR1LSR2LSR4LSR5172.16.2/24mappinglabel20mappinglabel30mappinglabel17mappinglabel16不是到172.16.2/24的下一跳邻居发来的标签，保留以后使用常见搭配1：DoD+有序+保守Page38030201上游下游比较容易控制标签的使用和LSP的建立ATM/FRCell模式只能使用DoD方式常见搭配2：DU+有序+自由Page39上游下游发现自己有直连接口路由时会发送标签；收到下游到某条路由的标签并且该路由生效（也就是说，在本地已经存在该条路由，并且路由的下一跳和标签的下一跳相同）时会发送标签。标签表中会存在大量的非选中的标签标签转发表中的IN和OUT，是相对于标签转发而言，不是相对于标签分配的IN和OUT：标签转发表Page40INinterfaceINlablePrefix/MASKOUTinterface(nexthop)OUTlableSerial05010.1.1.0/24Eth0（3.3.3.3）80Serial15110.1.1.0/24Eth0（3.3.3.3）80Serial16270.1.2.0/24Eth0（3.3.3.3）52Serial15220.1.2.0/24Eth1（4.4.4.4）52Serial27730.1.2.0/24Serial3（5.5.5.5)3（pop）标签转发表中的IN和OUT，是相对于标签转发而言，不是相对于标签分配的IN和OUT：入标签是我分给别人的，出标签是别人分给我的我分配的标签是给别人用的，我不会添加到报文中Page41在本任务中我们学习了MPLS协议的概念和原理，还学习了标签的转发和分配，最后简单学习了LDP标签分发协议。小结单元5PWE3伪线仿真技术学习内容PWE3技术介绍PWE3业务承载01PseudoWireEdgetoEdgeEmulation02端到端的伪线仿真，又称VLL(VirtualLeasedLine)虚拟专线，是一种业务仿真机制；03它指定了在IETF特定的PSN上提供仿真业务的封装/传送/控制/管理/互联/安全等一系列规范；04PWE3是在包交换网络上仿真电信网络业务的基本特性，以保证其穿越PSN而性能只受到最小的影响,而不是许诺完美再现各种仿真业务。05简单来说，就是在分组交换网络上搭建一个“通道”，实现各种业务的仿真及传送什么是PWE3？为什么需要PWE3?商的WE3需求动力：电信运营商需要统一的网络业务平台,方便统一规划/建设/运营/管理和维护；当前的网络趋势：统一融合且优化的PSN,并具备流量工程/业务分类/QoS三大能力。电信运营商需要建设维护高回报率的网络业务：目前TDM/FR专线业务的回报率仍然超过Internet接入业务,但基础网络结构已经PSN化了。网络业务的后向兼容性,互联互通。已经建设了的大量TDM业务设备,需要保护已有投资，最大化进行利用此。需要一种技术，能将TDM/FR业务在PSN网络上顺利传送，继续获得来自TDM/FR等业务的收益，PWE3技术应运而生了。对信元、PDU、或者特定业务比特流的入端口封装；01携带它们通过IP或者MPLS网络进行传送；02在隧道端点建立PW，包括PWID的交换和分配；03管理PW边界的信令、定时、顺序等与业务相关的信息；04业务的告警及状态管理等。05PWE3的功能PWE3的仿真原理隧道提供端到端的连通性，在隧道端点建立和维护PW，用来封装和传送业务。用户的数据报经封装为PWPDU之后通过隧道Tunnel传送。伪线在PTN网络内部不可见,网络的任何一端都不必去担心其所连接的另外一端是否是同类网络。边缘设备PE执行端业务的封装/解封装，管理PW边界的信令、定时、顺序等与业务相关的信息，管理业务的告警及状态等；并尽可能真实地保持业务本身具有的属性和特征。业务感知有助于根据不同的业务优先级采用合适的调度方式PWE3智能业务感知对于ATM业务，业务感知基于信元VPI/VCI标识映射到不同伪线处理，对于以太网业务，业务感知可基于外层VLANID对时延敏感性较高的TDME1实时业务按固定速率的加速转发处理PWE3协议栈模型本地业务PDU经发送端PE封装后通过PSN传送。接收端PE剥离封装，还原为本地格式之后传送给目的CE。PW为远端对等层提供一条仿真物理或虚拟连接。PWE3仅处理协议层次模型中的封装、PW复用、PSN汇聚三层功能：01封装层主要包括帧序控制、定时、分段传送三个方面的内容，其中的分段传送与帧序控制密切相关。封装层是PWE3的可选功能，可以为空。02当业务PDU附加PW封装和PSN头部信息后，如果分组长度大于PSN支持的最大传输单元（MTU），PW净荷必须在入口PE分段传送，在出口PE重组。03PSN汇聚层提供了保障业务要求的增强功能，并为PW层提供统一的接口，使得PW独立于PSN的类型。如果PSN层本身已经能够满足业务的要求，这一层可以为空。04PWE3协议栈模型PWE3业务参考模型PE1CE1TunnelCE2EmulatedServicePseudoWirePSNTunnelPE2NativeServiceNativeServiceCustomEdge1CustomEdge2ProviderEdge2ProviderEdge1ACAC接入链路AccessCircuit01伪线PseudoWire02转发器Forwarders03隧道Tunnels04封装Encapsulation05PW信令协议Pseudowiresignaling06服务质量ServiceofQuality07PWE3业务网络基本组件接入链路（AttachmentCircuit,AC）CE到PE之间的连接链路或虚链路。AC上的所有用户报文一般都要求原封不动的转发到对端设备去，包括用户的二、三层协议报文伪线（Pseudowire,PW）简单的说，虚连接就是VC加隧道，隧道可以是LSP，L2TPV3，或者是TE虚连接是有方向的，PWE3中虚连接的建立是需要通过信令(LDP或者RSVP)来传递VC信息，将VC信息和隧道管理，形成一个PWPW对于PWE3系统来说，就像是一条本地AC到对端AC之间的一条直连通道，完成用户的二层数据透传。也可以简单理解为一条PW代表一条业务。PWE3业务网络基本组件STEP5STEP4STEP3STEP2STEP1转发器（Forwarders）PE收到AC上送的数据帧，由转发器选定转发报文使用的PW，即分配PW标签，转发器事实上就是PWE3的转发表隧道（Tunnels）用于承载PW，一条隧道上可以承载多条PW隧道是一条本地PE与对端PE之间的直连通道，完成PE之间的数据透传PWE3业务网络基本组件PWE3业务网络基本组件封装（Encapsulation）PW上传输的报文使用标准的PW封装格式和技术PW上的PWE3报文封装有多种，在draft-ietf-pwe3-iana-allocation-X中有具体的定义PW信令协议（PseudowireSignaling）PW信令协议是PWE3的实现基础，用于创建和维护PW。目前，PW信令协议主要有LDP和RSVP。（6000V2.0版本开始支持）服务质量（ServiceQuality）根据用户二层报文头的优先级信息，映射成在公用网络上传输的QoS优先级来转发，这个一般需要应用支持MPLSQOSPWE3网络体系结构PWE3基本网络模型PWE3网络体系结构PWE3维护参考模型PWE3网络体系结构PWE3协议栈参考文献(a)PWE3协议栈参考模型(b)带预处理PWE3协议栈参考模型PWE3协议分层模型逻辑协议分层模型PWE3协议分层模型有效载荷层用户上行报文整个作为有效载荷，包括二层、三层、用户VLAN等信息。根据本地数据单元，将有效载荷分为：分组、信元、比特流和结构化的比特流四种类型。负载类型PW服务类型分组以太网、帧中继、ATMALL5协议报文信元ATM比特流非结构化的E1、T1、E3、T3结构化的比特流SONET/SDHPWE3协议分层模型1.净荷汇聚子层排序子层提供了帧定序、重复帧和丢失帧检测三方面的功能。2.排序层定时子层提供了时钟恢复和按时传输两方面的功能。时钟恢复是从传输的比特流中提取时钟信息。3.定时子层净荷汇聚子层的主要任务是把净荷封装成为PW-PDU。封装模式与具体的业务净荷有关。被封装的本地数据单元可以包含或者不包含L2或L1头信息。净荷汇聚层携带有附加的必要信息，使得对端的PE向用户发送数据单元时能够恢复到本地数据单元的格式。PW封装层1.净荷汇聚子层PWE3协议分层模型

隧道层PWE3逻辑协议分层模型的复用层和PSN汇聚层可以看作为PSN隧道层，是PWE3对PSN的一些要求，包括：复用、分段、长度传输。(1).复用复用的目的是允许多条PW由一条隧道携带，这可以有效地减少复杂性和保护网络资源。一些本地业务可以把多条电路组合成一条干线（Trunk），例如多条ATMVC组合成为ATMVP，多个EthernetVLAN组合成为一个端口。(2)分片当报文超过了MTU，那么这时就需要在本端对报文进行分片，而在另一端则要重新组装。

(3).长度传输长度传输功能是将每个PW-PDU的具体长度值传递到对端，以便对端正确地恢复本地数据单元。此外，PWE3还需要提供PW-PDU有效性检验和拥塞控制的功能。PW的建立或者拆卸可以通过PE的管理平面的命令下发来触发，也可以通过AC的建立或拆卸来触发，或者通过某些自动发现机制来建立或拆卸。在PW建立的过程中，端点PE通过扩展的隧道信令协议自动互相交换、学习对方的信息。通过手工配置来建立静态的PW作为一种特殊的PW建立方式也是可以的。PW的创建和拆卸01PW的up/down状态通告连接中断和有效负载类型不匹配包丢失、时序：在报文传输的过程中，可能会发生包丢失、时序等现象状态检测及通告02PWE3控制平面SR/BRASPWE3多业务统一承载特性支持TDME1/IMAE1/POSSTM-n/chSTM-n/FE/GE/10GE等多种接口PWE3可实现TDM、ATM/IMA、Ethernet等多种业务的统一承载统一的分组传送平台，降低CapEx和OpEx.TDME1AbisPWE3TDMAbisE1TDMAbisIMAE1ATMAAL2/5IubPWE3ATMAAL2/5IubSTM1ATMAAL2/5IubETH802.1QIPIubETHPWE3802.1QIPIubETH802.1QIPIubTDME1IMAE1EthernetATMSTM-1TDME1EthernetEthPWE3TDMPWE3ATMPWE3Bi-directionalTunnelTDMPWE3ATMPWE3EthPWE3TunnelTunnelTunnelPHYPHYPHY6100/62006300PTNBSC/RNCNodeBBTSMSC/MGWTDMtoPWE3TDMtoPWE3实现过程TDME1AbisPWE3TDMAbisE1TDMAbisTDME1TDME1BTS1PWE3BTS1BSCNodeB2Bi-directionalTunnelBTS1PWE3RNCPEPETunn