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3.6 MPLS多协议标签交换 MPLS—（Multi-Protocol Label Switching）多协议标签交换，是一种用标签交换代替路由，实现数据包快速转发的技术体系，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；其主要优点是在提供IP业务时能确保QoS和安全性，具有流量工程能力。 举个例子，我们在某网站上下载一部几个G的电影，文件会分成至少几百万个数据包从服务器传送到你的电脑，这几百万个数据包的源地址和目的地址都是相同的。按照传统的路由方式，对于每一个数据包路由器都需要查找一次路由表，决定从哪个接口转发，一共要进行几百万次的路由，这样的方式显然是很浪费路由器的能力资源的。 这就像一百个人走到一个地方问你路，他们的目的地是同一个地方，你就没有必要给每个人都说一遍怎么走，只要给第一个人指路之后，告诉后面的人：全部跟着第一个人走就好了。对于数据包的路由，我们同样可以只对第一个数据包进行路由选择，后面的相同目的地的数据包都贴上相同的标签，按照第一次路由的结果进行转发。 MPLS技术最初就是为了提高路由器的转发效率而问世的，从另一方面我们也不难发现，对于MPLS网络来说，到相同的目的的数据包被分发相同的标签，走相同的路径，这样就在IP网中打通出一条虚拟的“路（LSP）”出来，也就是将IP网从无连接变成了有连接的网络，那真是，世界上本没有路，走的人多了，便变成了路，有了“路”之后在此基础上对数据转发路径的管理也就可以实现了。 总结一下：标签交换的效果有2个：提高了转发效率，无连接变为有连接。 MPLS相关名词、术语的解释: 多协议： MPLS不但可以支持多种网络层协议，还可以兼容第二层的多种链路层技术。 标签交换：它提供了一种方式，在MPLS边缘的路由器（LER）将IP地址映射为简单的具有固定长度的标签，将标签添加到二层和三层帧格式之间，在MPLS网络的内部标签交换路由器（LSR）使用标签快速交换代替路由。 QOS：服务质量（Quality of Service），是一种网络安全机制。当网络过载或拥塞时，QoS 能通过业务的优先级划分，确保重要业务量不受延迟或丢弃。克拉玛依火灾中“让领导先走”就是QOS在现实中的生动的例子。 流量工程：合理分配流量，保证网络资源得到充分的利用，避免网络过度闲置和拥塞。与流量工程对应的是网络工程，如果将网络工程比作道路新建、改扩建的话，流量工程就是缓堵保畅。 FEC：转发等价类，如果入口路由器收到分组都到达同一子网的，则这些分组就属于同一类，叫做转发等价类，同一FEC的分组都会转发给同样的下一跳。前面问路的例子中，那100个人就属于同一个转发等价类。 LSP：标签交换路径（Label Switched Path），一个转发等价类在MPLS网络中经过的路径。 LER：标签边缘路由器（Label Edge Router），位于MPLS域边缘连接其它用户网络的路由器，主要完成连接MPLS域和非MPLS域以及连接不同MPLS域，实现FEC划分，分发标签，剥去标签。 LSR：标签交换路由器（Label switching Router），MPLS区域内部的路由器，负责标签交换和标签分发。 MPLS的原理： MPLS的原理概括下来就是：一次路由，多次转发（交换），具体过程如下： MPLS根据数据包的流向的路径，按照某种方式为每个路由器分配标签，同一FEC可以对应一个或者多个标签（为了负荷分担），但是不同FEC一定对应不同的标签。 标签分发方式有两种，下游按需标签分发（DOD）和下游自主标签分发（DU），DOD就是收到上游标签分配申请才分配标签，DU是下游自主分配标签，无需上游申请。 标签分发之后LSR需要将FEC与标签映射关系向其他LSR通告，通告分为两种方式：独立LSP控制和有序LSP控制方式。独立控制是指LSR分发标签后即通告给上游LSR，有序控制是指LSR需要收到下游LSR对此LSP通告后向上游发送映射通告。 LSR对于收到的FEC映射标签，可以完全保留，也可以只选择LSP的映射标签保持，前者叫做自有保持方式，后者叫做保守保持方式。 标签的分发、通告、保持方式，涵盖了LSR对于标签处理的不同方面，假设一条LSP从上游至下游依次经过A、B、C、D、E多个LSR，分发方式DOD就是只有路径上这些路由器才会为此FEC分发标签，而DU方式是指其他非LSP上的节点也会为此FEC分配标签；独立控制方式是指ABCDE同时向上游通告，而有序通告则需要E通告给D之后，D才会给C通告，以此类推。自由保持方式是指收到的映射全部保留，保守保持是指A只保留B通告的映射，将其他的删除。 其实这些方式都是协议内部的事，我们只需要知道，大家通过一系列的流程，获得了对于一个FEC的标签分配方式。 标签全部分发通告完成之后，LSR就可以根据标签进行交换：进入MPLS网络的数据包，在LER处根据IP头部判定FEC并查找标签、出接口，将标签插入到二层头和三层头部中间，从出接口转发出去。 带有标签的MPLS包在LSR路由器处，只查找入标签对应的出标签和出口，进行标签交换（用入标签替换出标签），在出接口发送分组，标签在离开MPLS域的LER处被剥离。由于标签交换的原理类似于二层交换，都是固定字符的匹配查找，所以数据转发的效率会大大提高。 传统路由方式 MPLS标签转发 MPLS协议栈 同路由的分类一样，标签交换路径LSP分为静态LSP和动态LSP两种。静态LSP由管理员手工配置，动态LSP则利用路由协议和标签发布协议动态产生。 动态的LSP功能实现模块由两部分组成：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，转发单元负责按照LIB（标签信息表）替换标签并转发数据包，类似于二层交换机的功能。 控制单元协议包括路由协议和信令协议。路由协议就是前面介绍的OSPF、ISIS、BGP等，路由协议通过路由器之间的信息交互形成路由表、网络拓扑，收集链路状态信息。 信令协议（标签分发协议）是MPLS的控制协议，负责FEC划分、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（标签分发协议）、CR-LDP（限制路由的标签分发协议），也包括现有协议扩展后支持标签发布的，例如： RSVP-TE（扩展资源预留协议），MP-BGP（多协议扩展BGP）。通过路由协议扩展，可以在每台路由器上维护网络的链路属性和拓朴属性，包括最大链路带宽、最大可预留带宽、当前预留带宽等，形成流量工程数据库TED，路由决策都是由IGP协议及其TE扩展和CSPF作出的。 其中LDP仅负责标签分发，不去关心链路状态，也无法指定经过的路由，仅能够实现快速转发的功能，如果需要支持显式路由、流量工程和QoS等业务时，就必须使用其他标记分发协议。CR-LDP和RSVP-TE在功能上比较相似，但在协议具体实现上不同。 MPLS利用标签在IP网中打通了有连接的隧道，但是我们传送网要承载无线、宽带、大客户专线等业务，可能在一个运营商站点下面同时下挂了某大客户CE路由器、移动基站NodeB、宽带接入网OLT等设备，从业务安全的角度，MPLS网中这些业务彼此之间是需要相互隔离的，我们需要为数据包多加一层标签---私网标签，私网标签用来区分不同的业务，比如A公司和B公司之间通过私网标签形成两个相互隔离的VPN。 举个例子，A公司在某酒店举行年终总结大会，在某酒店定了30个房间，那这个会议的所有成员就相当于一个VPN，在酒店前台就会有针对A公司会议的30个房间号对应的人员的清单，这个清单就相当于VRF表，到达酒店的客人只要报出A公司名称（相当于VPN号），就能且仅能与会议成员取得联系。虽然酒店有100个房间，但是在会议来看，可以看成一个30个房间的专用酒店。 这样用户数据包虽然在MPLS网络中在同一隧道中传送，但是在运营商网络和用户CE连接处，PE为每个VPN都维护一个单独的VRF（虚拟路由表），表中只有本VPN对应的站点，这样就达到了隔离的效果。 下面一节，我们来了解一下VPN。 | 
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发表于 2015-4-29 13:53:03
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