MPLS的概念、原理與作用

MPLS的概念、原理與作用MPLS是一個可以在多種第二層媒質(zhì)上進行標記交換的網(wǎng)絡技術。這一技術結(jié)合了第二層的交換和第三層路由的特點，將第二層的基礎設施和第三層的路由有機地結(jié)合起來。第三層的路由在網(wǎng)絡的邊緣實施，而在MPLS的網(wǎng)絡核心采用第二層交換。MPLS通過在每一個節(jié)點的標簽交換來實現(xiàn)包的轉(zhuǎn)發(fā)。它不改變現(xiàn)有的路由協(xié)議，并可以在多種第二層的物理媒質(zhì)上實施，目前有ATM、FR（幀中繼）、Ethernet以及PPP等媒質(zhì)。通過MPLS，第三層的路由可以得到第二層技術的很好補充，充分發(fā)揮第二層良好的流量設計管理以及第三層“Hop-By-Hop（逐跳尋徑）”路由的靈活性，以實現(xiàn)端到端的QoS保證。讓我們來打一個比方。最簡單的無外乎我們?nèi)粘５淖呗?。我們從A地走到B地的方法大體有三種:一種是大概朝著一個方向走，直到走到了為止，就像我們所熟知的“南轅北轍”的故事；另外一種方式卻截然相反，就是每過一個街區(qū)就問一次路，“我要去B地，下一步怎么走？”，就像我們?nèi)ヒ粋€陌生的地方，生怕走錯了路會遇到危險；最后一種情況就是在出發(fā)前就查好地圖，知道如何才能到達B地，“朝東走5個街區(qū)，再向右轉(zhuǎn)第6個街區(qū)就是”。這三種情況如果和我們的包傳輸方式關聯(lián)的話，不難想像分別是廣播、逐跳尋徑以及源路由。當然，如果我們是跟在向?qū)Ш竺孀?，就會存在第四種走法。向?qū)Э梢栽谧哌^的路上做好標記，你只要沿著標記的指示走就可以了。而這，就是“標記交換”，如圖1所示。實際上，我們在以往的多個網(wǎng)絡中，都已經(jīng)使用過標記，只不過標記的重要程度不同而已。我們很容易想起，在ATM網(wǎng)中，使用VPI/VCI作為標記；而在FR中，采用DLCI作為網(wǎng)絡的標記；而X.25網(wǎng)中的LCN及TDM的時隙，都可以看做是標記。那么，基于標準的標記交換應該包括哪些部分呢？從IETF的眾多草案中可以看出，其組成大致可以分為以下幾個部分：?框架和結(jié)構(gòu)(FrameworkandArchitecture)，主要定義MPLS所涉及的范圍、部件以及相互之間的聯(lián)系。?封裝(Encapsulation)，定義在數(shù)據(jù)層面用來轉(zhuǎn)發(fā)判斷的包封裝格式。?“信令”協(xié)議(SignalingProtocol)，負責如何分配標記，以建立標記交換路徑(LSP)。?流量設計(TrafficEngineering)，描述如何設計流量管理。為什么需要MPLS?MPLS自提出以來就引起了各方面的廣泛注意，各個廠商都相繼投入大量的精力進行MPLS的研究和開發(fā)。由于不同的解決方案側(cè)重點不同，因而所帶來的好處也就不同。但至少有一點可以肯定，MPLS的快速轉(zhuǎn)發(fā)將為運營商和大型企業(yè)帶來眾多的利益。國內(nèi)外的一些運營商以及大型企業(yè)已經(jīng)開始在它們的骨干網(wǎng)內(nèi)部利用MPLS來提高網(wǎng)絡資源的利用率。作為一個大規(guī)模運營商網(wǎng)絡的未來關鍵技術，MPLS可以為運營商或者大企業(yè)帶來如下一些好處：?功能上的獨立性。按照MPLS的思想，轉(zhuǎn)發(fā)功能和路由功能是分開的，這樣MPLS的核心只簡單地執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)功能，而無需檢查包的全部內(nèi)容，這就允許僅在網(wǎng)絡的邊緣實施一次路徑及策略的選擇。?性能的優(yōu)化°MPLS很好地結(jié)合了第二層交換的高效以及第三層路由的靈活，既簡化了IP路由的操作，也高效地利用了網(wǎng)絡的資源，從而使網(wǎng)絡的性能得到優(yōu)化。?資源的控制。MPLS可以很好地控制資源，可以通過不同的服務等級(COS),來提供原來無法提供的IP增值業(yè)務。?網(wǎng)絡的演進oMPLS正在演進到一個強大的骨干網(wǎng)絡中去。在這個網(wǎng)絡中，MPLS作為惟一一個運行在多種第二層媒質(zhì)之上的協(xié)議，將成為承載第三層業(yè)務(IP)的一項關鍵技術。當然，MPLS的好處還有很多，隨著MPLS技術的逐步成熟，相信將會有更多的商業(yè)價值被開發(fā)出來。MPLS是怎樣工作的？MPLS是一種特殊的轉(zhuǎn)發(fā)機制，它為進入網(wǎng)絡中的IP數(shù)據(jù)包分配標記，并通過對標記的交換來實現(xiàn)IP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。標記作為IP包頭在網(wǎng)絡中的替代品而存在，在網(wǎng)絡內(nèi)部MPLS在數(shù)據(jù)包所經(jīng)過的路徑沿途通過交換標記(而不是看IP包頭)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)；當數(shù)據(jù)包要退出MPLS網(wǎng)絡時，數(shù)據(jù)包被解開封裝，繼續(xù)按照IP包的路由方式到達目的地。如圖2所示，MPLS網(wǎng)絡包含一些基本的元素。在網(wǎng)絡邊緣的節(jié)點就稱做標記邊緣路由器(LER),而網(wǎng)絡的核心節(jié)點就稱做為標記交換路由器(LSR)。LER節(jié)點在MPLS網(wǎng)絡中完成的是IP包的進入和退出過程；LSR節(jié)點在網(wǎng)絡中提供高速交換功能。在MPLS節(jié)點之間的路徑就叫做標記交換路徑。一條LSP可以看做是一條貫穿網(wǎng)絡的單向隧道。MPLS的工作流程可以分為幾個方面，即網(wǎng)絡的邊緣行為、網(wǎng)絡的中心行為以及如何建立標記交換路徑。1.網(wǎng)絡的邊緣行為當IP數(shù)據(jù)包到達一個LER時，MPLS第一次應用標記。首先，LER要分析IP包頭的信息，并且按照它的目的地址和業(yè)務等級加以區(qū)分。在LER中，MPLS使用了轉(zhuǎn)發(fā)等價類(FEC)的概念來將輸入的數(shù)據(jù)流映射到一條LSP上。簡單地說，F(xiàn)EC就是定義了一組沿著同一條路徑、有相同處理過程的數(shù)據(jù)包。這就意味著所有FEC相同的包都可以映射到同一個標記中。對于每一個FEC,LER都建立一條獨立的LSP穿過網(wǎng)絡，到達目的地。數(shù)據(jù)包分配到一個FEC后，LER就可以根據(jù)標記信息庫(LIB)來為其生成一個標記。標記信息庫將每一個FEC都映射到LSP下一跳的標記上。如果下一跳的鏈路是ATM，則MPLS將使用ATMVCC里的VCI作為標記。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時，LER檢查標記信息庫中的FEC，然后將數(shù)據(jù)包用LSP的標記封裝，從標記信息庫所規(guī)定的下一個接口發(fā)送出去。2．網(wǎng)絡的核心行為當一個帶有標記的包到達LSR的時候，LSR提取入局標記，同時以它作為索引在標記信息庫中查找。當LSR找到相關信息后，取出出局的標記，并由出局標記代替入局標簽，從標記信息庫中所描述的下一跳接口送出數(shù)據(jù)包。最后，數(shù)據(jù)包到達了MPLS域的另一端，在這一點，LER剝?nèi)シ庋b的標記，仍然按照IP包的路由方式將數(shù)據(jù)包繼續(xù)傳送到目的地。3．如何建立標記交換路徑建立LSP的方式主要有兩種：“HopbyHop”路由一個Hop-by-Hop的LSP是所有從源站點到一個特定目的站點的IP樹的一部分。對于這些LSP，MPLS模仿IP轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的面向目的地的方式建立了一組樹。從傳統(tǒng)的IP路由來看，每一臺沿途的路由器都要檢查包的目的地址，并且選擇一條合適的路徑將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。而MPLS則不然，數(shù)據(jù)包雖然也沿著IP路由所選擇的同一條路徑進行傳送，但是它的數(shù)據(jù)包頭在整條路徑上從始至終都沒有被檢查。在每一個節(jié)點，MPLS生成的樹是通過一級一級為下一跳分配標記，而且是通過與它們的對等層交換標記而生成的。交換是通過LDP的請求以及對應的消息完成的。顯式路由MPLS最主要的一個優(yōu)點就是它可以利用流量設計“引導”數(shù)據(jù)包，比如避免擁塞或者滿足業(yè)務的QoS等。PLS允許網(wǎng)絡的運行人員在源節(jié)點就確定一條顯式路由的LSP(ER-LSP),以規(guī)定數(shù)據(jù)包將選擇的路徑。不像Hop-by-Hop的LSP,ER-LSP不會形成IP樹。取而代之，ER-LSP從源端到目的端建立一條直接的端到端的路徑，如圖3所示。MPLS將顯式路由嵌入到限制路由的標記分配協(xié)議的信息中，從而建立這條路徑。MPLS術語的縮寫?LDP(LabelDistributionProtocol)，標記分配協(xié)議LSP(LabelSwitched