MPLS交換過(guò)程演示分析

的與:2MPLS摘要:本文主要介紹了多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）技術(shù)的基本概念、工作原理、工作過(guò)程、特點(diǎn)、應(yīng)用以及存在的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：MPLSATMIP服務(wù)質(zhì)量標(biāo)簽交換路由器標(biāo)簽邊緣路由器近年來(lái),隨著Internet網(wǎng)絡(luò)通信的迅猛發(fā)展,通信業(yè)務(wù)從沒(méi)有服務(wù)質(zhì)量(QoS)有嚴(yán)格要求的交互性寬帶業(yè)務(wù)方向發(fā)展,迫切需要一個(gè)高帶寬、業(yè)務(wù)發(fā)展受限少的寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸交換技術(shù)。傳統(tǒng)的Internet采用“盡力而為(best-effort)”的無(wú)連接的分組交換IP技術(shù),對(duì)時(shí)延、抖動(dòng)等都沒(méi)有要求,其無(wú)法保證用戶QoS的缺點(diǎn)，制約了IP技術(shù)在寬帶網(wǎng)絡(luò)中的進(jìn)一步發(fā)展。IETF于20世紀(jì)90年代中期提出的多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)(MPLS,Multi-ProtocolLabelSwitching)是用于IP主干網(wǎng)的高效技術(shù),實(shí)現(xiàn)了高速交換能力和靈活路由能力的高效融合,在Internet這樣的無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建面向連接型業(yè)務(wù)的通路,被公認(rèn)是當(dāng)前最有發(fā)展前景的網(wǎng)絡(luò)解決方案。一．1.1什么是MPLS技術(shù)多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS：Multi-ProtocolLabelSwitching）技術(shù)是一種開(kāi)全性，具有流量工程能力。此外，MPLS能解決VPN擴(kuò)展問(wèn)題和維護(hù)成本問(wèn)題。31.2幾個(gè)基本概念(1)轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(ForwardingEquivalenceClass,FEC)。FEC是一系列具有某些共性的第3層數(shù)據(jù)包集合,在轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程中將以相同的方式處理這些數(shù)據(jù)。其共性包括:地址前綴(AddressPrefix)、主機(jī)地址(HostAddress)等。FEC只具有本地意義,LSR根據(jù)第3層數(shù)據(jù)包所屬的FEC對(duì)其進(jìn)行分類轉(zhuǎn)發(fā)。(2)標(biāo)簽(Label)比特的短小指示符,用來(lái)標(biāo)示一條數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑。當(dāng)一個(gè)不帶標(biāo)簽的信息分組進(jìn)入MPLS網(wǎng)絡(luò)時(shí),由LER對(duì)此分組頭上的目的地址進(jìn)行分析,并根據(jù)QoS要求,將該分組劃歸某個(gè)FEC,同時(shí)在這個(gè)分組加上與這個(gè)FEC節(jié)點(diǎn)時(shí),只對(duì)這個(gè)短標(biāo)簽進(jìn)行一個(gè)很簡(jiǎn)單的運(yùn)算,檢索出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)路由,因此大大加快了轉(zhuǎn)發(fā)速度;同時(shí)還按照信息的類別,保證了QoS的要求。(3)標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議(LabelDistributionProtocol,LDP)。LDP是一種基于TCP的控制協(xié)議,主要用來(lái)完成LSR和LER之間的路由信息的傳遞。LDP規(guī)定了標(biāo)簽分發(fā)過(guò)程中的各種消息及相關(guān)的各種處理進(jìn)程,其根本目的是建立標(biāo)簽交換路徑(LabelSwitchedPath,LSP)。二．2.1基本原理MPLS的基本原理是以一個(gè)類似于路由器的設(shè)備來(lái)控制ATM的硬件交換機(jī)。MPLS是屬于第三層交換技術(shù)，引入了基于標(biāo)記的機(jī)制，它把路由和轉(zhuǎn)發(fā)分開(kāi)，由標(biāo)簽來(lái)規(guī)定一個(gè)分組通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的路徑。MPLS網(wǎng)絡(luò)由核心部分的標(biāo)簽交換路由的作用可以看作是ATM交換機(jī)與傳統(tǒng)路由器的結(jié)合，由控制單元和交換單元組成，LSR就是實(shí)現(xiàn)了MPLS功能的ATM交換機(jī)；LER的作用是分析IP包頭，用于決定相應(yīng)的傳送級(jí)別和標(biāo)簽ATMATM交換機(jī)換成可以是具有MPLS功能的ATM交換機(jī)，也可以是具有MPLS功能的路由器。42.2MPLS網(wǎng)絡(luò)的組成MPLS網(wǎng)絡(luò)由3部分組成：是位于MPLS網(wǎng)絡(luò)邊緣的第三層路由設(shè)備，的第三層服務(wù)，如安全性、網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)算和QoS分類等。LSR包含在這個(gè)分組頭部的標(biāo)簽做為一個(gè)索引來(lái)決定在標(biāo)簽交換通道(LSP)中的下一這個(gè)分組被路由轉(zhuǎn)發(fā)之前被替換為新的標(biāo)簽。MPLS體系中的一種主要協(xié)議。在MPLS網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)標(biāo)簽交換路由器（LSR）必須用在它們之間或通過(guò)它們轉(zhuǎn)發(fā)流量的標(biāo)簽上達(dá)成一致。2.3MPLS的體系結(jié)構(gòu)控制平面之間是基于無(wú)連接服務(wù)，利用現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)發(fā)平面也稱為數(shù)據(jù)平面，是面向連接的，可以使用ATM、幀中繼等二層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。MPLS使用短而定長(zhǎng)的標(biāo)簽（label）封裝分組，在數(shù)據(jù)平面實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)。擁有IP網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大靈活的路由功能，可以滿足各種新應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求。對(duì)于核心LSR，在轉(zhuǎn)發(fā)平面只需要進(jìn)行標(biāo)簽分組的轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于LER，在轉(zhuǎn)發(fā)平面不僅需要進(jìn)行標(biāo)簽分組的轉(zhuǎn)發(fā)，也需要進(jìn)行IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)。前者使用標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表LFIB，后者使用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)表FIB。5LSRLERLERIPIPLABELIPLABELLSRLERLSRLERIPLERLER圖36（3）標(biāo)記交換機(jī)對(duì)帶有標(biāo)記的分組進(jìn)行交換，如圖4；圖4（4）在輸出端的MPLS邊緣路由器中去掉標(biāo)記，并將分組傳送給終端用戶，7四．81010101022RQ5.L8A)BEL(8)01---010152812--------2---009（2）通過(guò)LDP消息取消標(biāo)記六．6.1MPLS技術(shù)在傳輸網(wǎng)中的發(fā)展個(gè)基于IP的公共控制平面的能力。為了滿足傳輸網(wǎng)的需求，GMPLS增加了控制通部署。向用戶提供服務(wù)。由于GMPLS能向所有的傳輸層提供一個(gè)統(tǒng)一的、簡(jiǎn)單的解決方分。6.2MPLS在無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)中的發(fā)展W理和MPLS相同。在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中（這里主要指無(wú)線接入網(wǎng)部分），WMPLS采用添加的額外包頭和控制信息，并把標(biāo)準(zhǔn)格式的MPLS數(shù)據(jù)包發(fā)送至骨干網(wǎng)。目前,WMPLS能提供可靠的高速數(shù)據(jù)傳輸，保證業(yè)務(wù)的QoS并支持DiffServ和流量工程，必將成為無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)支持實(shí)時(shí)流媒體業(yè)務(wù)的最優(yōu)解決方案。作為通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，MPLS相對(duì)于其他技術(shù)，在流量工程、QoS保證、VPN以及IP電信網(wǎng)等業(yè)務(wù)提供方面有著無(wú)以倫比的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為高效的IP骨干網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)。通過(guò)增強(qiáng)MPLS自身的OAM能力，以及在MPLS管理能力基礎(chǔ)上善網(wǎng)絡(luò)性能的同時(shí)提高了可擴(kuò)展性。這些新技術(shù)無(wú)疑將推動(dòng)MPLS網(wǎng)絡(luò)向著更完善、更靈活、可用性更高的方向繼續(xù)發(fā)展。11基于MPLS的VPN支持不同分支間IPVPN傳統(tǒng)的路由相比，VPN路由中需要增加分支和VPN的標(biāo)識(shí)信息，這就需要對(duì)BGP協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，以攜帶VPN路由信息。基于MPLS的VPN具有以下特點(diǎn)：PE負(fù)責(zé)對(duì)VPN用戶進(jìn)行管理、建立各PE間LSP連接、同一VPN用戶各分支間路由分派。PE間的路由分派通常是用LDP或擴(kuò)展的BGP實(shí)現(xiàn)。支持不同分支間復(fù)用和IP地址同VPN間互通。減化了尋路步驟，提高了設(shè)備性能，加快了報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。7.2基于MPLS的流量工程基于MPLS的TE和差分服務(wù)Diff-serv特性，在保證網(wǎng)絡(luò)高利用率的同時(shí)，帶寬保證的低延時(shí)、低丟包率的服務(wù)。差分服務(wù)模型來(lái)實(shí)施QoS。Diff-ServIP分組中的DSToS務(wù)策略，保證相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量。Diff-Serv的這種對(duì)服務(wù)質(zhì)量的分類和MPLS的標(biāo)簽分配機(jī)制十分相似，事實(shí)上，基于MPLS的Diff-Serv就是通過(guò)將DS的分配與MPLS的標(biāo)簽分配過(guò)程結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。八．將路由與分組轉(zhuǎn)發(fā)從IP網(wǎng)中前的各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不易做到的；MPLS的IP網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)；13了MPLS設(shè)備的面市時(shí)間和產(chǎn)品的成熟穩(wěn)定性；（4）MPLS簡(jiǎn)化了ATM與IP的集成技術(shù)，推動(dòng)了它們的統(tǒng)一，從而起到平衡用戶在ATM和IP網(wǎng)上的巨大投資，消除了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的限制，由此減少了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本和擴(kuò)展性問(wèn)題；協(xié)議的擴(kuò)展性；路由擴(kuò)展能力；網(wǎng)絡(luò)的融合；得MPLS適用于業(yè)務(wù)的有效手段，QoS的保障是IP網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、實(shí)時(shí)多媒體信息傳輸?shù)幕A(chǔ)。（9）作為綜合平臺(tái)，在語(yǔ)音方面，VoIPonMPLS實(shí)驗(yàn)十分成功；在數(shù)據(jù)方面，它先天就能承載IP業(yè)務(wù)；在視頻方面，它已能承載多媒體應(yīng)用。（10）與ATM相比，MPLS標(biāo)準(zhǔn)能更快地被接受是因?yàn)樗且攒浖橹?，運(yùn)行在各種不同的網(wǎng)絡(luò)上，而ATM網(wǎng)則需要極大的軟、硬件投資。MPLS技術(shù)發(fā)展十分迅速，僅僅經(jīng)歷三年時(shí)間，就已發(fā)展成為被業(yè)界推崇的一種InternetMPLS技術(shù)在許多方面還存在相當(dāng)大的難點(diǎn)，需要認(rèn)真思考與探討。9.1對(duì)標(biāo)簽合并功能的支持LSR對(duì)LIBLSRATM-LSR或幀中繼-LSR決上述問(wèn)題，必須要對(duì)現(xiàn)有的ATM-LSR或幀中繼-LSR進(jìn)行硬件改造，其實(shí)現(xiàn)難度很大，成本高并且難以與傳統(tǒng)ATM／幀中繼業(yè)務(wù)相兼容。14此外，對(duì)于QoS路由而言，要求網(wǎng)絡(luò)為特定的業(yè)務(wù)流分配特定的LSP，因而還有待于IETFMPLS工作組的進(jìn)一步解決。9.2環(huán)路問(wèn)題在網(wǎng)絡(luò)層IP報(bào)文通過(guò)TTLL2層由于ATM／幀中繼硬件并不提供TTL能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)被迫丟棄用于更新路由信息的報(bào)文，致使路由尋徑變得更加不穩(wěn)定，延長(zhǎng)了環(huán)路分組在網(wǎng)絡(luò)中的駐留時(shí)間。目前MPD網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)到環(huán)路存在時(shí)，要求節(jié)點(diǎn)立即關(guān)閉環(huán)路。IETF當(dāng)前提出了基于穿線法（Thread）的環(huán)路檢測(cè)機(jī)制，由于其算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜且下完善，因而仍然需要開(kāi)發(fā)更好的環(huán)路檢測(cè)算法以消除環(huán)路問(wèn)題。9.3MPLS實(shí)施區(qū)分服務(wù)MPLS與分類業(yè)務(wù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)相結(jié)合是當(dāng)今InternetATM采用硬件交換的方式，現(xiàn)有方案僅利用CLP／DE字段標(biāo)識(shí)特定的分類業(yè)務(wù)，致使目前ATM／幀中繼鏈路與分類業(yè)務(wù)類型（PSC）的對(duì)應(yīng)關(guān)系很不明確，這將給MPLS實(shí)施分類業(yè)務(wù)來(lái)帶很大的困難，這一問(wèn)題需要盡早解決。9.4ATM交換機(jī)對(duì)于CR-LDP的支持傳統(tǒng)的ATM交換機(jī)采用了5種服務(wù)類別標(biāo)準(zhǔn)用以支持特定的QoS種QoS參數(shù)的精確映射將是CR-LSP有效支持保證特定IPQoS服務(wù)的關(guān)鍵。由此ATM-LSRCR-LDP受限參數(shù)如何在設(shè)備內(nèi)部分配相應(yīng)的隊(duì)列及節(jié)點(diǎn)資源，用以保證數(shù)據(jù)的有效傳輸將是CR-LDP首要解決的問(wèn)題。9.5CR-LDP與RSVP擴(kuò)展信號(hào)的互通問(wèn)題采用RSVP擴(kuò)展信令與CR-LDP都可以建立支持特定IPQoS服務(wù)的LSP以及實(shí)施普遍看好CR-LDP，但是為了MPLS技術(shù)的蓬勃發(fā)展以及滿足ISP的實(shí)際需要，解決會(huì)把MPLS技術(shù)引入一個(gè)更為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。15MPLS使用基于分布式計(jì)算的傳統(tǒng)IPLSP傳送時(shí)TTL減和環(huán)路分組丟棄的方式分組仍可能在環(huán)路中存活很長(zhǎng)很大影響。產(chǎn)生環(huán)路數(shù)據(jù)包造成的擁塞可能導(dǎo)致非環(huán)路數(shù)據(jù)包延遲加長(zhǎng)或丟棄，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。在MPLS網(wǎng)絡(luò)中有很多機(jī)制防止環(huán)路形成，在環(huán)路處理的方法上，一般要考慮使用該方法后環(huán)路可能發(fā)生的數(shù)量以及使用該方法對(duì)路由計(jì)算收斂性的影響。減少環(huán)路的發(fā)生意味著路由收斂時(shí)間更長(zhǎng)。MPLS網(wǎng)絡(luò)的第二層環(huán)路處置有很多種方法，主要可以劃分為三類：1.環(huán)路幸存這種方法通過(guò)諸如限制環(huán)路所能使用的網(wǎng)絡(luò)資源的大小來(lái)最小化環(huán)路對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能的影響。2.環(huán)路檢測(cè)允許環(huán)路的發(fā)生，但在隨后的檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)環(huán)路時(shí)就刪除它們。3.環(huán)路防止避免在第二層轉(zhuǎn)發(fā)路徑時(shí)發(fā)生環(huán)路。參考文獻(xiàn):[1]馮徑.多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,2002[2]敖志剛.現(xiàn)代高速交換局域網(wǎng)及其應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2001[3]林維忠.多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)技術(shù)[J].電視技術(shù),2002[4]陳楠.多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)[J].有線電視技術(shù),2002[5][6]學(xué)出版社，200916設(shè)計(jì)下來(lái)就突然間恍然大悟了過(guò)來(lái)。懂的，在查找了一些資料及按照示例做了一遍之后就基本掌握了。一個(gè)完整的課程設(shè)計(jì)做下來(lái)，我發(fā)現(xiàn)我以前學(xué)的是那么的少，了解的軟件、的學(xué)習(xí)樹(shù)立了一個(gè)方向。我得不斷完善自己的不足之處，盡量是自己懂得