MPLS的概念、原理與作用

MPLS的概念、原理與作用MPLS是一個(gè)可以在多種第二層媒質(zhì)上進(jìn)行標(biāo)記交換的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這一技術(shù)結(jié)合了第二層的交換和第三層路由的特點(diǎn)，將第二層的基礎(chǔ)設(shè)施和第三層的路由有機(jī)地結(jié)合起來。第三層的路由在網(wǎng)絡(luò)的邊緣實(shí)施，而在MPLS的網(wǎng)絡(luò)核心采用第二層交換。MPLS通過在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽交換來實(shí)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(shí)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(shù)的很好補(bǔ)充，充分發(fā)揮第二層良好的流量設(shè)計(jì)管理以及第三層“Hop-By-Hop（逐跳尋徑）”路由的靈活性，以實(shí)現(xiàn)端到端的QoS保證。讓我們來打一個(gè)比方。最簡(jiǎn)單的無外乎我們?nèi)粘５淖呗贰Ｎ覀儚腁地走到B地的方法大體有三種:一種是大概朝著一個(gè)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(gè)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€(gè)陌生的地方，生怕走錯(cuò)了路會(huì)遇到危險(xiǎn)；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(dá)B地，“朝東走5個(gè)街區(qū)，再向右轉(zhuǎn)第6個(gè)街區(qū)就是”。這三種情況如果和我們的包傳輸方式關(guān)聯(lián)的話，不難想像分別是廣播、逐跳尋徑以及源路由。當(dāng)然，如果我們是跟在向?qū)Ш竺孀?，就?huì)存在第四種走法。向?qū)Э梢栽谧哌^的路上做好標(biāo)記，你只要沿著標(biāo)記的指示走就可以了。而這，就是“標(biāo)記交換”，如圖1所示。實(shí)際上，我們?cè)谝酝亩鄠€(gè)網(wǎng)絡(luò)中，都已經(jīng)使用過標(biāo)記，只不過標(biāo)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(biāo)記；而在FR中，采用DLCI作為網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)記；而X.25網(wǎng)中的LCN及TDM的時(shí)隙，都可以看做是標(biāo)記。那么，基于標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)記交換應(yīng)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(gè)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(fù)責(zé)如何分配標(biāo)記，以建立標(biāo)記交換路徑(LSP)。?流量設(shè)計(jì)(TrafficEngineering)，描述如何設(shè)計(jì)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(gè)廠商都相繼投入大量的精力進(jìn)行MPLS的研究和開發(fā)。由于不同的解決方案?jìng)?cè)重點(diǎn)不同，因而所帶來的好處也就不同。但至少有一點(diǎn)可以肯定，MPLS的快速轉(zhuǎn)發(fā)將為運(yùn)營(yíng)商和大型企業(yè)帶來眾多的利益。國(guó)內(nèi)外的一些運(yùn)營(yíng)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(luò)資源的利用率。作為一個(gè)大規(guī)模運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的未來關(guān)鍵技術(shù)，MPLS可以為運(yùn)營(yíng)商或者大企業(yè)帶來如下一些好處：?功能上的獨(dú)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(jiǎn)單地執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)功能，而無需檢查包的全部?jī)?nèi)容，這就允許僅在網(wǎng)絡(luò)的邊緣實(shí)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(jiǎn)化了IP路由的操作，也高效地利用了網(wǎng)絡(luò)的資源，從而使網(wǎng)絡(luò)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(wù)等級(jí)(COS),來提供原來無法提供的IP增值業(yè)務(wù)。?網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)oMPLS正在演進(jìn)到一個(gè)強(qiáng)大的骨干網(wǎng)絡(luò)中去。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，MPLS作為惟一一個(gè)運(yùn)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(wù)(IP)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)然，MPLS的好處還有很多，隨著MPLS技術(shù)的逐步成熟，相信將會(huì)有更多的商業(yè)價(jià)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(jī)制，它為進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中的IP數(shù)據(jù)包分配標(biāo)記，并通過對(duì)標(biāo)記的交換來實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。標(biāo)記作為IP包頭在網(wǎng)絡(luò)中的替代品而存在，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部MPLS在數(shù)據(jù)包所經(jīng)過的路徑沿途通過交換標(biāo)記(而不是看IP包頭)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)數(shù)據(jù)包要退出MPLS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，數(shù)據(jù)包被解開封裝，繼續(xù)按照IP包的路由方式到達(dá)目的地。如圖2所示，MPLS網(wǎng)絡(luò)包含一些基本的元素。在網(wǎng)絡(luò)邊緣的節(jié)點(diǎn)就稱做標(biāo)記邊緣路由器(LER),而網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)就稱做為標(biāo)記交換路由器(LSR)。LER節(jié)點(diǎn)在MPLS網(wǎng)絡(luò)中完成的是IP包的進(jìn)入和退出過程；LSR節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中提供高速交換功能。在MPLS節(jié)點(diǎn)之間的路徑就叫做標(biāo)記交換路徑。一條LSP可以看做是一條貫穿網(wǎng)絡(luò)的單向隧道。MPLS的工作流程可以分為幾個(gè)方面，即網(wǎng)絡(luò)的邊緣行為、網(wǎng)絡(luò)的中心行為以及如何建立標(biāo)記交換路徑。1.網(wǎng)絡(luò)的邊緣行為當(dāng)IP數(shù)據(jù)包到達(dá)一個(gè)LER時(shí)，MPLS第一次應(yīng)用標(biāo)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(wù)等級(jí)加以區(qū)分。在LER中，MPLS使用了轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(FEC)的概念來將輸入的數(shù)據(jù)流映射到一條LSP上。簡(jiǎn)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(gè)標(biāo)記中。對(duì)于每一個(gè)FEC,LER都建立一條獨(dú)立的LSP穿過網(wǎng)絡(luò)，到達(dá)目的地。數(shù)據(jù)包分配到一個(gè)FEC后，LER就可以根據(jù)標(biāo)記信息庫(kù)(LIB)來為其生成一個(gè)標(biāo)記。標(biāo)記信息庫(kù)將每一個(gè)FEC都映射到LSP下一跳的標(biāo)記上。如果下一跳的鏈路是ATM，則MPLS將使用ATMVCC里的VCI作為標(biāo)記。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，LER檢查標(biāo)記信息庫(kù)中的FEC，然后將數(shù)據(jù)包用LSP的標(biāo)記封裝，從標(biāo)記信息庫(kù)所規(guī)定的下一個(gè)接口發(fā)送出去。2．網(wǎng)絡(luò)的核心行為當(dāng)一個(gè)帶有標(biāo)記的包到達(dá)LSR的時(shí)候，LSR提取入局標(biāo)記，同時(shí)以它作為索引在標(biāo)記信息庫(kù)中查找。當(dāng)LSR找到相關(guān)信息后，取出出局的標(biāo)記，并由出局標(biāo)記代替入局標(biāo)簽，從標(biāo)記信息庫(kù)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(dá)了MPLS域的另一端，在這一點(diǎn)，LER剝?nèi)シ庋b的標(biāo)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(biāo)記交換路徑建立LSP的方式主要有兩種：“HopbyHop”路由一個(gè)Hop-by-Hop的LSP是所有從源站點(diǎn)到一個(gè)特定目的站點(diǎn)的IP樹的一部分。對(duì)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(tái)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(jìn)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(gè)節(jié)點(diǎn)，MPLS生成的樹是通過一級(jí)一級(jí)為下一跳分配標(biāo)記，而且是通過與它們的對(duì)等層交換標(biāo)記而生成的。交換是通過LDP的請(qǐng)求以及對(duì)應(yīng)的消息完成的。顯式路由MPLS最主要的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是它可以利用流量設(shè)計(jì)“引導(dǎo)”數(shù)據(jù)包，比如避免擁塞或者滿足業(yè)務(wù)的QoS等。PLS允許網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行人員在源節(jié)點(diǎn)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(huì)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(biāo)記分配協(xié)議的信息中，從而建立這條路徑。MPLS術(shù)語(yǔ)的縮寫?LDP(LabelDistributionProtocol)，標(biāo)記分配協(xié)議LSP(LabelSwitched