計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)之流量工程和MPLS多協(xié)議標(biāo)記交換

2013-11-121流量工程和MPLS多協(xié)議標(biāo)記交換本章掌握重點(diǎn)：

流量工程的主要作用；

MPLS協(xié)議原理和流量控制思想；流量工程概述流量工程是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源利用不合理而提出的，是指設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)流量使之能在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)上正常傳送，從而優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能網(wǎng)絡(luò)工程是設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)來滿足流量需求，它涵蓋了很多方面，如交換機(jī)、路由器、網(wǎng)絡(luò)線纜等。基本上是以綜合布線為底層，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，以操作系統(tǒng)為應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。流量工程就是提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率的一種技術(shù)和方法，可以把流量進(jìn)行轉(zhuǎn)移，使阻塞鏈路的流量轉(zhuǎn)移到?jīng)]有被充分利用的鏈路上去。一般說來，流量工程系統(tǒng)中有四個(gè)主要部分：拓?fù)渑c狀態(tài)發(fā)現(xiàn)、路由計(jì)算、流量需求估計(jì)以及數(shù)據(jù)知識(shí)庫。多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）是近年來出現(xiàn)的一種網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，它主要是在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)中增加了面向連接的特性，使得在“盡力而為”的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中可以將數(shù)據(jù)流按照不同分類（如服務(wù)質(zhì)量、源-目的地址）選擇不同的路徑，可以沿著任何選擇的路徑路由部分或全部數(shù)據(jù)流。MPLS技術(shù)使實(shí)施流量工程成為了可能。2013-11-123在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，流量工程（TE）的重要性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：從ISP的角度來說，流量工程（TE）可以保證網(wǎng)絡(luò)資源得到充分、合理利用，從而避免了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在某個(gè)地方網(wǎng)絡(luò)資源過度利用，而在另外一些地方網(wǎng)絡(luò)資源被閑置不用的不良情況；從網(wǎng)絡(luò)用戶的角度來說，流量工程（TE）可以保證用戶所申請(qǐng)的服務(wù)質(zhì)量得到滿足。（MPLS）多協(xié)議標(biāo)記交換運(yùn)營(yíng)者希望在路由流量上有更多的靈活性正常的路由僅使用目標(biāo)地址希望能路由到更大聚集首先確定流是否屬于更大聚集,然后路由到聚集

例:從LA到NY的流量沿同一條路徑希望能路由到更小的粒度不是擁有相同目標(biāo)的所有包都遵循同一路徑解決方案:在IP頭之前插入標(biāo)記(LABLE)基于該標(biāo)記路由5MPLS

MPLS——Multi-Protocol

LabelSwitchingMulti-Protocol支持多種三層協(xié)議，如IP、IPv6、IPX、SNA等Label

Switching

給報(bào)文打上標(biāo)簽，以標(biāo)簽交換取代IP轉(zhuǎn)發(fā)Page

6起源：為了將IP與ATM結(jié)合

IP

面向無連接的

控制平面

面向無連接的

轉(zhuǎn)發(fā)平面Page

7

ATM面向連接的控

制平面面向連接的轉(zhuǎn)

發(fā)平面

MPLS面向無連接的

控制平面面向連接的轉(zhuǎn)

發(fā)平面?zhèn)鹘y(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)

每一跳分析IP頭，效率低

QoS難于部署，而且效率低

所有路由器都要知道整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有路由Page

8分析IP頭映射到下一跳分析IP頭映射到下一跳分析IP頭映射到下一跳Page

9

VP交換

VC交換

VC交換NNINNI

VPI

=

2VCI

=

44VPI

=

1VCI

=

1VPI

=

26VCI

=

44VPI

=

20VCI

=

30UNIUNIATM交換的過程

虛通路連接

(VCC)

虛通道連接(VPC)靠鏈路層選路，基于VPI/VCI或標(biāo)簽業(yè)務(wù)質(zhì)量有保證，可保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)Page

10+XR=XRouter

ATM

Switch

MPLS

MPLS——多協(xié)議標(biāo)簽交換

Router結(jié)合ATM與IP優(yōu)點(diǎn)的技術(shù)Layer

3

路由

--

可伸縮性和靈活性Layer

2

交換

--

高可靠性和流量工程管理Page

11MPLS基本概念LERLERLERLSRLSR

LSRLERMPLS域IP

LSPMPLSLSR：Label

Switch

RouterLER：Label

Edge

RouterLSP：Label

Switch

PathMPLS

基本工作過程

Core

LSRIPIPL1IPL2IPL3IP傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)

Page

12標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)LERLERPage

13MPLS的優(yōu)點(diǎn)以短的、固定長(zhǎng)度的標(biāo)簽代替IP頭作為轉(zhuǎn)發(fā)依據(jù)，提高轉(zhuǎn)發(fā)速度IP與ATM更好地結(jié)合提供增值業(yè)務(wù)，同時(shí)不損害效率：

VPN流量工程QOSPage

14MPLS封裝格式與標(biāo)簽ATM和FR的MPLS封裝有兩種：

shim封裝：與其他鏈路層類似信元模式：直接利用VC（ATM是VPI/VCI，F(xiàn)R是DLCI）作為標(biāo)簽層

頭

數(shù)2

頭

部

部

據(jù)

部

M

P

L

S

I

P02

2

30

3

4

1標(biāo)

S

比簽

特

P

3

T

2

E

X

T

LPage

15標(biāo)簽在分組中的位置Lable

Lable

以太網(wǎng)

/SONET

/SDH分組

幀模式

ATM分組信元模式的ATM分組以太網(wǎng)報(bào)頭/PPP報(bào)頭

ATM報(bào)頭

VPI/VCI三層數(shù)據(jù)

三層數(shù)據(jù)

三層數(shù)據(jù)MPLS

TTL

--

LSR

MPLS

TTL

--

LSR

IPTTL

--

出口LERMPLS

TTL

--IPTTL＝MPLS

TTL

出口LER

MPLS

TTL處理把整個(gè)MPLS域看做一跳

IPTTL

--

MPLS

TTL＝255

入口LER把MPLS

TTL計(jì)入IP

TTL

IPTTL

--

MPLS

TTL＝IPTTL

入口LERPage

16標(biāo)簽棧理論上，標(biāo)簽?？梢詿o限嵌套，從而提供無

限的業(yè)務(wù)支持能力。這是MPLS技術(shù)最大的魅

力所在。Page

172L

L

I標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)基本概念FEC（Forwarding

Equivalence

Class）：將具有相同特性的報(bào)文導(dǎo)入到同一條LSP

NHLFE（Next

Hop

Label

Forwarding

Entry）：描述標(biāo)簽操作下一跳標(biāo)簽操作類型：push/pop/swap/null鏈路層封裝類型等

FTN（FEC

to

NHLFE）：將FEC映射到NHLFE

ILM（Incoming

Label

Map）：將MPLS標(biāo)簽映

射到NHLFEPage

18FECNHLFE下一跳發(fā)送接口標(biāo)簽操作其他10.0.1.0/24BE1加上標(biāo)簽L1…Page

19標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)傳統(tǒng)路由協(xié)議和標(biāo)簽分發(fā)協(xié)

(LDP)一起，在各個(gè)LSR中為有業(yè)務(wù)需求的FEC建立路由表和標(biāo)簽映射表(FEC-Label映射),即成功建立LSP。Ingress接收分組，判定分組所屬的FEC，給分組加上Label標(biāo)簽操作：popA:出口LER入口LERLSRLSR標(biāo)簽操作：push分析IP報(bào)文頭FEC綁定LSPFTN->NHLFE

A標(biāo)簽操作：swap

ILM->NHLFE

B標(biāo)簽操作：swap

ILM->NHLFE

CILM->NHLFE分析IP頭映射到下一跳

D入標(biāo)簽NHLFE下一跳發(fā)送接口標(biāo)簽操作其他L1CE0去掉原來的標(biāo)簽，加上標(biāo)簽L2…標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)在MPLS域中只依據(jù)標(biāo)簽和標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表通過轉(zhuǎn)發(fā)單元

進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)Page

20B，C:標(biāo)簽操作：push標(biāo)簽操作：popILM->NHLFE分析IP頭映射到下一跳

D

出口LER分析IP報(bào)文頭FEC綁定LSPFTN->NHLFE

A

入口LER標(biāo)簽操作：swap

ILM->NHLFE

B

LSR標(biāo)簽操作：swap

ILM->NHLFE

C

LSR入標(biāo)簽NHLFE下一跳發(fā)送接口標(biāo)簽操作其他L3D去掉標(biāo)簽…Page

21標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)Egress將標(biāo)簽去掉，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)D:標(biāo)簽操作：push標(biāo)簽操作：popILM->NHLFE分析IP頭映射到下一跳

D

出口LER分析IP報(bào)文頭FEC綁定LSPFTN->NHLFE

A

入口LER標(biāo)簽操作：swap

ILM->NHLFE

B

LSR標(biāo)簽操作：swap

ILM->NHLFE

C

LSR倒數(shù)第二跳彈出(PHP)

在最后一跳，最外層的標(biāo)簽已經(jīng)沒有意義，因此可以在倒數(shù)第二跳將標(biāo)簽彈出，減少最后一跳的負(fù)擔(dān)。

如果只有一層標(biāo)簽，則最后一跳直接進(jìn)行IP轉(zhuǎn)發(fā)；否則，對(duì)內(nèi)層標(biāo)簽做標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)。

Page

22標(biāo)簽操作：pop

ILM->NHLFE

LSR分析IP頭映射到下一跳

出口LER標(biāo)簽操作：push

分析IP頭

FEC綁定LSP

FTN->NHLFE入口LER標(biāo)簽操作：swap

ILM->NHLFE

LSRPage

23LSP的建立LSP驅(qū)動(dòng)方式：流驅(qū)動(dòng)：收到的報(bào)文驅(qū)動(dòng)LSP建立拓?fù)潋?qū)動(dòng)：拓?fù)湫畔ⅲ酚桑?qū)動(dòng)LSP建立應(yīng)用驅(qū)動(dòng)：應(yīng)用（如QoS）驅(qū)動(dòng)LSP建立信令協(xié)議，用于在LSR之間分配標(biāo)簽，建立LSP：LDP

:

Label

Distribution

Protocol,CR-LDP

:

Constrained

Route

LDP，RSVP-TE：MP-BGP:PIM:MPLS流量工程

選用MPLS實(shí)現(xiàn)流量工程的原因（1）MPLS是一種交換和路由的綜合體，它集成了鏈路層的交換技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)層的路由技術(shù)。（2）MPLS流量工程提供了完整的流量管理方法。（3）MPLS流量工程根據(jù)業(yè)務(wù)流所需的資源和網(wǎng)絡(luò)中的資源可用情況來引導(dǎo)業(yè)務(wù)流有效通過網(wǎng)絡(luò)，并采用“基于約束路由的選路”方法，這條約束路由對(duì)要調(diào)節(jié)的業(yè)務(wù)來說是滿足約束條件的最好路由。（4）MPLS流量工程可以平滑地將失效鏈路或節(jié)點(diǎn)上的業(yè)務(wù)流利用新的約束轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)的其他通路上進(jìn)行傳輸，從而有效地對(duì)發(fā)生故障的節(jié)點(diǎn)和鏈路進(jìn)行恢復(fù)?；贛PLS的流量工程問題可表述如下:

（1）如何將分組正確映射到轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類（FEC）上

。

（2）如何將轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類（