MPLS

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MPLS(Multi-Protocol Label Switch,多協議標簽交換)

　　MPLS即多協議標簽交換，是一種在開放的通信網上利用標簽引導數據高速、高效傳輸的新技術。多協議的含義是指MPLS不但可以支持多種網路層層面上的協議，還可以兼容第二層的多種鏈路層技術。

　　(1)流量工程：傳統IP網路一旦為一個IP包選擇了一條路徑。無論這條鏈路是否擁塞。IP包都會沿此路徑傳送。這樣就有可能造成網路中某處資源過度利用。而另外一些地方網路資源閑置不用。MPLS可以控制IP包在網路中所走的路徑。從而避免IP包在網路中的盲目行為。避免業務流向已經擁塞的節點。實現網路資源的合理利用。

　　(2)負載均衡：MPLS可以同時使用多條LSP來承載同一個用戶的IP業務流。合理地將用戶業務流分攤在這些LSP之間。

　　(3)路徑備用：可同時配置兩條LSP。一條處於激活狀態。另一條處於備用狀態。一旦主LSP出現故障。業務立刻導向備用的LSP。直到主LSP從故障中恢復。業務再從備用LSP切回到主LSP。

　　(4)故障恢復：當一條已建立的LSP在某一點出現故障時。故障點的MPLS會向上游發送Notification消息。通知上游LER重建一條LSP來替代故障LSP；收到消息的上游LER會重新發出Request消息建立另外一條LSP來保證用戶業務的連續性。

　　(5)路徑優先順序及碰撞處理：在網路資源匱乏的時候。應保證優先順序高的業務優先使用網路資源。MPLS可通過設置LSP的建立優先順序和保持優先順序來實現。每條LSP有n個建立優先順序和n1個保持優先順序。優先順序高的LSP先建立。並且如果某條LSP建立時。網路資源匱乏。而它的建立優先順序又高於另外一條已經建立的LSP的保持優先順序。那麼它可以將已經建立的那條LSP斷開。讓出網路資源供它使用。

　　數據在具有MPLS功能的網路中的整個傳遞過程如圖所示，包括以下4個步驟。

　　①入口處的LER接收到終端A的分組，完成第三層功能，決定需要哪種第三層的業務，並對分組進行標簽粘貼。

　　②使用傳統的路由協議(如OSPF、IGRP等)建立到終點網路的連接，同時使用LDP完成標簽到終點網路的映射。

　　③LSR收到經LER打上標簽的數據包後，不再進行任何第二層處理，只依據分組上的標簽進行交換。如使用該標簽做索引在標簽信息庫(LIB)查找到與它相匹配的相關新標簽，則以查找到的信息替換MPLS的標簽開將數據包轉發到下一個LSR或LER。

　　④在MPLS出口的LER上，將分組中的標簽去掉後傳送給終端用戶B或繼續進行轉發。

　　下麵簡要說明一下MPLS包頭的結構及其在協議棧中的位置，IETF標準文檔中定義的MPLS包頭是插人在傳統的第二層數據鏈路層包頭和第三層IP包頭之間的一個32位的欄位，結構如下圖所示。MPLS包頭包含20比特的標簽欄位(Label)；3個比特的實驗欄位(EXP)，現存通常用做分組業務類型(CoS，Class of Service)；1個比特的S，用於標識這個MPLS標簽是否是最低層的標簽；8個比特的1TrL欄位，即生存期(Time To Live)。MPLS可以承載的報文通常是IP包，當然也可以改進直接承載以太包、ATM的AAL5包，甚至ATM信元等。可以承載MPLS的二層協議，如PPP、乙太網、ATM和幀中繼等。

　　多協議標簽交換技術在ATM骨幹網上引入，它的網路核心部分由LER和LSR組成，如下圖所示，LER和LSR利用通用域內路由協議(如OSPF)進行路由處理。在網路邊緣處提供確定服務質量、區分業務和用戶管理的功能，在網路主幹處解決性能和容量問題。

　　LER位於ATM骨幹網路的邊緣並作為MPLS的人El／出口路由器，用來連接到本MPLS網路內部的一個LSR和其他網路節點。它執行全部的第三層功能；運行標簽分發協議(LDP)，實現標簽的分配、綁定功能。入口處LER負責分析輸入數據包的IP包頭，以便進行FEC分類。對於應當建立第二層直通交換的數據流，生成固定長度的標簽貼在其IP包頭上，以便LSR實現標簽交換功能；出口處LER對接收到的帶有標簽的IP包去除其標簽後放在第二層發送至目的地。

　　LSR與MPLS網路的其他LSR或LER連接，執行基於LIB的標簽交換。LSR執行的標簽交換可以看作ATM交換機和傳統路由器的結合，具有第三層轉發分組和第二層交換分組的功能，在LSR內，MPLS控制模塊以IP功能為中心，轉發模塊基於標簽交換演算法，並通過標簽分配協議(LDP)在節點間完成標簽信息以及相關信令的發送。LSR也能執行一個特殊控制協議與相鄰的LSR協調FEC和標簽捆綁信息。

　　MPLS的應用主要有兩大類：MPLS VPN和MPLS TE(Traffic Engineering)。日前全球很多電信運營商都開通了MPLS VPN業務；MPLS TE也有很多運營商正在開展或試驗。下麵主要要介紹一下MPLS VPN。

　　MPLS VPN技術以寬頻IP網路為基礎，採用MPLS技術，在公共IP網路上構建企業IP專網，實現數據、語音、圖像等多業務的寬頻連接，並結合差別服務、流量工程等相關技術，將公眾網可靠的性能、良好的擴展性、豐富的功能與專用網的安全、靈活、高效結合在一起，為用戶提供高質量的服務。它可以分為二層MPLS VPN和三層MPLS VPN兩類。

　　1．二層MPLS VPN

　　二層MPLS VPN的目的是在IP網路上提供類似ATM和FR的專用連接。服務提供商只為用戶提供傳統的二層鏈路(如ATM、FR、乙太網等)，並將相應的鏈路標識(ATM VPL／VCI、FR DLCI、乙太網的VLAN ID)映射到一條MPLS LSP上穿越運營商的核心網路。用戶在這樣的專有連接上組織自己的路由結構，如圖所示。

　　2．三層MPLS VPN

　　三層MPLS VPN是一種基於MPLS技術的IP VPN，是在網路路由和交換設備上應用MPIS技術，簡化核心路由器的路由選擇方式，利用結合傳統路由技術的標簽交換實現的IP虛擬專用網路。MPLS VPN適用於實現對於服務質量、服務等級劃分以及網路資源的利用率、網路的可靠性有較高要求的VPN業務。MPLS IP VPN的通用網路結構如圖所示。

　　從MPLS IP VPN網路的結構可以看到，MPLS IP VPN網路中的邊緣路由器需要公共IP網內部的所有相關路由器都能夠支持MPLS，所以此技術對網路有較為特殊的要求。一個站點可以同時屬於多個VPN，依據一定的策略，屬於多個VPN的站點既可以在兩個VPN之間提供一定的轉發能力，也可以不提供這種能力。當一個站點同時屬於多個VPN時，它必須具有一個在所有VPN中惟一的地址空間。

　　MPLS交換主要目的是為下一代的多用戶．多服務的Internet骨幹網路提供一種路由交換的技術基礎。它的主要特征為高性能。可靈活擴展。能最大可能地滿足用戶對服務質量的需求。MPLS作為網路的核心技術已經被大量運用到網路運營商的全國骨幹網及各省市的城域網建設中。各網路廠商紛紛推出基於各自特點的MPLS的技術實現及設備。MPLS必然會在不久的幾年內完成各種方面的標準制定。真正成為下一代Internet的路由技術主流。