MPLS技術(shù)研究及應用

本文對MPLS技術(shù)進(jìn)行了全面介紹，指出MPLS技術(shù)將發(fā)展成為運營(yíng)商全國骨干網(wǎng)及各城域網(wǎng)的核心技術(shù)，同時(shí)簡(jiǎn)要介紹了MPLS技術(shù)在中國鐵通IP骨干網(wǎng)絡(luò )中的應用。

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MPLS(多協(xié)議標簽交換)是一種可提供高性?xún)r(jià)比和多業(yè)務(wù)能力的交換技術(shù)， 它解決了傳統IP分組交換的局限性，在業(yè)界受到了廣泛的重視，并在中國網(wǎng)通、中國鐵通全國骨干網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò )建設中得到了實(shí)踐部署。采用MPLS技術(shù)可以提供靈活的流量工程、虛擬專(zhuān)網(wǎng)等業(yè)務(wù)，同時(shí)，MPLS也是能夠完成涉及多層網(wǎng)絡(luò )集成控制與管理的技術(shù)。

1.MPLS概述

1.1、MPLS的基本原理

MPLS是一種第三層路由結合第二層屬性的交換技術(shù)，引入了基于標簽的機制，它把路由選擇和數據轉發(fā)分開(kāi)，由標簽來(lái)規定一個(gè)分組通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的路徑。MPLS網(wǎng)絡(luò )由核心部分的標簽交換路由器(LSR)、邊緣部分的標簽邊緣路由器(LER)組成。LSR的作用可以看作是ATM交換機與傳統路由器的結合，由控制單元和交換單元組成;LER的作用是分析IP包頭，用于決定相應的傳送級別和標簽交換路徑(LSP)。標簽交換的工作過(guò)程可概括為以下3個(gè)步驟：

(1)由LDP(標簽分布協(xié)議)和傳統路由協(xié)議(OSPF、IS-IS等)一起，在LSR中建立路由表和標簽映射表;

(2)LER接收IP包，完成第三層功能，并給IP包加上標簽;在MPLS出口的LER上，將分組中的標簽去掉后繼續進(jìn)行轉發(fā);

(3)LSR對分組不再進(jìn)行任何第三層處理，只是依據分組上的標簽通過(guò)交換單元對其進(jìn)行轉發(fā)。

整個(gè)操作過(guò)程如圖1：

圖1

IETF標準文檔中定義的MPLS包頭是插入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(gè)32位的字段，如圖2所示：

圖2

Label字段：20位，標簽字段。

EXP：3位，實(shí)驗字段。

S字段：1位，堆棧(Stack)字段。

TTL字段：8位，生存時(shí)間字段。

1.2、MPLS信令方式

目前MPLS實(shí)現信令的方式可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是LDP/CR-LDP(Label Dispatch Protocol， Constrain based Routing Label Dispatch Protocol)，源于A(yíng)TM網(wǎng)絡(luò )的思想。CR-LDP和LDP是同一個(gè)協(xié)議，CR-LDP是LDP的擴展，它使用與LDP相同的消息和機制，如對等發(fā)現、會(huì )話(huà)建立和保持、標簽發(fā)布和錯誤處理。另外一類(lèi)是RSVP，它基于傳統的IP路由協(xié)議。RSVP和LDP/CR-LDP是兩種不同的協(xié)議，它們在協(xié)議特性上存在不同，有不同的消息集和信令處理規程。從協(xié)議可靠性上來(lái)看，LDP/CR-LDP是基于TCP的，當發(fā)生傳輸丟包時(shí)，利用TCP協(xié)議提供簡(jiǎn)單的錯誤指示，實(shí)現快速響應和恢復。而RSVP只是傳送IP包。由于缺乏可靠的傳輸機制，RSVP無(wú)法保證快速的失敗通知。從網(wǎng)絡(luò )可擴展性上看，LDP較RSVP更有優(yōu)勢，一般電信級網(wǎng)絡(luò )中尤其是ATM網(wǎng)絡(luò )中，應采用MPLS/LDP。ITU-T傾向于在骨干網(wǎng)中采用CR-LDP。 目前所有支持MPLS功能的路由設置都同時(shí)支持CR-LDP和RSVP兩種MPLS的信令協(xié)議。

1.3、MPLS的網(wǎng)絡(luò )構成

MPLS網(wǎng)絡(luò )由標簽邊緣路由器(LER)和標簽交換路由器(LSR)組成。在LSR內，MPLS控制模塊以IP功能為中心，轉發(fā)模塊基于標簽交換算法，并通過(guò)標簽分配協(xié)議(LDP)在節點(diǎn)間完成標簽信息以及相關(guān)信令的發(fā)送。值得注意的是，LDP信令以及標簽綁定信息只在MPLS相鄰節點(diǎn)間傳遞。LSR之間或ISR與LER之間依然需要運行標準的路由協(xié)議，并由此獲得拓撲信息。通過(guò)這些信息LSR可以明確選取報文的下一跳并可最終建立特定的標簽交換路徑(LSP)。MPLS使用控制驅動(dòng)模型，即基于拓撲驅動(dòng)方式對用于建立LSP的標簽綁定信息的分配及轉發(fā)進(jìn)行初始化。LSP屬于單向傳輸路徑，因而全雙工業(yè)務(wù)需要兩條LSP，每條LSP負責一個(gè)方向上的業(yè)務(wù)。

1.4、MPLS的核心技術(shù)LDP

MPLS通過(guò)簡(jiǎn)單的核心機制來(lái)提供豐富的標簽分配及相關(guān)處理功能。構成MPLS協(xié)議框架的主要元素有標簽分配協(xié)議(LDP)，標簽映射表(LIB)和轉發(fā)信息庫(FIB)，其中LIB和FIB分別為存儲標簽綁定信息和相應的標簽轉發(fā)信息的數據庫。為了能夠在MPLS域內明確定義、分配標簽，同時(shí)使用網(wǎng)絡(luò )內各元素充分理解其標簽含義，LDP提供一套標準的信令機制用于有效地實(shí)現標簽的分配與轉發(fā)功能。LDP基于原有的網(wǎng)絡(luò )層路由協(xié)議構建標簽信息庫，并根據網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，在MPLS域邊緣節點(diǎn)(即入節點(diǎn)與出節點(diǎn))之間建立LSP。LDP信令位于TCP/UDP之上，它通過(guò)TCP層保證信令消息可靠傳輸，同時(shí)基于UDP傳送發(fā)現消息。LDP信令傳輸使用的TCP和UDP知名端口號均為646。相鄰的LSR之間必須建立一條非MPLS連接鏈路作為信令通道，用于傳送LDP信令報文。

1.5、MPLS的主要技術(shù)特點(diǎn)

(1)流量工程

傳統IP網(wǎng)絡(luò )一旦為一個(gè)IP包選擇了一條路徑，則不管這條鏈路是否擁塞，IP包都會(huì )沿著(zhù)這條路徑傳送，這樣就會(huì )造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò )在某處資源過(guò)度利用，而另外一些地方網(wǎng)絡(luò )資源閑置不用，MPLS可以控制IP包在網(wǎng)絡(luò )中所走過(guò)的路徑，這樣可以避免IP包在網(wǎng)絡(luò )中的盲目行為，避免業(yè)務(wù)流向已經(jīng)擁塞的節點(diǎn)，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )資源的合理利用。

(2)負載均衡

MPLS可以使用兩條和多條LSP來(lái)承載同一個(gè)用戶(hù)的IP業(yè)務(wù)流，合理地將用戶(hù)業(yè)務(wù)流分攤在這些LSP之間。