【文章內(nèi)容簡介】 Task Force,因特網(wǎng)工程任務(wù)組）所提出，由 Cisco、 ASCEND、 3Com 等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大廠所主導(dǎo)。 MPLS是集成式的 IP Over ATM 技術(shù)，即在 Frame Relay 及 ATM Switch 上結(jié)合路由功能，數(shù)據(jù)包通過虛擬電路來傳送，只須在 OSI 第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）執(zhí)行硬件式交換（取代第三層即網(wǎng)絡(luò)層的軟件式 routing） ,它整合了 IP 選徑和第二層標志交換為單一的系統(tǒng)，因此可以解決 Inter 路由的問題，是傳送數(shù)據(jù)包的延遲時間縮短，增加網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣?，更適合多媒體訊息的傳送。因此， MPLS 最大技術(shù)特色是可以指定數(shù)據(jù)包傳送的先后順序。 MPLS 使用標志交換（ Label Switching） ,網(wǎng)絡(luò)路由只需判別標志后即可進行轉(zhuǎn)送處理。 MPLS 運作的原理是提供每個 IP 數(shù)據(jù)包一個標志，并由此決定數(shù)據(jù)包的路徑以及優(yōu)先級。與 MPLS 兼容的路由器（ Router） ,在將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)送到其路徑前，僅讀取數(shù)據(jù)包標志，無須讀取數(shù)據(jù)包的 IP地址以及標頭，然后將所傳送的數(shù)據(jù)包置于 Frame Relay及 ATM 的虛擬電路上，并迅速將數(shù)據(jù)包傳送至終點的路由器，進而減少數(shù)據(jù)包的延遲，邵陽學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 同時由 Frame Relay 及 ATM 交換器所提供的 QoS(Quality of Service )對所傳送的數(shù)據(jù)包加以分級，因而網(wǎng)絡(luò)速度會更快，大幅度提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)品質(zhì)提供更多樣化的服務(wù)。 MPLS 的標簽結(jié)構(gòu) MPLS 即是多標志交換協(xié)議。標簽是 LSR用于轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報的定長頭，它的格式依賴于 OSI 體系結(jié)構(gòu)的鏈路層網(wǎng)絡(luò)的類型。在 ATM 中 FR 作為鏈路層時， IETF 建議直接采用 VPI/VCI 或 DLCI 作為標記。如 Ether， PPP 等一些沒有內(nèi)部標記結(jié)構(gòu)的鏈路層就在二、三層間加上規(guī)定格式的 32b 定長標記，具體如圖 所示。 其中： Label 長度為 20b，標簽值字段，它用于轉(zhuǎn)發(fā)的地址。 Exp 長度為 3b，此段保留，沒有明確規(guī)定，通常用于服務(wù)業(yè)務(wù)等級（ Class of Service, CoS）。 S長度為 1b，此段是堆棧標識符，用于標識 MPLS 標簽是否為最底層的標簽（值為1表示是）。 TTL 長度為 8b，此段表示生存周期，用于避免路由環(huán)路，每經(jīng)過一個路由器， TTL的值減 1（值為 0 即表示無論該數(shù)據(jù)包是否傳送到目的地，網(wǎng)絡(luò)都將其丟棄）。 標簽可以包含一個或多個標記條目。所有條目都由上述的 4 個字段組成，多個標記條目的有序集合就構(gòu)成了標記棧。在 MPLS VPN 網(wǎng)絡(luò)中，為了加快轉(zhuǎn)發(fā)速度，使用兩級 MPLS 標簽。第 1級標簽與到達一個出口 PE 路由器的路由關(guān)聯(lián)。第 2級標簽控制分組在出口 PE 路由器上的轉(zhuǎn)發(fā)。 MPLS 網(wǎng)絡(luò)工作原理 MPLS 的出現(xiàn)是源于早期的 IP交換，其目的是將各種 IP 路由和 ATM 交換技術(shù)兼容并蓄，以提供一種更具有彈性、擴充性以及效率更高的寬帶交換路由。與標記交換（ Tag Switching）、 ATM 交換技術(shù)等技術(shù)類似， MPLS 引入了標記（ Label）的概念，在 MPLS圖 MPLS 標簽結(jié)構(gòu)圖 0 20 23 24 31 標簽 EXP TTL S 32b 二層頭部 IP 頭部 MPLS 頭部 數(shù)據(jù) 邵陽學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 網(wǎng)中數(shù)據(jù)的傳輸靠標記引導(dǎo)。 MPLS 主要的作用是在無連接的 IP 協(xié)議平臺基礎(chǔ)上，建立面向連接的傳輸，能夠為擴展性、 VPN、 QoS 以及與 ATM 的互操作提供解決方案 [1]。如圖 所示為 MPLS 網(wǎng)絡(luò)工作原理示意圖，從圖中可見，一個 MPLS 網(wǎng) 絡(luò)的核心結(jié)構(gòu)組成為：標記邊緣交換路由器（ Label Edge Switch Router, LER）、標記交換路由器（ LSR）。通過標記分發(fā)協(xié)議 LDP,LER 和 LSR、 LSR和 LSR 之間完成標記信息的分發(fā)。網(wǎng)絡(luò)路由信息來自一些共同的路由協(xié)議，如開放式最短路徑優(yōu)先（ Open Shortest Path First, OSPF）、邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（ Boundary Gateway Protocol, BGP），根據(jù)路由信息決定如何完成交換路徑 LSP的建立。 當一個未被標記的分組（ IP 包、幀 中繼或 ATM 信元）到達 MPLS 標記邊緣路由器（ LER）時，入口 LER 根據(jù)輸入分組頭查找路由表以確定通向目的地的標記交換路徑LSP，把查找到的對應(yīng) LSP 的標記插入到分組頭中，完成端到端 IP 地址與 MPLS 標記的映射。每個 MPLS 節(jié)點的標記都放在一個所謂的標記信息庫（ LIB）中，這時需要用最短路徑優(yōu)先（ OSPF）、邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（ BGP）等傳統(tǒng)路由協(xié)議，而且采用 MPLS 的標記分發(fā)協(xié)議（ LDP）將其轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳的標記交換路由器 LSR。核心 LSR 接收到標記 IP 數(shù)據(jù)包后，將標記抽出并作為索引查找 LSR 中的標記轉(zhuǎn)發(fā)信息表， 如標記轉(zhuǎn)發(fā)信息表中有相應(yīng)的項，則將輸出標記添加到包頭，并替代了標記的 IP 數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一跳的輸入接口。這個以新標記取代舊標記的過程在 MPLS 中稱為標記互換，各個中間的路由器以相同的方法轉(zhuǎn)發(fā) IP 數(shù)據(jù)包，直到數(shù)據(jù)包到達離開 MPLS 域的標記邊緣路由器（ LER）。當 IP數(shù)據(jù)包從核心 LSR 到邊緣 LER 時，邊緣 LER 發(fā)現(xiàn)該 IP數(shù)據(jù)包的出口時一個非標記接口， MPLS 的出口標記路由器將完成標記與 IP 地址的映射，將 IP 數(shù)據(jù)包中的標記去掉后繼續(xù)進行基于第三層的 IP 轉(zhuǎn)發(fā)。 [1]MPLS 技術(shù)的真正優(yōu)勢在于它提供了控制和轉(zhuǎn)圖 MPLS 網(wǎng)絡(luò)原理示意圖 LSR In Out 3 6 LSR 3 分組 入口 LSR LDP 3 Out In … 6 In Out 6 8 IP路由處理 LDP LDP 8 分組 出口 LER In 8 Out … 邵陽學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 發(fā)的完全分 離。 圖 。假設(shè) San Jose 和 MAEEas 是標記邊緣交換路由器（ LER）， San Francisco， Washington 和 Dallas 是核心路由器（ LSR）。當IP 分組到達 San Jose 的路由器時， San Jose 的路由器根據(jù)分組的目的地址執(zhí)行第三層查找、在轉(zhuǎn)發(fā)表中進行最長匹配、選擇相應(yīng)的標志符重新封裝 IP 分組、加入標記，然后從指定的端口輸出數(shù)據(jù)分組，將分組轉(zhuǎn)發(fā)給舊金山（ San Francisco）的核心路由器。舊金山的路由器僅根據(jù)分組頭中的入口標記，在轉(zhuǎn)發(fā)表中以 這個標志符為精確索引找到相應(yīng)的輸出標記和端口信息，并將數(shù)據(jù)分組端口標記棧中標記彈出，將新的標記壓入標記棧，從而完成了分組的標記交換，然后從相應(yīng)輸出端口將分組轉(zhuǎn)發(fā)給華盛頓（ Washington）的路由器。華盛頓的路由器同樣執(zhí)行分組的標記交換過程后，從相應(yīng)輸出端口將分組轉(zhuǎn)發(fā)給 MAEEas 的路由器。當數(shù)據(jù)分組到達出口 MAEEas 的路由器時， MAEEas 的路由器先將標記從標記棧中彈出，恢復(fù)出沒有標記的 IP分組，然后按照普通的路由轉(zhuǎn)發(fā)機制對該數(shù)據(jù)分組進行相應(yīng)處理。 第四步：華盛頓的路由器 查找、交換標記，并將分組轉(zhuǎn)發(fā)給 MAEEas 的路由器 IP 分組 第一步： IP分組到達 San Jose 的路由器 IP分組 L1 第二步： San Jose 的路由器 執(zhí)行第三層查找、加入標記， 并將分組轉(zhuǎn)發(fā)給舊金山的路由器 邵陽學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 一個 MPLS 網(wǎng)可由多個支持 MPLS 的 MPLS 域組成，但 MPLS 域的劃分與路由域的劃分是互不相關(guān)的。在一個路由域內(nèi)可以同時包含 MPLS 節(jié)點和非 MPLS 節(jié)點，標記信息只在 MPLS 的相鄰節(jié)點間傳遞。在 MPLS 的兩個節(jié)點間若有非 MPLS 的節(jié)點（比如 ATM或幀中繼交換機）時，則用 PVC 或 PVP 將兩個節(jié)點接通。 實現(xiàn) MPLS 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù) MPLS 技術(shù)的成功之處在于它在無連接的 IP 網(wǎng)絡(luò)中引入了面向連接的機制，利用標記交換機制轉(zhuǎn)發(fā)分組。其核心思想就是：邊緣的路由、核心的交換。為此， MPLS 在實現(xiàn)過程中引入了許多關(guān)鍵技術(shù)和概念。 標記及其相關(guān)概念 標記（ Tag 或 Label）是簡短的、長度固定的具有本地意義的標識符，用以表征轉(zhuǎn)發(fā)等價類（ FEC）。它是 MPLS 網(wǎng)絡(luò)中的一項核心技術(shù)， MPLS 的許多優(yōu)點都直接或者間接的來于標記的使用。標記的處理可以用高速的 ASIC 芯片來完成，從而使得分組處理和排隊時延大大減少。 從最基本的角度講，標記可以看作是分組頭的縮寫或是用戶數(shù)據(jù)流標識的縮寫，邵陽學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 是用來作為路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的一個判別索引，在某種程度上與 ATM 中的 VPI/VCI 相似。標記之所以要維持固定 長度是在權(quán)衡了傳輸效率和交換性能之后確定的。雖然固定長度使傳輸效率略有下降，但以此換得了交換性能的很大提高。 標記的語義具有嚴格的本地（或局部）意義，即只在邏輯相鄰的節(jié)點間有意義，上游路由器的輸出標記就是下游路由器的輸入標記。準確地講，標記只是在上游路由器的發(fā)送端口和下游路由器的接收端口之間有意義，相同的標記值在不同的路由器之間有可能會有不同的意義。因而，不論 MPLS 技術(shù)應(yīng)用于整個網(wǎng)絡(luò)或局部網(wǎng)絡(luò)，任意兩個相鄰節(jié)點間的操作都與網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點無關(guān) [1]。同時，標記有時也隱含了一些附加的網(wǎng)絡(luò)信息，例如，在 LSP 建 立的環(huán)路避免方式中，如果轉(zhuǎn)發(fā) IP 分組的節(jié)點得到經(jīng)環(huán)路檢測后的標記，那么分組沿著標記指定的路徑轉(zhuǎn)發(fā)不會產(chǎn)生環(huán)路。 標記中有一個重要特性，就是轉(zhuǎn)發(fā)等價類（ FEC）。轉(zhuǎn)發(fā)等價類（ FEC）是一系列具有某些共性的數(shù)據(jù)流集合，這些數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)發(fā)的過程中被 LSR 以相同的方式進行處理，正是從轉(zhuǎn)發(fā)處理這個角度講這些數(shù)據(jù)“等價”。事實上，可以將 FEC 理解為一系列屬性的集合，這些屬性夠成了 FEC要素集合。一般來說 FEC要素主要包括：地址前綴（ Address Prefix）和主機地址（ Host address）。圖 所示為對 FEC概念的簡單圖例解釋。 與標記相關(guān)的概念主要有標記綁定、標記粒度、標記堆棧。標記綁定是將一個標記指派給 FEC。標記綁定是在入口路由器處進行，其過程大致為：當有一點屬性的數(shù)據(jù)流到達入口路由器之后，路由器檢查 IP 分組的包頭，根據(jù)此檢查所得到的信息，依據(jù)一定的對應(yīng)原則，將輸入的數(shù)據(jù)流進行劃分，得到多個 FEC；然后在入口路由器出圖 轉(zhuǎn)發(fā)等價類（ FEC）的示意圖 —— FEC=路由器將按不同的方式去處理分組 —— FEC 的提出使網(wǎng)絡(luò)具有了更大的適應(yīng)性和擴展力 —— 傳統(tǒng)的路由方法中，分組在每跳中都有一個 FEC（如第三層查找）， 但在 MPLS 中僅在網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)入口處給分組賦予一個 FEC IP1 IP2 IP1 L3 IP1 IP2 L3 IP2 IP1 L2 IP2 L2 IP1 L1 IP2 L1 LER LSR LSP LSR LER 分組去往的目的地不同，但可以映射到一條公共通路上 邵陽學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 根據(jù) FEC 進行映射操作；最后將分組沿標記所標識的出口轉(zhuǎn)發(fā)出去 [1]。 標記粒度的概念主要是用來反映 FEC 劃分的細致程度，同時也可以反映標記聚合的能力。如果 LSR 將 幾個輸入標記與某個 FEC 綁作定，那么用該 FEC 向下轉(zhuǎn)發(fā)分組時，最理想的情況是來自不同輸入端口但具有相同 FEC 映射的分組只使用一個輸出標記，這種操作成為“標記合并”。標記合并可以大大減少標記需求，提供網(wǎng)絡(luò)擴展性。 標記堆棧在 MPLS 中是一個主要的概念，它是指一系列有順序的標記條目。決定標記轉(zhuǎn)發(fā)的標記始終是位于堆棧頂端的標記，一般稱為“當前標記”。分組到達 MPLS 域時標記插入分組頭的操作稱為“標記人?！?；分組離開 MPLS 域時，原插入到分組頭上的標記將被刪除，此操作稱為“標記彈?！?。標記堆棧反映了通信網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu) 。位于不同層面的標記將決定分組在當前層面的轉(zhuǎn)發(fā)方向。 MPLS 封裝 為了將標記與分組一起轉(zhuǎn)發(fā)，要求在轉(zhuǎn)發(fā)之前對標記進行適當?shù)木幋a和封裝。所謂封裝，是指對標記或標記堆棧及其用于標記交換的附加信息進行編碼，使之可以附加在分組上進行傳送。被附上標記的分組稱之為標記分組。標記分組轉(zhuǎn)發(fā)可以利用多種信息，不但包括標記或標記棧本身多包含的路由信息，而且還可能用其他附加信息，如生存時間域（ TTL）中的信息。這些信息有時利用 MPLS 的專用信頭進行