【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(biāo)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(shí)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(biāo)志交換（ Label Switching） ,網(wǎng)絡(luò)路由只需判別標(biāo)志后即可進(jìn)行轉(zhuǎn)送處理。 MPLS 運(yùn)作的原理是提供每個(gè) IP 數(shù)據(jù)包一個(gè)標(biāo)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(biāo)志，無須讀取數(shù)據(jù)包的 IP地址以及標(biāo)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(diǎn)的路由器，進(jìn)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(jì)（論文） 10 同時(shí)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(huì)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(biāo)簽結(jié)構(gòu) MPLS 即是多標(biāo)志交換協(xié)議。標(biāo)簽是 LSR用于轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)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(shí)， IETF 建議直接采用 VPI/VCI 或 DLCI 作為標(biāo)記。如 Ether， PPP 等一些沒有內(nèi)部標(biāo)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(biāo)記，具體如圖 所示。 其中： Label 長度為 20b，標(biāo)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(biāo)識(shí)符，用于標(biāo)識(shí) MPLS 標(biāo)簽是否為最底層的標(biāo)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(gè)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(biāo)簽可以包含一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記條目。所有條目都由上述的 4 個(gè)字段組成，多個(gè)標(biāo)記條目的有序集合就構(gòu)成了標(biāo)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(biāo)簽。第 1級標(biāo)簽與到達(dá)一個(gè)出口 PE 路由器的路由關(guān)聯(lián)。第 2級標(biāo)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(kuò)充性以及效率更高的寬帶交換路由。與標(biāo)記交換（ Tag Switching）、 ATM 交換技術(shù)等技術(shù)類似， MPLS 引入了標(biāo)記（ Label）的概念，在 MPLS圖 MPLS 標(biāo)簽結(jié)構(gòu)圖 0 20 23 24 31 標(biāo)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(jì)（論文） 11 網(wǎng)中數(shù)據(jù)的傳輸靠標(biāo)記引導(dǎo)。 MPLS 主要的作用是在無連接的 IP 協(xié)議平臺(tái)基礎(chǔ)上，建立面向連接的傳輸，能夠?yàn)閿U(kuò)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(gè) MPLS 網(wǎng) 絡(luò)的核心結(jié)構(gòu)組成為：標(biāo)記邊緣交換路由器（ Label Edge Switch Router, LER）、標(biāo)記交換路由器（ LSR）。通過標(biāo)記分發(fā)協(xié)議 LDP,LER 和 LSR、 LSR和 LSR 之間完成標(biāo)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(dāng)一個(gè)未被標(biāo)記的分組（ IP 包、幀 中繼或 ATM 信元）到達(dá) MPLS 標(biāo)記邊緣路由器（ LER）時(shí)，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(biāo)記交換路徑LSP，把查找到的對應(yīng) LSP 的標(biāo)記插入到分組頭中，完成端到端 IP 地址與 MPLS 標(biāo)記的映射。每個(gè) MPLS 節(jié)點(diǎn)的標(biāo)記都放在一個(gè)所謂的標(biāo)記信息庫（ LIB）中，這時(shí)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(biāo)記分發(fā)協(xié)議（ LDP）將其轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳的標(biāo)記交換路由器 LSR。核心 LSR 接收到標(biāo)記 IP 數(shù)據(jù)包后，將標(biāo)記抽出并作為索引查找 LSR 中的標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)信息表， 如標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)信息表中有相應(yīng)的項(xiàng)，則將輸出標(biāo)記添加到包頭，并替代了標(biāo)記的 IP 數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一跳的輸入接口。這個(gè)以新標(biāo)記取代舊標(biāo)記的過程在 MPLS 中稱為標(biāo)記互換，各個(gè)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(dá)離開 MPLS 域的標(biāo)記邊緣路由器（ LER）。當(dāng) IP數(shù)據(jù)包從核心 LSR 到邊緣 LER 時(shí)，邊緣 LER 發(fā)現(xiàn)該 IP數(shù)據(jù)包的出口時(shí)一個(gè)非標(biāo)記接口， MPLS 的出口標(biāo)記路由器將完成標(biāo)記與 IP 地址的映射，將 IP 數(shù)據(jù)包中的標(biāo)記去掉后繼續(xù)進(jìn)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(jì)（論文） 12 發(fā)的完全分 離。 圖 。假設(shè) San Jose 和 MAEEas 是標(biāo)記邊緣交換路由器（ LER）， San Francisco， Washington 和 Dallas 是核心路由器（ LSR）。當(dāng)IP 分組到達(dá) San Jose 的路由器時(shí)， 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(jìn)行最長匹配、選擇相應(yīng)的標(biāo)志符重新封裝 IP 分組、加入標(biāo)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(biāo)記，在轉(zhuǎn)發(fā)表中以 這個(gè)標(biāo)志符為精確索引找到相應(yīng)的輸出標(biāo)記和端口信息，并將數(shù)據(jù)分組端口標(biāo)記棧中標(biāo)記彈出，將新的標(biāo)記壓入標(biāo)記棧，從而完成了分組的標(biāo)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(biāo)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(dāng)數(shù)據(jù)分組到達(dá)出口 MAEEas 的路由器時(shí)， MAEEas 的路由器先將標(biāo)記從標(biāo)記棧中彈出，恢復(fù)出沒有標(biāo)記的 IP分組，然后按照普通的路由轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制對該數(shù)據(jù)分組進(jìn)行相應(yīng)處理。 第四步：華盛頓的路由器 查找、交換標(biāo)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(dá) 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(biāo)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(jì)（論文） 13 一個(gè) MPLS 網(wǎng)可由多個(gè)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(gè)路由域內(nèi)可以同時(shí)包含 MPLS 節(jié)點(diǎn)和非 MPLS 節(jié)點(diǎn)，標(biāo)記信息只在 MPLS 的相鄰節(jié)點(diǎn)間傳遞。在 MPLS 的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間若有非 MPLS 的節(jié)點(diǎn)（比如 ATM或幀中繼交換機(jī)）時(shí)，則用 PVC 或 PVP 將兩個(gè)節(jié)點(diǎn)接通。 實(shí)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(jī)制，利用標(biāo)記交換機(jī)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(shí)現(xiàn)過程中引入了許多關(guān)鍵技術(shù)和概念。 標(biāo)記及其相關(guān)概念 標(biāo)記（ Tag 或 Label）是簡短的、長度固定的具有本地意義的標(biāo)識(shí)符，用以表征轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類（ FEC）。它是 MPLS 網(wǎng)絡(luò)中的一項(xiàng)核心技術(shù)， MPLS 的許多優(yōu)點(diǎn)都直接或者間接的來于標(biāo)記的使用。標(biāo)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(duì)時(shí)延大大減少。 從最基本的角度講，標(biāo)記可以看作是分組頭的縮寫或是用戶數(shù)據(jù)流標(biāo)識(shí)的縮寫，邵陽學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 是用來作為路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的一個(gè)判別索引，在某種程度上與 ATM 中的 VPI/VCI 相似。標(biāo)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(biāo)記的語義具有嚴(yán)格的本地（或局部）意義，即只在邏輯相鄰的節(jié)點(diǎn)間有意義，上游路由器的輸出標(biāo)記就是下游路由器的輸入標(biāo)記。準(zhǔn)確地講，標(biāo)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(biāo)記值在不同的路由器之間有可能會(huì)有不同的意義。因而，不論 MPLS 技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或局部網(wǎng)絡(luò)，任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間的操作都與網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點(diǎn)無關(guān) [1]。同時(shí)，標(biāo)記有時(shí)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(diǎn)得到經(jīng)環(huán)路檢測后的標(biāo)記，那么分組沿著標(biāo)記指定的路徑轉(zhuǎn)發(fā)不會(huì)產(chǎn)生環(huán)路。 標(biāo)記中有一個(gè)重要特性，就是轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類（ FEC）。轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)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(jìn)行處理，正是從轉(zhuǎn)發(fā)處理這個(gè)角度講這些數(shù)據(jù)“等價(jià)”。事實(shí)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(jī)地址（ Host address）。圖 所示為對 FEC概念的簡單圖例解釋。 與標(biāo)記相關(guān)的概念主要有標(biāo)記綁定、標(biāo)記粒度、標(biāo)記堆棧。標(biāo)記綁定是將一個(gè)標(biāo)記指派給 FEC。標(biāo)記綁定是在入口路由器處進(jìn)行，其過程大致為：當(dāng)有一點(diǎn)屬性的數(shù)據(jù)流到達(dá)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(jìn)行劃分，得到多個(gè) FEC；然后在入口路由器出圖 轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)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(kuò)展力 —— 傳統(tǒng)的路由方法中，分組在每跳中都有一個(gè) 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(gè) 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(jì)（論文） 15 根據(jù) FEC 進(jìn)行映射操作；最后將分組沿標(biāo)記所標(biāo)識(shí)的出口轉(zhuǎn)發(fā)出去 [1]。 標(biāo)記粒度的概念主要是用來反映 FEC 劃分的細(xì)致程度，同時(shí)也可以反映標(biāo)記聚合的能力。如果 LSR 將 幾個(gè)輸入標(biāo)記與某個(gè) FEC 綁作定，那么用該 FEC 向下轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)，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(gè)輸出標(biāo)記，這種操作成為“標(biāo)記合并”。標(biāo)記合并可以大大減少標(biāo)記需求，提供網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性。 標(biāo)記堆棧在 MPLS 中是一個(gè)主要的概念，它是指一系列有順序的標(biāo)記條目。決定標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)的標(biāo)記始終是位于堆棧頂端的標(biāo)記，一般稱為“當(dāng)前標(biāo)記”。分組到達(dá) MPLS 域時(shí)標(biāo)記插入分組頭的操作稱為“標(biāo)記人?！?；分組離開 MPLS 域時(shí)，原插入到分組頭上的標(biāo)記將被刪除，此操作稱為“標(biāo)記彈?！薄?biāo)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(biāo)記將決定分組在當(dāng)前層面的轉(zhuǎn)發(fā)方向。 MPLS 封裝 為了將標(biāo)記與分組一起轉(zhuǎn)發(fā)，要求在轉(zhuǎn)發(fā)之前對標(biāo)記進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幋a和封裝。所謂封裝，是指對標(biāo)記或標(biāo)記堆棧及其用于標(biāo)記交換的附加信息進(jìn)行編碼，使之可以附加在分組上進(jìn)行傳送。被附上標(biāo)記的分組稱之為標(biāo)記分組。標(biāo)記分組轉(zhuǎn)發(fā)可以利用多種信息，不但包括標(biāo)記或標(biāo)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(shí)間域（ TTL）中的信息。這些信息有時(shí)利用 MPLS 的專用信頭進(jìn)行