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正文內(nèi)容

ptn技術(shù)專題_mpls介紹及mpls原理(編輯修改稿)

2024-11-19 08:25 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 們在這里抽象化的 標(biāo)記 : L L2 是如何和 IP 報(bào)文一起傳輸?shù)摹? 標(biāo)記 、 標(biāo)記 棧與 標(biāo)記 棧 編碼 標(biāo)記 在 MPLS 體系結(jié)構(gòu)中處于核心地位。在 標(biāo)記 的指示下, LSR 以交換的方式讓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)工作盡量只發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)層以下, 從而提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率。所以 MPLS 能夠在多大程度上簡潔的提供通常在網(wǎng)絡(luò)層完成的工作事實(shí)上決定了 MPLS 的生命力。原因很明顯:如果在數(shù)據(jù)交換過程中,為了實(shí)現(xiàn)一些基本的功能 ,數(shù)據(jù)包還必須被傳遞到網(wǎng)絡(luò)層去處理,那么 MPLS 的轉(zhuǎn)發(fā)效率優(yōu)勢將不復(fù)存在 。 這一點(diǎn)事實(shí)上決定了除了 標(biāo)記 以外,其他 應(yīng)該被編碼進(jìn)數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)。 網(wǎng)絡(luò)層有 兩個(gè)工作是至關(guān)重要的:一個(gè)是為了控制報(bào)文傳輸范圍的 TTL 遞減工作, 實(shí)際上 IP 報(bào)文中 TTL 這個(gè)域應(yīng)用的廣泛程度是驚人的:許多應(yīng)用(例如: RIP 路由協(xié)議)利用它來防止環(huán)路、許多應(yīng)用(例如:組播)利用它來限制報(bào)文傳輸范圍、廣泛的被使用于網(wǎng)絡(luò)測試( Tracert),甚至一些黑客程序利用報(bào)文初始 TTL 來確定操作系統(tǒng)。結(jié)論很清楚:當(dāng)一個(gè)帶 標(biāo)記 的報(bào)文在傳輸時(shí), 它必須同時(shí)編碼一個(gè) TTL 域。 另一個(gè)是報(bào)文分類工作。 在 IP 報(bào)文中, DSCP( Differentiated Services Coding Point)域被專門用于報(bào)文分類工作,報(bào)文分類工作是實(shí)現(xiàn) QoS 的基本組件 。 QoS 的重要作用對(duì)于大型網(wǎng)絡(luò)的重要性是不言而喻的。所以,當(dāng)一個(gè)帶 標(biāo)記 的報(bào)文在傳輸時(shí), MPLS 設(shè)計(jì)者最終認(rèn)為需要一個(gè)域來標(biāo)識(shí)報(bào)文的類別是值得的。 8 為了安全、互連私有網(wǎng)絡(luò)、互連不同協(xié)議或是顯式指定某個(gè)數(shù)據(jù)包的路由方法,在網(wǎng)絡(luò)層領(lǐng)域,隧道技術(shù)被廣泛應(yīng)用。從本質(zhì)上來講,各種( L2TP、 GRE、 IPSEC Tunnel 模式等)隧道都是用一個(gè)公開的或是可行的網(wǎng)絡(luò)層頭部封裝一個(gè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)包,完成這個(gè) 內(nèi)部的 包在特定網(wǎng)絡(luò)上的傳輸,這樣做的主要原因可能是內(nèi)部數(shù)據(jù)包不愿或是不能夠在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上傳輸。為了支持類似的應(yīng)用需求, MPLS 也支持 標(biāo)記 的層次結(jié)構(gòu),即一個(gè)數(shù)據(jù)包可能包含多個(gè)標(biāo)記 。這多個(gè) 標(biāo)記 被組織成一個(gè)先進(jìn)后出的棧結(jié)構(gòu),所以這些 標(biāo)記 被稱為 標(biāo)記 棧。 相應(yīng)的,最先入棧的 標(biāo)記 被稱為棧底 標(biāo)記 ,最新入棧的 標(biāo)記 被稱為棧頂 標(biāo)記 。 但是, 標(biāo)記 的棧式結(jié)構(gòu)對(duì)于 LSR 的轉(zhuǎn)發(fā)部件是透明的,所有的轉(zhuǎn)發(fā)決定必須而且只能基于棧頂 標(biāo)記 。 一個(gè)數(shù)據(jù)包中包含的 MPLS 標(biāo)記 的主要作用在于指示接受到這個(gè)數(shù)據(jù)包的 LSR 如何轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)數(shù)據(jù)包。 但是必須注意的是, MPLS 并沒有被設(shè)計(jì)成網(wǎng)絡(luò)層的替代協(xié)議, MPLS 要做的只是利用網(wǎng)絡(luò)層提供的和其他控制部件所提供的控制信息,實(shí)現(xiàn)高效的并且靈活的轉(zhuǎn)發(fā)同樣的 MPLS 也不會(huì)代替鏈路層的工作。所以 標(biāo)記 棧 在數(shù)據(jù)報(bào)的封裝位置應(yīng)該是鏈路層之后,網(wǎng)絡(luò)層之前。 MPLS 標(biāo)記 的 在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中所起的 作用和 ATM 的 VPI/VCI 或是幀中繼的 DLCI 是類似的。 所以,就可以使用這些 鏈路層數(shù)據(jù)封裝中的這些 域來封裝 MPLS 標(biāo)記 。但是,不是所有的鏈路層都提供這種交換的機(jī)制,比如說 PPP 或是以太網(wǎng),所以必須定義一個(gè)獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層封裝的 MPLS 頭部。 我們 現(xiàn)在描述一種被稱 為通用 標(biāo)記 封裝方法 的封裝方法 ,這種方法可以用于 任何 鏈路層。 它定義了一個(gè)獨(dú)立于鏈路層的被稱為 MPLS 薄層的 MPLS 封裝, 可以封裝多個(gè) 標(biāo)記 ,每個(gè) 標(biāo)記 包括 20 位的 MPLS 標(biāo)記 、 3 位的實(shí)驗(yàn)域( EXP)、 1 位棧頂 標(biāo)記 和 8 位 TTL 域 。 具體結(jié)構(gòu)如下圖所示: 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7鏈路層頭部 MPLS 薄層 網(wǎng)絡(luò)層頭部 數(shù)據(jù)20位標(biāo)簽 EXP S TTL 圖表 15 這里 標(biāo)記 域中所承載的就是我們在 里一直討論的 L L2 這些用于指示轉(zhuǎn)發(fā) 行為的 標(biāo)記 。 標(biāo)記 的數(shù)值范圍為: 02^20, 0、 3 這四個(gè) 標(biāo)記 有特殊含義, 415 保留。 標(biāo)記 值為 0 的 標(biāo)記 叫做 IP V4 顯式空 標(biāo)記 , 這個(gè) 標(biāo)記 只能出現(xiàn)在棧底, 這個(gè) 標(biāo)記 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)作只能是 刪除 標(biāo)記 棧并且這個(gè)數(shù)據(jù)包將會(huì)被送給 IP V4 模塊處理并轉(zhuǎn)發(fā)。 標(biāo)記 值為 2的 標(biāo)記 叫做 IP V6 顯式空 標(biāo)記 ,其 語法和語義 和 IP V4 顯式空 標(biāo)記 是類似的。 標(biāo)記 值為 3 的 標(biāo)記 叫做隱式空 標(biāo)記 。當(dāng)一個(gè) LSR 要給一個(gè)數(shù)據(jù)包換上一個(gè)新的 標(biāo)記 時(shí),如果被換上的 標(biāo)記 是這個(gè) 標(biāo)記 ,那么 LSR 就不會(huì)執(zhí)行 標(biāo)記 交換操作,相反的, LSR 會(huì)在數(shù)據(jù)包中的 標(biāo)記 棧上執(zhí)行一個(gè) POP 操作。所以 這個(gè) 標(biāo)記 值不會(huì)出現(xiàn)在報(bào)文封裝中 ,只會(huì)用在標(biāo)記 分發(fā)協(xié)議中 。 標(biāo)記 值為 1 的 標(biāo)記 叫做路由器提醒( Router Alert) 標(biāo)記 ,其作用類似于 IP 的路由器提醒選項(xiàng)( Router Alert Option),用于提醒沿途的 LSR 在轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)數(shù)據(jù)包之前應(yīng)該仔細(xì)檢查這個(gè)數(shù)據(jù)包,可以用在諸如 RSVP Path 消息等 消息 報(bào)文需要沿途路由器而不僅僅是 目的主機(jī) 處理 的 應(yīng)用中。 EXP 域(實(shí)驗(yàn)域)原先設(shè)計(jì)目的是用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,目前主要用于?bào)文分類。起 著和 IP報(bào)文中 DSCP 類似的作用,可以用于編碼不同的 PHB( Perhop Behavior:逐跳行為)。 9 S 比特叫做棧底標(biāo)識(shí)( Bottom Of Stack)的作用是指示當(dāng)前這個(gè) 標(biāo)記 是否是棧底 標(biāo)記 。 TTL 域編碼 8 位 TTL 值,其基本作用是防止環(huán)路和限制報(bào)文傳輸范圍。 通常 對(duì)于 TTL的處理過程是:在 MPLS 網(wǎng)絡(luò)入口路由器上,當(dāng)接收到一個(gè) IP 報(bào)文后,首先將其 IP TTL 減1,當(dāng)它被發(fā)送之前, IP TTL 應(yīng)該被拷貝到 MPLS 頂層 標(biāo)記 中;在中間 LSR 上當(dāng)它收到一個(gè)帶 標(biāo)記 的報(bào)文時(shí),首先將報(bào)文頂層 標(biāo)記 中的 TTL減 1,然 后做 標(biāo)記 交換操作并發(fā)送出去,這里的交換只交換 標(biāo)記 棧結(jié)構(gòu)頂層 標(biāo)記 封裝中的 20 比特 標(biāo)記 值;在出口 LSR 上,當(dāng)它收到一個(gè)帶 標(biāo)記 報(bào)文以后,首先會(huì)對(duì) MPLS TTL 做減 1 操作,然后做 標(biāo)記 彈出操作,然后將 MPLS TTL 拷貝到報(bào)文的 IP TTL 域,并將其送給網(wǎng)絡(luò)層發(fā)出。請(qǐng)注意,我們這里的假設(shè)是一層 標(biāo)記 棧,對(duì)于多層 標(biāo)記 棧的操作是類似的,我們把這個(gè)問題留到 習(xí)題 里去。 對(duì)于在 ATM、幀中繼網(wǎng)絡(luò)上 標(biāo)記 的封裝一般原則是:頂層(或最上兩層) 標(biāo)記 封裝在鏈路層的 VPI /VCI 或 DLCI 域中,而 標(biāo)記 棧的其余 標(biāo)記 則用我們上面描述的通用 標(biāo)記 封裝方法封裝。 我們這里討論的是 標(biāo)記 隨數(shù)據(jù)報(bào)文一起發(fā)送時(shí)的封裝形式,在下一部分要討論的 標(biāo)記 分發(fā)協(xié)議的報(bào)文中, 標(biāo)記 封裝自然只包含 20 位 標(biāo)記 值。 . 標(biāo)記 分 發(fā)協(xié)議 標(biāo)記分發(fā)協(xié)議概述 RT1 RT2NLSRBLSRA LSRCE1:E1::E1:E0:E0:E0::loopback:loopback:MPLS 域 圖表 16 我們在前面討論了一個(gè) LSR 如何依據(jù)輸入報(bào)文的頂層 標(biāo)記 (或網(wǎng)絡(luò)層地址)以及 ILM(或 FTN)來確定對(duì)于一個(gè)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)行為(即得 到 NHLFE) , 本節(jié)以及下一節(jié)將 以上圖為例討論 ILM、 FTN 和 NHLFE 這些控制信息是如何形成的。 我們 將 把討論限制于一個(gè)特定的 FEC:所有目的 地址屬于 網(wǎng)絡(luò) 。對(duì)于這個(gè) FEC,我們下面描述一種可能的 各 LSR 上標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)信息生成過程。 當(dāng) LSRB 上路由協(xié)議收斂以后,即它發(fā)現(xiàn) , 它就向上游LSR 發(fā)布一個(gè) FCELabel 映射 (以后我們將簡稱 標(biāo)記映射 ) : , 17, 10 其語義是:“當(dāng)你發(fā)給我的報(bào)文頂層 標(biāo)記 是 17時(shí),我將對(duì)其采取 FEC 的轉(zhuǎn)發(fā)行為”。當(dāng)然,這里的上游 LSR 只會(huì)是 LSRA,而不會(huì)包含 LSRC,因?yàn)?LSRB從路由協(xié)議知道 FEC , 因而 LSRC不應(yīng)該將屬于 FEC 。 當(dāng) LSRA 從 E1 口 收到 , 17這個(gè) 映射 以后,它就可以建立自己的FTN 映射表了: FEC NHLFE 下一跳 發(fā)送接口 標(biāo)記 操作 其他 … 圖表 17 LSRA 上的 FTN 映射 同樣的 LSRC 也會(huì)給 LSRB 發(fā)送這樣的 標(biāo)記映射 : , 3,由于標(biāo)記 3 具備 倒數(shù)第二跳彈出 的特殊含義,所以對(duì) LSRB 而言,這個(gè) 映射 的語義是:對(duì)于屬于 ,應(yīng)該對(duì)原有標(biāo)記棧執(zhí)行 POP 操作(而不是將原有標(biāo)記棧頂層標(biāo)記交換為 3)。由于 LSRB 曾經(jīng)發(fā)布過關(guān)于 ,因而現(xiàn)在 LSRB 就可以把這些信息組合起來形成一張 ILM 表了: 入標(biāo)記 NHLFE 下一跳 發(fā)送接口 出標(biāo)記 其他 17 LSRC E1 3 … 圖表 18 LSRB 上的 ILM 當(dāng)然,對(duì)于 LSRC 而言,由于使用了倒數(shù)第二跳彈出技術(shù),所以也就無需為。注意,由于考慮了倒數(shù)第二跳彈出,所以這里的幾個(gè)表格和 中的表格并不完全一樣。 從以上過程可以看出,標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)控制信息形成的關(guān)鍵就是 在標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)的上下游 LSR 之間 標(biāo)記映射 信息的 傳遞:本質(zhì)上就是下游 LSR 將特定標(biāo)記和特定 FEC 的 映射 通知給 上游LSR,這個(gè) 標(biāo)記映射 傳遞過程被稱為標(biāo)記分發(fā) 。 當(dāng)然,正如前面所述,這里描述的標(biāo)記分發(fā)方式只是兩種可能的方式之一,上面描述的這種方式被稱為下游自主 ( DU: Downstream Unsolicited) 方式,其含義是指下游自主決定是否給上游分發(fā) 標(biāo)記映射 ,而無需上游顯式請(qǐng)求。另外一種方式 叫做下游按需分配( DOD:Downstream on Demand)方式,這種方式下游只有在上游顯式提出對(duì)于某個(gè) FEC 的標(biāo)記請(qǐng)求才會(huì)向上游分發(fā)和這個(gè) FEC 相關(guān)的 標(biāo)記映 射 。 從全局觀點(diǎn)來看,對(duì)于特定的 FEC,各獨(dú)立 上游 LSR、下游 LSR對(duì)于這個(gè) FEC 的在他們之間鏈路上和某個(gè)標(biāo)記的 映射 最終形成了一條 LSP。如在 圖表 16 中,對(duì)于 11 這個(gè) FEC,最終形成了 LSRA, LSRB, LSRC這樣一條 LSP。在我們上面所說明的過程 所描述的 LSP 控制方法也是兩種可選方法之一:獨(dú)立 LSP 控制方法。所謂,獨(dú)立的 LSP 控制方式是指一個(gè) LSR 在向上游分發(fā)和特定 FEC 相關(guān)的 標(biāo)記映射 之前, 無需 確保自己已經(jīng)獲得下游關(guān)于 這個(gè) FEC 的 標(biāo)記映射 。我們可以看到 圖表 16 中的 LSRB 正是這樣做的:當(dāng)它分發(fā) 標(biāo)記映射 , 17給 LSRA 時(shí),它還沒有從 LSRC 得到關(guān)于 射 。 另外一種 LSP 控制方式被稱為有序方式,這種方式下,一個(gè) LSR 在向上游分發(fā)和特定FEC 相關(guān)的 標(biāo)記映射 之前,必須確保自己已經(jīng)獲得下游關(guān)于這個(gè) FEC 的 標(biāo)記映射 (除非這個(gè) LSR 本身就是對(duì)于這個(gè) FEC 的出口路由器)。 對(duì)于特定 FEC 的 LSP, MPLS 標(biāo)記 轉(zhuǎn)發(fā)的路由可以使用 路由協(xié)議形成的逐跳路由,也可以不使用即使用某種顯式路由機(jī)制。對(duì)于前者我們稱這條 LSP 是逐跳路由的 LSP,后者則被稱為顯式路由的 LSP。截至目前為止,我們討論 的都是前者,后者在流量工程中有很重要的應(yīng)用。 獨(dú)立的 LSP 控制方式和有序的 LSP 控制方法各有不同的應(yīng)用場合,前者多用于 控制逐跳路由的 LSP,后者多用于控制顯式路由的 LSP。經(jīng)管這兩種 LSP 控制方式可以和任意的標(biāo)記分發(fā)方式配合工作,但是下游自主的標(biāo)記分發(fā)方式常和前者配合工作,以達(dá)到和路由協(xié)議同時(shí)快速收斂的目的;相應(yīng)的,下游按需的標(biāo)記分發(fā)方式常和有序的 LSP 控制方式配合使用,可以方便的實(shí)施顯式路由。 具體 在相鄰 LSR 之間進(jìn)行標(biāo)記分發(fā)工作的是標(biāo)記分發(fā)協(xié)議, 目前 可以用于 標(biāo)記分發(fā)協(xié)議 的有 : LDP( Label Distribution Protocol) 、 CRLDP( Constraintbased LDP) 、 RSVPTE( Extensions to Resource Reservation Protocol)、 BGP 等 。 下一節(jié)將介紹 LDP 協(xié)議,在以后的章節(jié)中將會(huì)介紹其他的協(xié)議。 LDP 正如前一節(jié)所述, LDP( Label Distribution Protocol)是一種用于在一對(duì)標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)上下游LSR 之間分發(fā) FECLabel 映射 信息的協(xié)議。這對(duì)標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)上下游路由器互相被稱為標(biāo)記分發(fā)對(duì)等體。盡管圖表 16 中所示網(wǎng)絡(luò)中,標(biāo)記分發(fā)對(duì)等體之間都是直接相連的,但是這并不意味著標(biāo)記分發(fā)對(duì)等體必須直接相連,我們會(huì)在下一章介紹這個(gè)方面的應(yīng)用。 LDP 以消息的形式在對(duì)等體之間分發(fā)、維護(hù)標(biāo)記映射信息,為了保證標(biāo)記分發(fā)的可靠性, LDP 使用 TCP 的傳輸服務(wù)??傮w上,所有 LDP 消息可以分為四類: 發(fā)現(xiàn)消息:用于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的 LDP 相鄰體 會(huì)話消息:用于建立、維護(hù)和中止 LDP 對(duì)等體之間的會(huì) 話 分發(fā)消息:用于創(chuàng)建、改變以及刪除和 FEC 相關(guān)的標(biāo)記映射
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