【文章內(nèi)容簡介】 個方面[[]桂兵祥, 姚微微, 呂國斌. MPLS 技術(shù)及應用. 現(xiàn)代計算機, 2002(2):11~14]：流量工程[[]李莉 , 盧勇 . MPLS 自適應流量工程系統(tǒng)的實現(xiàn) . 計算機工程與應用 ,2004(4):170~173]；服務等級（CoS）；服務質(zhì)量（QoS）；虛擬專用網(wǎng)（VPN）[[]許明. 骨干網(wǎng)中 MPLS 技術(shù)應用研究[D].,2004.]。 MPLS基本概念1. 轉(zhuǎn)發(fā)等價類FEC（Forwarding Equivalence Class，轉(zhuǎn)發(fā)等價類）是MPLS中的一個重要概念。MPLS是一種分類轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，它將具有相同特征（目的地相同或具有相同服務等級等）的報文歸為一類，稱為FEC。屬于相同F(xiàn)EC的報文在MPLS網(wǎng)絡(luò)中將獲得完全相同的處理。2. 標簽標簽是一個長度固定、只具有本地意義的標識符，用于唯一標識一個報文所屬的FEC。一個標簽只能代表一個FEC。圖2. 1 標簽的封裝結(jié)構(gòu)，標簽封裝在鏈路層報頭和網(wǎng)絡(luò)層報頭之間的一個墊層中。標簽長度為4個字節(jié)，由以下四個字段組成：Label：標簽值，長度為20bits，用來標識一個FEC。Exp：3bits，保留，協(xié)議中沒有明確規(guī)定，通常用作服務等級。S：1bit，MPLS支持多重標簽。值為1時表示為最底層標簽。TTL：8bits，和IP報文中的TTL意義相同，可以用來防止環(huán)路。3. 標簽交換路由器LSR（Label Switching Router，標簽交換路由器）是具有標簽分發(fā)能力和標簽交換能力的設(shè)備，是MPLS網(wǎng)絡(luò)中的基本元素。4. 標簽邊緣路由器位于MPLS網(wǎng)絡(luò)邊緣、連接其他網(wǎng)絡(luò)的LSR稱為LER（Label Edge Router，標簽邊緣路由器）。5. 標簽交換路徑屬于同一個FEC的報文在MPLS網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過的路徑稱為LSP（Label Switched Path，標簽交換路徑）。LSP是從MPLS網(wǎng)絡(luò)的入口到出口的一條單向路徑。在一條LSP上，沿數(shù)據(jù)傳送的方向，相鄰的LSR分別稱為上游LSR和下游LSR。，LSR B為LSR A的下游LSR，相應的，LSR A為LSR B的上游LSR。圖2. 2 標簽交換路徑6. 標簽轉(zhuǎn)發(fā)表與IP網(wǎng)絡(luò)中的FIB（Forwarding Information Base，轉(zhuǎn)發(fā)信息表）類似，在MPLS網(wǎng)絡(luò)中，報文通過查找標簽轉(zhuǎn)發(fā)表確定轉(zhuǎn)發(fā)路徑。7. 控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面MPLS節(jié)點由兩部分組成：控制平面（Control Plane）：負責標簽的分配、路由的選擇、標簽轉(zhuǎn)發(fā)表的建立、標簽交換路徑的建立、拆除等工作；轉(zhuǎn)發(fā)平面（Forwarding Plane）：依據(jù)標簽轉(zhuǎn)發(fā)表對收到的分組進行轉(zhuǎn)發(fā)。 MPLS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖2. 3 MPLS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，MPLS網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成單元是LSR，由LSR構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)稱為MPLS域[[] Badran, . Service provider networking infrastructures with MPLS. Computers and Communications, 2001. Proceedings. Sixth IEEE Symposium on, 35 July 2001, 312~318]。MPLS網(wǎng)絡(luò)包括以下幾個組成部分：1. 入節(jié)點Ingress：報文的入口LER，負責為進入MPLS域的報文添加標簽。2. 中間節(jié)點Transit：MPLS域內(nèi)部的LSR，根據(jù)標簽沿著由一系列LSR構(gòu)成的LSP將報文傳送給出口LER。3. 出節(jié)點Egress：報文的出口LER，負責剝離報文中的標簽，并轉(zhuǎn)發(fā)給目的網(wǎng)絡(luò)。Transit根據(jù)報文上附加的標簽進行MPLS轉(zhuǎn)發(fā)，Ingress和Egress負責MPLS與IP技術(shù)的轉(zhuǎn)換。 LSP建立與標簽的發(fā)布和管理 LSP建立LSP的建立過程實際就是將FEC和標簽進行綁定，并將這種綁定通告相鄰LSR，以便在LSR上建立標簽轉(zhuǎn)發(fā)表的過程。LSP既可以通過手工配置的方式靜態(tài)建立，也可以利用標簽分發(fā)協(xié)議動態(tài)建立。1. 手工配置的方式靜態(tài)建立LSP建立靜態(tài)LSP需要用戶在報文轉(zhuǎn)發(fā)路徑中的各個LSR上手工配置為FEC分配的標簽。建立靜態(tài)LSP消耗的資源比較少，但靜態(tài)建立的LSP不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲變化動態(tài)調(diào)整。因此，靜態(tài)LSP適用于拓撲結(jié)構(gòu)簡單并且穩(wěn)定的小型網(wǎng)絡(luò)。2. 利用標簽發(fā)布協(xié)議動態(tài)建立LSP標簽發(fā)布協(xié)議是MPLS的信令協(xié)議，負責劃分FEC、發(fā)布標簽、建立維護LSP等。標簽發(fā)布協(xié)議的種類較多，有專為標簽發(fā)布而制定的協(xié)議，如LDP（Label Distribution Protocol，標簽分發(fā)協(xié)議），也有擴展后支持標簽發(fā)布的協(xié)議，如BGP、RSVPTE。本文只介紹LDP協(xié)議。下游LSR根據(jù)目的地址劃分FEC，為特定FEC分配標簽，并將標簽和FEC的綁定關(guān)系通告給上游LSR；上游LSR根據(jù)該綁定關(guān)系建立標簽轉(zhuǎn)發(fā)表項。報文傳輸路徑上的所有LSR都為該FEC建立對應的標簽轉(zhuǎn)發(fā)表項后，就成功地建立了用于轉(zhuǎn)發(fā)屬于該FEC報文的LSP。圖2. 4 動態(tài)LSP建立過程 標簽的發(fā)布和管理標簽發(fā)布就是將為FEC分配的標簽通告給其他LSR。根據(jù)標簽發(fā)布條件、標簽發(fā)布順序的不同，LSR通告標簽的方式分為DU（Downstream Unsolicited，下游自主方式）和DoD（Downstream On Demand，下游按需方式）、獨立標簽控制方式（Independent）和有序標簽控制方式（Ordered）幾種。標簽管理，即標簽保持方式，是指LSR對收到的、但目前暫時用不到的FEC和標簽綁定的處理方式，分為自由標簽保持方式（Liberal）和保守標簽保持方式（Conservative）兩種。1. 標簽發(fā)布方式（Label Advertisement Mode）圖2. 5 標簽發(fā)布方式，標簽發(fā)布方式分為：(1) DU：對于一個特定的FEC，下游LSR自動為該FEC分配標簽，并主動將標簽分發(fā)給上游LSR。(2) DoD：對于一個特定的FEC，上游LSR請求下游LSR為該FEC分配標簽，下游LSR收到請求后，為該FEC分配標簽并向上游LSR通告該標簽。具有標簽分發(fā)鄰接關(guān)系的上游LSR和下游LSR之間必須使用相同的標簽發(fā)布方式，否則LSP無法正常建立。2. 標簽分配控制方式（Label Distribution Control Mode）標簽分配控制方式分為：(1) 獨立標簽控制方式：LSR可以在任意時間向與它連接的LSR通告標簽映射。使用這種方式時，LSR可能會在收到下游LSR的標簽之前就向上游通告了標簽。，如果標簽發(fā)布方式是DU，則即使沒有獲得下游的標簽，也會直接為上游分配標簽；如果標簽發(fā)布方式是DoD，則接收到標簽請求的LSR直接為它的上游LSR分配標簽，不必等待來自它的下游的標簽。圖2. 6 獨立標簽控制方式(2) 有序標簽控制方式：LSR只有收到它的下游LSR為某個FEC分配的標簽，或該LSR是此FEC的出口節(jié)點時，才會向它的上游LSR通告此FEC的標簽映射。：如果標簽發(fā)布模式為DU，則LSR只有收到下游LSR分配的標簽后，才會向自己的上游LSR分配標簽；如果標簽發(fā)布模式為DoD，則下游LSR（Transit）收到上游LSR（Ingress）的標簽請求后，繼續(xù)向它的下游LSR（Egress）發(fā)送標簽請求，Transit收到Egress分配的標簽后，才會為Ingress分配標簽。3. 標簽保持方式（Label Retention Mode）LSR接收到標簽映射后，保留標簽的方式分為：(1) 自由標簽保持方式：對于從鄰居LSR收到的標簽映射，無論鄰居LSR是不是指定FEC的下一跳都保留。這種方式的優(yōu)點是LSR能夠迅速適應網(wǎng)絡(luò)拓撲變化，但是浪費標簽，所有不能生成LSP的標簽都需要保留。(2) 保守標簽保持方式：對于從鄰居LSR收到的標簽映射，只有當鄰居LSR是指定FEC的下一跳時才保留。這種方式的優(yōu)點是節(jié)省標簽，但是對拓撲變化的響應較慢。 MPLS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程 標簽轉(zhuǎn)發(fā)表構(gòu)成標簽轉(zhuǎn)發(fā)表由以下三部分構(gòu)成：1. NHLFE（Next Hop Label Forwarding Entry，下一跳標簽轉(zhuǎn)發(fā)項）：描述對標簽執(zhí)行的操作，用于指導MPLS報文的轉(zhuǎn)發(fā)。2. FTN（FEC to NHLFE map，F(xiàn)EC到NHLFE表項的映射）：用于在Ingress節(jié)點將FEC映射到NHLFE表項。LSR接收到不帶標簽的報文后，查找對應的FIB表項。如果FIB表項的Token值不是Invalid，則該報文需要進行MPLS轉(zhuǎn)發(fā)。LSR根據(jù)Token值找到對應的NHLFE表項，以便確定需要執(zhí)行的標簽操作。3. ILM（Ining Label Map，入標簽映射）：用于將入標簽映射到NHLFE表項。LSR接收到帶有標簽的報文后，查找對應的ILM表項。如果ILM表項的Token值非空，則找到Token值對應的NHLFE表項，以便確定需要執(zhí)行的標簽操作。FTN、ILM通過Token與NHLFE關(guān)聯(lián)。 MPLS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)圖2. 7 MPLS轉(zhuǎn)發(fā)過程示意圖，MPLS網(wǎng)絡(luò)中報文的轉(zhuǎn)發(fā)過程為：1. Ingress（Router B）接收到不帶標簽的報文，根據(jù)目的地址判斷該報文所屬的FEC，查找FIB表，獲取Token值。Token值不是Invalid，則找到Token值對應的NHLFE表項。根據(jù)NHLFE表項為報文添加標簽（40），并從相應的出接口（GigabitEthernet1/0/2）將帶有標簽的報文轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳LSR（Router C）。2. Router C接收到帶有標簽的報文，根據(jù)報文上的標簽（40）查找ILM表項，獲取Token值。Token值非空，則找到Token值對應的NHLFE表項。根據(jù)NHLFE表項，用新的標簽（50）替換原有標簽，并從相應的出接口（GigabitEthernet1/0/2）將帶有標簽的報文轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳LSR（Router D）。3. Egress（Router D）接收到帶有標簽的報文，根據(jù)報文上的標簽（50）查找ILM表項，獲取Token值。Token值為空，則刪除報文中的標簽。如果ILM表項中記錄了出接口，則通過該出接口轉(zhuǎn)發(fā)報文；否則，根據(jù)IP報頭轉(zhuǎn)發(fā)報文。 倒數(shù)第二跳彈出MPLS網(wǎng)絡(luò)中，Egress節(jié)點接收到帶有標簽的報文后，查找標簽轉(zhuǎn)發(fā)表，彈出報文中的標簽后，再進行下一層的標簽轉(zhuǎn)發(fā)或IP轉(zhuǎn)發(fā)。Egress節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文之前要查找兩次轉(zhuǎn)發(fā)表：兩次標簽轉(zhuǎn)發(fā)表，或一次標簽轉(zhuǎn)發(fā)表一次路由轉(zhuǎn)發(fā)表。為了減輕Egress節(jié)點的負擔，提高MPLS網(wǎng)絡(luò)對報文的處理能力，可以利用PHP（Penultimate Hop Popping，倒數(shù)第二跳彈出）功能，在倒數(shù)第二跳節(jié)點處將標簽彈出，Egress節(jié)點只需查找一次轉(zhuǎn)發(fā)表。PHP在Egress節(jié)點上配置。支持PHP的Egress節(jié)點分配給倒數(shù)第二跳節(jié)點的標簽有以下兩種：標簽值為0表示IPv4顯示空標簽（Explicitnull），這個值只有出現(xiàn)在標簽棧底時才有效。Egress為FEC分配IPv4顯式空標簽，并通告給上游LSR后，上游LSR用這個值替代棧頂原來的標簽，并將報文轉(zhuǎn)發(fā)給Egress。Egress收到標簽值為0的報文時，不會查找標簽轉(zhuǎn)發(fā)表，直接彈出標簽棧，進行IPv4轉(zhuǎn)發(fā)。標簽值3表示隱式空標簽（Implicitnull），這個值不會出現(xiàn)在標簽棧中。當一個LSR發(fā)現(xiàn)下游LSR通告的標簽為隱式空標簽時，它并不用這個值替代棧頂原來的標簽，而是直接彈出標簽，并將報文轉(zhuǎn)發(fā)給下游LSR（即Egress）。Egress接收到報文后，直接進行下一層的轉(zhuǎn)發(fā)處理。 LDP協(xié)議LDP是標簽發(fā)布協(xié)議的一種，用來動態(tài)建立LSP。通過LDP，LSR可以把網(wǎng)絡(luò)層的路由信息映射到數(shù)據(jù)鏈路層的交換路徑上[[]錢穎, 姜建國. MPLS LDP 的設(shè)計與實現(xiàn). 電子科技, 2003(7):45~48]。 LDP基本概念1. LDP會話LDP會話建立在TCP連接之上，用于在LSR之間交換標簽映射、標簽釋放、差錯通知等消息。2. LDP對等體LDP對等體是指相互之間存在LDP會話，并通過LDP會話交換標簽－FEC映射關(guān)系的兩個LSR。 LDP消息類型LDP協(xié)議主要使用四類消息：1. 發(fā)現(xiàn)（Discovery）消息：用于通告和維護網(wǎng)絡(luò)中LSR的存在；2. 會話（Session）消息：用于建立、維護和終止LDP對等體之間的會話；3. 通告（Advertisement）消息：用于創(chuàng)建、改變和刪除“標簽—FEC”映射關(guān)系；4. 通知（Notification）消息：用于提供建議性的消息和差錯通知。為保證LDP消息的可靠發(fā)送，除了發(fā)現(xiàn)消息使用UDP傳輸外，LDP的會話消息、通告消息和通知消息都使用TCP傳輸。 LDP工作過程LDP主要包括以下四個階段：1. 發(fā)現(xiàn)階段所有希望建立LDP會話的LSR都周期性地發(fā)送Hello消息[[]范毅波.“超級”以太網(wǎng)一VPLS技術(shù)及應用綜述詳 [EB/OL].]，通告自己的存在。通過Hello消息，LSR可以自動發(fā)現(xiàn)它的LDP對等體。LDP對等體發(fā)現(xiàn)機制分為兩種：(1) 基本發(fā)現(xiàn)機制：用于發(fā)現(xiàn)本地的LDP對等體，即通過鏈路層直接相連的LSR。這種方式下，LSR周期性地向“子網(wǎng)內(nèi)所有路由器”，以便鏈路層直接相連的LSR發(fā)現(xiàn)此LDP對等體。(2) 擴展發(fā)現(xiàn)機制：用于發(fā)現(xiàn)遠端的LDP對等體，即不通過鏈路層直接相連的LSR。這種方式下，LSR周期性地向指定的IP地址發(fā)送LDP目標Hello消息，以便指定IP地址對應的LSR發(fā)現(xiàn)此LDP對等體。2. 會話建立與維護發(fā)現(xiàn)LDP對等體后，LSR開始建立會話。這一過程又可分為兩步：(1) 建立傳輸層連接，即在LSR之間建立TCP連接；(2) 對LSR之間的會話進行初始化，協(xié)商會話中涉及的各種參數(shù)，如