第 6 章 MPLS 交换技术

第6章 MPLS交换技术 1.MPLS技术 2.网络体系结构 3.MPLS交换基本原理

6.1 MPLS交换技术

6.6.1 MPLS技术的产生 • Internet的特点是尽最大努力型服务方式，可保证数据的正确性，但不保证时延特性。 • 为了保证语音、图像等流媒体的带宽、延迟抖动等QoS要求，引入面向连接的交换技术。 • ATM技术可以保证QOS要求，且带宽适应性很强，但信元操作很琐碎，VPI/VCI有限，不能直接适应IP的需要，设想将二者结合起来------- MPLS技术。

Ipsilon公司1996年提出IP交换结构，硬件以ATM交换机为基础，连接控制则采用IP技术完成选路。Ipsilon公司1996年提出IP交换结构，硬件以ATM交换机为基础，连接控制则采用IP技术完成选路。 IP交换基于流的概念，从输入口送入的有先后关系的IP包被看作流，IP交换控制器对流分类处理。 1. IP交换 • 持续周期长、业务量大的数据流由ATM硬件交换。 • 持续周期短、业务量小的突发流通过路由软件完成逐跳式传送。

2. Tag交换 Cisco公司推出的标记交换，是基于传统路由器的ATM承载IP技术，在一定程度上将数据的传递从路由变成交换，提高了传输效率。

IBM推出的标签交换方案，ATM用作链路层，在相邻路由器间建立和交换标签。IBM推出的标签交换方案，ATM用作链路层，在相邻路由器间建立和交换标签。 • MPLS的特点是，吸收了ATM的VPI/VCI交换思想，集成了路由技术的灵活性和ATM交换的简洁性，为IP网络增加了面向连接的属性，保障了服务质量。

MPLS网络由边缘路由器和标签交换路由器组成，边缘路由器完成业务流分类和相应标签的映射，中间路由器完成业务流转发和链路段间的标签切换。MPLS网络由边缘路由器和标签交换路由器组成，边缘路由器完成业务流分类和相应标签的映射，中间路由器完成业务流转发和链路段间的标签切换。 6.6.2 MPLS网络体系结构

MPLS的实质是将路由器移到网络的边缘，将快速、简单的交换机置于网络中心。MPLS的实质是将路由器移到网络的边缘，将快速、简单的交换机置于网络中心。 • 对一个连接请求实现一次路由选择，多次交换。 • MPLS是在标记/标签(Tag Switching)基础上发展起来的。传统路由器处于网络外围，标记交换路由器组成核心网络。

6.6.3 MPLS的有关概念 • 1. 标签，一种短的、易于处理的、不包含拓扑信息且只具有局部意义的选径标识。 • ATM的VPI/VCI也是一种标签，VPI/VCI只标记一段链路上特定信息的路径，通过索引方式查表转移信元。 • MPLS中，IP包进入边缘路由器，通过分析IP包头选择合适的标签并建立到目的点的虚通路，随后的IP数据传送采用标签封装，中间节点依据标签转发信息。

基于标签交换的IP数据包抵达目的MPLS路由器时，边缘节点去除标签，重组成IP包并转送给相关的传统路由器。基于标签交换的IP数据包抵达目的MPLS路由器时，边缘节点去除标签，重组成IP包并转送给相关的传统路由器。 • 标签位于数据链路层封装头和PDU之间，通常ATM采用VPI/VCI替代标签，帧中继采用DLCI来代替标签) 。

除ATM与帧中继外的标签结构。标签占20bit；TTL8bit，限制传送范围；Cos占3bit，区分业务类型；S标签栈底指示，1表明标签位于标签栈底。

2. 转发等价类(FEC)，标签交换路由器（LSR）根据某种策略对流入数据进行分类，通常把具有某些相同属性（如目的地址前缀等）映射成一个等价类，分配相同的标签。

对于一指定的LSR，属于同一FEC的分组，不管是否属同一数据流，一定具有相同的转发路径，不同的FEC可有相同入/出口。对于一指定的LSR，属于同一FEC的分组，不管是否属同一数据流，一定具有相同的转发路径，不同的FEC可有相同入/出口。 • LSR可按照IP地址前缀、主机地址、QoS以及动态流量等分类方法将数据流映射成不同的FEC，相同的FEC有相同的标签。

3. 标签栈，标签栈是许多标签按一定顺序排列存放，提供数据流转发检索的缓存区。 • 标签栈按照后添加标签先出栈方式工作。 • 栈顶标签始终是转发分组的标签，依据标签选择下一跳出口。

4. LSR与LER，LSR是MPLS网络的中间节点，LER是网络的边缘节点。 • LSR的主要功能： • 执行路由传播协议，提供FEC与下一跳地址的映射。 • 为每个FEC分配标签。 • 执行标签分配协议LDP，从其他节点获取标签信息建立标签信息库LIB。 • 根据输入分组所携带的标签检索标签信息库，完成标签交换。

标签路由器由控制单元和转发单元两部分组成。标签路由器由控制单元和转发单元两部分组成。 • 控制单元主要功能是构建和维护路由转发表，利用路由协议交换路由信息。 • 转发单元功能是执行分组转发操作，依据分组标签、转发表等信息决定下一跳的转发出口，并根据标志转发信息库(LFIB)信息装配下一段链路MPLS分组的标签。

标签边缘路由器LER主要完成非MPLS域接入功能，入口LER完成流入业务分类、分发标签等功能。出口LER完成去除标签、恢复业务分组等工能。标签边缘路由器LER主要完成非MPLS域接入功能，入口LER完成流入业务分类、分发标签等功能。出口LER完成去除标签、恢复业务分组等工能。 • 流入的无标签IP分组，LER分类并打上相应标签后，经MPLS接口发往MPLS网络。 • 边缘路由器也完成路由协议功能。

现代交换技术 第十四讲主讲教师：范亚芹学时：16

FEC(转发等价类 Forwarding • Equivalence Class) • 标记、标记分组 • LIB(标记信息表，Label Information Table) • LFIB(标记转发信息表，Label Forwarding Information Table) • LDP(标记分发协议，Label Distribution Protocol） • LSP(标记交换路径， Label Switched Path) • 对等实体 MPLS域出口LER • LSR: (标记交换路由器，Label Switching Routers） • 上游LSR与下游LSR LER: (标记边缘路由器，Label Edge Routers)、入口LER

6.2 MPLS交换的基本原理 • 6.2.1 标签分发协议 • 标签分发协议（LDP）是一个单独的控制协议，相当于No.7信令协议，用来在LSR之间交换和协调FEC/标签绑定信息以及相关处理过程。 • LDP协议将网络层路由信息直接映射到链路层交换通道上，在逻辑相邻的LSR间协商标签值，建立TCP连接，确保LDP消息按序可靠传送。 • LDP映射消息可从本地LSR或出口LSR发起，并从下行LSR流向上行LSR。每个LSR在其LIB中关联入口标签,出口标签，以形成从入口到出口的标签交换通路LSP。

LDP用四类消息完成标签的分发过程，包括发现消息、会话消息、公布消息、通知消息。LDP用四类消息完成标签的分发过程，包括发现消息、会话消息、公布消息、通知消息。 • 标签分发协议的运行分为四个阶段：发现阶段、会话建立阶段、会话维持阶段和删除阶段。

标签分发的四个阶段 LSR2 LSR3 LSR1 1.发现阶段 UDP,Hello UDP, Hello TCP连接，初始化 TCP连接，初始化 2.会话建立与维护 FEC=A, 标记=4 FEC=A, 标记=6 3.LSP建立与维护标记请求/映射 4.会话撤销标记请求/映射 LIB LIB LIB

MPLS的工作过程 • 入口LER按照业务流的服务要求完成： • FEC划分 • 加标记

加标签的过程 LER 4 LSR2 LER 1 46.0.0.0 1 1 3 0 LER 3 LER：FEC、加标签 47.0.0.0/8

转发 LER 4 LER 1 LSR2 46.0.0.0 1 1 0 3 5 LER 3 47.0.0.0/8 LSR:根据标签转发

去标签 LER4 LSR2 LER 1 46.0.0.0 1 1 0 5 LER 3 47.0.0.0/8 LER:去掉标签

总结 1. 路由协议建立路径；LDP建立标签-目的网络映射 LSP 2.LER:接收分组、加标签 4. LER:除去标签 3. LSR:转发

6.2.2 循环控制 • 标签分配和交换路径建立逐段完成，存在路径建立循环问题。 • 利用TTL字段降低循环影响，超时数据包将被丢弃。 • 允许建立循环路径，但进行检测，发现循环则删除。 • 通过从下游到上游分发标签，确保不出现循环路径。

6.2.3 ATM上的MPLS综合方案 在ATM网络中安装MPLS LSR，两平面共存，边缘LSR作为VC汇聚。

交换设备由MPLS和ATM两部分组成，两种接口可同时存在，ATM和MPLS共同控制网络交换资源。支持两种模式的拓扑、选路和VC管理。交换设备由MPLS和ATM两部分组成，两种接口可同时存在，ATM和MPLS共同控制网络交换资源。支持两种模式的拓扑、选路和VC管理。设备复杂，但支持ATM，对数据、语音和视频具有QoS保证。

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