mpLS

一、MPLS 是Multi-Protocol Label Switching的缩写形式，中文含义为多协议标签交换技术。
二、MPLS不是特指某一种业务或应用，而是一种标准化的路由与交换技术平台，能够支持各类高层协议与业务。
三、Multi-Protocol：支持多种三层协议，如IP、IPv六、IPX等，它一般处于二层和三层之间，俗称2.5层。
四、Label ：是一种短的、等长的、易于处理的、不包含拓扑信息、只具备局部意义的信息内容。
五、Switching：MPLS报文交换和转发是基于标签的。针对IP业务，IP包在进入MPLS网络时，入口的路由器分析IP包的内容而且为这些IP包选择合适的标签，而后全部MPLS网络中节点都是依据这个简短标签来做为转发依据。当该IP包最终离开MPLS网络时，标签被出口的边缘路由器分离。

1.1  MPLS概述
多协议标签交换MPLS（Multiprotocol Label Switching）最初是为了提升转发速度而提出的。

在MPLS的体系结构中：

l              控制平面（Control Plane）是无链接的，利用现有IP网络实现；

l              转发平面（Forwarding Plane，也称为数据平面，Data Plane）是面向链接的，可使用ATM、帧中继等二层网络。

MPLS使用短而定长的标签（label）来封装分组，在数据平面实现快速转发。在控制平面，MPLS拥有IP网络强大灵活的路由功能，能够知足各类新应用对网络的要求。

MPLS起源于IPv4（Internet Protocol version 4），其核心技术可扩展到多种网络协议，包括IPv6（Internet Protocol version 6）、IPX（Internet Packet Exchange）、Appletalk、DECnet、CLNP（Connectionless Network Protocol）等。“MPLS”中的“Multiprotocol”指的就是支持多种网络协议。

NE40支持在IPv4和IPv6上使用MPLS。

MPLS结构的详细介绍可参考RFC3031（Multiprotocol Label Switching Architecture）。

1.1.1  MPLS基本概念
1. 转发等价类
MPLS做为一种分类转发技术，将具备相同转发处理方式的分组归为一类，称为转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class）。相同转发等价类的分组在MPLS网络中将得到彻底相同的处理。

转发等价类的划分方式很是灵活，能够是源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议类型、×××等的任意组合。例如，在传统的采用最长匹配算法的IP转发中，到同一个目的地址的全部报文就是一个转发等价类。

2. 标签
标签是一个长度固定、只具备本地意义的短标识符，用于惟一标识一个分组所属的转发等价类（FEC）。在某些状况下，例如要进行负载分担，对应一个FEC可能会有多个标签，可是一个标签只能表明一个FEC。

标签由报文的头部所携带，不包含拓扑信息，只具备局部意义。标签的长度为4个字节，封装结构以下所示：



图1-1 标签的封装结构

标签共有4个域：

l              Label：标签值字段，长度为20bits，用于转发的指针；

l              Exp：3bits，保留，用于试验；

l              S：1bit，MPLS支持标签的分层结构，即多重标签。值为1时代表为最底层标签；

l              TTL：8bits，和IP分组中的TTL（Time To Live）意义相同。

标签与ATM的VPI/VCI以及Frame Relay的DLCI相似，是一种链接标识符。若是链路层协议具备标签域，如ATM的VPI/VCI或Frame Relay的DLCI，则标签封装在这些域中；若是不支持，则标签封装在链路层和IP层之间的一个垫层中。这样，标签可以被任意的链路层所支持。

标签在分组中的封装位置如图1-2所示：



Frame mode：帧模式                Cell mode：信元模式

图1-2 标签在分组中的封装位置

3. 标签交换路由器
标签交换路由器LSR（Label Switching Router）是MPLS网络中的基本元素，全部LSR都支持MPLS协议。

LSR由两部分组成：控制单元和转发单元。控制单元负责标签的分配、路由的选择、标签转发表的创建、标签交换路径的创建、拆除等工做；而转发单元则依据标签转发表对收到的分组进行转发。

4. 标签交换路径
一个转发等价类在MPLS网络中通过的路径称为标签交换路径LSP（Label Switched Path）。

LSP在功能上与ATM和Frame Relay的虚电路相同，是从入口到出口的一个单向路径。LSP中的每一个节点由LSR组成。

5. 标签发布协议
标签发布协议是MPLS的控制协议，它至关于传统网络中的信令协议，负责FEC的分类、标签的分配以及LSP的创建和维护等一系列操做。

MPLS可使用多种标签发布协议。包括专为标签发布而制定的协议，例如：LDP（Label Distribution Protocol）、CR-LDP（Constraint-Based Routing using LDP）；也包括现有协议扩展后支持标签发布的，例如：BGP（Border Gateway Protocol）、RSVP（Resource Reservation Protocol）。

NE40支持上述标签发布协议，并支持手工配置的静态LSP。

1.1.2  MPLS网络结构
1. MPLS网络结构
如图1-3所示，MPLS网络的基本构成单元是LSR，由LSR构成的网络称为MPLS域。

位于MPLS域边缘、链接其它用户网络的LSR称为边缘LSR（LER，Labeled Edge Router），区域内部的LSR称为核心LSR。核心LSR能够是支持MPLS的路由器，也能够是由ATM交换机等升级而成的ATM-LSR。域内部的LSR之间使用MPLS通讯，MPLS域的边原因LER与传统IP技术进行适配。

分组被打上标签后，沿着由一系列LSR构成的标签交换路径LSP（Label Switched Path）传送，其中，入口LER被称为Ingress，出口LER被称为Egress，中间的节点则称为Transit。



图1-3 MPLS网络结构

结合上图简要介绍MPLS的基本工做过程：

l              首先，LDP和传统路由协议（如OSPF、ISIS等）一块儿，在各个LSR中为有业务需求的FEC创建路由表和标签映射表；

l              入口LER接收分组，完成第三层功能，断定分组所属的FEC，并给分组加上标签，造成MPLS标签分组；

l              接下来，在LSR构成的网络中，LSR根据分组上的标签以及标签转发表进行转发，不对标签分组进行任何第三层处理；

l              最后，在MPLS出口LER去掉分组中的标签，继续进行后面的转发。

由此能够看出，MPLS并非一种业务或者应用，它其实是一种隧道技术，也是一种将标签交换转发和网络层路由技术集于一身的路由与交换技术平台。这个平台不只支持多种高层协议与业务，并且，在必定程度上能够保证信息传输的安全性。

2. LSR的基本结构


图1-4 LSR基本结构示意图

对于普通的LSR，在转发平面只须要进行标签分组的转发。对于LER，在转发平面不只须要进行标签分组的转发，也须要进行IP分组的转发，前者使用标签转发表LFIB，后者使用传统转发表FIB（Forwarding Information Base）。

1.1.3  MPLS与路由协议
LDP经过逐跳方式创建LSP时，利用沿途各LSR路由转发表中的信息来肯定下一跳，而路由转发表中的信息通常是经过IGP、BGP等路由协议收集的。LDP并不直接和各类路由协议关联，只是间接使用路由信息。

另外一方面，经过对BGP、RSVP等已有协议进行扩展，也能够支持MPLS标签的分发。

在MPLS的应用中，也可能须要对某些路由协议进行扩展。例如，基于MPLS的×××应用须要对BGP进行扩展，使BGP可以传播×××的路由信息；基于MPLS的流量工程TE（Traffic Engineering）须要对OSPF或IS-IS协议进行扩展，以携带链路状态信息。



LSPM: LSP Management
 

图1-5 MPLS与各类协议关系示意图

1.2  MPLS的应用
随着ASIC技术的发展，路由查找速度已经不成为阻碍网络发展的瓶颈。这使得MPLS在提升转发速度方面不具有明显的优点。

但因为MPLS结合了IP网络强大的三层路由功能和传统二层网络高效的转发机制，在转发平面采用面向链接方式，与现有二层网络转发方式很是类似，这些特色使得MPLS可以很容易地实现IP与ATM、帧中继等二层网络的无缝融合，并为服务质量（QoS，Quality of Service）、流量工程（TE，Traffic Engineering）、虚拟专用网（×××，Virtual Private Network）等应用提供更好的解决方案。

1. 基于MPLS的×××
传统的×××通常是经过GRE、L2TP、PPTP等隧道协议来实现私有网络间数据流在公网上的传送，LSP自己就是公网上的隧道，所以，用MPLS来实现×××有自然的优点。

基于MPLS的×××就是经过LSP将私有网络的不一样分支联结起来，造成一个统一的网络。基于MPLS的×××还支持对不一样×××间的互通控制。



图1-6 基于MPLS的×××

上图是基于MPLS的×××的基本结构：CE（Customer Edge）是用户边缘设备，能够是路由器，也能够是交换机或主机；PE（Provider Edge）是服务商边缘路由器，位于骨干网络。

PE负责对×××用户进行管理、创建各PE间LSP链接、同一×××用户各分支间路由分派。PE间的路由分派一般是用LDP或扩展的BGP协议实现。

基于MPLS的×××支持不一样分支间IP地址复用，并支持不一样×××间互通。与传统的路由相比，×××路由中须要增长分支和×××的标识信息，这就须要对BGP协议进行扩展，以携带×××路由信息。

2. 基于MPLS的QoS
NE40支持基于MPLS的流量工程和差分服务Diff-serv特性，在保证网络高利用率的同时，能够根据不一样数据流的优先级实现差异服务，从而为语音，视频数据流提供有带宽保证的低延时、低丢包率的服务。

因为全网实施流量工程的难度比较大，所以，在实际的组网方案中每每经过差分服务模型来实施QoS。

Diff-Serv的基本机制是在网络边缘，根据业务的服务质量要求将该业务映射到必定的业务类别中，利用IP分组中的DS字段（由ToS域而来）惟一的标记该类业务，而后，骨干网络中的各节点根据该字段对各类业务采起预先设定的服务策略，保证相应的服务质量。

Diff-Serv的这种对服务质量的分类和标签机制和MPLS的标签分配十分类似，事实上，基于MPLS的Diff-Serv就是经过将DS的分配与MPLS的标签分配过程结合来实现的。