多协议标签交换

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多协议标签交换Multi-Protocol Label Switching,简称MPLS)是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的新技术。多协议的含义是指MPLS不但可以支持多种网络层层面上的协议,还可以兼容第二层的多种链路层技术。

它的价值在于能够在一个无连接的网络中引入连接模式的特性;其主要优点是减少了网络复杂性,兼容现有各种主流网络技术,能降低网络成本,在提供IP业务时能确保QoS和安全性,具有流量工程能力。此外,MPLS能解决VPN扩展问题和维护成本问题。

MPLS属于第三代网络架构,是新一代的IP高速骨干网络交换标准,由IETF所提出,由CiscoASCEND3Com等网络设备大厂所主导。

采用MPLS的数据包只须在OSI第二层(数据链结层)执行硬件式交换(取代第三层(网络层)软件式routing),它整合了IP选径与第二层标记交换为单一的系统,因此可以解决Internet路由的问题,使数据包传送的延迟时间减短,增加网络传输的速度,更适合多媒体讯息的传送。因此,MPLS最大技术特色为可以指定数据包传送的先后顺序。MPLS使用标记交换(Label Switching),网络路由器只需要判别标记后即可进行转送处理。

产生的背景[编辑]

因特网迅猛发展对IP的承载网提出各种挑战,比如路由问题、QoS保障问题等。网络的发展正向宽带化、智能化和一体化的方向发展。未来的业务以突发性数据业务为主,ATM对其显得效率不足,传输和交换成本较高,而IP又显得能力不足。各种IP与ATM融合的技术如LANE, IPOA, TAG SWITCH等只能解决局部问题。

发展历史[编辑]

  • 1996年,Ipsilon公司提出的一种专门在ATM网上传送IP分组的技术:IP Switching;Toshiba: cell switching router;
  • 1996年,Cisco: Tag Switching;IBM: Aggregate Route-based IP Switching;
  • 1997年,IETF: MPLS(Multiprotocol Label Switching)

工作原理[编辑]

当一个未被标记的分组(IP包、帧中继或ATM信元)到达MPLS LER时,入口 LER根据输入分组头查找路由表以确定通向目的地的标记交换路径LSP,把查找到的对应LSP的标记插入到分组头中,完成端到端IP地址与MPLS标记的映射。

分组头与label的映射规则不但考虑数据流目的地的信息,还考虑了有关QoS的信息;在以后网络中的转发,MPLS LSR就只根据数据流所携带的标签进行转发。

技术特点[编辑]

  • MPLS简化了分组的转发
基于定长短标签定完全匹配,--MPLS易制造高速路由器。
  • MPLS支持有效的显式路由(explicit routing)
显式路由在网络负荷调节,保证QoS要求等方面起着重要作用;传统IP网络中,每个分组头都携带显式路由是不可能的;MPLS只是在LSP建立时使用--MPLS显式路由可行。
  • MPLS有利于实现流量工程(Traffic Engineering)
  • MPLS支持QoS选路
QoS选路是指对特定的数据流,按其QoS要求来为它选择路由的方法。
  • 从IP分组到转发等价类的映射
MPLS只需要在其域的入口进行一次从IP分组到FEC的映射,使得IP分组到FEC的复杂转换得以简化。
  • MPLS支持多网络功能划分
MPLS引入了标记粒度的概念,使其能分层地将处理功能划分给不同的网络单元,让靠近用户的网络边缘节点承担更多的工作;与此同时,核心网络则尽可能地简单。
  • MPLS实现了用户不同服务级别要求的单一转发规范
  • MPLS提高了网络扩展性

Ethernet over MPLS[编辑]

隨著乙太網路的不斷發展,乙太網路的性能、價格與ATM和其他的網路相比,具有巨大的優勢。純的乙太網路具有以下的不足:VLAN空間限制,沒有端點到端點的頻寬預留機制,沒有流量工程。
但是在和MPLS結合以後,乙太網路搖身一變,變成了面向連接的網路,有流量控制、有QoS保證、支持低延遲服務的網路。從而MPLS乙太網路受到了電信運營商的親睞,被大規模的部署在都會網路中,並正在向骨幹網路滲透。
MPLS在乙太網路中的實現分為L2和L3兩種,層次結構如下:

  • L2:物理層|乙太網路頭 |MPLS頭|IP頭
  • L3:物理層|乙太網路傳輸|MPLS頭|乙太網路服務|IP

术语解释[编辑]

转发等效类(Forwarding Equivalence Class,FEC)
是一系列具有某些共性的数据流集合(目的地相同、使用的转发路径相同、具有相同的服务等级等),这些数据在转发的过程中被LSR以相同的方式进行处理;
标记(Tag或Label)
简短的、长度固定的、具有本地意义的标识符,用以表征转发等价类(FEC)。
边缘标记交换路由器(LER: Label Edge Router)
根据LSP等因素给分组加标签的路由器。
标记交换路由器(LSR:Label Switched Router)
具有标记交换能力的路由器,它是标记交换的基本构成单元。
数据流(stream)
沿着同一路径、属于同一FEC的一组包被视为一个数据流。
业务流(flow)
一个应用到应用的数据流称为业务流。
上游(upstream)和下游(downstream)
“上游”和“下游”是根据数据流的流向而定的。
转发信息库(FIB)
FIB用于存放下一跳的相关信息。
流分类
在业务流进入LSR时首先需要进行分类,也就是将业务流划分为不同的FEC。
标记交换的封装
标记交换是一种支持多协议的技术,它可以在多种链路协议上运行。
流量工程(Traffic Engineering)
根据用户数据业务量及当前网络状态选择数据传输路径的过程,主要用来平衡网络中的负荷;
标签分发协议(LDP:Label Distribution Protocol )
控制LSR之间交换标签与FEC绑定消息,协调LSR之间工作的一系列规程。主要功能:让LSR实现FEC与标签的绑定,并将这种绑定通知给相邻的LSR,使各LSR对收到的标签绑定达成共识。
标签堆栈
MPLS中分组可以携带多个标签,这些标签在分组中以“堆栈”的形式存在,对标签堆栈的操作按照“后进先出”的原则。决定如何转发分组的标签始终是栈顶标签。

重要应用[编辑]

MPLS VPN是一种基于MPLS技术的IP-VPN,根据PE(Provider Edge)设备是否参与VPN路由处理又细分为二层VPN和三层VPN。

参考文献[编辑]

  • 《MPLS宽带网络互联技术》 石晶林 人民邮电出版社
  • 《多协议标记交换技术》冯径 人民邮电出版社