网络通信原理多协议标签交换技术MPLS

网络通信原理（7）2013级研究生课程2019年8月1SCUTDT&PLabsCopyright2008CopyrightSCUTDT&PLabs2多协议标签交换技术(MPLS)2008CopyrightSCUTDT&PLabs31、MPLS的基本概念与功能•MPLS：Multi-ProtocolLabelSwitching•提供简单而高速的分组转发机制；•支持多种不同的网络层和链路层协议和技术；•支持层次化的网络结构；•具有业务融合汇聚能力，以节省网络资源；•支持单播和组播业务；•能够检测并避免环路的发生；•支持与非MPLS交换机的互操作。第十三章MPLS2008CopyrightSCUTDT&PLabs4第十三章MPLS2、MPLS的标准化机构•主要机构IETF的MPLS工作组；ITU-T的有关工作组SG11，SG13和SG15；MPLS论坛(Forum)。•标准化的主要工作目标提供一个综合选路和交换的技术规范；把路由选择功能设置在网络边缘，由核心网络完成高速的交换转发；使可运行在不同的链路层协议基础上：ATM网络、FR(帧中继)网络、LAN(局域网)支持不同的网络层协议，目前主要支持IPv4，IPv62008CopyrightSCUTDT&PLabs5第十三章MPLS3、IETF有关MPLS的标准2008CopyrightSCUTDT&PLabs6第十三章MPLS4、MPLS的主要三中实现方案MPLSasalayerthreeorIPsolution.Inthiscase,thelabelisanadditionalpieceofdata(ShimLable)appendedtothebeginningoftheIPpacket.MPLScomponentsknowhowtoswitchusingthelabel,ratherthanroutingonthecontentsoftheIPheader.MPLSasanIPoverFrameRelaysolution.Inthiscase,thelabelisthedatalinkcontrolidentifier(DLCI)intheFrameRelayheader.MPLSasanIPoverATMsolution.Inthiscase,thelabelistheATMVPI/VCIvaluewithintheATMcellheader.2008CopyrightSCUTDT&PLabs7第十三章MPLS5、MPLS网络的基本结构2008CopyrightSCUTDT&PLabs8第十三章MPLS6、标记•标记是加在分组头部的长度固定的标识符，用于标识某一类别的经过同一传输路径分组业务；•标记的格式依赖于不同传输技术的分组封装方式2008CopyrightSCUTDT&PLabs96、标记•标记的格式2008CopyrightSCUTDT&PLabs10第十三章MPLS7、转发等价类(FEC)•转发等价类(FEC:ForwardingEquivalenceClass)•转发等价类FEC可以理解为经历相同传输路径、需要相同服务质量(QoS)的业务流的构成的业务类别•对于同一转发等价类FEC，可以映射到同一标记•映射的依据/属性可以是主机地址、地址前缀/网络编号等•确定FEC的主要原则：相同的目的子网相同的应用类型目的子网和应用类型的组合源和目的子网的组合特殊的QoS需求IP组播、VPN等2008CopyrightSCUTDT&PLabs11第十三章MPLS8、标记分发协议(LDP)•标记分发协议(LDP:LabelDistributionProtocol)•LDP是MPLS的信令与控制协议，用于实现MPLS网络边界路由器(LER)、交换路由器(LSR)等网络设备间的会话，以协商和定义数据传输过程的各种约定和规则•LDP定义了如何实现标记与FEC的绑定关系和虚连接的建立方式•标记分配的功能可通过LDP实现，也可以在现有的协议，如RSVP和BGP等，的基础上通过所谓捎带(Piggyback)的方式实现•标记分配功能的多种实现方式使MPLS在向后兼容及进一步扩展方面有很大的优势2008CopyrightSCUTDT&PLabs12第十三章MPLS9、LDP的消息类别•发现(Discovery)消息用于发布和维护网络中一个标记交换路由器(LSR)的存在•会话/邻接(Adjacency)消息用于建立、维护和终结LDP会话•通告(Advertisement)消息用于建立、修改和删除FEC对应的标记(标记分发)•通知(Notification)消息用于传输出错通知和建议信息•消息的编码格式LDP的消息采用TLV(Type-Length-Value)编码格式TypeLengthValue2008CopyrightSCUTDT&PLabs13第十三章MPLS10、标记交换路由器(LSR)•标记交换路由器(LSR:LabelSwitchingRouter)•LSR运行传统/普通的IP路由协议(如RIP、OSPF等)，完成路由功能，负责更新和维护路由表•LSR运行MPLS的有关控制协议LDP，与邻接设备协调FEC/标记的绑定信息•LSR负责建立和维护标记转发表，支持标记交换•LSR的构建可以在传统(ATM)交换机上实现，也可以将传统的路由器升级支持MPLS。2008CopyrightSCUTDT&PLabs14第十三章MPLS10、标记交换路由器(LSR)•基于ATM交换机构建LSR的实现方法2008CopyrightSCUTDT&PLabs15第十三章MPLS11、标记边缘由器(LER)•标记边缘路由器(LER:LabelEdgeRouter)•LER是一种连接MPLS域与非MPLS域，不同MPLS域的路由器•LER与MPLS网内部的LSR交换FEC/标记绑定信息•LER负责确定业务类型，进行FEC划分•为到达准备进入MPLS网络的分组加标记，为离开MPLS网络的分组删除标记；•基于传统的IP路由协议完成IP选路功能•实施QoS管理，进行接入业务的流量工程控制。2008CopyrightSCUTDT&PLabs16第十三章MPLS12、标记交换路径(LSP)•标记交换路径(LSP:LabelSwitchedPath)•LSP本质上是一条面向连接的虚电路，类似于ATM中的PVC，是一种由多个LSR组成的交换式分组传输通路•LSP的建立过程：基于路由协议和LDP协议实现各种操作；在确定的传输路径上的各LSR中建立基于标记转发表：在入口LSR、中间LSR和出口LSR的整个传输路径上建立起标记于虚电路的映射关系；形成MPLS网络从不同入口到不同出口的标记交换路径(LSP).2008CopyrightSCUTDT&PLabs17第十三章MPLS12、标记交换路径(LSP)•标记交换路径LSP示例2008CopyrightSCUTDT&PLabs18第十三章MPLS13、MPLS的技术选择•标记分配的驱动模式控制流驱动数据流驱动•标记的分发方式上游分发下游按需分发下游主动分发•标记的保持方式自由标记保持保守标记保持•标记分发控制方式独立控制有序控制2008CopyrightSCUTDT&PLabs19第十三章MPLS14、标记分配的驱动模式•控制流驱动方式属于标记预分配的方式，时间开销小根据控制流的到达来发起标记分配过程，如拓扑驱动：根据(OSPF/BGP等)路由更新消息请求驱动：根据LDP或RSVP的资源预留消息•数据流驱动方式特定数据流的到达发起标记分配过程，时间开销大•控制流驱动方式在性能、可扩展性、可靠性等方面都有更好的优势，MPLS主要使用控制流驱动技术2008CopyrightSCUTDT&PLabs20第十三章MPLS15、标记分发方式•上游标记分发适用于组播数据流的传输•下游标记分发(1)下游主动标记分发：由数据流动方向的下游LSR主动分配标记，无论相关业务是否结束，标记资源都保留在LSR中.(2)下游按需标记分发发：在收到上游节点的业务请求时，才由下游节点分配标记，业务结束时释放标记资源.2008CopyrightSCUTDT&PLabs21第十三章MPLS16、标记保持方式•保守方式一旦从相邻LSR收到无效的标记映射信息(如冗余的标记映射等)，本地的LSR将其丢弃.优点：节省存储空间与处理时间•自由方式从相邻LSR收到无效的标记映射信息时，本地LSR尽可能予以保存，以便未来使用.优点：可加速重建路由的过程，提高网络的恢复速度2008CopyrightSCUTDT&PLabs22第十三章MPLS17、标记分发控制方式•独立方式每个LSR可以独立地计算路由、为FEC建立标记绑定，并向其上游LSR发出FEC/标记绑定消息。•有序方式FEC/标记绑定消息从FEC的出口LSR发起，并从下游LSR依序流向上游的LSR。用于显式路由，如建立一个经过特定顺序节点的非缺省路径。该方式有利与防止环路发生，但时延相对大一些。•MPLS网络可以同时支持标记分发的两种控制模式，并支持其互操作。2008CopyrightSCUTDT&PLabs23第十三章MPLS18、显式路由(ER)•显式路由(ER：ExplicitRoute)•路由建立过程总明确指定LSP所经由的全部或部分节点，预先配置各跳的顺序，以替代动态IP路由选路的计算；•可通过把业务流在多个通路上转发来平衡骨干网的负荷；•可根据特殊的服务需求，如考虑安全、计费和VPN等因素，选择特定的通路。2008CopyrightSCUTDT&PLabs24第十三章MPLS19、约束路由(CR)•约束路由(CR：ConstraintRoute)•可根据特定的约束来选择路由，如流量的带宽需求延时要求优先级等•显式路由可看作约束路由的一个子集2008CopyrightSCUTDT&PLabs25第十三章MPLS20、RSVP标记交换功能的扩展•RSVP-TE：ExtensionstoRSVP•对RSVP可作功能扩展以支持标记交换•在Path和Resv消息中增设标记请求、标记分发等信息单元•此时资源预留过程不再由终端主机发起，信令交换在MPLS的入口和出口的LSR之间展开。2008CopyrightSCUTDT&PLabs26第十三章MPLS21、LSP建立过程示例建立一条连接网络A/B到网络C/D的标签交换路径2008CopyrightSCUTDT&PLabs27第十三章MPLS21、LSP建立过程示例ThestepsforsettingupanLSPareasfollows:ArequestforlabelstoestablishanLSPfromLER2todestinationA(networkA)propagatesacrossthenetwork.ThisLDPtraffictravelsonthedefaultchannel.TherequestarrivesattheendpointoftheproposedLSPatLER1.LER1isconnectedtonetworkA.LER1assignsthelabel(VPI/VCIvalue)ofVP=0,VC=33totheportionoftheLSPbetweenitselfandLSR1.Thislabel(VP=0,VC=33)isstoredinthelabelinformationbase(LIB)ofLSR1.2008CopyrightSCUTDT&PLabs28第十三章MPLS21、LSP建立过程示例LSR1thenassignsthelabelVP=0,VC=45totheportionoftheLSPbetweenitselfandLSR2.ThislabelisstoredintheLIBsofbothLSR1andLSR2.LSR1nowhasenoughinformationtoperformlabelswitching.Ithasaninco