第七次课多协议标志交换

2020/2/13史忠植高级计算机网络1高级计算机网络第五章多协议标志交换史忠植中国科学院计算技术研究所2020/2/13史忠植高级计算机网络25.1概述多协议标记交换（multiprotocollabelswitching，MPLS）是IP通信领域中的一项技术，是对传统IPOA（IPoverATM）技术的改进。它采用集成模式，将IP技术与ATM技术良好地结合在一起，改进了网络层的可扩展性和灵活性，可支持多种网络层协议及支持不同的路由协议．MPLS不受限于链路层技术，可工作于任何传送媒质，并具有链路层的高速交换和业务量管理能力．可以对要求不同服务质量的流分配不同的标记，借助RSVP（资源预留协议），并根据该标记提供相应的服务．从而兼具了ATM的高速性能、QOS性能、流量控制性能与IP的灵活性、可扩充性，它不仅能够解决当前网络中存在的大量问题，而且能够支持许多崭新的功能，所以是一种较为理想的骨干IP网技术。2020/2/13史忠植高级计算机网络35.1概述当前，国际上关于MPLS的研究十分活跃，IETF(InternetEngineeringTaskForce)预计今年将出台MPLS的标准，而ITU-T的各个工作组也在积极进行相关的研究，该技术将很有可能成为下一代IP的基础。与此同时，Internet的发展对宽带化、多媒体化提出了越来越高的要求，IP网络的建设迫切需要一种更为高效的技术。在这种情况下，便很有必要对这一新兴技术进行认真研究。2020/2/13史忠植高级计算机网络4标记交换技术是对现有的各种标记交换技术的统称，而这些技术，正是MPLS技术产生的基础。标记交换的想法来自于对IP网络中两种基本设备的考察，它们便是我们再熟悉不过的交换机与路由器了。可以看到，若仅就交换速度，流量控制性能与性能价格比而言，交换机无疑要远远高于路由器，然而路由器却具有交换机所不能比拟的丰富而灵活的路由功能。这样，我们不禁要想，能不能让一部设备既有交换机的高速度与流量控制能力，又具备路由器灵活的功能呢？这实际上是标记交换技术产生的一个关键动机。2020/2/13史忠植高级计算机网络5标记交换技术标记交换的基本原理便是以一个类似于路由器的设备来控制ATM的硬件交换设备，该技术从而具备了可以与交换机比拟的性能/价格比。同时，它还能够支持许多更为强大的新的路由功能，如显式路由（ExplicitRouting）等，这样该技术将交换机与路由器的优点完美地结合在一起，成为当前业界普遍关注的热点。2020/2/13史忠植高级计算机网络65.2MPLS1996年，IETF就MPLS召开了BOF（BirdOfaFeather）会议1997年初，MPLS的章程（Charter）得以通过。1997年4月，MPLS工作组召开了第一次会议。1997年11月，形成了MPLS的框架（Framework）文件。1998年7月，形成MPLS结构（Architecture）文件。1998年8月，9月间，形成关于MPLS标记分布协议（LDP），标记编码，ATM应用等等十几个Internet文件，MPLS已经基本成形。1999年内将最终形成IETF关于MPLS的标准，并提出RFC文件。2020/2/13史忠植高级计算机网络75.3多协议标记交换的网络体系结构流（flow）：从一个特定源发出的分组序列，它们被单点投递或多点投递（unicast/multicast）到特定的目的地，并且有路由和逻辑处理策略需求的相关性。前传等效类（FECforwardequivalenceclass)：以相同方式（如：通过同一条路径，受到LSR相同的前传处理）进行前传的一组IP分组。标志（记）（label）：一个短而且定长、物理连续、只具有局部意义的标识符，用来标识一个“流”。标志的局部意义一般是指一个标志仅在它被采用的、邻接的两个MPLS结点之间有意义。标志包含有关目标、带宽、延时、源IP地址、第4层套接字、公级服务的信息。2020/2/13史忠植高级计算机网络85.3多协议标记交换的网络体系结构标志交换（labelswap）：一种基本的链路层转发操作，包括查找流入分组的标志以决定对应的流出标志、封装操作、输出及其他数据信息处理操作。标志交换路由器（LSR，labelswitchingrouter）：同时支持传统的网络层分组转发的MPLS结点。LSR可以成为MPLS边界结点。MPLS结点（MPLSnode）：可以用标志交换方式转发分组的网络结点。同时，MPLS结点还必须运行相应的MPLS控制协议，运行一定的网络层路由协议。MPLS结点也可以选择支持传统的网络层分组转发。2020/2/13史忠植高级计算机网络95.3多协议标记交换的网络体系结构标志交换路径（LSPlabelswitchedpath）：由若干MPLS结点连接起来所组成的路径，在该路径上分组在两MPLS结点之间以标志交换方式转发。标记堆栈（labelstack）：一组有序的标记，不同位置的标记代表不同的层次。标记分发协议（LDPLabelDistributionProtocol）：一个LSR通知其它LSRs关于标记/FEC绑定信息的一系列过程。LSR用于交换和协商FEC樗联系的控制协议。MPLS域（MPLSdomain）：运行MPLS路由选择和分组转发的一组连续结点的集合，这些结点存在于同一个路由或管理域中。MPLS边界结点（MPLSedgenode）：连接一个MPLS域及一个域外结点的MPLS结点。这里所指的域外结点或是不运行于MPLS方式下，或是属于另一MPLS域。2020/2/13史忠植高级计算机网络105.3多协议标记交换的网络体系结构MPLS中一个关键部分就是可以将同一个标记(或LSP)分配到多个流上。MPLS支持标记的不同层次的颗粒化(Granularity)。根据对共享标记和最大程度获得交换的好处之间的折中，可以选择不同的颗粒化。常用的颗粒化有：●IP地址前缀(IPPrefix)：具有相同的目的网络地址将共用同一个LSP，与自由方式配合使用，可以使标记一次性完成分配；●出口路由器(EgressRouter)：有同一个出口路由器的所有IP地址共用相同的LSP，扩展性最好；●应用流(ApplicationFlow)：扩展性最差，但保证了端到端的交换。2020/2/13史忠植高级计算机网络11MPLS的网络模型2020/2/13史忠植高级计算机网络12MPLS的网络模型标记交换路由器LSR是运行MPLS的网络节点，LSR运行MPLS控制协议和第3层路由协议。LSR除支持标记交换外，也可以支持第3层路由和第2层交换功能。LSR可以由运行LDP的各种骨干网路由器或交换机升级而成。MPLS网络边缘节点位于网络的边缘，从功能上说包括MPLS入口节点和／或MPLS出口节点，提供网络层服务。它可以由运行标记分配协议LDP的路由器或局域网交换机升级而成。标记分配协议LDP利用第3层路由协议信息，完成MPLS网内节点之间标记与路由捆绑信息的建立和维护。2020/2/13史忠植高级计算机网络13MPLS的网络模型MPLS网络工作时，首先网络节点运行路由协议建立路由表，并通过标记分配协议实现目的地址与标记之间的映射。当来自其他网络的数据流或转发等价类(FEC)进入MPLS网络时，入口边缘节点先为其加上标记，标记与数据流或FEC一起传送。标记交换路由器LSR接收标记包，并根据标记包所携带的标记进行标记交换。标记包到达出口节点后，出口节点对离开MPLS网的标记包去掉标记，恢复进入MPLS网前的数据。2020/2/13史忠植高级计算机网络145.4多协议标记交换的基本原理2020/2/13史忠植高级计算机网络15标记交换的具体工作过程1.LDP（标记分布协议）和传统路由协议（OSPF等）一起，建立在LSR中建立路由表和标记映射表。2.边缘路由器接收分组，完成第三层功能，并给分组加上标记。3.此后，在LSR构成的网络中，LSR对分组不再进行任何第三层处理，只是依据分组上的标记通过交换单元对其进行转发。•4.在MPLS出口的路由器上，将分组中的标记去掉后继续进行转发。2020/2/13史忠植高级计算机网络16标记交换的实例1.一个目标地址为128.89.25.4的为标记的IP包到达路由器A(RTA)2.RTA检查它的LFIB并且用前缀为128.89.0.0/16来对他进行匹配（/16指的是每CIDR16格网络屏蔽位）。3.这个包被标记成标签4后送到前面的下一跳RTB。4.RTB接收到这个输入标签4并用它到LFIB索引。5.这个输入标签4被转换成这个输出标签6。6.这个包根据LFIB捆绑了相应的第二层信息（如MAC地址）后通过接口0送出。7.当此包到达RTC，它除去标签后将它作为为标记的IP包向前传送。继续进行转发。