BN10MPLS技术及其发展

MPLS技术MPLS技术概述MPLS技术的概念和框架结构MPLS的工作原理MPLS网络的QOSMPLS的流量工程MPLS技术的发展1MPLS技术概述MPLS技术的引入网络的发展向宽带化、智能化和一体化演进IP网络技术的简单性和业务质量ATM技术的复杂性和对业务的QOS保证各种IP与ATM的融合技术的局限性。2MPLS技术的引入支持多种三层协议，如IP、IPv6、IPX、SNA等,提高路由器的转发实现多种传输承载链路技术的网络互通需要迫切解决（ATM、FR、SDH/SONET、PPP等）VPN提供新一代电信业务的潜力和现有网络技术在实现VPN时的扩展性、安全性和管理性的不足MPLS于1997年由IETF提出，是结合第二层和第三层的交换技术，MPLS的实质是将路由器移到网络的边缘，使快速、简单的路由器位于网络中心，一个连接采用实现一次路由和多次交换，从而提高了网络的性能3MPLS技术的特点网络边缘完成路由等复杂事务，核心只负责完成转发传送功能，维护了在一个大网中的IP协议扩展性。在MPLS平台上统一了多种网络传输技术，与链路层无关，支持多种网络层技术。无缝融合IP技术与ATM技术，充分采用原有的IP路由机制和ATM的高效传输交换机制，摒弃了ATM信令，减少了网络维护成本和扩展性问题。分组转发基于定长标签，以标签交换取代IP转发。转发机制的简化使转发路由器容量容易扩展，转发平台也可以是ATM交换机。4MPLS技术的特点路由与转发分隔进行，MPLS可以通过修正转发方法推动路由技术的演进，新的路由技术可以不改动现有路由器的转发技术，直接应用到网络中;标签堆栈的使用简化了庞大的路由表，改善了路由控制能力，标签合并机制支持不同数据流的合并传输;支持大规模层次化的网络拓扑结构，具有良好的扩展性。通过显式路由、面向连接等方式可以支持QOS，新业务可以在基于MPLS的IP上实现；支持流量工程和大规模的VPN;MPLS以软件的形式，应用与不同的网络，比ATM的网络投资小。因此，标准化进程快，普及迅速。5MPLS的概念MPLS的定义MPLS（多协议标签交换）技术是结合二层交换和三层路由的L2/L3集成数据传输技术。MPLS不但支持网络层的多协议，还可以兼容第二层上的多种链路层技术。MPLS在现有网络上，主要是基于ATM和FR，故是实现IPoverATM的一种理想手段。6MPLS网络体系结构MPLS边缘路由器（LER）MPLS标签分发协议（LDP）MPLS标签交换路由器（LSR）7MPLS的相关概念和协议MPLS的基本路由方法转发等价类（FEC）MPLS的标签（Lable）MPLS的封装标签交换路由器（LSR）与标签边缘交换路由器（LER）标签分发协议（LDP）标签交换路径（LSP）8MPLS的基本路由方法MPLS的路由通过标准的三层路由协议实现，三层路由协议维护的信息将用于给相邻节点分配标签。路由选择即为特定的FEC选择一条LSP，以便传送FEC对应的分组。9MPLS的基本路由方法路由选择方式逐跳式路由LSP（Hop-by-HopRouting）显式路由LSP（ExplicitRouting）严格显式路由松散显式路由10转发等价类（FEC）转发等价类（FEC：ForwardingEquivalenceClass）FEC是一系列具有某些共性的数据流集合，这些数据在转发的过程中被LSR以相同的方式进行处理。FEC可以是一系列属性的集合，这些属性构成了FEC要素集合（地址前缀、主机地址、QOS等）11转发等价类（FEC）LERLERLSRLSRLSPIP1IP2IP1IP2IP1IP2＃L1＃L1IP1IP2＃L2＃L2IP1IP2＃L3＃L3转发等价类*FEC：路由器按照相同方式处理的分组。*FEC的提出使网络具有更大的适应性和扩展能力。*传统的路由方法中，会在每一跳有一个FEC，MPLS中在网络入口处可以给分组赋予一个FEC。12标签（Label）标签是具有固定长度和本地意义的标识符，用来表征FEC。标签的处理可以使用高速的ASIC芯片来完成。标签的固定长度，以传输效率的代价换来了交换性能的提高。标签只在上游路由器的发送端口和下游路由器的接收端口之间有意义。相同的标签值在不同的路由器之间可能会有不同的意义。将一个标签指派给FEC，称为“标签映射”，标签映射在入口路由器处进行。13标签（Label）标签映射的过程：当具有一定属性的数据流到达入口路由器之后，路由器检查IP分组的报头，根据得到的信息将输入的信息流进行划分，得到多个FEC，并且按照FEC进行在分组头中插入标签的操作，然后将分组沿标签所标识的出口转发。标签不仅包含了分组的下一跳信息，而且包含了传输的优先级、服务类型、QoS等方面的操作。14标签（Label）标签堆栈：是指一系列有顺序的标签条目，决定标签转发的标签始终是位于堆栈顶端的标签，称为“当前标签”。通过标签可以容易地实现显式路由和资源预留方式的QOS保证，同时没有带来额外开销。15MPLS封装格式通常，MPLS包头有32Bit，其中有：20Bit用作标签（Label），0到15系统保留3个Bit的EXP,协议中没有明确，通常用作COS1个Bit的S,用于标识是否是栈底，表明MPLS的标签可以嵌套。8个Bit的TTLMPLS头部2层头部IP头部数据标签SEXPTTL20023243132比特MPLS头2层头部IP头部数据MPLS头MPLS的封装封装：指对标签或标签堆栈及其它用于标签交换的附加信息进行编码，使之附加在分组上进行传送。MPLS的封装内容（SHIM）标签生存时间域（TTL）服务类型（COS）标签堆栈指示17标签交换路由器（LSR）与标签边缘交换路由器（LER）标签交换路由器（LSR）标签边缘交换路由器（LER）18标签交换路由器（LSR）LSR是运行MPLS的网络节点，主要运行MPLS控制协议和三层路由协议（BGP、OSPF）。负责与其他标签交换路由器交换路由信息，来建立路由表，实现FEC与IP分组头的映射。建立FEC与标签之间的绑定，分发标签绑定信息，建立和维护标签转发表。支持三层的IP分组逐跳转发。19标签交换路由器（LSR）路由协议处理（OSPF、BGP路由表应用接口与内部处理通信接口MPLS控制管理系统（LDP、CR－LDP、RSVP…）TCP/IP标签管理（LIB）硬件转发接口数据链路层驱动（ATM/FR驱动器）标签通路20标签交换路由器功能模块标签边缘交换路由器（LER）LER主要完成连接MPLS域、非MPLS域、不同MPLS域的功能。实现对业务分类、分发标签去掉标签等。确定业务类型、实现策略管理、接入流量工程控制等。实现：（在LSR基础上增加）FEC划分、标签绑定、用于QoS保证、CoS分类、流量工程等方面的控制部件。21标签分发协议（LDP）LDP概述LDP支持的能力LDP协议的消息集2223LDP概述IETF的规范。LDP以消息交互的方式，完成MPLS中的控制。将标签及其隐含在标签中的信息传送给该LSR对等的相邻LSR，从而建立一条相邻LSR之间的信息传输通路。LDP是专门用于MPLS中的控制协议。通过TCP实现通信。24LDP支持的能力转发等价类到LSP的映射标签空间、LDP标识、会话与传输LDP对等层侦测LDP会话建立与维护标签分发与管理循环探测与预防LDP错误处理25转发等价类到LSP的映射将分组映射到LSP时，符合以下规则：如果一个LSP对应的FEC所包含的主机地址与分组目的地址相同，则分组映射到该LSP。如果有多条LSPFEC的主机地址与分组地址相同，则选择其中一个。如果分组完全匹配一个LSP，则将分组映射到该LSP。一个分组与多条LSP匹配，则选择匹配长度最长的一条，如果匹配的长度相同，则选择前缀长度较长的LSP。如果已经知道某特定分组必须从指定的某特定出口LSR输出，而一个LSP的FEC地址前缀与该LSR的地址相符，则选择本LSP。当主机地址与地址前缀两种都匹配时，以主机匹配为主。26LDP标识、会话与传输LDP标识六字节，用来确定LSR标签空间（4字节是LSR的IP地址，2字节是标签空间的种类）LDP会话用来支持标签交换。不同的标签空间使用分离的会话。27LDP标识、会话与传输LDP传输采用可靠的TCP连接进行。多个LDP会话时，每个会话都建立自己的TCP连接。非相邻LSR之间的LDP会话链路层无直接联系的LSR之间的会话。需要两个标签，一个是转发到LSR的标签，一个是用于标签交换的标签。28LDP对等层侦测LDP侦测的目的发现可能的LDP对等体。LDP侦测的引入使MPLS不需要静态配置LSR标签交换。对等层侦测机制基本侦测技术：用于找出与LSR在链路上直接相连的LSR。扩展的侦测技术：用于在链路层锁定非直接相邻的LSR。29LDP对等层侦测侦测机制基本侦测技术：LSR以UDP格式在规定的接口上周期性地发送LDP链接组播问候消息，问候消息中含有LDP标识和标签空间标识，连接在同一子网上的路由器收到此消息后，则知道了与其相邻的LSR和通信使用的接口和标签空间。扩展的侦测技术：LSR以UDP格式在规定的LDP端口上周期性地发送LDP目标问候消息给特定的IP地址，目标LSR可以决定自己是响应还是忽略收到的消息，如果响应，则周期性地发目标问候消息给发起问候的LSR。30LDP会话建立与维护两个LSR通过交换LDP侦测问候消息触发LDP会话的建立，会话建立包括两个步骤：传输连接的建立。会话初始化。31LDP会话建立与维护不存在打开接收打开发送初始化操作运行会话：连接建立接收到任何其他消息或超时或发送了非确认消息主动者：传送初始化消息接收（发送）shutdown消息或超时所有其它的LDP消息接收到keeplive消息被动者：打开接收状态，初始化消息发送，发送keeplive消息接收到其他的LDP消息（初始化和超时除外）可接收状态：初始化消息/发送Keeplive消息收到任何其他消息或超时或发送了非确认消息LDP初始化会话状态转移图标签分发与管理对于一个给定的LDP会话，建立会话的两者之间必须协调好标签的分发方式。标签分发控制模式独立的标签分发控制模式：每个LSR可以在任何时刻公布标签与FEC的绑定给其对等层，输入标签与输出标签拼接在一起就形成了LSP。有序标签分发控制模式：LSR只对那些已经有了FEC下一跳标签映射的FEC启动此过程，LSP建立成功与否依赖于出口节点是否可用，LSP各节点操作必须协调一致，且无循环，分组转发需要LSP建立完毕，可用于显式和组播路由。32标签分发与管理标签保持模式保守的标签保持模式LSR只维护用于转发分组期间时的标签，如果下一跳发生变化，得重新做标签申请，因此可适应网络拓扑变化的能力差，但减少了对存储空间的要求。自由的标签保持模式LSR维护收到的每一个标签绑定，即使下一跳不是有效的FEC下一跳，如果下一跳发生变化，可以立即使用原来无效的绑定，可以快速适应网络拓扑变化，但需要占用更多的存储空间。33标签分发与管理标签公布模式标签公布模式分为主动下游标签公布和下游按需公布模式。LSR在会话初始化期间交换公布模式信息。34循环探测与预防本功能是LSR的可配置选项。通过标签请求消息和标签映射消息实现。可以基于路径矢量和跳数计数（TLV：类型-长度-值）完成。路径矢量：含有消息经过的LSR列表，LDP同时支持最大可允许路径矢量长度，超过长度也视为有循环。跳数计数：含有消息所经过的LSR数。35LDP错误处理LDP的运作错误和其他一些操作中产生的重要故障事件通过通知消息的方式传给LDP对等层处理。两种通知消息错误通知：向有关LSR发出严重错误的信号。（关闭连接、终止会话、释放标签）劝告性通知：通知