全面理解MPLS

目录MPLS的前世今生MPLS的一些概念MPLSVPNMPLSOAMMPLSTE/FRRMPLS-TPMPLS概念MPLS，全称是MultipleProtocolLabelSwitch，翻译成中文及多协议标签交换直接从字面意思来理解MPLS，即MPLS是通过一个叫label的东西来做交换转发的，这个label里面可以承载多种协议payload，所以可以理解成一个适应于多个协议的统一的转发平面MPLS的发展历史–IP和ATM的限制90年代初，随着Internet的快速普及，IP技术由于简单，成本低，迅速得到推广。然而，由于当时硬件技术的限制，采用最长匹配算法、逐跳转发方式的路由器日益成为限制网络转发性能的一大瓶颈，快速路由器技术成为当时研究的一个热点。而与此同时，ATM技术因为采用定长标签，并且只需维护比路由表小得多的标签表，可以提供比IP路由方式高得多的转发性能。ATM组织也梦想一统江湖，然而，由于ATM的完美主义倾向，由此导致的复杂的控制信令和高昂的部署成本让人望而却步。MPLS的发展历史–MPLS想法的出现这在当时也导致了广泛的争论，到底ATM和IP，谁将成为下一代网络技术的基础。很自然的，开始有人尝试把ATM和IP技术的优势结合起来，在保持IP技术简洁性的前提下，提供类似于ATM技术的高性能。很多厂商都进行了类似研究，其结果是各个厂商提出了各自的标签交换解决方案。MPLS的发展历史–先行者1996年春，美国加州一个名为IPSilon的小公司推出了一项具有震撼意义的技术，称为IPSwitching。IPSwiching技术通过在ATM交换机上提供一个额外的IP路由引擎，较好地把ATM的高速转发能力和IP的简洁易部署特点结合起来，这是最早的先行者。IPSwitching技术的推出使得Ipsilon公司由一个默默无闻的小公司，一举成为IP通信界的明星，并刺激业界巨头，如CISCO(提出TagSwitching)、IBM(提出ARIS)纷纷推出更易于扩展和升级的三层交换解决方案，由此引发了路由交换技术的一次革命，并导致了MPLS技术的诞生。MPLS的发展历史–MPLS诞生在上面提到的三种标签交换技术之外，还有其他各种类似技术，如3COMFASTIP、CascadeNavigator等，均能提供支持IP的二层交换功能。当时的情形是，各厂商纷纷提出自己的标签交换技术，如果没有一个标准化工作组，将会出现更多的互不兼容的标签交换技术，从而使市场变得更为混乱。为了协调各方利益，形成一个统一的标准，1996年底，IETF成立了一个工作组，对集成路由和交换技术的标签解决方案进行标准化。到1997年初，这个工作组形成了IETF认可的章程，工作组的第一次会议在1997年4月召开。经过多次商讨，最终MPLS（MultiprotocolLabelSwitching）这个术语被确定下来，作为独立于各个厂家私有标准的一系列标准的名称。MPLS的发展历史–MPLS的尴尬虽然硬件技术的发展，IP路由转发已经由原来需要软件干预的“一次路由，多次交换”发展到纯粹的硬件转发，虽然硬件的实现技术仍然比MPLS转发要复杂，但是已经完全可以做到线速转发，IP技术的这一弊端已经不复存在。同时ATM技术已经逐渐退出舞台，各个运营商都已经不再投入，所以所谓的统一IP和ATM也已经不再是个强有力的MPLS存活的理由。在这个情况下，MPLS何去何从？MPLS的发展历史–MPLS重获新生随着数据网络的爆发式增长，IP设备功能越来越强大，成本越来越低，数据需求越来越大。运营商的很多企业用户的VPN业务，都是租用的私有专线，都是基于FrameRelay,ATM等技术，成本昂贵，且业务可扩展性差，不能满足新的数据需求。在这种情况下，有没有新的技术可以在IP网络里面很好的支持VPN业务自然成了人们关心的一个话题。这个时候大家发现，由于MPLS支持多重labelstack，天生就适合做tunnel，也就是天生就适合承载VPN业务。所以MPLS迎来了第二春。再到后来，城域承载网络在数据业务的驱动下，都开始向IP/Ethernet迈进，即考虑用价格低廉，业务灵活的IP/Ethernet设备取代成本相对高，数据业务不灵活的SDH/Sonet设备，于是PacketTransportNetwork的概念被引入，在PTN网络的边缘，要考虑多种接入方式，包括Ethernet,IP,ATM,SDH/Sonet，FrameRelay等。如何把这些技术都统一到PTN里面，一个选择就是MPLS。AgendaMPLS的前世今生MPLS的一些概念MPLSVPNMPLSOAMMPLSTE/FRRMPLS-TP最重要的概念–FECFEC–ForwardingEquivalenceClasses，即转发等价类透过FEC这一概念，可以看到MPLSlabel的本质，即MPLSlabel到底是代表了什么东西。IP/MPLS网络，Label=routeentryL2VPN网络，Label=ServiceorCustomerATM/MPLS网络，Label=VPI/VCIFrameRelay/MPLS网络，Label=DLCI其它概念NHLFENextHopLabelForwardingEntryFTNFEC-To-NHLFEILMIncomingLabelMappingLSPLabelSwitchedPathLSRLabelSwitchRouterLEREdgeLSR,includingingressLERandegressLERLabelandLabelStack在一个报文里面，可以包含一个LabelStack,一个LabelStack由一个或者多个LabelStackentries组成，一个LabelStackEntry格式如下：LabelStack放在L2header后面（如果有vlantag,放在vlantag后面），用EtherType0x8847(ucast)和0x8848(mcast)来标识，所以又被称为2.5层协议用一个IP/MPLS例子来说明各个概念(1)0Summaryroutefor171.68/1601171.68.10/24Next-HopInLabAddressPrefixOutI/FOutLabInI/F7171.68/162pop0...............Next-HopInLabAddressPrefixOutI/FOutLabInI/F-171.68/16140...............路由是由路由协议发布的，label是由每个LSR赋给直连的上游路由器的Uselabel“implicit-null”forFEC171.68/16Summaryroutefor171.68/16Uselabel4forFEC171.68/16EgressPE需要做IProutelookup来找到具体的下一跳171.68.44/24AddressPrefixandmask171.68.10/24Next-Hop171.68.9.1InterfaceSerial1171.68.44/24171.68.12.1Serial2171.68/16...NullUselabel7forFEC171.68/16Next-HopInLabAddressPrefixOutI/FOutLabInI/F4171.68/16170...............CEPE1P1P2PE20021在这个例子中，171.68/16就是FECPE1里面创建label4,oif1等下一跳的信息就是NHLFEentryPE1里面创建的171.68/16跟NHLFE的对应关系就是FTNentryP1里面创建的label4,P2里面创建的label7的转发表就是ILMentryPE1-P1的Label4,P1-P2的Label7所形成的这样一条转发路径就是一条LSP，LSP是单向的，后来有新的标准专门定义了Co-routedLSP，是双向LSP在PE1-PE2的LSP上，PE1是ingressLER,PE2是egressLER,P1和P2是transitLSR用一个IP/MPLS例子来说明各个概念(2)LDP协议FTN，ILM可以是在LSR上管理员手动配置的，也可以是通过动态协议来创建的。动态地对每一个FEC发布Label的协议有好几个，最主要的就是LDP(LabelDistributeProtocol),顾名思义，这个协议就是专门为分发标签而诞生的。其它的协议，如BGP,RSVP,都是在已经存在的协议基础上做了扩展，专门为特定目的的标签发布而设计的，非通用。RelatedStandardRFC3031–MPLSArchitectureRFC3032–MPLSLabelShimRFC3270–MPLSSupportDiffServRFC3443–MPLSTTLProcessRFC5036–LDPAgendaMPLS的前世今生MPLS的一些概念MPLSVPNMPLSOAMMPLSTE/FRRMPLS-TPMPLS是天然的Tunnel所谓VPN，就是在原始的数据外面加了一个新的header，然后在网络上用这个新header的信息来进行传输，这个新header所建立起来的转发通道就称之为Tunnel.MPLSpacket，本质上就是在原始报文前面加装一个LabelStack,然后靠这个LabelStack中的label来转发报文，而且labelstack可以包含多个label,即可以在label前面任意再增加label，所以说不需要对MPLS技术做任何扩展，它是天然的Tunnel.MPLSL2VPNandL3VPN所谓的MPLSL2VPN，是在原始的ethernet报文前面，加上一个MPLSlabelstack，再加上一个新的L2header，即MPLS的payload是ethernet报文。所谓的MPLSL3VPN，是把原始报文的ethernetheader去掉，只保留L3header及其payload，然后在前面加上一个MPLSlabelstack,再加上一个新的L2header，即MPLS的payload是IP报文。目前的主流应用是L2VPN。注意：以上的理解都是基于ethernet/IP报文来说的。PWE3IETF有一个workgroup，叫PWE3（PseudowireEmulationEdgetoEdge），它们定义了一个概念叫PW(Pesudowire),中文叫伪线。所有跟MPLSVPN相关的技术，都是基于PW展开来的。PWE3这个workgroup主要定义如何对使用PW模拟的各种service进行封装，传输，控制，管理及安全PWE3制定的这些标准本身不构成任何应用，应用相关的标准由别的group制定，比如L2VPN相关的就是由l2vpnworkgroup制定。PWE3封装格式TheoriginalcustomerframeTheframeafterlocalPEThepacketafterremotePEMacDaMacSaTagPayloadMacDaMacSaTagPayloadTunnelLabelVClabelMacDaMacSaTagMacDaMacSaTagPayloadMPLSL2VPN概念MPLSL2VPN包括VPWS和VPLS.VPWS,即VirtualPrivateWireService,是用PW来提供点对点服务的，即E-Lineservice，它不需要Mac学习和Mac转发。VPLS,即VirtualPrivateLanService,是用PW来提供多点对多点服务的，即E-Lanservice，跟普通的Lan类似，它要求Mac学习和基于Mac+VSI(VirtualServiceInstance)的转发。MPLSL2VPN实现PW，又可以称之为VC(virtualCircuit),可以静态配置，也可以动态创建，动态的创建的协议包括LDP和扩展的BGP，其中LDP是主流。PW可以