MPLS的基本概念

2019-11-04 22:42:44

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供稿：网友

　　编辑：xiaozhe
　　
　　多协议标签交换（Multi-PRotocol Label Switching）
　　是一种新的数据包交换机制，它使用第3层转发信息启动第2层分组交换，将第2层交换的高性能和第3层转发的高扩展性融为一体。
　　MPLS依据网络层协议为每个转发等价类（FEC）分配标签，数据包依据长度固定的短小标签处理和转发数据。每个转发等价类通常情况下可以等同于一个目的地网络，也可对应其他参数，如QoS和源地址。
　　MPLS使得在ip网络中提供类似电路连接特性并提供业务的快速自愈能力成为可能，基于MPLS的 QoS能控制网络带宽、延迟、抖动和包丢失，以满足多种不同业务对服务质量的要求。
　　MPLS的引入将改善网络层路由技术和性能/价格比，提高网络层的可缩放性，并在新路由服务拓展方面提供更大的灵活性，为运营商提供基于IP的增值服务。
　　
　　 FEC类别
　　FEC具体定义了每个IP包映射到哪条LSP上，并使用唯一的标签值。每个FEC由一个或多个FEC单元来描述。每种FEC单元描述一组对应于特定LSP的IP包。当某条LSP由多个FEC单元共享时，LSP应在共享状态发生改变的节点终止。
　　
　　 IP地址前缀（IP Address Prefix）
　　提供了一个含有一个或多个IP地址前缀的集合，符合其中一个或多个IP地址前缀的包被映射到相应的LSP；主机地址，以一个32位的IP地址作为单元。
　　
　　 控制组件
　　根据第三层路由协议通告，建立与邻接的标记交换机之间创建、交换、维护标签转发信息，标签绑定交换使用TDP或者LDP、CR-LDP(Nortel)、RSVP(构建TE)实现。
　　
　　 转发组件
　　在入口路由器上，根据到目的地的IP地址，对应的标签被分配并附加到数据包上。核心网络的LSRs基于标签转发表对简单的交换标签信息进行检索，以决定转发路径。在出口路由器上，标签被移出，路由机制开始负责数据包的转发工作
　　
　　 边界标签交换路由器（Edge LSR，Edge label switch router）
　　是进行包初始化及分类过程并赋予第一个标签的设备。该设备可以是一个路由器或具有内建路由功能的交换机。
　　
　　 标签交换路由器（LSR，Label switch router）
　　根据预先设置或计算好的路由表进行加了标签的数据包的设备。它可以是交换机或路由器。
　　
　　 标签分配协议（LDP，Label distribution protocol）
　　可以提供边界和核心设备间的通信能力。它负责与路由协议（如OSPF、IS-IS、EIGRP、BGP等）协同为要建立标签交换路径（LSP，label switched paths）的边界和核心设备分配标签。
　　 标签交换路径（LSP，Label switched path）
　　由各端点间所分配的所有标签定义的路径。LSP既可以是动态的，也可以是静态的
　　
　　 标签（Label）
　　由数据包携带的，是用来标识FEC（转发等价类）的数据，通常是在本地使用的。由LSR用来做转发数据包依据的信息。具体标签的传送过程完全依靠于网络的特性。在基于路由的网络中，标签被放置在IP头前的单独隔离的"shim"头中。该头部中除了标签本身外，也携带着QoS信息。而在ATM网络中，标签被放在信元头的虚拟通道标识/虚拟路径标识（VCI/VPI，virtual channel identifier/virtual path identifier）域中。
　　
　　
　　MPLS技术简述
　　MPLS技术简述
　　
　　MPLS（Multi-protocol Label Switching-多协议标签交换技术）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。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，预期将大大改善网络层路由技术的性能/价格比，提高网络的可伸缩性，并在新路由服务方面提供更大的灵活性（在不改变网络转发方案的情况下，提供答应添加新路由服务）；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。在提供IP业务时能确保QoS和安全性，具有流量工程能力。
　　MPLS体系结构描述了实现标记交换的机制，这种技术兼有第二层交换的分组转发技术和第三层路由技术的优点。与第二层（FR/ATM）相似，MPLS给分组分配标签，以便分组能够在基于分组或信元的网络中传输。数据单元携带长度固定的短小标签，该标签告诉分组路径上的交换节点如何处理和转发数据。
　　MPLS体系结构被分为两个独立的组件：转发组件（数据层面）和控制组件（控制层面）。转发组件使用标记交换机维护的标签转发数据库，根据分组携带的标签执行数据的转发任务。控制组件负责在一组互联的标记交换机之间创建和维护标签转发信息。
　　与传统路由器类似，IP路由协议建立IP路由表。在传统的IP路由器中，IP路由表用于提供Cisco快速转发（CEF）IP使用的转发缓存和IP转发表。而在MPLS节点中，IP路由表被用于决定标签绑定交换。对于基于目标地址的单播IP路由技术而言，标签绑定交换是使用Cisco专用的标记分发协议（TDP）和IETF指定的标签分发协议（LDP）实现的。
　　
　　MPLS的工作流程
　　MPLS的大概运作流程是：在入口边界，进入的数据包经过处理被选择并赋予标签。而在MPLS网络的内部，MPLS的内核解读标签、并用相应出标签替换入标签，然后转发数据包。以上处理过程中有大量的分析、定级、过滤等密集型的芯片处理项目都一次性的在入口边界上完成，而在MPLS网段中，所有的处理内容仅是根据携带的标签来转发数据包而已。最后在出口边界上，标签被从数据包上剥离，而数据包被转发到最终的目的地。
　　因为所有的标签处理都在边界LSR上进行，内部P路由器仅仅做标签交换，数据包不必在每一跳上都进行处理，这是与其他传统协议的主要区别和优势，也是加大网络设备数据吞吐量的要害点。
　　
　　
　　MPLS的优势
　　 MPLS在定长标签的严格匹配下简化了转发过程，而且这个转发的硬件基础是便宜、成熟的ATM交换技术，这大大减少了设备制造商的研发投资，加快了MPLS设备的面市时间和产品的成熟稳定性；
　　
　　 由于MPLS将路由与分组转发从IP网中分隔开来，这使得在MPLS网中可以通过修正转发方法来推动路由技术的演进；新的路由技术可以在不间断网络运行的情况下直接应用到网络中，而不必改动现有路由器上的转发技术，这是以前的各种网络技术不易做到的；
　　
　　 MPLS简化了ATM与IP的集成技术，推动了它们的统一，从而起到平衡用户在ATM和IP网上的巨大投资，消除了现有网络的限制，由此减少了网络维护成本和扩展性问题；
　　
　　 在MPLS网中可以直接使用显式路由，这使得流量工程的应用变得简单，增强了IP网络流量控制和自愈恢复能力，为支持更多的新业务提供了保障；同时MPLS在保证连接可靠性的条件下取消了专线连接的要求，使得各种新业务可以在基于MPLS的IP网上实现；
　　
　　 MPLS技术进一步促进了网络功能的划分，它将复杂的事务处理推到网络边缘去完成，核心网只负责完成传送功能；这有利于在一个大的网络中维护IP协议的扩展性；
　　
　　 MPLS网络中标签堆栈的使用将庞大的路由表变得很小，极大地改善了路由扩展能力；
　　
　　 MPLS可用于多种链路层技术，做到对下层与上层的多协议，最大限度地兼顾了原有的各种技术。保护了现有投资和网络资源，促进了网络互连互通和网络的融合；
　　
　　 MPLS能够以无连接方式或显式路由的方式提供面向连接的业务；这使得MPLS适用于动态遂道技术，并保障数据传输业务的QoS需求，而遂道技术是目前支持VPN业务的有效手段，QoS的保障是IP网上实现语音、实时多媒体信息传输的基础；
　　
　　 作为综合平台，在语音方面，VoIP on MPLS实验十分成功；在数据方面，它先天就能承载IP业务；在视频方面，它已能承载多媒体应用；
　　
　　 与ATM相比，MPLS标准能更快地被接受是因为它是以软件为主，运行在各种不同的网络上，而ATM网则需要极大的软、硬件投资。

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