MPLS_概述

1.1? MPLS

概述

MPLS

（

Multiprotocol

Label

Switching

）最初是用来提高路由器的转发速度

而提出的一个协议，但由于其在流量工程（

Traffic Engineering

）和

VPN

（

Virtual Private Network

）这两项目前在

IP

网络中非常关键的技术中的

表现，

MPLS

已日益成为扩大

IP

网络规模的重要标准。

MPLS

协议的关键是引入了标签（

Label

）的概念。它是一种短的易于处理的、

不包含拓扑信息、

只 具有局部意义的信息内容。

在

MPLS

网络中，

IP

包在进入

第一个

MPLS

设备时，

MPLS

边缘路由器就用这些标签封装起来，

MPLS

边缘路

由器分析

IP

包的内容并且为这些

IP

包选择合适的标签。

相对于传统的

IP

路

由分析，

MPLS

不仅分析

IP

包头中的目的地址信息，

它还分析

IP

包头中的其

他信息，如

TOS

等；之后所有

MPLS

网络中的节 点都是依据这个简短标签来作

为转发判决依据。当该

IP

包最终离开

MPLS

网络时，标签被边缘路由器分离。

1.2? MPLS

原理

如图

1-1

所示，

MPLS

网络的基本构成单元是标签交换路由器

LSR

（

Label

Switching

Router

），由

LSR

构成的网络叫做

MPLS

域。位于

MPLS

域边缘和

其它用户网络相连的

LSR

称为边缘

LSR

（

LER

，

Labeled Edge Router

），

位于区域内部的

LSR

则称为核心

LSR

。标签分组沿着由一系列

LSR

构成的标

签交换路径

LSP

（

Label

Switched

Path

）

传送，

< br>其中入口

LSR

叫

Ingress

，

出口

LSR

叫

Egress

。

图

1-1 MPLS

基本原理

1.2.1?

基本概念

首先介绍几个

MPLS

中特有的基本概念。

1.

标签及其结构

标签（

label

）是一个短的、 长度固定的数值，由报文的头部所携带，不包含

拓扑信息，只具有局部意义。标签同

ATM

的

VPI/VCI

以及

Frame Relay

的

DLCI

类似，是一种连接的标识符。如果链路层协议具有标签域，如

ATM

的

VPI/VCI

和

Frame Relay

的

DLCI

，则标签封装在这些域 中；如果不支持，则

标签封装在链路层和

IP

层之间的一个垫层中。

这样，

标签能够被任意的链路 层

所支持。

标签的封装结构如图

1-2

所示，

它位于链路层包头和网络层分组之间，

长度为

< br> 4

个字节。标签共有

4

个域：

图

1-2

标签的封装结构

Label

：标签值字段，长度为

20bits

，用于转发的指针。

Exp

：

3bits

，保留，用于试验。

S

：

1bit

，

MPLS

支持标签的分层结构，即多重标签。值为

1

时表明为最底

层标签。

TTL

：

8bits

，和

IP

分组中的

TTL

意义相同。

2.

等价转发类

转发等价类（

FEC

——

Forwarding Equivalence Class

）是在网络中遵循相

同转发路径的报文的集合。< /p>

例如，

在传统的最长匹配算法的

IP

转发中，

到同一

个目的地址的所有报文 是一个转发等价类。

实际上，

转发等价类的划分方式是非

常灵活的，可以是源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议类型、

VPN

等

信息的任意组合。在

MPLS

中，一个标签标识了一个转发等价类。

3.

标签交换路径

一个转发等价类在

MPLS

网络中走过的路径称为标签交换路径

(LSP

——

Label

Switched

Path)

。

LSP

在功能上同

ATM

和

Frame

Relay

的虚电路是等

价的，它是从入口到出口的一个单向路径。

LSP

中的每个节点称为标签转发路

由器

(LSR)

，

其中，

入口和出口节点 分别称为入口

LSR

（

Ingress

）

和出口

LSR

（

Egress

）。

4.

标签分配和分发

在

MPLS

体系中，将特定标签分配给特定

FEC

的决定由下游

LSR

作出，下游

LSR

随后通知上游

LSR

。即标签由下 游指定，分配的标签按照从下游到上游的

方向分发。

MPLS

中使用的标签分发方式有两种：

下游自主标签分发方式

（

DU

，

Downstream

Unsolicited

）和下游按需标签分发方式（

DoD

，

Downstream

On

Demand

）。

对于一个特定的

FEC

，

LSR

无须从上游获得标签请求 消息即进行标签分配与分

发的方式，称为下游自主标签分配。

对于一个特定的

FEC

，

LSR

获得标签请求消息之后才 进行标签分配与分发的方

式，称为下游按需标签分配。

具有标签分发邻接关系的上游

LSR

和下游

LSR

之间必须对使用哪种 标签分发

方式达成一致。

5.

标签控制方式

标签控制方式分为两 种：

独立

（

Independent

）

标签控制方式和有序

（

ordered

）

标签控制方式。

当使用独立标签控制方式时，

每个

LSR

可以在任意时间向和它连接的

LSR

通告

标签映射。

当使用有序标签控制方式时，

只有当

LSR

收到某一特定

FEC

下一跳的特定标签

映射消息或者

LSR

是

LSP

的出口节点时，

LSR

才可以向上游发送标签映射消

息。

6.

标签保持方式

标签保持方式分为两 种：自由标签保持方式和保守标签保持方式。

假设两台路由器

Ru

和

Rd

，对于一个特定的

FEC

，如果

LSR Ru

收到了来自

LSR

Rd

的标签绑定：

当

Rd

不是

Ru

的下一跳时，

如果

Ru

保存该绑定，

则称

Ru

使用的是自由标签保持方式；

如果

Ru

丢弃该绑定，

则称

Ru

使用的是保守标签

保持方式。

当要求

LSR

能够迅速适应路由变 化时可使用自由标签保持方式；

当要求

LSR

中

保存较少的标签数量时可使用保守标签保持方式。

1.2.2?

标签报文的转发

在

Ingress

，

将进入网络的分组根据其特征划分成转发等价类

FEC

（一般根据

IP

地址前缀或者主机地址来划分

FEC

）。这些具有相同

FEC

分组在

MPLS

区

域中将经过相同的路径（即

LSP

）。

LSR

对到来的

FEC

分组分配一个短而 定

长的标签，然后从相应的接口转发出去。

在

LSP

沿途的

LSR

上都已建立了输入

/

输出标签的映 射表（该表的元素叫下

一跳标签转发条目，简称

NHLFE

，

Next

Hop

Label

Forwarding

Entry

）。对

于接收到的标签分组，

LSR

只需根据标签从表中找到相应的

NHLFE

，

并用新的

标签来替换原来的标签，然后对标签分组进 行转发，这个过程叫输入标签映射

ILM

（

Incoming Label Map

）。

MPLS

在网络入口处指定特定分组的

FEC

，

后续路由器只需简单的转发即可，

比

常规的网络层转发要简单的多，转发速度得以提高。

?

?

说明：

TTL

处理：

标签化分组时必须将原

IP

分组中的

TTL

值拷贝到标签中的

TTL

域。

LSR

在转发标签化分组时，

要对栈顶标签的

TTL

域作

减一操作。标签出栈时，再将栈顶的

TTL

值拷贝回

IP

分组或

下层标签。

但是，当

LSP

穿越由

ATM-LSR

或

FR-LSR

构成的非

TTL LSP

段时，

域内的

LSR

无法处理

TTL

域。

这时，

需要在进入非

TTL

LSP

段时对

TTL

进行统一处理，即一次性减去反映该非

TTL

LSP

段长度的值。

?

1.2.3? LSP

的建立

LSP

的建立其实就是将

FEC

和标签进行绑定，并将这种绑定通告

LSP

上相邻

LSR

的过程。这个过程是通过标签分发协议

LDP

（

Label Distribution

Protocol

）来实现的。

LDP

规定了

LSR

间的消息交 互过程和消息结构，以及

路由选择方式。

1. LDP

的工作过程

LSR

通过周期性地发送

Hello

消息来发现

LSR

邻居，

然后与新发现的相邻

LSR

间建立

LDP

会话。

通过

LDP

会话，

相邻

LSR

间通告标签交换方式、

标签空间、

会话保持定时器值等 信息。

LDP

会话是

TCP

连接，需通过

LDP

消息来维护，

如果在会话保持定时器值规定的时间内没有其它

LDP

消息，那么必须发送会话

保持消息来维持

LDP

会话的存在。

图

1-3

标签分发过程

为

LDP

标签分发示

意图。

图

1-3

标签分发过程

在一条

LSP

上，

沿数据传送的方向，

相邻的

LSR

分别叫上游

LSR

和下游

LSR

。

如在

图

1-3

标签分发过程

中的

LSP1

上，

LSR B

为

LSR C

的上游

LSR

。

前面提到，标签的分发过程有两种模式：

DoD

（

downstream-on-demand

）模

式和

DU

（

downstream

unsolicited

）模式。这两种模式的主要区别在于 标签

映射的发布是上游请求还是下游主动发布。

DoD

（

downstream- on-downstream

）

模式下标签的分发过程是这样 ：

上游

LSR

向下游

LSR

发送标签请求消息

（包含

FEC < /p>

的描述信息）

，

下游

LSR

为此

FEC

分

配标签，

并将绑定的标签通过标签映射消息反馈给上游

LSR

。

下游

LSR

在何时

反馈标签映射消息，取决于该

LSR

采用独立标签控制方式还是有序标签控制方

式。当下游

LSR

采用有序标签控制方式时，只有收到它的下游返回的 标签映射

消息后才向其上游发送标签映射消息；当下游

LSR

采用独立标签控制方式时，

则不管有没有收到它的下游返回的标 签映射消息都立即向其上游发送标签映射

消息。上游

LSR

一般是根据其路由表中信息来选择下游

LSR

的。图

1-4

中

LSP1

沿途的

LSR

都采用有序标签控制方式，

LSP2

上

LSR F

采用独立标签控

制方式。

DU

（

downstream

unsolicited

）

模式下分 发标签的过程：

下游

LSR

在

LDP

会

话建立成功，

主动向其上游

LSR

发布标签映射消息。

上游

LSR < /p>

保存标签映射信

息，并根据路由表信息来处理收到的标签映射信息 。

2.

基于约束路由的

LDP

MPLS

还支持基于约束路由的

LDP

机制（

CR-LDP

，

Constrain-based

Routing

LDP

）。所谓

CR-LDP

，就是入口节点在发起建立

LSP

时，在标签请求消息中

对

LSP < /p>

路由附加了一定的约束信息。

这些约束信息可以是对沿途