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MPLS
基本概念
1.
转发等价类
< br>MPLS
作为一种分类转发技术，将具有相同转发处理方式的分组归为一类，称为
转发等价类（
FEC
，
Forwarding Equivalence Class
）。相同
FEC
的分组在
MPLS
网络中将获得完全相同的处理。
FEC
< br>的划分方式非常灵活，可以是以源地址、目的地址、源端口、目的端口、协
议类型
或
VPN
等为划分依据的任意组合。例如，在传统的采用最长匹
配算法的
IP
转发中，到同一个目的地址的所有报文就是一个<
/p>
FEC
。
2.
标签
标签是一个长度固定、
只具有本地意义的短标识符，
用于唯一标识一个分组所属
的
FEC
。
在某些情况下，<
/p>
例如要进行负载分担，
对应一个
FEC<
/p>
可能会有多个标签，
但是一个标签只能代表一个
< br>FEC
。
标签由报文的头部所
携带，不包含拓扑信息，只具有局部意义。标签的长度为
4
个字
节（
32bits
），封装结构如
图<
/p>
1-1
所示。
图
1-1
标
签的封装结构
标签共有
4
个域：
?
La
bel
：标签值字段，长度为
20bits
，用于转发的指针；
Exp
：<
/p>
3bits
，用于
QoS
；
?
S
：
1bit
，用于标识该标签是否是栈底标签，值为
1
时表明为最底层标签
。主要应用
于
MPLS
标签的多重嵌套
；
?
?
TT
L
：
8bits
，和
< br>IP
分组中的
TTL
（
Time To
Live
，生存时间）意义相同。
标
签与
ATM
的
VPI/VCI
以及
Frame Relay
的
DLCI
类似，是一种连接标识符。如
果链路层协议具
有标签域，如
ATM
的
VPI/VCI
或
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。
标签在分组中的封装位置如
图
1-2
所示：
3.
标签交换路由器
LSR
（
Label
Switching Router
，标签交换路由器）是
MP
LS
网络中的基本元素，
所有
LSR<
/p>
都支持
MPLS
技术。
< br>
4.
标签交换路径
一个转发等价类在
MPLS
网络中经过的路径
称为标签交换路径（
LSP
，
Labe
l
Switched Path
）。在一条
< br>LSP
上，沿数据传送的方向，相邻的
LSR
分别称为上
游
LSR
和下
游
LSR
。如
图
1-3
中，
R2
为
< br>R1
的下游
LSR
，相应的，<
/p>
R1
为
R2
的上
游
LSR
。
图
1-3
标签交换路径
LSP
LSP
在功能上与
ATM
和帧中继（
Frame
Relay
）的虚电路相同，是从
MPLS
网络的
入口到出口的一个单向
路径。
LSP
中的每个节点由
LSR<
/p>
组成。
5.
标签分发协议
标签分发协议
LDP
（
Label
Distribution Protocol
）是
MPLS<
/p>
的控制协议，它相
当于传统网络中的信令协议，
< br>负责
FEC
的分类、
标签的分配
以及
LSP
的建立和维
护等一系列操作
。
MPLS
可以使用多种标签发布协
议，
包括专为标签发布而制定的协议，
例如：
< br>LDP
、
CR-
LDP
（
Constraint-Based Routing
using LDP
，基于约束路由的
LDP
< br>）；也包
括现有协议扩展后支持标签发布的，例如：
BG
P
（
Border
Gateway
Protocol
，边
界网关协议）、
RSVP
（
Resource
Reservation Protocol
，资源预留协议）。同
时，还可以手工配置静态
LSP
。
6.
LSP
隧道技术
MPLS
支持
LSP
隧道技术。
一条
LSP
的上游
LSR
和下游
LSR
，
尽管它们之间的路径可能并不在路由协议所提
供的路径上，但是
MPLS
允许在它们之间建立一条新的
LSP
，这样，上游
LSR
和
下游
LSR
分别就是这条
LSP<
/p>
的起点和终点。这时，上游
LSR
和下游
LSR
间的
LSP
就是
LSP
隧道，它避免了采用传统的网络层封装隧道。如
图
1-3
中
<
br>如果分组在超过一层的 ）。在每一隧道的入口和出口处，进行标签的入栈（
L
SP
→
R21
→
R22
→
R3>
就是
R2
、
R3
间的一条隧
道。
如果隧道经由的路由与逐跳从路由协议中取得的路由一致
，
这种隧道就称为逐跳
路由隧道（
Ho
p-by-Hop
Routed
Tunnel
）；否则称为显式路由隧道（
Explicitly
Routed Tunnel
）。
7.
多层标签栈
LSP
隧道中传送，就会有多层标
签，形成标签栈（
Label
Stack
PUSH
）和出栈（
POP
）
操作。
标签栈按照“后进先出”（
Last-In-
First-Out
）方式组织标签，
MPLS
从栈顶开
始处理标签。
MP
LS
对标签栈的深度没有限制。
若一个分组的标签栈深度为
m
，
则位于栈底的标
签为
1
级标签，
位于栈顶的标签为<
/p>
m
级标签。
未压入标签的分组可看作标签
栈为
空（即标签栈深度为零）的分组。
1.1.2
MPLS
体系结构
1. MPLS
网络结构
如
图
1-4
所示，
MPLS
网络的基本构成单元是
LSR
，由
LSR
构成的网络称为
< br>MPLS
域。
位于
MPLS
域边缘、
连接其它用户网络的
LSR
称为
LER
（
LER
，
Label
Edge
Router
，
边缘
LSR
）
，
区域内部的
LSR
称为核心
LSR
。
核心
LSR
可以是支持
MPLS
的路由器，
也可以是由
ATM
交换机等升级而成的
ATM-LSR
。域内部的
LSR
之间使用
MPLS
通
信，
MPLS
域的边缘由
LER
与传统
IP
技术进行适配。
分组在入口
LER
被压入上标签后，
沿着由一系列
LSR
构成的
LSP
传送，
其中，
入
口
LER
被称为
Ingre
ss
，出口
LER
被称为
Egress
，中间的节点则称为
Transit<
/p>
。
结合上图简要介绍
MPLS
的基本工作过程：
(1)
首先，
LDP
和传统路由协议（如
OSPF
、
ISIS
等）一起
，在各个
LSR
中为有业务需求
的
FEC
建立路由表和标签信息表（
Labe
l Information Base
，
LIB
）；
(2)
入口
LER
接收分组，完成第三层功能
，判定分组所属的
FEC
，并给分组加上标签，形
成
MPLS
标签分组；
(3)
接下来，在<
/p>
LSR
构成的网络中，
LSR
根据分组上的标签以及标签转发表（
Label
Forwarding Information Base
，
LFIB
）进行转发，不对标签分组进行任何第三层处理；
(4)
最后，在
MPLS
出口
LER
去掉分组中的标签，继续进行后面的
IP
转发。
由此可以看出，
MPLS<
/p>
并不是一种业务或者应用，它实际上是一种隧道技术，也
是一种将
标签交换转发和网络层路由技术集于一身的路由与交换技术平台。
这个
< br>平台不仅支持多种高层协议与业务，
而且，
在一定程度上
可以保证信息传输的安
全性。
2.
MPLS
节点结构
如
图
1-5
所示，
MPLS
节点由两部分组成：<
/p>
控制平面（
Control Plan
e
）：负责标签的分配、路由的选择、标签转发表的建立、
标签
交换路径的建立、拆除等工作；
?
?
转发平面（
Forwarding
Plane
）：依据标签转发表对收到的分组进行转发。
对于普通的
LSR
，在转发平面只需要进行
标签分组的转发，需要使用到
LFIB
（
Label Forwarding Information Base
，标签转发
表）。对于
LER
，在转发平
面不仅需
要进行标签分组的转发，也需要进行
IP
分组的转发，所以既会
使用到
LFIB
，也会使用到
FIB<
/p>
（
Forwarding Information
Base
，转发信息表）。
1.1.3
MPLS
与路由协议
LDP
通过逐跳方式建立
LSP
时，
利用沿途各
LSR
路由转发表中的信息来确定下一
跳，而路由转发表中的信息一般是通过
IGP
、
BGP
等路由协议收
集的。
LDP
并不
直接和各种路由协议
关联，
只是间接使用路由信息。
另一方面，
通过对
BGP
、
RSVP
等已有协议进行扩展，也可以支持标签的分发。
在
MPLS
的应用中，也可能需要对某些路由协议进行扩展。
例如，基于
MPLS
的
VPN
应用需要对
BGP
进行扩展，
< br>使
BGP
能够传播
VPN
（
Virtual
Private
Network
，
虚拟专用网）
的路由信息；
基于
MPLS
的
TE
（
Traffic
Engineering
，
流量工程）
需要对
OSPF
或
IS-
IS
协议进行扩展，以携带链路状态信息。
1.1.4
MPLS
的应用
最初，
MPLS
技术结合了二层交换技术和三层路由技术，
提高了路由查找速度。
但是，
随着
AS
IC
（
Application-Specific
Integrated
Circuit
，
专用集成电路）
技术的发展，路由查找速度已经不成为阻碍
网络发展的瓶颈。这使得
MPLS
在提
高转发速度方面不具备明显的优势。
但由于
< br>MPLS
结合了
IP
网络强大的
三层路由功能和传统二层网络高效的转发机
制，在转发平面采用面向连接方式，与现有二
层网络转发方式非常相似，这些
特点使得
MPLS
能够很容易地实现
IP
与
A
TM
、
帧中继等二层网络的无缝融合，
并
为
QoS
（
Quality of Service
，服务质量）、
TE<
/p>
、
VPN
等应用提供更好的解决方
案。
1.
基于<
/p>
MPLS
的
VPN
传统的
VPN
一般是通过
GRE<
/p>
、
L2TP
、
P
PTP
等隧道协议来实现私有网络间数据流
在公网上的传送，<
/p>
LSP
本身就是公网上的隧道，因此，用
MPLS
来实现
VPN
有天
然的优势。
基于
MPL
S
的
VPN
就是通过
< br>LSP
将私有网络的不同分支连接起来，形成一个统一
的
网络。基于
MPLS
的
VPN
还支持对不同
VPN
间的互通控制。
图
1-6
是基于
MPLS
的
VPN
的基本结构：
CE
（
Customer Edge
，用户边缘设备）
可以是路由器，也可以是交换机或主机；
PE
（
Provider Edge
，服务商边缘路由
器）
位于骨干网络。
PE
负责对
VPN
用户进行管理、
建立各
< br>PE
间
LSP
连接、
同一
VPN
用户各分支间路
由分派。
PE
间的路由分派通常是用
LDP
或扩展的
BGP
协议实现。
基于
MPLS
的
VPN
支持不同分支间
IP
地址复用，并支持不同
VPN
间互通。与传
统的路由相比，
VPN
路由中需要增加分支和
VPN
的标识信息，
这就需要对
BGP
协
议进行扩展，以携带
VPN
路由信息。
2. <
/p>
基于
MPLS
的流量工程
基于
MPLS
的
TE
和差分服务
Diff-serv
特性，在保证网络高利用率的同时，可
以根据不同数据流的优先级实现差别服
务，从而为语音、视频等数据流提供有
带宽保证的低延时、低丢包率的服务。
由于全网实施流量工程的难度比较大，因此，在实际的组网方案中往往通
过差
分服务模型来实施
QoS
。
Diff-Serv
的基本机制是在网络边
缘，
根据业务的服务质量要求将该业务映射到
一定的业务类别中
，利用
IP
分组中的
DS
字段（由
ToS
域而来）唯一的标记该
类业务，然后，骨干网络中的各节点根据该字段对各种业务采取预先设定的服
务策略，保证相应的服务质量。
Diff-Serv
的这种对服务质量的分类和标签机制和
MPLS
的标签分配十分相似，
事实上，基于
MPLS
< br>的
Diff-Serv
就是通过将
DS
的分配与
MPLS
的标签分配过
程
结合来实现的。
1.2
MPLS
基本配置简介
1.2.1
标签的发布和管理
在
MPLS
体系中，由下游
LSR
决定将标签分配给特定
FEC
，再通知上游
< br>LSR
。即，
标签由下游指定，标签的分配按从下游到上
游的方向。
1.
标签发布方式（
Label Advertisement
Mode
）
标签发布方式分为两种：
下游按需方
式
DoD
（
Downstream
On Demand
）：对于一个特定的
FEC
，
LSR
从
上游获得标签请求
消息之后才进行标签分配与分发；
?
下游自主方式
DU
（
< br>Downstream Unsolicited
）：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。
?
具有
标签分发邻接关系的上游
LSR
和下游
LSR
之间必须使用相同的标签发布方式，
否则
LSP
无法正常建立。详细的介绍请参见
1.3.2
LDP
标签分发
中的描述。
2.
标签分配控制方式（
Label
Distribution Control Mode
）
标签分配控制方式分为两种：
独立标
签分配控制（
Independent
）：
LSR
可以在任意时间向与它连接的
LSR
通告
标签映射。这种方式可能导致在收到下游标签之前就向上游发布了标签。<
/p>
?
?
有序
标签控制方式（
Ordered
）：对于
LSR
上某个
FEC
的标签映射，只
有当该
LSR
已经具有此
FEC
下一跳的标签映射消息或者该
LSR
就是此<
/p>
FEC
的出口节点时，
该
LSR
才可
以向上游发送此
F
EC
的标签映射。
3.
标签保持方式（
Label Retention
Mode
）
标签保持方式是指
LSR
对收到的、
但目前暂时用不到的标签—
FEC
绑定的处理方
式。
标签保持方式也分为两种：
自由标签保持方式（
Liberal
）：对于从邻居
LSR
收到的标签映射，无论邻居
LSR
是
不是自己的下一跳都保留。
?
?
保守
标签保持方式（
Conservative
）：对于从邻居
LSR
收到的标签映射，只有当邻
居
LSR
是自己的下一跳时才保留。
使用自由标签保持方式，
LSR
能够迅速适应路
由变化；
而使用保守标签保持方式，
LSR
可以分配和保存较少的标签数量。
保守标签保持方式通常
与
DoD
方式一起，用于对于标签空间有限的
< br>LSR
。
4.
标签交换中的几个基本概念
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