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MPLS
的体系结构与组网技术
1
、
MPLS
是
Multi-Protocol Label Switch
ing
的缩写形式，
中文含义为多协议标签交换技
术。
2
、
MPLS
不是特指某一种业务或应用，而是一种标准化的路由与交换技术平台，
可以
支持各种高层协议与业务。
3
、
Multi-Protocol<
/p>
：支持多种三层协议，如
IP
、
IPv6
、
IPX
等，
它通常处于二层和三层
之间，俗称
2.5
层。
4
、
Label
：是一种短的、等长的、易于处理的、不包含拓扑信息、只具有局部意义的
信息内容
。
5
、
Sw
itching
：
MPLS
报文交换和
转发是基于标签的。针对
IP
业务，
I
P
包在进入
MPLS
网络时，入口的路
由器分析
IP
包的内容并且为这些
IP
包选择合适的标签，然后所有
MPLS
网络中节点都是依据这个简短标签来作为转发依据。当该
IP
包
最终离开
MPLS
网络时，标
签被出口
的边缘路由器分离。
1.1
MPLS
概述
多协议标签交换
MPLS
（
Mult
iprotocol
Label
Switching
）最初是为了提高转发速度而提
出的。
在
MPLS
的体系结构中：
l
控制平面（
Control Plane
）是无连接的，利用现有
IP
网络实现；
l
转发平面（
Forwarding
Plane
，也称为数据平面，
Data Plane
）是面向连
接的，可以使用
A
< br>TM
、帧中继等二层网络。
M
PLS
使用短而定长的标签（
label
）来封装分组，在数据平面实现快速转发。在控制平
面，
MP
LS
拥有
IP
网络强大灵活的路由功能
，可以满足各种新应用对网络的要求。
MPLS
起源于
IPv4
（
Inte
rnet Protocol version 4
）
，其核心
技术可扩展到多种网络协议，
包括
IPv6
（
Internet Protocol version 6
）
、
IPX
（
Internet Packet Exchange
）
、
Appletalk
、
DECnet<
/p>
、
CLNP
（
C
onnectionless Network Protocol
）等。
“
MPLS
”中的“
Mul
tiprotocol
”指的就是支持
多种网络协议。
NE40
支持在
IP
v4
和
IPv6
上使用
MPLS
。
MPLS
结构的详细介绍可参考
RFC3031
（
Multiprotocol Label Switching
Architecture
）
。
1.1.1
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
F
EC
（
Forwarding Equivalence Cl
ass
）
。
相同转发等价类的分组在<
/p>
MPLS
网络中将获得完
全相同的处理。
转发等价类的划分方式非常灵活，可以是源地址、目的地址、
源端口、目的端口、协议
类型、
VPN
等的任意组合。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转发等价类。
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
识一个分组所属的转发
等价类（
FEC
）
。在某些情况下，例如要进行负载分担，对应一个
FEC
可能会有多个标签，
但是一个标签只能代表一个
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，
封装结构如
下所示：
图
1-1
标签的封装结构
标签共有
4
个域：
l
Label
：标签值字段，长度为<
/p>
20bits
，用于转发的指针；
l
Exp
：
3bits
，保留，用于试验；
l
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；
l
TTL
：
8bits
，和
IP
分组中的
TTL
（
Time To
Live
）意义相同。
标签与
ATM
的
VPI/VCI
以及
Frame
Relay
的<
/p>
DLCI
类似，是一种连接标识符。如果链
路层协议具有标签域，
如
A
TM
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<
/p>
1-2
所示：
Frame mode
：帧模式
Cell mode
：信元模式
图
1-2
标签在分组中的封装位置
3.
标签交换路由器
标签交换路由器
LSR
（
Label Switching
Router
）是
MPLS
网络中的基
本元素，所有
LSR
都支持
MPLS<
/p>
协议。
LSR
由两部分组成：控制单元和转发单元。控制单元负责标签的分配、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；
而转发单元则依据标签转发表对收
到的分组进行转发。
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
（
Label
Switched
Path
）
。
LSP
在功能上与
A
< br>TM
和
Frame Relay
的虚电路相同，
是从入口到出口的一个单向路径。
LSP
中的每个节点由
LSR
组成。
5.
标签发布协议
标签发布协议是
MPLS
的控制协议，它相
当于传统网络中的信令协议，负责
FEC
的分
< br>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：
LDP
（
Label
Distribution
Protocol
）
、
CR-
LDP
（
Constraint-Based Routing
using LDP
）
；
也包括现有协
议扩展
后支持标签发布的，例如：
BGP
（
Border
Gateway
Protocol
）
、
RSVP
（
Resource
Reservation
Protocol
< br>）
。
NE40
支持上述标签发布协议，并支持手工配置的静态
LSP
。
1.1.2
MPLS
网络结构
1. MPLS
网络结构
如图
1-3
所示，
MPL
S
网络的基本构成单元是
LSR
，由<
/p>
LSR
构成的网络称为
MPLS
域。
位于
MPLS<
/p>
域边缘、连接其它用户网络的
LSR
称为
边缘
LSR
（
LER
< br>，
Labeled
Edge
Router
）
，区域内部的
LSR<
/p>
称为核心
LSR
。核心
< br>LSR
可以是支持
MPLS
的路
由器，也可以
是由
A
TM
交换机等升级而成的
A
TM-LSR
。域内部的
LSR
之间使用
M
PLS
通信，
MPLS
域
的边缘由
LER
与传统
IP
技术进行适配。
分组被打上标签后，
沿着由一系列
LSR
构成的标签交换路
径
LSP
（
Label
Switched Path
）
传送，
其中，
入口
LER
被称为
Ingress
，
出口
LE
R
被称为
Egress
，
中间的节点则称为
Transit
。
图
1-3
MPLS
网络结构
结合上图简要介绍
MPLS
的基本工作过程：
l
首先，
L
DP
和传统路由协议（如
OSPF
、<
/p>
ISIS
等）一起，在各个
LSR
中为有业务需求的
FEC
建立路由表和标签映
射表；
l
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；
l
接下来，在
LSR
构成的网络中，
LSR
根据分
组上的标签以及标签转发
表进行转发，不对标签分组进行任何第三层处理；
l
最后，
在
MPLS
出口
LER
去掉分组中的标签，继续进行后面的转发。
由此可以
看出，
MPLS
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.
LSR
的基本结构
图
1-4
LSR
基本结构示意图
对于普通的<
/p>
LSR
，在转发平面只需要进行标签分组的转发。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，前者使用标签转发表
LFIB
，后者
使用传统转发表
< br>FIB
（
Forwarding
Information
Base
）
。
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，<
/p>
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<
/p>
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
MPLS
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，
使
BGP
能够传播
VPN
的路由信息；
基于
MPLS
的流量工程
TE
（
Traffic
Engineering
）需要对
OSPF
或
IS-
IS
协议进行扩展，以携带链路状态信息。
LSPM: LSP Management
图
1-5
MPLS
与各种协议关系示意图
1.2
MPLS
的应用
随着
ASIC
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
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
T
M
、
帧中继等二层网络的无缝融合，
并
为服务质量
（
QoS
，
Quality of
Service
）
、流量工程（
TE
，
Tr
affic Engineering
）
、虚拟专用网（
VPN
，
Virtual Private
Network
）
等应用提供更好的解决方案。
1.
基于
MPLS
的
VPN
传统的
V
PN
一般是通过
GRE
、
L2TP
、
PPTP
等隧道
协议来实现私有网络间数据流在公
网上的传送，
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
MPLS
的
VPN<
/p>
就是通过
LSP
将私有网络的不同分支联
结起来，
形成一个统一的网
络。基于
M
PLS
的
VPN
还支持对不同
VPN
间的互通控制。
图
1-6
基于
MPLS
的
VPN
上图是基于
MPLS
的
VPN
的基本结构：
CE
（
Customer
Edge
）是用户边缘设备，可以
是路
由器，也可以是交换机或主机；
PE
（
Provider Edge
）是服务商边缘路由器，位于骨干网
络。
PE
负责对
< br>VPN
用户进行管理、建立各
PE
间
LSP
连接、同一
VPN
用户各分支间路由
分派。
PE
< br>间的路由分派通常是用
LDP
或扩展的
< br>BGP
协议实现。
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