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己稳广
5 years ago
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1 MPLS 技术白皮书关键词 :MPLS, 标签,LDP,LSP,LSR,LER 摘要 : 本文介绍了 MPLS 的基本概念 LSP 的建立标签发布和管理 MPLS 转发过程标签发布协议以及 MPLS 的典型应用等缩略语 : 缩略语英文全名中文解释 6PE IPv6 Provider Edge IPv6 供应商边缘 ASIC Application-Specific Integrated Circuit 专用集成电路 ATM Asynchronous Transfer Mode 异步传输模式 BGP Border Gateway Protocol 边界网关协议 CE Customer Edge 用户边界路由器 CoS Class of Service 服务等级 DoD Downstream on Demand 下游按需标签发布 DS Differentiated Services 差分业务 DSCP Differentiated Services Code Point 差分服务编码点 DU Downstream Unsolicited 下游自主标签发布 FEC Forwarding Equivalence Class 转发等价类 FIB Forwarding Information Base 转发信息表 IGP Interior Gateway Protocol 内部网关协议 ISP Internet Service Provider 因特网服务提供商 LDP Label Distribution Protocol 标签分发协议 LER Label Edge Router 标签边缘路由器 LFIB Label Forwarding Information Base 标签转发表 LSR Label Switching Router 标签交换路由器 LSP Label Switched Path 标签交换路径 MP-BGP Multiprotocol BGP 多协议扩展 BGP MPLS Multiprotocol Label Switching 多协议标签交换 OAM Operation, Administration and Maintenance 操作管理和维护杭州华三通信技术有限公司第 1 页, 共 23 页

2 缩略语英文全名中文解释 PDU Protocol Data Unit 协议数据单元 PE Provider Edge 服务提供商边缘路由器 P router Provider Router 骨干网核心路由器 QoS Quality of Service 服务质量 RSVP Resource Reservation Protocol 资源预留协议 TE Traffic Engineering 流量工程 VCI Virtual Channel Identifier 虚通道标识符 VPI Virtual Path Identifier 虚路径标识符 VPN Virtual Private Network 虚拟专用网杭州华三通信技术有限公司第 2 页, 共 23 页

3 目录 1 概述产生背景技术优点 MPLS 技术实现概念介绍 MPLS 体系结构 LSP 的建立标签发布和控制 LSP 的建立过程 LSP 的嵌套 MPLS 转发 MPLS 转发过程倒数第二跳弹出标签发布协议 LDP 基本概念 LDP 消息类型 LDP 会话协商过程 LDP 环路检测典型组网应用基于 MPLS 的 VPN 基于 MPLS 的流量工程基于 MPLS 的 QoS 基于 MPLS 的 6PE 参考文献...22 杭州华三通信技术有限公司第 3 页, 共 23 页

4 1 概述 1.1 产生背景 Internet 在近些年中的爆炸性增长为 Internet 服务提供商提供了巨大的商业机会, 同时也对其骨干网络提出了更高的要求用户希望 IP 网络不仅能够提供上网等服务, 还能够提供宽带实时性业务 ATM 曾经是被普遍看好的能够提供多种业务的交换技术, 但是 ATM 技术复杂, 部署困难而且实际的网络中已经普遍采用 IP 技术, 不可能部署纯 ATM 网络取代 IP 网络因此, 用户希望在现有 IP 网络的基础上, 结合 ATM 的优点, 为其提供多种类型的服务 MPLS 就是在这种背景下产生的一种技术它吸收了 ATM 的 VPI/VCI 交换思想, 无缝地集成了 IP 路由技术的灵活性和二层交换的简捷性 IGP BGP 等路由协议负责收集路由信息,MPLS 利用路由信息建立虚连接基于标签的转发路径, 在面向无连接的 IP 网络中增加了面向连接的属性, 从而为 IP 网络提供一定的 QoS 保证, 满足不同类型服务对 QoS 的要求 1.2 技术优点 MPLS 具有以下优点 : 利用短而定长的标签来封装网络层分组 MPLS 网络中的路由器不再根据目的 IP 地址查找路由, 而是根据标签转发分组, 加快了转发速度分组转发路径上的各个节点通过分配标签, 建立分组转发的虚拟通道, 从而为网络层提供面向连接的服务支持各种链路层协议和网络层协议 MPLS 位于链路层和网络层之间, 它可以建立在各种链路层协议 ( 如 PPP ATM 帧中继以太网等) 之上, 为各种网络层 (IPv4 IPv6 IPX 等 ) 提供面向连接的服务不仅支持各种路由协议, 还支持基于策略的约束路由, 可以满足各种新应用对网络的要求应用广泛 MPLS 最初是为提高路由器的转发速度而提出的一个协议, 但是它的用途不仅仅局限于此,MPLS 还可以用来构建 VPN 网络实现流量工程提供 QoS 保证等, 受到大规模 IP 网络的青睐杭州华三通信技术有限公司第 4 页, 共 23 页

5 2 MPLS 技术实现 2.1 概念介绍 1. 转发等价类 (FEC) FEC 是 MPLS 中的一个重要概念 MPLS 实际上是一种分类转发技术, 它将具有相同转发处理方式 ( 目的地相同使用转发路径相同或具有相同服务等级等 ) 的分组归为一类, 称为转发等价类属于相同转发等价类的分组在同一个 MPLS 网络中将获得完全相同的处理 FEC 的划分方式非常灵活, 划分依据可以是源地址目的地址源端口目的端口协议类型和 VPN 等的任意组合一般情况下, 根据分组的网络层目的地址划分 FEC 2. 标签标签是一个长度固定, 仅具有本地意义的标识符, 用于唯一标识一个分组所属的 FEC 一个标签只能代表一个 FEC 标签长度为 4 个字节, 其结构如图 1 所示标签共有 4 个域 : Label: 标签值字段, 长度为 20bits, 用来标识一个 FEC Exp:3bits, 保留, 协议中没有明确规定, 通常用作 CoS S:1bit,MPLS 支持多重标签值为 1 时表示为最底层标签 TTL:8bits, 和 IP 分组中的 TTL 意义相同, 可以用来防止环路图 1 MPLS 标签的结构如图 2 所示, 如果链路层协议具有标签域, 如 ATM 的 VPI/VCI, 则标签封装在这些域中 ; 否则, 标签封装在链路层报头和网络层报头之间的一个垫层中这样, 任意链路层协议都能够支持标签杭州华三通信技术有限公司第 5 页, 共 23 页

6 图 2 标签的封装位置说明 : 目前暂不支持 ATM 信元模式 3. 标签交换路由器 (LSR) LSR 是具有标签发布能力和标签交换能力的设备, 是 MPLS 网络中的基本元素所有 LSR 都具有 MPLS 能力由 LSR 构成的网络称为 MPLS 域 4. 标签边缘路由器 (LER) 位于 MPLS 域边缘连接其他网络的 LSR 称为 LER 5. 标签交换路径 (LSP) 一个转发等价类在 MPLS 网络中经过的 LSR 构成的路径, 即从入口 LSR 到出口 LSR 的一条单向路径, 称为 LSP 杭州华三通信技术有限公司第 6 页, 共 23 页

7 2.2 MPLS 体系结构 MPLS 域 LER Ingress LSR LSP LER Egress LSR IP network Transit LSR IP network 图 3 MPLS 网络结构如图 3 所示,MPLS 网络中包括以下几个组成部分 : 入节点 Ingress: 分组的入口 LER, 负责为进入 MPLS 域的分组添加标签中间节点 Transit:MPLS 域内部的 LSR, 根据标签沿着由一系列 LSR 构成的 LSP 将分组传送给出口 LER 出节点 Egress: 分组的出口 LER, 负责剥离分组中的标签, 并转发给目的网络 Transit 根据分组上附加的标签进行 MPLS 转发, 位于 MPLS 域边缘的 LER 负责 MPLS 与 IP 技术的转换 IP: IP: IP: IP: Router A Ingress Lable: 40 Router B Lable: 50 Router C Egress 分组发送方向标签发布方向图 4 标签发布和分组发送示意图 LSP 是从 Ingress 到 Egress 的一条隧道 LSP 的建立过程实际就是将 FEC 和标签进行绑定, 并将这种绑定通告给相邻的 LSR, 以便在 LSR 上建立标签转发表的过程在分组转发路径上, 数据分组的发送方路由器是一条 LSP 的上游 LSR, 接收方路由杭州华三通信技术有限公司第 7 页, 共 23 页

8 器是下游 LSR 如图 4 所示,Router A 为 Router B 的上游 LSR,Router B 为 Router C 的上游 LSR 下游 LSR 将特定标签分配给特定 FEC( 即标签绑定 ) 后, 将标签发布给上游 LSR; 上游 LSR 保存标签和 FEC 的绑定关系分组在 MPLS 域内沿着 LSP 从 Ingress 传递到 Egress 当上游 LSR 接收到某 FEC 的分组后, 为分组添加下游为该 FEC 分配的标签, 并转发给下游 LSR 2.3 LSP 的建立标签发布和控制 1. 标签发布方式标签发布就是将为 FEC 分配的标签通告给其他 LSR 图 5 标签发布方式如图 5 所示,MPLS 中使用的标签发布方式有两种 : 下游自主方式 DU: 对于一个特定的 FEC, 下游 LSR 为该 FEC 分配标签, 并主动将标签通告给上游 LSR 下游按需方式 DoD: 对于一个特定的 FEC, 上游 LSR 请求下游 LSR 为该 FEC 分配标签, 下游 LSR 收到请求后, 为该 FEC 分配标签并向上游 LSR 通告该标签说明 : 目前只支持 DU 标签发布方式杭州华三通信技术有限公司第 8 页, 共 23 页

9 2. 标签分配控制方式标签分配控制方式分为两种 : 独立标签控制方式 (Independent):LSR 可以在任意时间向与它连接的 LSR 通告标签映射使用这种方式时,LSR 可能会在收到下游 LSR 的标签之前就向上游通告了标签如图 6 所示, 如果标签发布方式是 DU, 则即使没有获得下游的标签, 也会直接为上游分配标签 ; 如果标签发布方式是 DoD, 则接收到标签请求的 LSR 直接为它的上游 LSR 分配标签, 不必等待来自它的下游的标签下游自主方式 DU (2) 主动为上游分配标签 (1) 主动为上游分配标签 Ingress Transit (1) 请求下游分配标签 Egress 下游按需方式 DoD (2) 收到请求后为下游分配标签 (3) 请求下游分配标签 (4) 收到请求后为下游分配标签图 6 独立标签控制方式有序标签控制方式 (Ordered):LSR 只有收到它的下游 LSR 为某个 FEC 分配的标签, 或该 LSR 是此 FEC 的出口节点时, 才会向它的上游 LSR 通告此 FEC 的标签映射图 5 中的标签发布过程采用了有序标签控制方式 : 如果标签发布模式为 DU, 则 LSR 只有收到下游 LSR 分配的标签后, 才会向自己的上游 LSR 分配标签 ; 如果标签发布模式为 DoD, 则下游 LSR(Transit) 收到上游 LSR(Ingress) 的标签请求后, 继续向它的下游 LSR(Egress) 发送标签请求,Transit 收到 Egress 分配的标签后, 才会为 Ingress 分配标签 3. 标签保持方式标签保持方式分为两种 : 杭州华三通信技术有限公司第 9 页, 共 23 页

10 自由标签保持方式 (Liberal): 对于从相邻的 LSR 收到的标签映射, 无论邻居 LSR 是不是指定 FEC 的下一跳都保留这种方式的优点是 LSR 能够迅速适应网络拓扑的变化, 但是浪费标签保守标签保持方式 (Conservative): 对于从相邻的 LSR 收到的标签映射, 只有当邻居 LSR 是指定 FEC 的下一跳时才保留这种方式的优点是节省标签, 但是对拓扑变化的响应较慢说明 : 目前只支持 Liberal 标签保持方式 LSP 的建立过程 Ingress Egress LSR A LSR B LSR C LSR D LSR E LSR F LSR G LSR H Label mapping LSP 图 7 LSP 建立过程 LSP 既可以通过手工配置的方式静态建立, 也可以利用 LDP 等协议动态建立建立静态 LSP 时需要手工指定 Ingress Transit 和 Egress, 并在其上指定入标签出标签和出接口等如图 7 所示, 以 DU 模式 Ordered 方式为例, 动态建立 LSP 的过程为 : (1) 网络的路由改变时, 边缘节点 (LSR D) 发现自己的路由转发表中出现了新的目的地址, 并且这一地址不属于任何现有的 FEC, 则 LSR D 为这一目的地址建立一个新的 FEC (2) 如果 LSR D 尚有可供分配的标签, 则为 FEC 分配标签, 并向上游 LSR C 通告标签映射杭州华三通信技术有限公司第 10 页, 共 23 页

11 (3) LSR C 收到标签映射后, 判断标签映射的发送者 (LSR D) 是否为该 FEC 的下一跳若是, 则在其标签转发表中增加相应的条目, 为 FEC 分配标签, 并继续向上游 LSR B 通告标签映射 (4) 同样地,LSR B 收到标签映射后, 判断标签映射的发送者 (LSR C) 是否为该 FEC 的下一跳若是, 则在其标签转发表中增加相应的条目, 为 FEC 分配标签, 并继续向上游 LSR A 通告标签映射 (5) 入口 LSR(LSR A) 收到标签映射后, 判断标签映射的发送者 (LSR B) 是否为该 FEC 的下一跳若是, 则在其标签转发表中增加相应的条目这时, 就成功建立了 LSR A-LSR B-LSR C-LSR D 的 LSP LSR A 收到该 FEC 对应的分组后, 就会沿着这条 LSP 进行标签转发 LSP 的嵌套一条 LSP 上相邻的上游 LSR 和下游 LSR 之间可能存在多跳,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 的起点和终点如图 8 所示,LSP 1<R1 R2 R3 R4> 是第一层 LSP 隧道,LSP 2<R2 R21 R22 R23 R3> 是第二层 LSP 隧道图 8 LSP 嵌套 MPLS 通过在分组中插入多层标签 ( 即标签栈 ) 实现 LSP 的嵌套标签栈按照后进先出方式组织标签,MPLS 从栈顶开始处理标签每一条 LSP 隧道的入口和出口处, 分别进行标签的压入和弹出操作在图 8 中,R1 为分组压入第一层标签,R2 为分组压入第二层标签 ;R3 弹出分组中的第二层标签,R4 弹出分组的第一层标签 ; 在 LSP 2 上根据第二层标签转发分组, 在 LSP 1 上根据第一层标签转发分组 MPLS 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第一层标签, 位于栈顶的标签为第 m 层标签若一个分组的标签栈深度为零, 则表示该分组未压入标签杭州华三通信技术有限公司第 11 页, 共 23 页

12 2.4 MPLS 转发 MPLS 转发过程标签转发表记录了入标签出标签对标签执行的操作出接口等信息 MPLS 网络中, 分组根据匹配的标签转发表项进行转发图 9 MPLS 转发过程示意图如图 9 所示,MPLS 网络中分组的基本转发过程为 : (1) Ingress(Router B) 接收到不带标签的分组, 根据目的地址判定该分组所属的 FEC 及对应的标签转发表项, 为分组添加标签 (40), 并从相应的出接口 (Ethernet1/2) 将带有标签的分组转发给下一跳 LSR(Router C) (2) Router C 根据分组上的标签 (40) 查找入标签对应的标签转发表项, 用新的标签 (50) 替换原有标签后, 从相应的出接口 (Ethernet1/2) 将带有标签的分组转发给下一跳 LSR(Router D) (3) Egress(Router D) 接收到标签分组, 根据分组上的标签 (50) 查找入标签对应的标签转发表项, 删除分组中的标签如果标签转发表中记录了出接口, 则通过该出接口转发分组 ; 否则, 根据 IP 报头转发分组倒数第二跳弹出 MPLS 网络中,Egress 节点接收到带有标签的分组后, 查找标签转发表, 弹出分组中的标签后, 再进行下一层的标签转发或 IP 转发由此可见,Egress 节点转发分组杭州华三通信技术有限公司第 12 页, 共 23 页

13 之前要查找两次转发表 : 两次标签转发表, 或一次标签转发表一次路由转发表在比较简单的 MPLS 应用中, 倒数第二跳节点将分组转发给 Egress 后, 位于栈顶的标签已经没有使用价值,Egress 可以直接进行下一层的转发处理, 即第一次转发表查找实际上是多余的为了减轻 Egress 节点的负担, 提高 MPLS 网络对分组的处理能力, 可以利用倒数第二跳弹出 PHP(Penultimate Hop Popping) 功能, 在倒数第二跳节点处将标签弹出,Egress 节点只需查找一次转发表 Egress 通过分配隐式空标签实现倒数第二跳弹出隐式空标签的标签值为 3, 这个值不会出现在标签栈中如图 10 所示, 当一个 LSR 发现下游 LSR 通告的标签为隐式空标签时, 它并不用这个值替代栈顶原来的标签, 而是直接弹出标签, 并将分组转发给下游 LSR( 即 Egress) Egress 接收到分组后, 直接进行下一层的转发处理 IP: IP: IP: IP: Router A Ingress Lable: 40 Router B Lable: 3 Router C Egress 报文发送方向标签发布方向图 10 隐式空标签示意图使用隐式空标签时, 倒数第二跳 LSR 弹出了标签栈, 而在某些情况下,Egress 需要根据标签栈中的 Exp 等信息决定 QoS 策略, 此时利用显式空标签就可以在保留标签栈信息的同时, 简化 Egress 节点的转发处理显式空标签包括 : IPv4 显式空标签 : 标签值为 0 Egress 为 FEC 分配 IPv4 显式空标签, 并通告给上游 LSR 后, 上游 LSR 用这个值替代栈顶原来的标签, 并将分组转发给 Egress Egress 收到标签值为 0 的分组时, 不会查找标签转发表, 直接弹出标签栈, 进行 IPv4 转发 IPv6 显式空标签 : 标签值为 2 Egress 为 FEC 分配 IPv6 显式空标签, 并通告给上游 LSR 后, 上游 LSR 用这个值替代栈顶原来的标签, 并将分组转发给 Egress Egress 收到标签值为 2 的分组时, 不会查找标签转发表, 直接弹出标签栈, 进行 IPv6 转发说明 : 目前, 不支持 IPv6 显式空标签杭州华三通信技术有限公司第 13 页, 共 23 页

14 2.5 标签发布协议标签发布协议是 MPLS 的信令协议, 负责划分 FEC 发布标签建立维护 LSP 等标签发布协议的种类较多, 有专为标签发布而制定的协议, 如 LDP, 也有扩展后支持标签发布的协议, 如 BGP RSVP-TE 说明 : 为了区分, 本文中标签发布协议表示广义上所有用于标签发布的协议的总称 ; LDP 表示 RFC 5036 规定的标签发布协议 LDP: 根据路由表确定 LSP 路径上的每一跳,LSP 路径与原 IP 分组经过的路由是相同的 LDP 建立的 LSP 没有均衡网络中各链路流量的功能, 只能起到建立虚连接的作用 RSVP-TE: 携带带宽部分显式路由着色等约束参数, 通过基于约束的路由算法, 可以建立满足这些约束条件的 LSP, 从而实现流量工程 QoS 等 RSVP-TE 是对原有 RSVP 的扩展, 基于 Raw IP 由于 Raw IP 的传输是不可靠的,RSVP-TE 需要对 LSP 的状态定期刷新扩展的 BGP 协议 : 主要应用于 MPLS VPN 网络中, 可以为 VPN 分配内层标签, 为 MPLS VPN 建立跨 AS 域的承载隧道本文以 LDP 为例, 介绍标签发布协议的工作过程 LDP 基本概念 LDP 协议规定了标签分发过程中的各种消息以及相关的处理过程通过 LDP,LSR 可以把网络层的路由信息映射到数据链路层的交换路径上, 进而建立起 LSP LSP 既可以建立在两个相邻的 LSR 之间, 也可以建立在两个非直连的 LSR 之间, 从而在网络中所有中间节点上都使用标签交换 1. LDP 会话 LDP 会话是建立在 TCP 之上的应用连接, 用于在 LSR 之间交换标签映射标签释放差错通知等消息杭州华三通信技术有限公司第 14 页, 共 23 页

15 2. LDP 对等体 LDP 对等体是指相互之间存在 LDP 会话使用 LDP 来交换标签 /FEC 映射关系的两个 LSR LDP 对等体通过它们之间的 LDP 会话获得对方的标签映射消息 3. 标签空间与 LDP 标识符标签空间 (Label space) 定义了标签的作用范围有两种类型的标签空间 : 每接口标签空间 (per-interface label space):lsr 的每个接口拥有一个标签空间每平台标签空间 (per-platform label space): 整个 LSR 使用一个标签空间说明 : 目前, 只支持每平台标签空间 LDP 标识符 (LDP Identifier) 用于标识特定 LSR 的标签空间, 是一个六字节的数值, 格式如下 : <LSR ID>:< 标签空间序号 > 其中,LSR ID 占四字节 ; 标签空间序号占两字节, 取值为 0, 表示每平台标签空间 LDP 消息类型 LDP 协议主要使用四类消息 : 发现 (Discovery) 消息 : 用于通告和维护网络中 LSR 的存在, 如 Hello 消息 ; 会话 (Session) 消息 : 用于建立维护和终止 LDP 对等体之间的会话, 如 Initialization 消息 Keepalive 消息 ; 通告 (Advertisement) 消息 : 用于创建改变和删除标签 /FEC 绑定, 如标签请求消息标签映射消息 ; 通知 (Notification) 消息 : 用于提供建议性的消息和差错通知为保证 LDP 消息的可靠发送, 除了发现消息使用 UDP 传输外,LDP 的 Session 消息 Advertisement 消息和 Notification 消息都使用 TCP 传输杭州华三通信技术有限公司第 15 页, 共 23 页

16 2.5.3 LDP 会话协商过程 LDP 的操作主要包括以下四个阶段 : (1) 发现阶段 (2) 会话建立与维护 (3) LSP 建立与维护 (4) 会话撤销 1. 发现阶段在这一阶段, 希望建立会话的 LSR 向相邻 LSR 周期性地发送 Hello 消息, 通知相邻节点自己的存在通过这一过程,LSR 可以自动发现它的 LDP 对等体, 而无需进行手工配置 LDP 有两种发现机制 : 基本发现机制基本发现机制用于发现本地的 LDP 对等体, 即通过链路层直接相连的 LSR, 并在 LDP 对等体之间建立 LDP 会话这种方式下,LSR 周期性以 UDP 报文形式从接口发送 LDP 链路 Hello 消息 (LDP Link Hello) 链路 Hello 消息的目的地址为子网内所有路由器的组播地址 LDP 链路 Hello 消息带有 LSR 的 LDP 标识符及其他相关信息, 如果 LSR 在某个接口收到了 LDP 链路 Hello 消息, 则表明在该接口 ( 链路层 ) 存在 LDP 对等体扩展发现机制扩展发现机制用于发现远端的 LDP 对等体, 即不通过链路层直接相连的 LSR, 并在 LDP 对等体之间建立 LDP 会话这种方式下,LSR 周期性以 UDP 报文形式向指定的 IP 地址发送 LDP 目标 Hello 消息 (LDP Targeted Hello) LDP 目标 Hello 消息带有 LSR 的 LDP 标识符及其他相关信息, 如果 LSR 收到 LDP 目标 Hello 消息, 则表明在网络层存在 LDP 对等体 2. 会话建立与维护发现邻居之后,LSR 开始建立会话这一过程又可分为两步 : 杭州华三通信技术有限公司第 16 页, 共 23 页

17 (1) 建立传输层连接, 即在 LSR 之间建立 TCP 连接 ; (2) 随后对 LSR 之间的会话进行初始化, 协商会话中涉及的各种参数, 如 LDP 版本标签发布方式 Keepalive 定时器值接收路由器的 LDP 标识符等会话建立后,LDP 对等体之间通过不断地发送 Hello 消息和 Keepalive 消息来维护这个会话 3. LSP 建立与维护 LDP 通过发送标签请求和标签映射消息, 在 LDP 对等体之间通告 FEC 和标签的绑定关系, 从而建立 LSP LSP 的建立过程, 请参见 LSP 的建立过程 4. 会话撤销在以下情况下,LSR 将撤销 LDP 会话 : LSR 通过周期性发送 Hello 消息表明自己希望与邻居 LSR 继续维持这种邻接关系如果 Hello 保持定时器超时仍没有收到新的 Hello 消息, 则删除 Hello 邻接关系一个 LDP 会话上可能存在多个 Hello 邻接关系当 LDP 会话上的最后一个 Hello 邻接关系被删除后,LSR 将发送 Notification 消息, 结束该 LDP 会话 LSR 通过 LDP 会话上传送的 LDP PDU(LDP PDU 中携带一个或多个 LDP 消息 ) 来判断 LDP 会话的连通性如果会话保持定时器 (Keepalive 定时器 ) 超时仍没有收到任何 LDP PDU,LSR 将关闭 TCP 连接, 结束 LDP 会话如果在 Keepalive 定时器超时前,LDP 对等体之间没有需要交互的信息,LSR 将发送 Keepalive 消息给 LDP 对等体, 以便维持 LDP 会话 LSR 还可以发送 Shutdown 消息, 通知它的 LDP 对等体结束 LDP 会话 LDP 环路检测在 MPLS 域中建立 LSP 时需要防止产生环路,LDP 环路检测机制可以检测是否存在 LSP 环路, 并避免发生环路 LDP 环路检测有两种方式 : (1) 最大跳数在传递标签映射 ( 或者标签请求 ) 的消息中包含跳数信息, 每经过一跳该值就加一当该值达到规定的最大值时即认为出现环路, 终止 LSP 的建立过程杭州华三通信技术有限公司第 17 页, 共 23 页

18 (2) 路径向量在传递标签映射 ( 或者标签请求 ) 的消息中记录路径信息, 每经过一跳,LSR 就检查自己的 LSR ID 是否在此记录中如果记录中没有自身的 LSR ID, 就会将自身的 LSR ID 添加到该记录中满足以下条件之一时认为出现环路, 终止 LSP 的建立过程 : 路径向量记录表中已有本 LSR 的记录路径的跳数达到设置的最大值否则,LSR 就会将其添加到该记录中 3 典型组网应用最初,MPLS 技术结合了二层交换技术和三层路由技术, 提高了分组的转发速度但是, 随着 ASIC 技术的发展, 分组转发速度不再是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 ATM 帧中继等二层网络的无缝融合, 并为 VPN TE 和 QoS 等应用提供更好的解决方案 3.1 基于 MPLS 的 VPN 传统的 VPN 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, 而 LSP 是通过标签交换形成的隧道, 因此, 用 MPLS 实现 VPN 具有天然的优势基于 MPLS 的 VPN 就是通过 LSP 将私有网络的不同分支连接起来, 形成一个统一的私有网络杭州华三通信技术有限公司第 18 页, 共 23 页

19 VPN 1 Site 1 VPN 2 Site 3 CE PE P P CE PE CE P P Site 2 VPN 2 PE CE Site 4 VPN 1 图 11 基于 MPLS 的 VPN 如图 11 所示,MPLS VPN 网络由三部分组成 : CE: 用户网络边缘设备, 有接口直接与服务提供商相连 CE 感知不到 VPN 的存在, 也不需要必须支持 MPLS PE: 服务提供商边缘路由器, 是服务提供商网络的边缘设备, 与用户的 CE 直接相连在 MPLS 网络中, 对 VPN 的所有处理都发生在 PE 上 PE 负责对 VPN 用户进行管理建立各 PE 间的 LSP 连接同一 VPN 用户各分支间路由分派 P 路由器 : 服务提供商网络中的骨干路由器, 不与 CE 直接相连 P 设备只需要具备基本 MPLS 转发能力, 仅根据外层标签对 VPN 报文进行 MPLS 转发, 无须参与 VPN 用户管理及相关表项的创建和维护 MPLS VPN 分为 MPLS L3VPN 和 MPLS L2VPN: MPLS L3VPN: 是服务提供商 VPN 解决方案中一种基于 PE 的三层 VPN 技术, 它利用 BGP 在服务提供商骨干网上发布 VPN 路由, 通过 MPLS 在服务提供商骨干网上转发 VPN 报文 MPLS L2VPN: 是基于 MPLS 网络的二层 VPN 服务, 使运营商可以在 MPLS 网络上透明地传输用户二层数据从用户的角度来看,MPLS 网络是一个二层交换网络, 可以在不同节点间建立二层连接杭州华三通信技术有限公司第 19 页, 共 23 页

20 3.2 基于 MPLS 的流量工程网络拥塞是影响骨干网络性能的主要问题拥塞的原因可能是网络资源不足, 也可能网络资源负载不均衡, 导致局部拥塞流量工程可以解决负载不均衡导致的拥塞 Router G 40M 带宽 100M 带宽 40M 流量 70M 流量 1 1 Router C Router F Router A 1 1 Router H 1 Router D Router E 图 12 建立流量工程的网络流量工程通过动态监控网络的流量和网络单元的负载, 实时调整流量管理参数路由参数和资源约束参数等, 使网络运行状态迁移到理想状态, 优化网络资源的使用, 避免负载不均衡导致的拥塞如图 12 所示, 从 Router A 到 Router H 存在两条路径 :Router A-Router C-Router G-Router F-Router H 和 Router A-Router C -Router D-Router E-Router F-Router H, 前者的带宽为 40M, 后者的带宽为 100M 流量工程可以根据带宽等因素合理地分配流量, 从而有效地避免链路拥塞例如,Router A 到 Router H 存在两种业务, 流量分别为 40M 和 70M, 流量工程可以把前者分配到带宽为 40M 的路径上, 将后者分配到带宽为 100M 的路径上 MPLS 本身具有一些不同于 IGP 的特性, 其中就有实现流量工程所需要的, 例如 : MPLS 支持显式指定 LSP 所经过的路径 ; 标签转发比传统 IP 转发更便于管理和维护 ; 基于 MPLS 的流量工程的资源消耗较其它实现方式更低 MPLS TE 结合了 MPLS 技术与流量工程, 通过建立到达指定目的地的 LSP 隧道进行资源预留, 使网络流量绕开拥塞节点, 达到平衡网络流量的目的 MPLS TE 具备以下优势 : 杭州华三通信技术有限公司第 20 页, 共 23 页

21 在建立 LSP 隧道的过程中, 可以预留资源, 保证服务质量 ; LSP 隧道有优先级带宽等多种属性, 可以方便地控制 LSP 隧道的行为 ; 通过备份路径和快速重路由技术, 在链路或节点失败的情况下提供保护 ; 建立 LSP 隧道的负荷小, 不会影响网络的正常业务 ; 与基于 ITU-T Y.1711 的 MPLS OAM 机制和基于 ITU-T Y.1720 的保护倒换机制配合, 检测整条 LSP 隧道的连通性, 并在 LSP 隧道出现故障时, 进行保护倒换正是这些优势, 使得 MPLS TE 成为非常吸引人的流量工程方案通过 MPLS TE 技术, 服务提供商能够充分利用现有的网络资源, 提供多样化的服务同时可以优化网络资源, 进行科学的网络管理 3.3 基于 MPLS 的 QoS 人们希望 IP 网络能够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, 这就要求在 IP 网络上实现一定的 QoS 保证 Diff-Serv 是 IP 网络上常用的 QoS 机制 Diff-Serv 的基本思想是在网络边缘, 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 DSCP 字段唯一的标记该类业务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 MPLS 的标签分配机制十分相似, 将 DSCP 分配与 MPLS 标签分配过程结合可以实现基于 MPLS 的 Diff-Serv 标签结构中的 Exp 域用来携带 DSCP 信息 3.4 基于 MPLS 的 6PE 6PE 是一种 IPv4 到 IPv6 过渡的技术通过 6PE 技术,ISP 可以利用已有的 IPv4 骨干网为分散的 IPv6 网络提供接入能力, 使得 IPv6 孤岛的 CE 路由器穿过当前已存在的 IPv4 PE 路由器进行通信杭州华三通信技术有限公司第 21 页, 共 23 页

22 图 13 基于 MPLS 的 6PE 如图 13 所示, 在基于 MPLS 的 6PE 网络中 : (1) PE 和 CE 之间利用 IPv6 路由协议交换 IPv6 路由信息 (2) PE 之间利用 MP-BGP 交换 IPv6 路由信息, 并为 IPv6 前缀分配 MPLS 标签 (3) IPv4 骨干网络中 PE 和 P 之间利用 IPv4 路由协议交换路由信息, 并利用 MPLS 在 PE 之间建立 LSP 图 14 6PE 的报文转发过程基于 MPLS 的 6PE 网络中,IPv6 报文转发过程如图 14 所示 IPv6 报文在 IPv4 骨干网中转发时, 需要携带两层标签其中, 内层 (Layer2) 标签为 IPv6 前缀对应的标签, 外层 (Layer1) 标签为 PE 之间 LSP 的标签通过基于 MPLS 的 6PE 技术,ISP 只需要升级 PE 路由器, 就可以实现利用原有的 IPv4/MPLS 网络连接 IPv6 网络所以对于 ISP 来说, 使用基于 MPLS 的 6PE 技术作为 IPv6 过渡机制无疑是一个高效的解决方案 4 参考文献 RFC 3031:Multiprotocol Label Switching Architecture 杭州华三通信技术有限公司第 22 页, 共 23 页

23 RFC 3032:MPLS Label Stack Encoding RFC 5036:LDP Specification RFC 3034:Use of Label Switching on Frame Relay Networks Specification RFC 3035:MPLS using LDP and ATM VC Switching RFC 2547:BGP/MPLS VPNs RFC 2283:Multiprotocol Extensions for BGP-4 RFC 2430:A Provider Architecture for Differentiated Services and Traffic Engineering (PASTE) RFC 2702:Requirements for Traffic Engineering Over MPLS RFC 4090:Fast Reroute Extensions to RSVP-TE for LSP Tunnels Copyright 2009 杭州华三通信技术有限公司版权所有, 保留一切权利非经本公司书面许可, 任何单位和个人不得擅自摘抄复制本文档内容的部分或全部, 并不得以任何形式传播本文档中的信息可能变动, 恕不另行通知杭州华三通信技术有限公司第 23 页, 共 23 页

...31 (POTS) Internet VPN VPN VPN ATM ( ) CPE VPN L2TP PPTP ( ) IPSec ( ) VPN (PP-VPNs) MPLS VPN BGP/MPLS VPN RFC2547bis ( ) RFC 2547bis VPN RFC 2547b

...31 (POTS) Internet VPN VPN VPN ATM ( ) CPE VPN L2TP PPTP ( ) IPSec ( ) VPN (PP-VPNs) MPLS VPN BGP/MPLS VPN RFC2547bis ( ) RFC 2547bis VPN RFC 2547b RFC 2547bis: BGP/MPLS VPN Juniper 网络公司, 爱立信公司,2001 年 3 月...2 BGP/MPLS VPN...2...3...3...3...4...4...4...5...6 BGP/MPLS VPN...7...7...8 VPN-IPv4...8 BGP...9...9...10 BGP...11 VPN...13 PE...13...14 VPN...16