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MPLS技術(shù)及其應(yīng)用 |
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[ 通信界 / 通信世界 / www.k-94.cn / 2004/7/25 ] |
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Internet核心網(wǎng)中的路由/轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的最新發(fā)展是多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)。MPLS將IP路由控制和第二層交換的簡單性無縫地集成起來,是ATM與IP技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,在不改變用戶現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的情況下能提供高速、安全、多業(yè)務(wù)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺,將在下一代網(wǎng)絡(luò)中的選路、交換和分組轉(zhuǎn)發(fā)中扮演非常重要的角色,滿足網(wǎng)絡(luò)用戶的多種多樣的需求。
一、MPLS技術(shù)概述
MPLS技術(shù)的全稱是多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù),是在Cisco公司所提出來的TagSwitching技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,屬于第三層交換技術(shù),它引入了基于標(biāo)簽的機(jī)制,把選路和轉(zhuǎn)發(fā)分開,由標(biāo)簽來規(guī)定一個分組通過網(wǎng)絡(luò)的路徑,數(shù)據(jù)傳輸通過標(biāo)簽交換路徑(LSP)完成。
MPLS網(wǎng)絡(luò)由核心部分的標(biāo)簽交換路由器(LSR)、邊緣部分的標(biāo)簽邊緣路由器(LER)組成。LSR可以看作是ATM交換機(jī)與傳統(tǒng)路由器的結(jié)合,由控制單元和交換單元組成;LER的作用是分析IP包頭,決定相應(yīng)的傳送級別和標(biāo)簽交換路徑(LSP)。由于MPLS技術(shù)隔絕了標(biāo)簽分發(fā)機(jī)制與數(shù)據(jù)流的關(guān)系,因此,它的實(shí)現(xiàn)并不依賴于特定的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,可支持多種的物理和鏈路層技術(shù)(IP/ATM、以太網(wǎng)、PPP、幀中繼、光傳輸?shù)龋。MPLS使用控制驅(qū)動模型初始化標(biāo)簽捆綁的分配及分發(fā),用于建立標(biāo)簽交換路徑(LSP),通過連接幾個標(biāo)簽交換點(diǎn)來建立一條LSP。一條LSP是單向的,全雙工業(yè)務(wù)需要兩條LSP。
標(biāo)簽交換的工作流程如下:
(1)由LDP(標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議)和傳統(tǒng)路由協(xié)議(OSPF等)在LSR中建立路由表和標(biāo)簽映射表。
(2)在MPLS入口處的LER接收IP包,完成第三層功能,并給IP包加上標(biāo)簽;
。3)在MPLS出口處的LER將分組中的標(biāo)簽去掉后繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
。4)LSR不再對分組進(jìn)行第三層處理,只是根據(jù)分組上的標(biāo)簽通過交換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
二、MPLS技術(shù)的應(yīng)用
MPLS因其具有面向連接和開放結(jié)構(gòu)而得到廣泛應(yīng)用,F(xiàn)在,在大型ISP網(wǎng)絡(luò)中,MPLS主要有流量工程、服務(wù)等級(CoS)、虛擬專網(wǎng)(VPN)三種應(yīng)用
1.流量工程
隨著網(wǎng)絡(luò)資源需求的快速增長、IP應(yīng)用需求的擴(kuò)大以及市場競爭日趨激烈等,流量工程成為MPLS的一個主要應(yīng)用。因?yàn)镮P選路時遵循最短路徑原則,所以在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)流量工程十分困難。傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)一旦為一個IP包選擇了一條路徑,則不管這條鏈路是否擁塞,IP包都會沿著這條路徑傳送,這樣就會造成整個網(wǎng)絡(luò)在某處資源過度利用,而另外一些地方網(wǎng)絡(luò)資源閑置不用。
在MPLS中,流量工程能夠?qū)I(yè)務(wù)流從由IGP計算得到的最短路徑轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)中可能的、無阻塞的物理路徑上去,通過控制IP包在網(wǎng)絡(luò)中所走過的路徑,避免業(yè)務(wù)流向已經(jīng)擁塞的節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的合理利用。
MPLS的流量管理機(jī)制主要包括路徑選擇、負(fù)載均衡、路徑備份、故障恢復(fù)、路徑優(yōu)先級及碰撞等。
MPLS非常適合于為大型ISP網(wǎng)絡(luò)中的流量工程提供基礎(chǔ),其有以下原因:
。1)支持確定路徑,可為每條LSP定義一條確定的物理路徑。
。2)LSP統(tǒng)計參數(shù)可用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和分析,以確定瓶頸,掌握中繼線的使用情況。
(3)基于約束的路由使LSP能滿足特定的需求。
。4)不依賴于特定的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,可支持多種的物理和鏈路層技術(shù)(IP/ATM、以太網(wǎng)、PPP、幀中繼、光傳輸?shù)龋,能夠運(yùn)行在基于分組的網(wǎng)絡(luò)之上。
2.服務(wù)等級
MPLS的最重要的優(yōu)勢在于它能提供傳統(tǒng)IP路由技術(shù)所不能支持的新業(yè)務(wù),提供更高等級的基礎(chǔ)服務(wù)和新的增值服務(wù)。Internet上傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)流包括傳統(tǒng)的文件傳輸、對延遲敏感的話音及視頻業(yè)務(wù)等不同應(yīng)用。為滿足客戶需求,ISP不僅需要流量工程技術(shù),也需要業(yè)務(wù)分級技術(shù)。 MPLS為處理不同類型業(yè)務(wù)提供了極大的靈活性,可為不同的客戶提供不同業(yè)務(wù)。
MPLS的QoS是由LER和LSR共同實(shí)現(xiàn)的:在LER上對IP包進(jìn)行分類,將IP包的業(yè)務(wù)類型映射到LSP的服務(wù)等級上;在LER和LSR上同時進(jìn)行帶寬管理和業(yè)務(wù)量控制,從而保證每種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量得到滿足,改變了傳統(tǒng)IP網(wǎng)“盡力而為”的狀況。一般采用兩種方法實(shí)現(xiàn)基于MPLS的服務(wù)等級轉(zhuǎn)發(fā)。
。1)業(yè)務(wù)在流經(jīng)特定的LSP時,根據(jù)MPLS報頭中承載的優(yōu)先級位在每個LSR的輸出接口處排隊(duì)。
。2)在一對邊緣LSR間提供多條LSP,每條LSP可通過流量工程提供不同的性能和帶寬保證,如入口LSR可將一條LSP設(shè)置為高優(yōu)先權(quán),將另一條LSP設(shè)置為中等優(yōu)先權(quán)。
3.虛擬專網(wǎng)
為給客戶提供一個可行的VPN服務(wù),ISP要解決數(shù)據(jù)保密及VPN內(nèi)專用IP地址重復(fù)使用問題。由于MPLS的轉(zhuǎn)發(fā)是基于標(biāo)簽的值,并不依賴于分組報頭內(nèi)所包含的目的地址,因此有效地解決了這兩個問題。
。1)MPLS的標(biāo)簽堆棧機(jī)制使其具有靈活的隧道功能用于構(gòu)建VPN,通常采用兩級標(biāo)簽結(jié)構(gòu),高一級標(biāo)簽用于指明數(shù)據(jù)流的路徑,低一級的標(biāo)簽用于作為VPN的專網(wǎng)標(biāo)識,指明數(shù)據(jù)流所屬的VPN。
。2)通過一組LSP為VPN內(nèi)不同站點(diǎn)之間提供鏈接,通過帶有標(biāo)簽的路由協(xié)議更新或標(biāo)簽分配協(xié)議分發(fā)路由信息。
。3)MPLS的VPN識別器機(jī)制支持具有重迭專用地址空間的多個VPN。
。4)每個入口LSR根據(jù)包的目的地址和VPN關(guān)系信息將業(yè)務(wù)分配到相應(yīng)的LSP中。
三、基于MPLS方式組建VPN
基于MPLS方式組建VPN網(wǎng)絡(luò)時,所需設(shè)備是路由器,可以利用網(wǎng)絡(luò)上已有的路由器升級,也可以新建,在全網(wǎng)各路由器配置MPLS, 各接入點(diǎn)的路由器配置成MPLS VPN PE( 邊 界) Router, 其余路由器配置成MPLS VPN P( 核 心) Router 。全網(wǎng)路由器運(yùn)行內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IS-IS及MPLS LDP協(xié)議。PE Router 之間運(yùn)行MP-BGP協(xié)議,并且建立Full-mesh的BGP連接。各VPN用戶的路由設(shè)備CE連到網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)PE Router。用戶與PE Router 之間運(yùn)行EBGP(或RIP2、OSPF)協(xié)議。VPN 用戶的地址空間由用戶確定,可采用私有保留地址。
MPLS VPN 限制VPN 路由信息僅在VPN內(nèi)部傳播,具體過程如下。
。1)在PE路由器上有兩種互相隔離的路由表。一種是包含所有P和PE路由器路由的普通路由表;一種是與它相連的VPN的路由表,即VRF。每個VPN對應(yīng)一個VRF。
(2)PE路由器將VPN用戶地址(多為私有地址)轉(zhuǎn)換成VPN-V4的地址,其中包含RD,SOO等新增屬性,存儲在相應(yīng)VRF中。
。3)同一VPN兩端的PE通過RSVP-Tunnel或LDP建立LSP(Label Switch Path),并用MP-iBGP交換此VPN的路由
。4)當(dāng)PE接到本地VPN用戶的Packet時候,此PE在相應(yīng)的VRF中查找相應(yīng)路由,找到下一跳,此下一跳應(yīng)為將目的VPN用戶地址通過MP-iBGP廣播給它的那臺PE。
。5)本地PE路由器通過先前建立的LSP將此Packet轉(zhuǎn)發(fā)到異地PE路由器。
。6)異地PE路由器再在其相應(yīng)的VRF中找到需要從哪個用戶端口轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。
基于MPLS 的VPN具有以下優(yōu)勢。
(1) MPLS VPN 提供一個可快速部署實(shí)施增值IP業(yè)務(wù)的平臺,包括內(nèi)部網(wǎng)、外部網(wǎng)、 話音、多媒體及網(wǎng)絡(luò)商務(wù)。
。2) MPLS VPN 通過限制VPN 路由信息的傳播僅在VPN成員內(nèi)部,可提供與第二層VPN 相同的私密性及安全性。
。3) MPLS VPNs 提供與用戶內(nèi)部網(wǎng)的無縫集成。
。4) MPLS VPNs擴(kuò)展性好,每個服務(wù)提供商可以設(shè)定數(shù)十萬VPN, 每個VPN 可有數(shù)千個現(xiàn)場。
。5) MPLS VPNs 提供IP 業(yè)務(wù)類別,支持VPN 內(nèi)部多級別業(yè)務(wù),VPN 間的優(yōu)先級, 靈活的服務(wù)級別選定。
(6) MPLS VPNs 提供方便的VPN成員管理及新VPN創(chuàng)建功能以利于業(yè)務(wù)的快速實(shí)施。
。7) MPLS VPNs 提供可伸縮的any-to-any 連接以擴(kuò)展內(nèi)部網(wǎng)及外部網(wǎng)從而蓋多業(yè)務(wù)。
。8) MPLS的流量管理功能可以保證網(wǎng)絡(luò)資源得到合理利用;保證用戶申請的服務(wù)質(zhì)量得到滿足。
。2)在一對邊緣LSR間提供多條LSP,每條LSP可通過流量工程提供不同的性能和帶寬保證,如入口LSR可將一條LSP設(shè)置為高優(yōu)先權(quán),將另一條LSP設(shè)置為中等優(yōu)先權(quán)。
3.虛擬專網(wǎng)
為給客戶提供一個可行的VPN服務(wù),ISP要解決數(shù)據(jù)保密及VPN內(nèi)專用IP地址重復(fù)使用問題。由于MPLS的轉(zhuǎn)發(fā)是基于標(biāo)簽的值,并不依賴于分組報頭內(nèi)所包含的目的地址,因此有效地解決了這兩個問題。
(1)MPLS的標(biāo)簽堆棧機(jī)制使其具有靈活的隧道功能用于構(gòu)建VPN,通常采用兩級標(biāo)簽結(jié)構(gòu),高一級標(biāo)簽用于指明數(shù)據(jù)流的路徑,低一級的標(biāo)簽用于作為VPN的專網(wǎng)標(biāo)識,指明數(shù)據(jù)流所屬的VPN。
。2)通過一組LSP為VPN內(nèi)不同站點(diǎn)之間提供鏈接,通過帶有標(biāo)簽的路由協(xié)議更新或標(biāo)簽分配協(xié)議分發(fā)路由信息。
(3)MPLS的VPN識別器機(jī)制支持具有重迭專用地址空間的多個VPN。
。4)每個入口LSR根據(jù)包的目的地址和VPN關(guān)系信息將業(yè)務(wù)分配到相應(yīng)的LSP中。
三、基于MPLS方式組建VPN
基于MPLS方式組建VPN網(wǎng)絡(luò)時,所需設(shè)備是路由器,可以利用網(wǎng)絡(luò)上已有的路由器升級,也可以新建,在全網(wǎng)各路由器配置MPLS, 各接入點(diǎn)的路由器配置成MPLS VPN PE( 邊 界) Router, 其余路由器配置成MPLS VPN P( 核 心) Router 。全網(wǎng)路由器運(yùn)行內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IS-IS及MPLS LDP協(xié)議。PE Router 之間運(yùn)行MP-BGP協(xié)議,并且建立Full-mesh的BGP連接。各VPN用戶的路由設(shè)備CE連到網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)PE Router。用戶與PE Router 之間運(yùn)行EBGP(或RIP2、OSPF)協(xié)議。VPN 用戶的地址空間由用戶確定,可采用私有保留地址。
MPLS VPN 限制VPN 路由信息僅在VPN內(nèi)部傳播,具體過程如下。
。1)在PE路由器上有兩種互相隔離的路由表。一種是包含所有P和PE路由器路由的普通路由表;一種是與它相連的VPN的路由表,即VRF。每個VPN對應(yīng)一個VRF。
。2)PE路由器將VPN用戶地址(多為私有地址)轉(zhuǎn)換成VPN-V4的地址,其中包含RD,SOO等新增屬性,存儲在相應(yīng)VRF中。
。3)同一VPN兩端的PE通過RSVP-Tunnel或LDP建立LSP(Label Switch Path),并用MP-iBGP交換此VPN的路由
。4)當(dāng)PE接到本地VPN用戶的Packet時候,此PE在相應(yīng)的VRF中查找相應(yīng)路由,找到下一跳,此下一跳應(yīng)為將目的VPN用戶地址通過MP-iBGP廣播給它的那臺PE。
。5)本地PE路由器通過先前建立的LSP將此Packet轉(zhuǎn)發(fā)到異地PE路由器。
(6)異地PE路由器再在其相應(yīng)的VRF中找到需要從哪個用戶端口轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。
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