MPLS多協議標簽交換技術解析

一、MPLS技術概述

MPLS技術的全稱是多協議標簽交換技術，是在 Cisco公司所提出來的TagSwitching 技術基礎上發展起來的，屬于第三層交換技術，它引入了基于標簽的機制，把選路和轉發分開，由標簽來規定一個分組通過網絡的路徑，數據傳輸通過標簽交換路徑(LSP)完成。

MPLS網絡由核心部分的標簽交換路由器 (LSR)、邊緣部分的標簽邊緣路由器(LER)組成。LSR可以看作是ATM交換機與傳統路由器的結合，由控制單元和交換單元組成;LER的作用是分析IP包頭，決定相應的傳送級別和標簽交換路徑(LSP)。由于MPLS技術隔絕了標簽分發機制與數據流的關系，因此，它的實現并不依賴于特定的數據鏈路層協議，可支持多種的物理和鏈路層技術 (IP/ATM、以太網、PPP、幀中繼、光傳輸等)。MPLS使用控制驅動模型初始化標簽捆綁的分配及分發，用于建立標簽交換路徑 (LSP)，通過連接幾個標簽交換點來建立一條LSP。一條LSP是單向的，全雙工業務需要兩條 LSP。

標簽交換的工作流程如下：

由LDP(標簽分發協議)和傳統路由協議(OSPF等)在LSR中建立路由表和標簽映射表。

在MPLS入口處的LER接收IP包，完成第三層功能，并給 IP包加上標簽;

在MPLS出口處的LER將分組中的標簽去掉后繼續進行轉發。

LSR不再對分組進行第三層處理，只是根據分組上的標簽通過交換單元進行轉發。

二、MPLS技術的應用

MPLS因其具有面向連接和開放結構而得到廣泛應用。現在，在大型 ISP網絡中，MPLS主要有流量工程、服務等級 (CoS)、虛擬專網(VPN)三種應用

1.流量工程

隨著網絡資源需求的快速增長、 IP應用需求的擴大以及市場競爭日趨激烈等，流量工程成為 MPLS的一個主要應用。因為 IP選路時遵循最短路徑原則，所以在傳統的IP網上實現流量工程十分困難。傳統 IP網絡一旦為一個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絡在某處資源過度利用，而另外一些地方網絡資源閑置不用。

在MPLS中，流量工程能夠將業務流從由 IGP計算得到的最短路徑轉移到網絡中可能的、無阻塞的物理路徑上去，通過控制IP包在網絡中所走過的路徑，避免業務流向已經擁塞的節點，實現網絡資源的合理利用。

MPLS的流量管理機制主要包括路徑選擇、負載均衡、路徑備份、故障恢復、路徑優先級及碰撞等。

MPLS非常適合于為大型 ISP網絡中的流量工程提供基礎，其有以下原因：

支持確定路徑，可為每條 LSP定義一條確定的物理路徑。

LSP統計參數可用于網絡規劃和分析，以確定瓶頸，掌握中繼線的使用情況。

基于約束的路由使 LSP能滿足特定的需求。

不依賴于特定的數據鏈路層協議，可支持多種的物理和鏈路層技術(IP/ATM、以太網、PPP、幀中繼、光傳輸等)，能夠運行在基于分組的網絡之上。

2.服務等級

MPLS的最重要的優勢在于它能提供傳統 IP路由技術所不能支持的新業務，提供更高等級的基礎服務和新的增值服務。 Internet上傳輸的業務流包括傳統的文件傳輸、對延遲敏感的話音及視頻業務等不同應用。為滿足客戶需求， ISP不僅需要流量工程技術，也需要業務分級技術。 MPLS為處理不同類型業務提供了極大的靈活性，可為不同的客戶提供不同業務。

MPLS的QoS是由LER和LSR共同實現的：在LER上對IP包進行分類，將IP包的業務類型映射到 LSP的服務等級上;在LER和LSR上同時進行帶寬管理和業務量控制，從而保證每種業務的服務質量得到滿足，改變了傳統 IP網“盡力而為”的狀況。一般采用兩種方法實現基于 MPLS的服務等級轉發。

(1)業務在流經特定的 LSP時，根據MPLS報頭中承載的優先級位在每個LSR的輸出接口處排隊。

(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設置為高優先權，將另一條LSP設置為中等優先權。

3.虛擬專網

為給客戶提供一個可行的 VPN服務，ISP要解決數據保密及 VPN內專用IP地址重復使用問題。

由于 MPLS的轉發是基于標簽的值，并不依賴于分組報頭內所包含的目的地址，因此有效地解決了這兩個問題。

MPLS的標簽堆棧機制使其具有靈活的隧道功能用于構建 VPN，通常采用兩級標簽結構，高一級標簽用于指明數據流的路徑，低一級的標簽用于作為VPN的專網標識，指明數據流所屬的 VPN。

通過一組LSP為VPN內不同站點之間提供鏈接，通過帶有標簽的路由協議更新或標簽分配協議分發路由信息。

MPLS的VPN識別器機制支持具有重迭專用地址空間的多個 VPN。

每個入口LSR根據包的目的地址和 VPN關系信息將業務分配到相應的LSP中。

三、基于MPLS方式組建VPN

基于MPLS方式組建VPN網絡時，所需設備是路由器，可以利用網絡上已有的路由器升級，也可以新建，在全網各路由器配置 MPLS，各接入點的路由器配置成MPLS VPN PE( 邊界) Router，其余路由器配置成MPLS VPN P( 核心) Router 。全網路由器運行內部網關協議 IS-IS及MPLS LDP協議。PE Router之間運行MP-BGP協議，并且建立 Full-mesh的BGP連接。各VPN用戶的路由設備CE連到網絡接入點PE Router。用戶與PE Router 之間運行EBGP(或RIP2、OSPF)協議。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內部傳播，具體過程如下。

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對應一個VRF。

PE路由器將VPN用戶地址(多為私有地址)轉換成VPN-V4的地址，其中包含RD，SOO等新增屬性，存儲在相應 VRF中。

同一VPN兩端的PE通過RSVP-Tunnel或LDP建立LSP(Label SwitchPath)，并用MP-iBGP交換此VPN的路由

當PE接到本地VPN用戶的Packet時候，此PE在相應的VRF中查找相應路由，找到下一跳，此下一跳應為將目的 VPN用戶地址通過MP-iBGP廣播給它的那臺PE。

本地PE路由器通過先前建立的 LSP將此Packet轉發到異地PE路由器。

異地PE路由器再在其相應的 VRF中找到需要從哪個用戶端口轉發到目的地。

基于MPLS 的VPN具有以下優勢。

MPLS VPN 提供一個可快速部署實施增值 IP業務的平臺，包括內部網、外部網、話音、多媒體及網絡商務。

MPLS VPN ?通過限制VPN 路由信息的傳播僅在 VPN成員內部，可提供與第二層VPN 相同的私密性及安全性。

MPLS VPNs 提供與用戶內部網的無縫集成。

MPLS VPNs擴展性好，每個服務提供商可以設定數十萬 VPN，每個VPN 可有數千個現場。