mpls

第六章 MPLS

              

6.1  概述                                               

6.1.1 MPLS基本概念

6.1.1.1 MPLS 定义

　　多协议标记交换MPLS(Multi-Protocol Label Switching)是一种在开放的通信网上利用标记引导数据高速和高效传输的新技术。MPLS的核心概念是交换，也就是这里最后一个字母S(Switching)的含义；其次概念是标记，即这里 L(Label)字母的含义；最后一层概念是多协议，即这里的MP(Multi-Protocol)的含义。通过对MPLS名称的理解，不难发现MPLS与ATM的相似之处。因为在ATM中，VPI/VCI 本身也是标记，而ATM面向连接的交换是一种固有特性。

6.1.1.2 MPLS 特点

　　标记交换对于熟悉电信网络的人而言其实并不神秘。数据通信网络从传统的X.25到FR、ATM网络，所采用的交换技术都可称之为“标记交换”技术。MPLS主要特点有：

（1）MPLS属于集成模型，它基于标记交换机制，在ATM层上直接承载IP业务，与重叠模型相比，提高了业务的性能和网络的效率。

（2）MPLS支持无连接的业务。无连接业务是MPLS有别于通信网络的一个很重要的特点。标记相当于邮编，IP地址相当于通信地址。标记交换的目的是使无连接的业务具有面相连接的特征。

（3）MPLS提供面向连接的交换。MPLS通过标记分配，事先建立好一条符合需要的标记交换路径LSP，然后发送数据信息，以提供面相连接的交换。

（4）MPLS的核心思想是：边缘的路由、核心的交换。它把网络层的路由和数据链路层的交换有机结合起来，实现一次路由多次交换，即由边缘交换路由器进行IP识别，进行分类，并封装上标记；核心交换机只根据标记进行交换，从而加快了交换的速度。

（5）MPLS还是一种支持多协议的技术。它不仅可以支持多种上层网络协议，包括IP、IPX、AppleTalk等，而且可以运行于不同底层网络之上，如PPP、FDDI、ATM、FR和以太网等。正因为如此，IETF取其名为MPLS。反映了MPLS技术的广泛适应性。图6.1示出MPLS对网络层和数据链路层的多种协议的支持。

（6）MPLS由控制平面和转发平面组成。控制平面基于IP控制协议，采用无连接方式，利用IP网络实现，主要负责标记分配和维护；转发平面(数据平面)基于相应链路层的交换机制，采用面向连接方式，可以利用ATM、FR等二层网络实现。

（7）MPLS简化了分组转发机制。它是基于定长短标记的完全匹配，而不是像路由器那样需要运行最长匹配算法。它使用的标记头(4字节)比典型的数据报协议(IP头20字节)要简单，这使分组数据在节点中的处理速度加快。它把第三层的分组交换转换成第二层的信元交换，可用硬件实现实现表项的查找、匹配和标记替换，大大提高了分组包的转发性能。

（8）MPLS支持显示路由功能、流量工程、服务类型CoS和服务质量QoS技术

6.1.1.3 ATM与IP结合技术类型

从IP协议与ATM协议的关系划分，ITU-T提出IP与ATM结合技术存在两种类型，即叠加模型(overlay model)和集成模型(integrated model)。

1. 叠加模型

叠加模型也叫重叠模型。叠加模型是指IP协议在ATM上运行，这种形式需要定义两套地址结构及路由协议，ATM的端系统除了需要分配IP地址外，还需分配ATM地址，同时还需两套维护和管理功能，因此，叠加模型实现的关键就是ATM网络如何同现有网络的地址转换问题。

2. 集成模型(同级模型)

集成模型也叫同级模型。集成模型是将ATM端点用现有的网络层地址来表示，网络不需要ATM地址解析，而采用IP地址选路。其实质是把ATM层视为IP层的对等层，在ATM网络内使用现有的网络层协议，如开放最短路径优先协议OSPF(Open Shortest Path First Protocol)来为IP分组包选择路由，在建立连接时可使用非标准的ATM信令协议。

6.1.1.4 MPLS与IP和ATM的关系

MPLS技术的提出源于IP/ATM结合，其初衷是利用ATM高速交换结构和优异的服务性能来传送IP包，后来逐步发展为集成第二层和第三层技术的多层交换技术。IP和ATM同属于分组技术，共同特点是利用分组传送数据，通过统计复用有效提高网络资源的利用率，但二者采用的技术有很大不同。IP是网络层的，基于路由的软件技术，其核心技术是路由协议和选路算法，采用动态选路，为无连接服务；ATM是链路层的，基于硬件交换的分组交换技术，其核心技术是ATM的交换结构和信令控制协议，采用静态路由，为面向连接的服务。MPLS充分利用IP和ATM技术的各自优势，用IP协议进行网络控制，用ATM交换进行数据转发，实现选路与交换技术的优化组合。MPLS将IP与ATM结合参见图6.3。

表6-1给出了IP、ATM和MPLS技术在一些方面的比较。

6.1.1.5 MPLS体系结构

MPLS是一种出现在OSI 2.5层的连接机制，其体系结构如图6.4所示。

6.2 MPLS网络基本组成

MPLS网络主要由边缘交换路由器LER(Label Edge Router)和标记交换路由器LSR(Label Switch Router)组成。如图6.5所示。

6.2.1 边缘交换路由器LER(Label Edge Router)

LER是一种全功能的网络层设备，位于MPLS域边缘，负责接收IP报文，查询标记转发表，进行标记分配和标记分发。当IP分组进入MPLS网络时，由LER检查IP分组，进行分类，将具有相同转发处理方式的IP分组归为一类，称为转发等价类FEC，并给FEC分配标记。LER可以是具有MPLS功能的ATM交换机，也可以是具有MPLS功能的路由器。入口LER称为Ingress，出口LER称为Egress；用户LER称为用户边缘设备CE(Customer Edge)，服务提供商的LER称为服务提供商边缘设备PE(Provider Edge)。Ingress主要是接收IP数据包，完成数据包分类、标记封装，并转发标记数据包到MPLS核心网络；Egress将IP数据包转发到MPLS网络外之前去掉标记。

6.2.2 标记交换路由器LSR(Label Switch Router)

LSR是MPLS网络中的基本设备，位于MPLS域核心。LSR包括控制单元和转发单元两部分。控制单元运行MPLS控制协议和路由协议(LDP、OSPF、BGP等)，进行标记分配和标记分发，建立和维护路由表和标记转发表；转发单元包含交换结构和标记转发信息库LFIB(Label Forwarding Information Base)，负责标记信息的快速交换。同LER一样，LSR可以是标记交换路由器，也可以是标记交换ATM交换机。