MPLS多协议标签交换技术介绍

2020-10-26 16:37:02 云杰通信 100

MPLS多协议标签交换技术介绍

  多协议标签交换(MPLS)是一种用于快速转发数据包的技术,它的出现就是为了提高转发效率。因为IP转发大多靠软件进行,在转发的每一跳都要进行至少一次最长匹配查找,操作复杂导致转发速度比较慢。有些厂商借鉴ATM的转发方式来简化IP转发过程,由此产生了一种结合IP和ATM的优势于一身的新技术—MPLS。在当时的条件下这可以说是一个很大的创举,其优势也是显而易见的,但后来IP转发领域有很多新技术产生,如硬件转发与网络处理器的出现,导致MPLS的速度优势体现不出来,纯MPLS转发在实际应用中几乎没有用武之地。

  虽然MPLS在实际转发应用中较少用到,但是由于其灵活可扩展,因此出现了许多基于MPLS的新技术,比如BGP/MPLS VPN、流量工程等技术。当前,MPLS越来越受重视,成为当今网络技术的热点,还有一些新的应用需求也正在利用MPLS来实现。

  MPLS中的一些概念

  FEC:转发等价类,MPLS将具有相同特征值(目的地址相同或服务等级相同)的报文归为一类。

  标签:本地意义的标识符,用于唯一标识一个报文所属的FEC,一个标签代表一个FEC。

  LSP:标签转换路径,同一个FEC在MPLS网络经过的路径。

  标签转发表:与IP网络中的FIB(转发信息库)类似,称为LFIB,LFIB中的信息有InLabel(入标签)、OutLabel(出标签)、出接口、操作类型(Pop/Swap)、下一跳等。

  MPLS中有控制平面和转发平面,控制平面负责标签分配,EFC标签映射、标签转发表建立、LSP建立等,相关的协议LDP、MP-BGP等;转发平面根据LFIB进行报文的转发。

  MPLS网络的基本单元是LSR。LSP建立的过程就是标签和FEC的绑定,在LSR上建立LFIB的过程。LSP分为静态LSP和动态LSP,静态LSP就是手动配置LSP的出入标签、下一跳等,适合网络拓扑简单且稳定的小型网络;动态建立LSP就是基于LDP或者MP-BGP等协议建立的LSP,建立过程是:下游LSR根据目的地址划分FEC,为特定FEC分配标签,将FEC标签的绑定关系告知上游LSR,上游LSR根据绑定关系建立LFIB,报文转发路径上所有LSR都为该FEC建立转发表项后,就成功建立了转发FEC的LSP。

  基于MPLS的L2VPN将用户二层数据封装成可以在MPLS网络或IP网络中传输的分组,通过IP路径或MPLS隧道转发封装后的分组,从用户角度来看,MPLS或IP网络就是一个二层交换网络。

  一个MPLS报文可以有多个Label,靠近二层头的Label为栈顶Label,靠近IP报文的Label为栈底Label,LSR执行Label交换时总是基于栈顶Label。有多个Label时,每个Label都包括以上完整的32bit,并不是其它的Label只包括20bit的Label值。

  MPLS技术综合了第二层交换和第三层路由的功能,将第二层的快速交换和第三层的路由有机地结合起来。MPLS网络边缘的LER主要完成以下工作:三层路由、分析IP包头用于决定对应的FEC和标签交换路径(LSP),进而标记报文。而在MPLS网络核心的LSR采用基于标签的第二层交换,工作相对较简单。从这里就可以看出MPLS的好处,虽然处在MPLS网络边缘的LER工作较复杂,但处在核心的LSR只需要像FR或ATM交换机那样执行二层交换就可以了,根本不需要最长匹配和多次查找。

  典型的MPLS转发过程如下:

  Step 1: 所有LSR启用传统路由协议(OSPF、IS-IS等),在LSR中建立IP路由表

  Step 2: 由LDP结合IP路由表来建立LSP

  Step 3: Ingress LER接收IP包,分析IP包头并对应到FEC,然后给IP包加上标记,根据标签转发表中的LSP将已标记的报文送到相应的出接口。

  Step 4:LSR收到带有标记的报文,将只分析标记头,不关注标记头之上的部分,根据Label头查找LSP,替换Label,送到相应的出接口(中途转发过程与Step 4类似)

  Step n-1:倒数第二跳LSR收到带有标记的报文,查找标记转发表,发现对应的出口标签为隐式空标签或显式空标签,弹出标签,发送IP报文到最后一跳LSR

  Step n:在最后一跳Egress LER上执行三层路由功能,根据报文的目的IP地址转发