多协议标志交换(MPLS)基本原理

MPLS的概念

MPLS是一种标记（label）机制的包交换技术，通过简单的2层交换来集成IP Routing 的控制。对IPOA（IP OVER ATM）的改进是MPLS产生的源动力。目前MPLS还没有成为最后正式的标准，在MPLS成为标准的过程中，许多公司都推出了自己的标记技术，比如CISCO公司的Tag交换技术。          MPLS中涉及了很多基本的概念： 　　1．FEC（转发等价类） 　　MPLS实际上是一种分类转发的技术，它将具有相同转发处理方式（目的地相同、使用的转发路径相同、具有相同的服务等级等）的分组归为一类，这种类别就称为转发等价类。属于相同转发等价类的分组在MPLS网络中将获得完全相同的处理。在LDP（后面讲到）过程中，各种等价类对应于不同的标记，在MPLS网络中，各个节点将通过分组的标记来识别分组所属的转发等价类。          2．多协议标记交换 　　（1）多协议 　　MPLS位于传统的第二层和第三层协议之间，其上层协议与下层协议可以是当前网络中的各种协议。如：IPX，APPLETALK等。 　　（2）标记 　　一个长度固定，只具有本地意思的标志。它用于唯一地表示一分组所属的FEC，决定标记分组的转发方式。 　　（3）交换 　　通过FEC的划分与标记的分配，MPLS的标记在网络中进行交换，建立一条虚电路。         3．标记栈 　　是一组标记的级联。 　　4．标记分组 　　包含了MPLS标记封装的分组。标记可以使用专用的封装格式，也可以利用现有的链路层封装如：ATM的VCI和VPI。         5．标记交换路由器(LSR) 　　支持MPLS协议的路由器，是MPLS网络中的基本元素。         6．标记交换路径（LSP） 　　使用MPLS协议建立起来的分组转发路径，由标记分组源LSR与目的LSR之间的一系列LSR以及它们之间的链路构成，类似于ATM中的虚电路。         7．上游LSR与下游LSR，一个分组由一个路由器发往另一个路由器时，发送方的路由器为上游路由器，接收方为下游路由器。         8．标记信息库（LIB） 　　类似于路由表，包含各个标记所对应的各种转发信息。         9．标记分发协议（LDP） 　　该协议是MPLS的控制协议，相当于传统网络的信令协议，负责FEC的分类，标记的分配，以及分配结果的传输及LSP的建立和维护等。        10．标记分发对等实体（LDP PEERS） 　　进行LDP*作的LSR为标记分发对等实体。        11．标记合并 　　对于某一相同FEC的标记分组，将不同的入标记替换为相同的一个出标记继续转发的过程，减少标记资源的消耗。        12．TLV（Type Length Value） 　　MPLS消息中的子结构，类似于其它协议中各种消息内的对象。 MPLS（Multiprotocol Label Switch）最初是用来提高路由器的转发速度而提出的一个协议，但是由于MPLS在流量工程（Traffic Engeering）和VPN这一在目前IP网络中非常关键的两项技术中表现，MPLS已日益成为扩大IP网络规模的重要标准。 MPLS协议的关键是引入了标签（Label）的概念。它是一种短的易于处理的、不包含拓扑信息、只具有局部意义的信息内容。Label短是为了易于处理，通常可以用索引直接引用。只具有局部意义是为了便于分配。熟识ATM的人可能很自然是想到ATM中的VPI/VCI。可以这么说，ATM中的VPI/VCI就是一种标签，所以说ATM实际上就是一种标签交换。 　　在MPLS网络中，IP包在进入第一个MPLS设备时，MPLS边缘路由器就用标签封装起来。 MPLS边缘路由器分析IP包的内容并且为这些IP包选择合适的标签，相对于传统的IP路由分析，MPLS不仅分析IP包头中的目的地址信息。它还分析IP包头中的其他信息，如TOS等。尔后所有MPLS网络中节点都是依据这个简短标签来作为转发判决依据。当该IP包最终离开MPLS网络时，标签被边缘路由器分离。 　　MPLS的协议发展过程 　　1996年，Ipsilon公司推出了IP Switching协议，在数据通讯界立即引起具大震动。 Ipsilon公司由一个默默无闻的小公司，一举成为数据通讯界众所周知的公司，并由此引发了路由器技术的一次大革命，各公司纷纷推出自己的三层交换方案，而其中对MPLS协议发展具有关键作用的有如下一些协议： 　　1) IP Switching。由Ipsilon于1996年提出，并推出支持该协议的商业产品。该协议使ATM交换机成为一台路由器，因而具有ATM交换机的高性能，从而突破传统路由器的性能限制。IP交换的基本目的是采用弃用ATM控制平面的方法来高效地集成ATM交换机IP路由器。IP Switching的标签建立是由数据流驱动的。 Ipsilon定义一套协议，包括标签绑定协议（称为Ipsilon Flow Management Protocol或者IFMP，RFC）和交换机管理协议（称为General Switch Management Protocol 或者GSMP，RFC）。GSMP只是用来控制单个ATM交换机及那些跨越该交换机的虚连接。 　　2) Tag Switching是由CISCO开发的一种标签（CISCO称之为标记）的方法。同IP Switching不同的是Tag Switching不是信赖数据流的驱动来建立标签转发表项，它是信赖于控制驱动（有一个相当于ATM协议的控制平面），Tag Switching网络由 Tag Edge Routers和Tag Switching Routers组成。IP包在Tag Edge Routers上进行标记封装，下一跳的路由确定信赖标准路由算法（如OSPF、BGP等）。标记的绑定和分布采用标记分布协议（Tag Distribution Protocol，TDP）。 　　3) Aggregate Route-based IP Switch （ARIS）是IBM的一种标签交换方案。同Tag Switching、ARIS是把标签同汇集路由器相差联，不同于IP Switching中同流相关联，标签的绑定和标签交换路径的建立是由控制流（如路由更新）来决定的。通常出口路由器是发起方。ARIS在设计时是考虑到使用ATM作为其数据链路层的，ARIS是一个点到点的协议。它直接运行在相邻路由器的IP之上，并提供在邻接路由器之间建立和交换标签的方法。ARIS的关键概念是"出口标识（Egress Identifier）。标签分发始于出口路由器，并有规律地通过网络传递到入口路由器。 　　显然，各厂家独立的基于标签交换的解决方案是不可能被其他厂家接受的，需要形成统一的标准。所以在1997年，IETF成立一个工作组，经过多次商讨。MPLS(Multiprotocol Label Switching)这个术语被确实下去，作独立于厂商的一系列标准的名称。 MPLS的宗旨就是要集成标签切换转发的高性能和网络层路由的灵活性的扩展性。它适合IPV4和IPV6。 　　目前各MPLS协议都处于草案阶段，但有多家厂商已经着手实现MPLS3。有的已经推出产品，可也说，组建大型的基于MPLS的IP网络并从中受益的运营商，必将成为下一次互连网络扩张的领导者。 　　MPLS的优越性 　　IP＋ATM怎样不同于简单地在ATM骨干上运行IP呢？答案就是MPLS。MPLS是商业IP网络关键技术，它允许服务提供商首次在单一网络上获得IP，ATM，FR的综合利润。因为MPLS提供IP的灵活连接和可扩展性，以及FR和ATM的私有性和QOS，它已变成广泛被接收的标准。 　　运用MPLS，IP服务能通过以下的过程在具有选路和多业务的交换网络上进行传送： 　　1、网络决定包的选路和QOS需求 　　2、标记被分配给每个包，告诉交换机或路由器哪儿、怎样去发送这个包，每个包的特定的服务属性：QOS，私有性等等 　　3、包在没有额外的选路的情况下，在网络骨干上被交换。 　　基于MPLS的解决方案使得新的网络世界的服务成为可能，如具有QOS的VPN。MPLS标记的主要好处是能够为单个数据流区别服务类。 　　MPLS提供IP服务的高性能扩展，因为服务的决策在网络边缘决定，并且不需要中间的再处理而进行交换。MPLS使得ATM网络能够实现端到端的三层智能和获得重要的高性能。另外，MPLS消除IP over ATM所需要的复杂的协议和地址解析。运用MPLS具有附加值的扩展，服务提供商能快速有效地传送先进的IP服务，例如： 　　具有FR私有性，而没有端到端虚拟电路的无连接的IP VPNs 　　多个IP服务类去实现一个大范围的商业策略 　　低费用的受控服务扩展了对小和中等规模的商务的市场共享 　　实现基于MPLS的IP＋ATM的解决方案的服务提供商保留所有的用户商务，并且开始从新出现的IP机遇中建造有利润的服务。运用IP＋ATM的解决方案能够： 　　使得现在产生利润的服务成为可能。 　　从IP增值业务中建造收入和利润的增长 　　减小进入市场的时间 　　减小可*作的费用 　　增加投资回报 　　增加市场共享