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多协议标签交换技术服务(MPLS)的原理和应用
多协议标签交换技术服务(MPLS)的原理和应用
一. 引言
随着Internet的迅猛发展,上网人数成百上千的增加,同时Internet上传输的信息由文件传送(FTP)、电子邮件等文字信息,向以WWW为代表的图形、图象、动画、视频等多媒体信息转变。因此,对网络的带宽、传输速率、服务质量提出了愈来愈高的要求。由于光纤技术的革命,尤其是最近WDM/DWDM的发展,网络传输带宽已经得到了长足的发展,而网络节点和服务质量始终是现代通信网的潜在瓶颈。因此如何提高网络节点的速率和服务质量,从而来适应大规模的网络发展已经成为业界关心的焦点问题。而Internet采用面向无连接的IP协议,只能提供“尽力而为”(Best Effort)的服务,无法提供服务质量保证,而ATM网有较高的速率和服务质量保证,如果把IP和ATM两种各具优势的技术结合到一起,那将发生一场技术革命。与以往的技术进步不同,这次技术革命可以更加形象地称之为一次技术联姻,其结果就是产生了新一代的网络技术——多协议标记交换(MPLS,Multi-Protocol Label Switching)。
二. MPLS的基本原理
究竟什么是MPLS呢?还是让我们首先来看一看MPLS的名称。这里的核心概念是交换,也就是这里最后一个字母S(Switching)的含义;其次的重要概念是标记,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,我们不难发现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。 MPLS是一个新的网络标准。MPLS是由CISCO标记交换演变而来的IETF的标准协议,MPLS是一种标记转发的典范。标记表示路径和业务的属性,在入口的边缘、流入的数据包被处理做上标记,位于核心的设备仅仅读这些标记,赋于适当的业务,然后根据标记转发这些数据包,对这些数据包的分析、分类和过滤只发生一次,是在进入边缘设备时,经过出口的边缘设备时,标记被移去,数据包转发到最终目的地。
MPLS是属于第三层交换技术,引入了基于标记的机制,它把选路和转发分开,由标签来规定一个分组通过网络的路径。MPLS网络由核心部分的标签交换路由器(LSR)、边缘部分的标签边缘路由器(LER)组成。LSR的作用可以看作是ATM交换机与传统路由器的结合,由控制单元和交换单元组成;LER的作用是分析IP包头,用于决定相应的传送级别和标签交换路径(LSP),MPLS网络如图2-1所示。
——LSR就是实现了MPLS功能的ATM交换机;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。标记交换的工作过程可概括为以下3个步骤:
――1)由LDP(标记分布协议)和传统路由协议(OSPF等)一起,在LSR中建立路由表和标记映射表。
——2)LER接收IP包,完成第三层功能,并给IP包加上标记;在MPLS出口的LER上,将分组中的标记去掉后继续进行转发。
——3)LSR对分组不再进行任何第三层处理,只是依据分组上的标记通过交换单元对其进行转发。
让我们通过一个例子进一步了解数据包被转发的具体过程。
见图2-2,一个流入的数据包到达边缘LSR时,它将读包的目的地址的前辍,128.89,下一步,这个边缘LSR查看交换表中目的地址,加入对应的标记4,然后通过端口1发出。
在中心的LSR读到这个标记,然后在交换表中查找对应的标记,然后用标记9取代4,从端口0转发。在出去的边缘LSR查看标记9,在此除去数据包的标记,从端口0出去。
按照当前的定义,MPLS是基于标记的IP路由选择方法。这些标记可以被用来代表逐跳式或者显式路由,并指明服务质量(QoS)、虚拟专网以及影响一种特定类型的流量(或一个特殊用户的流量)在网络上的传输方式的其它各类信息。
目前,路由协议在一个指定源和目的地之间选择最短路径,不论该路径是否超载。利用显式路由选择,服务提供商可以选择特殊流量所经过的路径,使流量能够选择一条低延迟的路径。
MPLS协议实现将第三级的包交换转换成第二级的交换。MPLS可以使用各种第二层的协议,MPLS工作组到目前为止已经把在帧中继、ATM和PPP链路以及IEEE 802.3局域网上使用的标记实现了标准化。MPLS在帧中继和ATM上运行的一个好处是它为这些面向连接的技术带来了IP的任意连通性。目前MPLS的主要发展方向是在ATM方面。这主要是因为ATM具有很强的流量管理功能,能提供QoS方面的服务,ATM和MPLS技术的结合能充分发挥在流量管理和QoS方面的作用。
标记是用于转发数据包的报头。报头的格式取决于网络特性。在路由器网络中,标记是单独的32位报
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