1.MPLS技术 2.网络体系结构 3.MPLS交换基本原理

6.1 MPLS交换技术

6.6.1 MPLS技术的产生 Internet的特点是尽最大努力型服务方式，可保证数据的正确性，但不保证时延特性。 为了保证语音、图像等流媒体的带宽、延迟抖动等QoS要求，引入面向连接的交换技术。 ATM技术可以保证QOS要求，且带宽适应性很强，但信元操作很琐碎，VPI/VCI有限，不能直接适应IP的需要，设想将二者结合起来------- MPLS技术。

1. IP交换 Ipsilon公司1996年提出IP交换结构，硬件以ATM交换机为基础，连接控制则采用IP技术完成选路。 IP交换基于流的概念，从输入口送入的有先后关系的IP包被看作流，IP交换控制器对流分类处理。 1. IP交换 持续周期长、业务量大的数据流由ATM硬件交换。 持续周期短、业务量小的突发流通过路由软件完成逐跳式传送。

2. Tag交换 Cisco公司推出的标记交换，是基于传统路由器的ATM承载IP技术，在一定程度上将数据的传递从路由变成交换，提高了传输效率。

IBM推出的标签交换方案，ATM用作链路层，在相邻路由器间建立和交换标签。 MPLS的特点是，吸收了ATM的VPI/VCI交换思想，集成了路由技术的灵活性和ATM交换的简洁性，为IP网络增加了面向连接的属性，保障了服务质量。

MPLS网络由边缘路由器和标签交换路由器组成，边缘路由器完成业务流分类和相应标签的映射，中间路由器完成业务流转发和链路段间的标签切换。

MPLS的实质是将路由器移到网络的边缘，将快速、简单的交换机置于网络中心。 对一个连接请求实现一次路由选择，多次交换。 MPLS是在标记/标签(Tag Switching)基础上发展起来的。传统路由器处于网络外围，标记交换路由器组成核心网络。

6.6.3 MPLS的有关概念 1. 标签，一种短的、易于处理的、不包含拓扑信息且只具有局部意义的选径标识。 ATM的VPI/VCI也是一种标签，VPI/VCI只标记一段链路上特定信息的路径，通过索引方式查表转移信元。 MPLS中，IP包进入边缘路由器，通过分析IP包头选择合适的标签并建立到目的点的虚通路，随后的IP数据传送采用标签封装，中间节点依据标签转发信息。

基于标签交换的IP数据包抵达目的MPLS路由器时，边缘节点去除标签，重组成IP包并转送给相关的传统路由器。 标签位于数据链路层封装头和PDU之间，通常ATM采用VPI/VCI替代标签，帧中继采用DLCI来代替标签) 。

除ATM与帧中继外的标签结构。标签占20bit；TTL8bit，限制传送范围；Cos占3bit，区分业务类型；S标签栈底指示，1表明标签位于标签栈底。

2. 转发等价类(FEC)，标签交换路由器（LSR）根据某种策略对流入数据进行分类，通常把具有某些相同属性（如目的地址前缀等）映射成一个等价类，分配相同的标签。

对于一指定的LSR，属于同一FEC的分组，不管是否属同一数据流，一定具有相同的转发路径，不同的FEC可有相同入/出口。 LSR可按照IP地址前缀、主机地址、QoS以及动态流量等分类方法将数据流映射成不同的FEC，相同的FEC有相同的标签。

3. 标签栈，标签栈是许多标签按一定顺序排列存放，提供数据流转发检索的缓存区。 标签栈按照后添加标签先出栈方式工作。 栈顶标签始终是转发分组的标签，依据标签选择下一跳出口。

4. LSR与LER，LSR是MPLS网络的中间节点，LER是网络的边缘节点。 LSR的主要功能： 执行路由传播协议，提供FEC与下一跳地址的映射。 为每个FEC分配标签。 执行标签分配协议LDP，从其他节点获取标签信息建立标签信息库LIB。 根据输入分组所携带的标签检索标签信息库，完成标签交换。

标签路由器由控制单元和转发单元两部分组成。 控制单元主要功能是构建和维护路由转发表，利用路由协议交换路由信息。 转发单元功能是执行分组转发操作，依据分组标签、转发表等信息决定下一跳的转发出口，并根据标志转发信息库(LFIB)信息装配下一段链路MPLS分组的标签。

标签边缘路由器LER主要完成非MPLS域接入功能，入口LER完成流入业务分类、分发标签等功能。出口LER完成去除标签、恢复业务分组等工能。 流入的无标签IP分组，LER分类并打上相应标签后，经MPLS接口发往MPLS网络。 边缘路由器也完成路由协议功能。

现代交换技术 第十四讲 主讲教师：范亚芹　　　　　　　　学时：16

LIB(标记信息表，Label Information Table) FEC(转发等价类 Forwarding Equivalence Class) 标记、标记分组 LIB(标记信息表，Label Information Table) LFIB(标记转发信息表，Label Forwarding Information Table) LDP(标记分发协议，Label Distribution Protocol） LSP(标记交换路径， Label Switched Path) 对等实体 MPLS域 47.1.1.75 data 47.1.1.75 data 出口LER LSR: (标记交换路由器，Label Switching Routers） 上游LSR与下游LSR LER: (标记边缘路由器，Label Edge Routers)、入口LER

6.2 MPLS交换的基本原理 6.2.1 标签分发协议 标签分发协议（LDP）是一个单独的控制协议，相当于No.7信令协议，用来在LSR之间交换和协调FEC/标签绑定信息以及相关处理过程。 LDP协议将网络层路由信息直接映射到链路层交换通道上，在逻辑相邻的LSR间协商标签值，建立TCP连接，确保LDP消息按序可靠传送。 LDP映射消息可从本地LSR或出口LSR发起，并从下行LSR流向上行LSR。每个LSR在其LIB中关联入口标签,出口标签，以形成从入口到出口的标签交换通路LSP。

LDP用四类消息完成标签的分发过程，包括发现消息、会话消息、公布消息、通知消息。 标签分发协议的运行分为四个阶段：发现阶段、会话建立阶段、会话维持阶段和删除阶段。

标签分发的四个阶段 1.发现阶段 2.会话建立与维护 3.LSP建立与维护 4.会话撤销 LSR2 LSR3 LSR1 TCP连接，初始化 UDP,Hello UDP, Hello TCP连接，初始化 TCP连接，初始化 2.会话建立与维护 FEC=A, 标记=4 FEC=A, 标记=6 3.LSP建立与维护 标记请求/映射 4.会话撤销 标记请求/映射 LIB LIB LIB FEC 输入标记 输出标记 A 4 FEC 输入标记 输出标记 A 4 6 FEC 输入标记 输出标记 A 6

MPLS的工作过程 入口LER按照业务流的服务要求完成： FEC划分 加标记

加标签的过程 LER：FEC、 加标签 LER 4 LER 1 46.0.0.0 1 3 LER 3 LSR2 1 47.0.0.0/8 输入 标签 输出 地址 前缀 端口 X 3 47.0.0.0/8 1 输入 标签 地址 前缀 输出 端口 3 47.0.0.0/8 5 LER 4 LSR2 LER 1 46.0.0.0 1 47.1.1.75 data 1 3 47.1.1.75 data LER 3 LER：FEC、 加标签 47.0.0.0/8

转发 LER 4 LER 1 1 3 5 LER 3 LSR2 1 LSR:根据标签转发 输入 标签 输出 地址 前缀 端口 X 3 47.0.0.0/8 1 输入 标签 输出 地址 前缀 端口 3 5 47.0.0.0/8 LER 4 LER 1 LSR2 46.0.0.0 1 1 3 47.1.1.75 data 5 47.1.1.75 data LER 3 47.0.0.0/8 LSR:根据标签转发

去标签 LER:去掉标签 LER4 LER 1 1 5 LER 3 LSR2 1 输入 标签 输出 地址 前缀 端口 47.0.0.0/8 X 3 47.0.0.0/8 1 输入 标签 输出 地址 前缀 端口 3 5 47.0.0.0/8 LER4 LSR2 LER 1 1 46.0.0.0 1 5 47.1.1.75 data LER 3 47.0.0.0/8 47.1.1.75 data LER:去掉标签

1. 路由协议建立路径；LDP建立标签-目的网络映射 总结 1. 路由协议建立路径；LDP建立标签-目的网络映射 LSP 2.LER:接收分组、加标签 4. LER:除去标签 3. LSR:转发

6.2.2 循环控制 标签分配和交换路径建立逐段完成，存在路径建立循环问题。 利用TTL字段降低循环影响，超时数据包将被丢弃。 允许建立循环路径，但进行检测，发现循环则删除。 通过从下游到上游分发标签，确保不出现循环路径。

6.2.3 ATM上的MPLS综合方案 在ATM网络中安装MPLS LSR，两平面共存，边缘LSR作为VC汇聚。

交换设备由MPLS和ATM两部分组成，两种接口可同时存在，ATM和MPLS共同控制网络交换资源。支持两种模式的拓扑、选路和VC管理。 设备复杂，但支持ATM，对数据、语音和视频具有QoS保证。