MPLS技術(shù)及應用

第9期馬曉莉等MLS技術(shù)及應用71MPLS技術(shù)及應用馬曉莉,趙政天津大學(xué)電信學(xué)院,天津30072)摘要:介紹了MPLS原理、優(yōu)勢及其在大型ISP網(wǎng)絡(luò )的核心應用流量工程、服務(wù)等級和虛擬專(zhuān)用網(wǎng)。關(guān)鍵詞:多協(xié)議標簽交換技術(shù)流量工程;服務(wù)等級;虛擬專(zhuān)用網(wǎng)中圖法分類(lèi)號:TP393.04文獻標識碼:A文章編號:1001-36952002)9-0071-03MPLS Technology and Its applicationsMA Xiao-li, ZHAO ZhengCollege of Electronic Information Tianjin University Tianjin 300072, ChinaAbstract: Currently there are three popular applications for MPlS in the core of large ISP networks: Traffic Engineering Classof Service( CoS); Virtual Private Networks( VPNsKey words: MPLS Multi Protocol Lable Switching ) Traffic Engineering CoS: VPN1MPLS的發(fā)展背景說(shuō)MPLS技術(shù)是下一代最具競爭力的通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。2MPLS的工作原理20世紀90年代中期,眾多ISP都采用 IP-overAIM的網(wǎng)絡(luò )模型此模型提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)和進(jìn)行流量工MPLS是 Internet多協(xié)議交換的最新發(fā)展,它基程的解決方案。而 Internet在近幾年也發(fā)生巨大的變于IETF標準構建于以前的各種多協(xié)議交換方案的化網(wǎng)絡(luò )規模日益擴大網(wǎng)絡(luò )趨于統一;業(yè)務(wù)從話(huà)音業(yè)基礎之上。其工作原理可以從以下五個(gè)方面來(lái)分析。務(wù)為主變?yōu)橐詳祿ㄐ艦橹鳒捲龃?端到端的P2.1建立標記交換路徑(LSP)業(yè)務(wù);PN的發(fā)展等。以上這些情況使得重疊模型不MPLS使用控制驅動(dòng)模型來(lái)啟動(dòng)標簽捆綁的分能完全滿(mǎn)足需求。 Internet服務(wù)和WDM的發(fā)展使得配。LSP本質(zhì)上是單工的雙向業(yè)務(wù)需要兩條LSP每多協(xié)議服務(wù)替代ATM提供了可能。1996年下半年,個(gè)方向各一條。LSP的建立是通過(guò)連接一個(gè)或多個(gè)標一些廠(chǎng)商紛紛推出各自的集成了ATM交換和P路記交換路由器來(lái)實(shí)現使得分組報文能夠在MPLS域由的多層交換方案如pim/Noki的P交換xi多層內從一個(gè)標記交換路由器(LSR—支持基于的標記交換;IBM的ARIs集成的基于路由IP交換);(aead/ Ascend// Lucentascend的P導航和MPS轉發(fā)的路由器轉發(fā)到另一個(gè)LSRToshiba的信元交換路由器等2.2MPLs控制組件光纖技術(shù)的革命尤其是最近 WDM/DWDM的與其它的多層交換方案相似MPLS的控件以IP發(fā)展網(wǎng)絡(luò )傳輸帶寬已經(jīng)得到了長(cháng)足的發(fā)展而網(wǎng)絡(luò )節功能為中心定義了新的基于標準的P信令、標記分點(diǎn)紿終是現代通信網(wǎng)的潛在瓶頸。因此如何提高網(wǎng)絡(luò )配協(xié)議LDP以及現有協(xié)議的擴展從而支持不同的節點(diǎn)的速率從而來(lái)適應大規模的網(wǎng)絡(luò )發(fā)展已經(jīng)成為「商之間的互操作性。MPIS不實(shí)現ATM論壇信令業(yè)界關(guān)心的焦點(diǎn)問(wèn)題。目前被人們稱(chēng)作下一代In-或路由協(xié)議消除了對兩個(gè)不同的協(xié)議結構進(jìn)行協(xié)同ternet寬帶網(wǎng)絡(luò )技術(shù)”的MPLS是一種在開(kāi)放的通信的復雜性更利于基于分組報文的 Internet網(wǎng)上利用標簽引導數據高速、高效傳輸的新技術(shù)。它2.3MPLS轉發(fā)組件的優(yōu)勢在于利用了網(wǎng)絡(luò )體系結構模型中第二層的高性轉發(fā)組件基于標記交換算法。如果第二層技術(shù)支能、第三層的可擴充性和靈活性以及流量管理功能降低管理復雜性和操作成本可以同ATM業(yè)務(wù)兼容持標記域如 ATM VPL/VCI或幀中繼DLCI域本地標記域并且網(wǎng)絡(luò )升級容易。它不僅能夠解決當前網(wǎng)絡(luò )中存在中國煤化工二層技術(shù)不支持標記的問(wèn)題而且能夠支持許多新的功能是一種較為理想MCNMHG準化的MPLS報頭此報頭被人第層頭之間。MPLS報頭允的骨干P網(wǎng)技術(shù)。MPLS將可能成為重要技術(shù)在公許任何鏈路層協(xié)議攜帶MPLS標記用網(wǎng)使用其協(xié)議本身與底層的傳輸媒體無(wú)關(guān)?？梢?.4網(wǎng)絡(luò )結構MPLS網(wǎng)絡(luò )實(shí)際上分為兩層:邊緣層和核心層。收稿日期:2001-10-21;修返日期:2002-04-28其中邊緣層完成IP分組的分類(lèi)、過(guò)濾、安全和轉發(fā)功計算機應用研究2002年能洞時(shí)將Ⅳ分組轉換為采用標記標志的流連接提若網(wǎng)絡(luò )管理員監控業(yè)努流量數據并需要實(shí)現在路由器供服務(wù)質(zhì)量、流量控制、虛擬專(zhuān)網(wǎng)、組播等功能。針對B處旳擁塞控制策略這個(gè)策略將流量沿網(wǎng)絡(luò )不同路不同的流連接MPLS邊緣節點(diǎn)采用LD進(jìn)行標記分徑分發(fā)以減少路由器B處的擁塞。由主機A發(fā)起至配/綁定。LDP必須具有標記指定、分配和撤銷(xiāo)功能,主機C的業(yè)務(wù)走IGP最短路徑即路徑1油主機B發(fā)它將在MPLS網(wǎng)內分布和傳遞。而在MPS的核心起至主機C的業(yè)務(wù)走路徑2。如采用傳統的IP路由層同樣需要LDP,但它只提供高速的標記交換如面因為路由器A處的所有轉發(fā)都基于報文目的地址該向連接的服務(wù)質(zhì)量、流量工程、組播控制等功能。策略將不能實(shí)現。MPLS網(wǎng)絡(luò )采用了許多ATM的思想如ATM的服務(wù)當網(wǎng)絡(luò )核心路由器換為L(cháng)SR降低LSRB處的擁質(zhì)量分類(lèi)和控制機制等。如果采用ATM作為MPLS塞策略則很好實(shí)現網(wǎng)絡(luò )管理員將LSP1設置為沿路的連接基礎MPLS實(shí)際上可以繼承ATM的諸多好徑1JSP2沿路徑2再令LSRA將從主機A接收至處。多協(xié)議標記交換MPLS結構如圖1所示。主機C的業(yè)務(wù)放到LSP1同時(shí)將從主機B接收至主機C的業(yè)務(wù)放到ISP2。管理員具有將任何轉發(fā)等價(jià)sland Il類(lèi)FFC, Forwarding Equivalence Classes)分配到IP Comin b IP Cantral E根據客戶(hù)制定的LsP的能力從而精確控制通過(guò)供應「 MPIS I日sLbe商網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)流量。通過(guò)審慎的計劃M(mǎn)PLS能夠提供給ISP的是前I atl Parker.所未有的流量控制級別其網(wǎng)絡(luò )運行更有效率服務(wù)可項測性更強具有滿(mǎn)足不斷變化的客戶(hù)需求的靈活性。圖1多協(xié)議標記交換MPLS結構配置新服務(wù)時(shí)只需修改控件的分配報文給FEC然后ATM信元報頭和MPLS幀報頭的長(cháng)度都非常映像每個(gè)FEC到一個(gè)用戶(hù)建立的LSP即可短這是提高網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)處理速度構造大型網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵。從本質(zhì)上講MPLS采用的是-種標記化分組。3MPLS應用這里標記采用固定長(cháng)度而這種本地標記化的機制實(shí)MPLS在大型ISP網(wǎng)絡(luò )的核心應用主要集中在三際上就是ATM報頭的概念。當傳統IP分組進(jìn)入方面MPLS節點(diǎn)時(shí)A入端LSR完成端到端I地址與MPLS標記的映射,為每個(gè)分組增加相應的標記。每個(gè)3.1流量工程MPLS節點(diǎn)的標記都放在一個(gè)所謂的標記信息庫目前的路由協(xié)議都使用了最短路徑路由”,即只(LM沖這時(shí)需要用到 OSPF BGP和類(lèi)似PNN的利用當前最優(yōu)路徑來(lái)轉發(fā)報文其余可接受的路徑由傳統路由協(xié)議而且采用MPS的LD會(huì )將相應連接于不是最優(yōu)而被拋棄。這帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題振蕩、不支持可選路徑。而流量工程的觀(guān)點(diǎn)是潞由協(xié)議主要保障的標記分配到網(wǎng)絡(luò )的相應節點(diǎn)上。在分組通過(guò)MPLS網(wǎng)絡(luò )的連通性和可達性選取不是非常靈敏的參數作中間節點(diǎn)時(shí)實(shí)際上已不再需要進(jìn)行路由選擇只需要為SPF計算依據油在線(xiàn)或離線(xiàn)的(SP算法來(lái)根據根據分配到的標記進(jìn)行標記交換即可。而在分組離開(kāi)實(shí)際流量計算得出路徑再利用信令協(xié)議以顯式路由MPLS網(wǎng)絡(luò )時(shí)MPIS的出口標記路由器將完成標記的方式來(lái)部署。流量工程是在現有組網(wǎng)結構的基礎與P地址的反映射即取掉標記。由于分組在通過(guò)上提供的一種在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )上合理分配流量的一種機MPLS網(wǎng)絡(luò )時(shí)只需一次路由因此大大提高了網(wǎng)絡(luò )效制。隨著(zhù) Internet業(yè)務(wù)快速增長(cháng)網(wǎng)絡(luò )不斷升級組網(wǎng)率結構越來(lái)越復雜漣接帶寬也大小不一。合理利用帶2.5 MPLS如何提高公共網(wǎng)絡(luò )的路由性能寬、減少擁塞的發(fā)生是實(shí)現服務(wù)質(zhì)量QoS)的機制的MPLS最重要的優(yōu)勢在于它提供了這樣一個(gè)基重要環(huán)礎許各ISP交付新型服務(wù)而這些新服務(wù)是不能由MPLS的LSP是一種很好的支持顯式路由的方傳統P路由技術(shù)輕易提供的。ISP面臨的挑戰不僅法。MPS在網(wǎng)絡(luò )層路由上集成了標記交換框架基包括交付優(yōu)良的基線(xiàn)服務(wù)還包括使之從競爭對手中本的思路是在MPLS域入口節點(diǎn)處基于FEC給數據報分配一個(gè)固定長(cháng)度的短標記在整個(gè)MILS域內脫穎而出的新服務(wù)。MPLS使得供應商控制成本提和數據報相捆綁的標記決定數據報的轉發(fā)這時(shí)不再供更高級的基線(xiàn)服務(wù)和新的盈利服務(wù)。以圖2為例說(shuō)考慮數據報本來(lái)的報頭。依據這個(gè)相對簡(jiǎn)單的規范,明MPLS如何通過(guò)支持某些應用來(lái)提高路由性能這可以設計出一套有效的協(xié)議構架來(lái)解決當前 Internet些應用要求的路由應該不僅支持基于目標的轉發(fā)中流量工程面臨的許多關(guān)鍵問(wèn)題。MPLS流量工程由以下四個(gè)主要部分組成1服文交換/轉發(fā)。路由器的最基本功能即個(gè)分組中國煤化工Path I或ISIS進(jìn)行擴充得Path 2a-e到實(shí)現CNMH〔或內鏈接的帶寬使用情況包括鏈接最大帶寬最大可預留帶寬不同優(yōu)先級圖2 MPLS如何提高路由性能的資源預留情況。以 Juniper為例支持八種不同優(yōu)先假定網(wǎng)絡(luò )核心路由器采用傳統的最長(cháng)匹配P轉級流量工程度量和鏈路著(zhù)色。在美國較多采用IsIs發(fā)如果主機A或主機B要發(fā)送報文至主機C報文沿擴充實(shí)現流量工程,如 Uunet,C&W, Sprintlink,路徑1通過(guò)網(wǎng)絡(luò )核心,即I(P計算出來(lái)的最短路徑Qwest Verio Digex ,Frontier Brodadwing將要采用第9期馬曉莉等MLS技術(shù)及應用有 Eunet Ebone Hermes TeleDan Mark Renater( FT),必要存在一對一的關(guān)系,一個(gè)Site可以同時(shí)屬于多個(gè)tElia,lele2等VPN?？梢越o每一個(gè)Site關(guān)聯(lián)一個(gè)單獨的路由/轉發(fā)(3)路由選擇。OSPF約束路由計算模塊。除了表ⅤRF),VRF不是直接對應于VPN,個(gè)VRF實(shí)帶寬約束、著(zhù)色約束條件外,還支持部分明確 Partial際上綜合了和它所對應Site的VPN成員關(guān)系和路由Specified約束路由,支持禁用約束條件等。OSPF規則。分離的路由表防止了數據泄漏出vPN之外同約束路由本質(zhì)上就是IGP實(shí)現中的 Dijkastra最短路時(shí)防止了之外的數據進(jìn)入。 MPLS VPN的安全由算法不同的是( didate鏈表中考慮的路由器都必通過(guò)如下措施保障在運營(yíng)商骨干網(wǎng)邊緣,確保從用戶(hù)須通過(guò)合格的鏈接到達的是合格的路由器即非禁用的路由器合格的鏈接則要求它不是禁用的鏈接、滿(mǎn)足這邊收到的報文進(jìn)入正確的VPN在骨干網(wǎng)中分離優(yōu)先級的帶寬約束條件、滿(mǎn)足著(zhù)色約束條件。ⅥPN的數據流。(4)信令協(xié)議。采用的是RSVP的擴充。擴充后典型的VPN一般由以下四個(gè)基礎模塊構建的RSVP信令支持浣完全明確路由的建立滯帶寬預留防火墻保護每個(gè)用戶(hù)Ste提供 Internet的安全接路由優(yōu)化、路由備份、快速重新路由搶占優(yōu)先級和保日持優(yōu)先級。擴充的RSVP信令除了改進(jìn)軟狀態(tài)維護的●身份驗證確保每個(gè)用戶(hù)Site只與合法的遠程修改外基本具有 CR-LDP的功能。Site交換數據以 Juniper為例其方案實(shí)現MPLS流量工程的策●加密保護在 Internet上傳輸的檢驗和操作數略如下?lián)谝徊接辛髁繙y量功能實(shí)現MPLS支持LDP●隧道封裝提供多協(xié)議傳輸服務(wù)并啟動(dòng)VPN和 CR-LDP信令,支持顯式路由、路由備份、快速重新內專(zhuān)用PP地址的使用路由MPLS允許ISP通過(guò)簡(jiǎn)單、靈活、功能強大的隧道第二步實(shí)現信息發(fā)布功能和OSPF實(shí)現RSVP技術(shù)來(lái)提供VPN服務(wù)。ISP配置PN時(shí)只要擴展信令協(xié)議,實(shí)現路由搶占、路由優(yōu)化、支持OPF規定一套LSP用于提供VN中不同Site之間的連接方式的路由備份和快速重新路由即可然后每個(gè) VPN SIte通知ISP在其本地可達到的第三步實(shí)現最小相關(guān)性算法、離線(xiàn)算法、離線(xiàn)選套前綴JSP的路由系統發(fā)布這些信息(通過(guò)在路由權算法等。協(xié)議升級時(shí)捎帶確認標記或者使用標記發(fā)布協(xié)議)3.2服務(wù)等級ⅥIN標志符允許一個(gè)單獨的路由系統支持多個(gè)內部M們PLS令服務(wù)供應商開(kāi)始拋棄區分服務(wù)(D1地址空間相互重疊的vPN最后每個(gè)入口LSR將業(yè)Serv DiffServ模型定義的機制將業(yè)務(wù)流量分類(lèi)成為務(wù)流放入各個(gè)LSP其中LSP基于報文的目標地址和幾個(gè)服務(wù)類(lèi)別使用戶(hù)將 Internet作為一個(gè)不同應用VN成員信息聯(lián)合獲得。的公共傳輸。這些應用包括了從傳統的文件傳輸到延遲敏感的服務(wù)如視頻、音頻傳輸。然而,為了滿(mǎn)足客4結論戶(hù)需要,JSP采用的不僅僅是流量工程技術(shù)還需要流量分類(lèi)技術(shù)。ISP可以采取兩種方式來(lái)支持基于隨著(zhù)光纖網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展對網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)處理速率和容MPLS的CoS轉發(fā)量的要求會(huì )越來(lái)越高這時(shí)只有基于硬件實(shí)現的交換●通過(guò)某一特定LsP的流量在各個(gè)LSR的輸出機才能勝任如此巨大的吞吐量。對現有的ISP和電信接口排隊等候發(fā)送其中的排隊基于MPLS報頭中優(yōu)運營(yíng)商而言采用可以升級為MPLS的ATM技術(shù)是先級位的設置進(jìn)行。種上佳的策略因為它可以保證提供連續一致的服·ISP可以規定介于每對邊緣ISR之間的幾個(gè)務(wù)質(zhì)量和越來(lái)越高的帶寬吸引客戶(hù)并保持良好的客每個(gè)LSP可以通過(guò)流量工程技術(shù)提供不同的性戶(hù)關(guān)系從而更加適應未來(lái)競爭激烈的市場(chǎng)環(huán)境。能和帶寬保證。例如頭尾LSR可以將高級業(yè)務(wù)放置于一個(gè)LSP中中等級別的業(yè)務(wù)在另一個(gè)LSP盡力參考文獻而為的在第三個(gè)LP低于盡力而為的在第四個(gè)LSP。[1] Callon r et al. Multiprotocol Label Switching ArchitecturesSP需要為客戶(hù)提供不同類(lèi)別的服務(wù),MPLS使L EB/OL ]. draft-ietf-mpls-arch-02. txt 1998-07其在這方面具有驚人的靈活性。ISP有能力確定某[2 Davie B, Y Rekhter et al. Use of Label Switching withRSVH EB/OL ] draft-ietf-mpls-rsvp-00 txt 1998-03特定類(lèi)型的服務(wù)由哪個(gè)服務(wù)類(lèi)別支持優(yōu)先級位的設[3] Doolan P, B Davie,etal. Tag Distribution Protocol EB,置只在將報文分類(lèi)為CoS之一時(shí)有用。OL ] draft-doolan-tdp-spec-01 txt 1997-053.3虛擬專(zhuān)用網(wǎng)VPN)4 Feldman N, A Viswanathan. ARIS Specification[ EB/OL ]組成。所謂vPN就是對Ste集合的劃分,個(gè)VPN[5 draft-feldman:mc00.x199703網(wǎng)絡(luò )由運營(yíng)商的骨干網(wǎng)與用戶(hù)的各個(gè)站點(diǎn)(Site)就對應于一個(gè)由若干Site組成的集合。但是必須遵循以下規則兩個(gè)Site之間只有至少同時(shí)屬于一個(gè)vPN[6]YH中國煤化工 g Extensions for MPLSCN MHGavigator MPLS Executive定義的Site集合,才具有I連通性。按照這個(gè)VPNZ]1998的定義,個(gè)VPN中所有Site都屬于一個(gè)企業(yè)稱(chēng)為[7] Semeria, Chuck Multiprotocol Label Switching212000Intranet洳果VPN中的Ste分屬于不同的企業(yè)則稱(chēng)作者簡(jiǎn)介為 Extranet馬曉莉(1977)女碩士研究生研究方向為網(wǎng)絡(luò )與數據庫趙實(shí)現MPLSⅥPN時(shí)在用戶(hù)Site和VPN之間沒(méi)政男教授研究方向為網(wǎng)絡(luò )與數據庫。