MPLS
- MPLS(Multi-Protocol Label Switch,多协议标签交换)
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MPLS即多协议标签交换，是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的新技术。多协议的含义是指MPLS不但可以支持多种网络层层面上的协议，还可以兼容第二层的多种链路层技术。
MPLS的技术特点[1]
(1)流量工程：传统IP网络一旦为一个IP包选择了一条路径。无论这条链路是否拥塞。IP包都会沿此路径传送。这样就有可能造成网络中某处资源过度利用。而另外一些地方网络资源闲置不用。MPLS可以控制IP包在网络中所走的路径。从而避免IP包在网络中的盲目行为。避免业务流向已经拥塞的节点。实现网络资源的合理利用。
(2)负载均衡：MPLS可以同时使用多条LSP来承载同一个用户的IP业务流。合理地将用户业务流分摊在这些LSP之间。
(3)路径备用：可同时配置两条LSP。一条处于激活状态。另一条处于备用状态。一旦主LSP出现故障。业务立刻导向备用的LSP。直到主LSP从故障中恢复。业务再从备用LSP切回到主LSP。
(4)故障恢复：当一条已建立的LSP在某一点出现故障时。故障点的MPLS会向上游发送Notification消息。通知上游LER重建一条LSP来替代故障LSP；收到消息的上游LER会重新发出Request消息建立另外一条LSP来保证用户业务的连续性。
(5)路径优先级及碰撞处理：在网络资源匮乏的时候。应保证优先级高的业务优先使用网络资源。MPLS可通过设置LSP的建立优先级和保持优先级来实现。每条LSP有n个建立优先级和n1个保持优先级。优先级高的LSP先建立。并且如果某条LSP建立时。网络资源匮乏。而它的建立优先级又高于另外一条已经建立的LSP的保持优先级。那么它可以将已经建立的那条LSP断开。让出网络资源供它使用。
MPLS的基本原理[2]
数据在具有MPLS功能的网络中的整个传递过程如图所示，包括以下4个步骤。
①入口处的LER接收到终端A的分组，完成第三层功能，决定需要哪种第三层的业务，并对分组进行标签粘贴。
②使用传统的路由协议(如OSPF、IGRP等)建立到终点网络的连接，同时使用LDP完成标签到终点网络的映射。
③LSR收到经LER打上标签的数据包后，不再进行任何第二层处理，只依据分组上的标签进行交换。如使用该标签做索引在标签信息库(LIB)查找到与它相匹配的相关新标签，则以查找到的信息替换MPLS的标签开将数据包转发到下一个LSR或LER。
④在MPLS出口的LER上，将分组中的标签去掉后传送给终端用户B或继续进行转发。
下面简要说明一下MPLS包头的结构及其在协议栈中的位置，IETF标准文档中定义的MPLS包头是插人在传统的第二层数据链路层包头和第三层IP包头之间的一个32位的字段，结构如下图所示。MPLS包头包含20比特的标签字段(Label)；3个比特的实验字段(EXP)，现存通常用做分组业务类型(CoS，Class of Service)；1个比特的S，用于标识这个MPLS标签是否是最低层的标签；8个比特的1TrL字段，即生存期(Time To Live)。MPLS可以承载的报文通常是IP包，当然也可以改进直接承载以太包、ATM的AAL5包，甚至ATM信元等。可以承载MPLS的二层协议，如PPP、以太网、ATM和帧中继等。
MPLS的网络结构[2]
多协议标签交换技术在ATM骨干网上引入，它的网络核心部分由LER和LSR组成，如下图所示，LER和LSR利用通用域内路由协议(如OSPF)进行路由处理。在网络边缘处提供确定服务质量、区分业务和用户管理的功能，在网络主干处解决性能和容量问题。
LER位于ATM骨干网络的边缘并作为MPLS的人El／出口路由器，用来连接到本MPLS网络内部的一个LSR和其他网络节点。它执行全部的第三层功能；运行标签分发协议(LDP)，实现标签的分配、绑定功能。入口处LER负责分析输入数据包的IP包头，以便进行FEC分类。对于应当建立第二层直通交换的数据流，生成固定长度的标签贴在其IP包头上，以便LSR实现标签交换功能；出口处LER对接收到的带有标签的IP包去除其标签后放在第二层发送至目的地。
LSR与MPLS网络的其他LSR或LER连接，执行基于LIB的标签交换。LSR执行的标签交换可以看作ATM交换机和传统路由器的结合，具有第三层转发分组和第二层交换分组的功能，在LSR内，MPLS控制模块以IP功能为中心，转发模块基于标签交换算法，并通过标签分配协议(LDP)在节点间完成标签信息以及相关信令的发送。LSR也能执行一个特殊控制协议与相邻的LSR协调FEC和标签捆绑信息。
MPLS的应用[2]
MPLS的应用主要有两大类：MPLS VPN和MPLS TE(Traffic Engineering)。日前全球很多电信运营商都开通了MPLS VPN业务；MPLS TE也有很多运营商正在开展或试验。下面主要要介绍一下MPLS VPN。
MPLS VPN技术以宽带IP网络为基础，采用MPLS技术，在公共IP网络上构建企业IP专网，实现数据、语音、图像等多业务的宽带连接，并结合差别服务、流量工程等相关技术，将公众网可靠的性能、良好的扩展性、丰富的功能与专用网的安全、灵活、高效结合在一起，为用户提供高质量的服务。它可以分为二层MPLS VPN和三层MPLS VPN两类。
- 1．二层MPLS VPN
二层MPLS VPN的目的是在IP网络上提供类似ATM和FR的专用连接。服务提供商只为用户提供传统的二层链路(如ATM、FR、以太网等)，并将相应的链路标识(ATM VPL／VCI、FR DLCI、以太网的VLAN ID)映射到一条MPLS LSP上穿越运营商的核心网络。用户在这样的专有连接上组织自己的路由结构，如图所示。
- 2．三层MPLS VPN
三层MPLS VPN是一种基于MPLS技术的IP VPN，是在网络路由和交换设备上应用MPIS技术，简化核心路由器的路由选择方式，利用结合传统路由技术的标签交换实现的IP虚拟专用网络。MPLS VPN适用于实现对于服务质量、服务等级划分以及网络资源的利用率、网络的可靠性有较高要求的VPN业务。MPLS IP VPN的通用网络结构如图所示。
从MPLS IP VPN网络的结构可以看到，MPLS IP VPN网络中的边缘路由器需要公共IP网内部的所有相关路由器都能够支持MPLS，所以此技术对网络有较为特殊的要求。一个站点可以同时属于多个VPN，依据一定的策略，属于多个VPN的站点既可以在两个VPN之间提供一定的转发能力，也可以不提供这种能力。当一个站点同时属于多个VPN时，它必须具有一个在所有VPN中惟一的地址空间。
MPLS的发展前景[1]
MPLS交换主要目的是为下一代的多用户．多服务的Internet骨干网络提供一种路由交换的技术基础。它的主要特征为高性能。可灵活扩展。能最大可能地满足用户对服务质量的需求。MPLS作为网络的核心技术已经被大量运用到网络运营商的全国骨干网及各省市的城域网建设中。各网络厂商纷纷推出基于各自特点的MPLS的技术实现及设备。MPLS必然会在不久的几年内完成各种方面的标准制定。真正成为下一代Internet的路由技术主流。