第9期馬曉莉等MLS技術(shù)及應(yīng)用71MPLS技術(shù)及應(yīng)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(shì)及其在大型ISP網(wǎng)絡(luò)的核心應(yīng)用流量工程、服務(wù)等級(jí)和虛擬專用網(wǎng)。關(guān)鍵詞:多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)流量工程;服務(wù)等級(jí);虛擬專用網(wǎng)中圖法分類號(hào):TP393.04文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(jìng)爭(zhēng)力的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。2MPLS的工作原理20世紀(jì)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(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建于以前的各種多協(xié)議交換方案的化網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日益擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)趨于統(tǒng)一;業(yè)務(wù)從話音業(yè)基礎(chǔ)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?shù)據(jù)通信為主滯帶寬增大:端到端的P2.1建立標(biāo)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(qū)動(dòng)模型來(lái)啟動(dòng)標(biāo)簽捆綁的分能完全滿足需求。 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(biāo)一些廠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(xiàn)使得分組報(bào)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(nèi)從一個(gè)標(biāo)記交換路由器(LSR—支持基于的標(biāo)記交換;IBM的ARIs集成的基于路由IP交換);(aead/ Ascend// Lucentascend的P導(dǎo)航和MPS轉(zhuǎn)發(fā)的路由器轉(zhuǎn)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(zhǎng)足的發(fā)展而網(wǎng)絡(luò)節(jié)功能為中心定義了新的基于標(biāo)準(zhǔn)的P信令、標(biāo)記分點(diǎn)紿終是現(xiàn)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(xiàn)有協(xié)議的擴(kuò)展從而支持不同的節(jié)點(diǎn)的速率從而來(lái)適應(yīng)大規(guī)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(xiàn)ATM論壇信令業(yè)界關(guān)心的焦點(diǎn)問(wèn)題。目前被人們稱作下一代In-或路由協(xié)議消除了對(duì)兩個(gè)不同的協(xié)議結(jié)構(gòu)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(fù)雜性更利于基于分組報(bào)文的 Internet網(wǎng)上利用標(biāo)簽引導(dǎo)數(shù)據(jù)高速、高效傳輸?shù)男录夹g(shù)。它2.3MPLS轉(zhuǎn)發(fā)組件的優(yōu)勢(shì)在于利用了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型中第二層的高性轉(zhuǎn)發(fā)組件基于標(biāo)記交換算法。如果第二層技術(shù)支能、第三層的可擴(kuò)充性和靈活性以及流量管理功能降低管理復(fù)雜性和操作成本可以同ATM業(yè)務(wù)兼容持標(biāo)記域如 ATM VPL/VCI或幀中繼DLCI域本地標(biāo)記域并且網(wǎng)絡(luò)升級(jí)容易。它不僅能夠解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中存在中國(guó)煤化工二層技術(shù)不支持標(biāo)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(zhǔn)化的MPLS報(bào)頭此報(bào)頭被人第層頭之間。MPLS報(bào)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(biāo)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(jié)構(gòu)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、過(guò)濾、安全和轉(zhuǎn)發(fā)功計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究2002年能洞時(shí)將Ⅳ分組轉(zhuǎn)換為采用標(biāo)記標(biāo)志的流連接提若網(wǎng)絡(luò)管理員監(jiān)控業(yè)努流量數(shù)據(jù)并需要實(shí)現(xiàn)在路由器供服務(wù)質(zhì)量、流量控制、虛擬專網(wǎng)、組播等功能。針對(duì)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(jié)點(diǎn)采用LD進(jìn)行標(biāo)記分徑分發(fā)以減少路由器B處的擁塞。由主機(jī)A發(fā)起至配/綁定。LDP必須具有標(biāo)記指定、分配和撤銷功能,主機(jī)C的業(yè)務(wù)走IGP最短路徑即路徑1油主機(jī)B發(fā)它將在MPLS網(wǎng)內(nèi)分布和傳遞。而在MPS的核心起至主機(jī)C的業(yè)務(wù)走路徑2。如采用傳統(tǒng)的IP路由層同樣需要LDP,但它只提供高速的標(biāo)記交換如面因?yàn)槁酚善鰽處的所有轉(zhuǎn)發(fā)都基于報(bào)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(xiàn)。MPLS網(wǎng)絡(luò)采用了許多ATM的思想如ATM的服務(wù)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)核心路由器換為L(zhǎng)SR降低LSRB處的擁質(zhì)量分類和控制機(jī)制等。如果采用ATM作為MPLS塞策略則很好實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理員將LSP1設(shè)置為沿路的連接基礎(chǔ)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(jī)A接收至處。多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS結(jié)構(gòu)如圖1所示。主機(jī)C的業(yè)務(wù)放到LSP1同時(shí)將從主機(jī)B接收至主機(jī)C的業(yè)務(wù)放到ISP2。管理員具有將任何轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)sland Il類FFC, Forwarding Equivalence Classes)分配到IP Comin b IP Cantral E根據(jù)客戶制定的LsP的能力從而精確控制通過(guò)供應(yīng)「 MPIS I日sLbe商網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流量。通過(guò)審慎的計(jì)劃MPLS能夠提供給ISP的是前I atl Parker.所未有的流量控制級(jí)別其網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行更有效率服務(wù)可項(xiàng)測(cè)性更強(qiáng)具有滿足不斷變化的客戶需求的靈活性。圖1多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS結(jié)構(gòu)配置新服務(wù)時(shí)只需修改控件的分配報(bào)文給FEC然后ATM信元報(bào)頭和MPLS幀報(bào)頭的長(zhǎng)度都非常映像每個(gè)FEC到一個(gè)用戶建立的LSP即可短這是提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理速度構(gòu)造大型網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。從本質(zhì)上講MPLS采用的是-種標(biāo)記化分組。3MPLS應(yīng)用這里標(biāo)記采用固定長(zhǎng)度而這種本地標(biāo)記化的機(jī)制實(shí)MPLS在大型ISP網(wǎng)絡(luò)的核心應(yīng)用主要集中在三際上就是ATM報(bào)頭的概念。當(dāng)傳統(tǒng)IP分組進(jìn)入方面MPLS節(jié)點(diǎn)時(shí)A入端LSR完成端到端I地址與MPLS標(biāo)記的映射,為每個(gè)分組增加相應(yīng)的標(biāo)記。每個(gè)3.1流量工程MPLS節(jié)點(diǎn)的標(biāo)記都放在一個(gè)所謂的標(biāo)記信息庫(kù)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和類似PNN的利用當(dāng)前最優(yōu)路徑來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文其余可接受的路徑由傳統(tǒng)路由協(xié)議而且采用MPS的LD會(huì)將相應(yīng)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。而流量工程的觀點(diǎn)是潞由協(xié)議主要保障的標(biāo)記分配到網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上。在分組通過(guò)MPLS網(wǎng)絡(luò)的連通性和可達(dá)性選取不是非常靈敏的參數(shù)作中間節(jié)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(jì)算依據(jù)油在線或離線的(SP算法來(lái)根據(jù)根據(jù)分配到的標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)記交換即可。而在分組離開(kāi)實(shí)際流量計(jì)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(biāo)記路由器將完成標(biāo)記的方式來(lái)部署。流量工程是在現(xiàn)有組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)與P地址的反映射即取掉標(biāo)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(jī)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 Internet業(yè)務(wù)快速增長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)不斷升級(jí)組網(wǎng)率結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)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(xiàn)服務(wù)質(zhì)量QoS)的機(jī)制的MPLS最重要的優(yōu)勢(shì)在于它提供了這樣一個(gè)基重要環(huán)礎(chǔ)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(tǒng)P路由技術(shù)輕易提供的。ISP面臨的挑戰(zhàn)不僅法。MPS在網(wǎng)絡(luò)層路由上集成了標(biāo)記交換框架基包括交付優(yōu)良的基線服務(wù)還包括使之從競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中本的思路是在MPLS域入口節(jié)點(diǎn)處基于FEC給數(shù)據(jù)報(bào)分配一個(gè)固定長(zhǎng)度的短標(biāo)記在整個(gè)MILS域內(nèi)脫穎而出的新服務(wù)。MPLS使得供應(yīng)商控制成本提和數(shù)據(jù)報(bào)相捆綁的標(biāo)記決定數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)這時(shí)不再供更高級(jí)的基線服務(wù)和新的盈利服務(wù)。以圖2為例說(shuō)考慮數(shù)據(jù)報(bào)本來(lái)的報(bào)頭。依據(jù)這個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的規(guī)范,明MPLS如何通過(guò)支持某些應(yīng)用來(lái)提高路由性能這可以設(shè)計(jì)出一套有效的協(xié)議構(gòu)架來(lái)解決當(dāng)前 Internet些應(yīng)用要求的路由應(yīng)該不僅支持基于目標(biāo)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)。路由器的最基本功能即個(gè)分組中國(guó)煤化工Path I或ISIS進(jìn)行擴(kuò)充得Path 2a-e到實(shí)現(xiàn)CNMH〔或內(nèi)鏈接的帶寬使用情況包括鏈接最大帶寬最大可預(yù)留帶寬不同優(yōu)先級(jí)圖2 MPLS如何提高路由性能的資源預(yù)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(tǒng)的最長(zhǎng)匹配P轉(zhuǎn)級(jí)流量工程度量和鏈路著色。在美國(guó)較多采用IsIs發(fā)如果主機(jī)A或主機(jī)B要發(fā)送報(bào)文至主機(jī)C報(bào)文沿?cái)U(kuò)充實(shí)現(xiàn)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(jì)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(yīng)用有 Eunet Ebone Hermes TeleDan Mark Renater( FT),必要存在一對(duì)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(dú)的路由/轉(zhuǎn)發(fā)(3)路由選擇。OSPF約束路由計(jì)算模塊。除了表ⅤRF),VRF不是直接對(duì)應(yīng)于VPN,個(gè)VRF實(shí)帶寬約束、著色約束條件外,還支持部分明確 Partial際上綜合了和它所對(duì)應(yīng)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(guī)則。分離的路由表防止了數(shù)據(jù)泄漏出vPN之外同約束路由本質(zhì)上就是IGP實(shí)現(xiàn)中的 Dijkastra最短路時(shí)防止了之外的數(shù)據(jù)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(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)邊緣,確保從用戶須通過(guò)合格的鏈接到達(dá)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、滿足這邊收到的報(bào)文進(jìn)入正確的VPN在骨干網(wǎng)中分離優(yōu)先級(jí)的帶寬約束條件、滿足著色約束條件。ⅥPN的數(shù)據(jù)流。(4)信令協(xié)議。采用的是RSVP的擴(kuò)充。擴(kuò)充后典型的VPN一般由以下四個(gè)基礎(chǔ)模塊構(gòu)建的RSVP信令支持浣完全明確路由的建立滯帶寬預(yù)留防火墻保護(hù)每個(gè)用戶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(jí)和保日持優(yōu)先級(jí)。擴(kuò)充的RSVP信令除了改進(jìn)軟狀態(tài)維護(hù)的●身份驗(yàn)證確保每個(gè)用戶Site只與合法的遠(yuǎn)程修改外基本具有 CR-LDP的功能。Site交換數(shù)據(jù)以 Juniper為例其方案實(shí)現(xiàn)MPLS流量工程的策●加密保護(hù)在 Internet上傳輸?shù)臋z驗(yàn)和操作數(shù)略如下?lián)谝徊接辛髁繙y(cè)量功能實(shí)現(xiàn)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(nèi)專用PP地址的使用路由MPLS允許ISP通過(guò)簡(jiǎn)單、靈活、功能強(qiáng)大的隧道第二步實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布功能和OSPF實(shí)現(xiàn)RSVP技術(shù)來(lái)提供VPN服務(wù)。ISP配置PN時(shí)只要擴(kuò)展信令協(xié)議,實(shí)現(xiàn)路由搶占、路由優(yōu)化、支持OPF規(guī)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(dá)到的第三步實(shí)現(xiàn)最小相關(guān)性算法、離線算法、離線選套前綴JSP的路由系統(tǒng)發(fā)布這些信息(通過(guò)在路由權(quán)算法等。協(xié)議升級(jí)時(shí)捎帶確認(rèn)標(biāo)記或者使用標(biāo)記發(fā)布協(xié)議)3.2服務(wù)等級(jí)ⅥIN標(biāo)志符允許一個(gè)單獨(dú)的路由系統(tǒng)支持多個(gè)內(nèi)部M們PLS令服務(wù)供應(yīng)商開(kāi)始拋棄區(qū)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(jī)制將業(yè)務(wù)流量分類成為務(wù)流放入各個(gè)LSP其中LSP基于報(bào)文的目標(biāo)地址和幾個(gè)服務(wù)類別使用戶將 Internet作為一個(gè)不同應(yīng)用VN成員信息聯(lián)合獲得。的公共傳輸。這些應(yīng)用包括了從傳統(tǒng)的文件傳輸?shù)窖舆t敏感的服務(wù)如視頻、音頻傳輸。然而,為了滿足客4結(jié)論戶需要,JSP采用的不僅僅是流量工程技術(shù)還需要流量分類技術(shù)。ISP可以采取兩種方式來(lái)支持基于隨著光纖網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理速率和容MPLS的CoS轉(zhuǎn)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(xiàn)的交換●通過(guò)某一特定LsP的流量在各個(gè)LSR的輸出機(jī)才能勝任如此巨大的吞吐量。對(duì)現(xiàn)有的ISP和電信接口排隊(duì)等候發(fā)送其中的排隊(duì)基于MPLS報(bào)頭中優(yōu)運(yùn)營(yíng)商而言采用可以升級(jí)為MPLS的ATM技術(shù)是先級(jí)位的設(shè)置進(jìn)行。種上佳的策略因?yàn)樗梢员ＷC提供連續(xù)一致的服·ISP可以規(guī)定介于每對(duì)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)提供不同的性戶關(guān)系從而更加適應(yīng)未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)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(jí)業(yè)務(wù)放置于一個(gè)LSP中中等級(jí)別的業(yè)務(wù)在另一個(gè)LSP盡力參考文獻(xiàn)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需要為客戶提供不同類別的服務(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特定類型的服務(wù)由哪個(gè)服務(wù)類別支持優(yōu)先級(jí)位的設(shè)[3] Doolan P, B Davie,etal. Tag Distribution Protocol EB,置只在將報(bào)文分類為CoS之一時(shí)有用。OL ] draft-doolan-tdp-spec-01 txt 1997-053.3虛擬專用網(wǎng)VPN)4 Feldman N, A Viswanathan. ARIS Specification[ EB/OL ]組成。所謂vPN就是對(duì)Ste集合的劃分,個(gè)VPN[5 draft-feldman:mc00.x199703網(wǎng)絡(luò)由運(yùn)營(yíng)商的骨干網(wǎng)與用戶的各個(gè)站點(diǎn)(Site)就對(duì)應(yīng)于一個(gè)由若干Site組成的集合。但是必須遵循以下規(guī)則兩個(gè)Site之間只有至少同時(shí)屬于一個(gè)vPN[6]YH中國(guó)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)稱為[7] Semeria, Chuck Multiprotocol Label Switching212000Intranet洳果VPN中的Ste分屬于不同的企業(yè)則稱作者簡(jiǎn)介為 Extranet馬曉莉(1977)女碩士研究生研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)趙實(shí)現(xiàn)MPLSⅥPN時(shí)在用戶Site和VPN之間沒(méi)政男教授研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)。