MPLS标签转发基本原理

MPLS简述

MPLS(multi-protocollabelswitch)是Internet核心多层交换计算的最新发展。MPLS将转发部分的标记交换和控制部分的IP路由组合在一起，加快了转发速度。而且，MPLS可以运行在任何链接层技术之上，从而简化了向基于SONET/WDM和IP/WDM结构的下一代光Internet的转化。在这里，主要描述一下标签转发表的产生过程及IP包如何通过MPLS转发。

MPLS标签栈头

图1 MPLS标签栈头

32位的MPLS栈头包括以下区域(如图1所示)：

承载MPLS标记实际值的标记区域(20位);

CoS区域(3位)，用于在分组通过网络时施加在分组上的排队和丢弃算法;

堆栈区域(S区域，1位)，用于支持标记堆栈序列;

TTL区域(8位)，提供传统的IPTTL功能。

标签转发表产生过程

1. 路由器之间通过路由协议或静态路由产生路由表。

图2 路由器之间通过路由协议或静态路由产生路由表

如图2所示，假设途中A、B、C、D四台路由器之间运行了OSPF协议，A路由器学习到D路由器网段211.91.168.0/24的路由。

2. 运行MPLS的路由器为路由表中的路由分配标签。

图3 运行MPLS的路由器为路由表中的路由分配标签

图3A、B、C、D四台路由器的路由表中都有211.91.168.0/24网段的路由，假设各路由器都已运行MPLS协议，则每台路由器都会为该路由分配一个标签。

3. 通过LDP/RSVP协议发现其MPLS邻居。

假设在各路由器接口启动LDP协议。通过LDP发现协议，A路由器知道B路由器为其MPLS邻居，B路由器知道A、C为其MPLS邻居，C路由器知道B、D为其MPLS邻居，D的MPLS邻居为C。

4. 将打标签的路由通告给其MPLS邻居。

各路由器将其打了标签的路由通告给其MPLS邻居，而不管是否已从其邻居学习到该路由的标签。这样对于路由211.91.168.0/24在各路由器中的标签情况如图4所示。

图4 各路由器中的标签情况

5. 路由器将其下一跳路由器通告的标签加到其转发表中。通常在实际应用中路由器将目的地不是本地的IP包转发给其下一跳。因此在MPLS中，路由器只将其下一跳路由器通告的标签加到其转发表中。对于211.91.168.0/24网段对应的转发如图5所示。

图5 路由器将其下一跳路由器通告的标签加到其转发表中

IP包在MPLS网络中转发过程

1. MPLS入口路由器根据目的地址查找路由表。

如图5例，假设一目的地址为211.91.168.0/24的IP包到达路由器A。此时路由器A将查找其路由表，发现该路由下一跳为路由器B。

2. 将该IP包打上标签，转发给下一跳路由器。

上例中，路由器A将目的地址为211.91.168.0/24的IP包打上标签20，转发给其下一跳路由器B。

3. 下一跳路由器查找其转发表，替换标签，继续转发。

上例中，当打有标签的IP包到达B路由器时，路由器不再根据目的地址查找路由表了，而是根据标签查找标签转发表。从A来的出站标签对应于B的入站标签，也就是B通告给A的标签。B路由器通过标签替换，将其入站标签替换成出站标签，即用标签30替换掉标签20，然后转发给其下一跳路由器C。C路由器同样进行标签交换，将带有标签40的IP包送给D路由器。

4. 出口路由器查找其转发表，发现其就是目的地网络，弹出标签，送给相应端口处理。

上例中D路由器将查找标签转发表，发现该IP包目的地为自己，则弹出标签。标签交换过程结束。

VPN在MPLS中的实现

RFC2547bis定义了允许服务提供商使用其IP骨干网为用户提供VPN服务的一种机制。RFC2547bis也被称为BGP/MPLS VPN，因为BGP被用来在提供商骨干网中发布VPN路由信息，而MPLS被用来将VPN业务从一个VPN站点转发至另一个站点。首先对MPLS VPN中用到的常用术语作一说明，然后介绍一下MPLS VPN实现的基本原理及常见组网。

MPLS/VPN中常用术语

PE路由器：又称作提供商边缘路由器。该路由器负责用户端网络到提供商网络的接入。

P路由器：又称提供商路由器。P路由器是提供商网络中不连接任何CE设备的路由器。

CE路由器：又称用户边缘设备。CE路由器通过连接至一个或多个提供商边缘(PE)路由器的数据链路为用户提供对服务提供商的接入。

VPN-IPV4地址：VPN用户通常使用私有地址来规划自己的网络。当不同的VPN用户使用相同的私有地址规划时就会出现路由查找问题。

以上就是MPLS VPN标签转发基本原理的介绍。

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