快速了解mpls多协议标签交换技术

一、mpls技术概述。

mpls技术的全称是多协议标签交换技术，是在Ciscotching技术的基础上开发的多协议标签交换技术，属于第三层交换技术。它引入了基于标签的机制，将选择和转发分开，并通过标签通过网络设置一个分组路径，通过标签交换路径(LSP)完成数据传输。

mpls网络由标签交换路由器(LSR)的核心部分组成。边缘部分的标签边缘路由器(LER)。LSR可视为ATM交换机与传统路由器的结合，由控制单元和交换单元组成；LER的功能是分析IP包头，确定相应的传输级别和标签交换路径（LSP）。由于mpls技术隔离了标签分发机制与数据流之间的关系，其实现不依赖于特定的数据链路层协议，可以支持各种物理和链路层技术（IP/ATM）。以太网。PPP。帧中继。光传输等）。mpls利用控制驱动模型的初始标签捆绑的分，建立标签交换路径（LSP），连接多个标签交换点建立LSP。一个LSP是单向的，全双工业务需要两个LSP。

标签交换的工作流程如下：

路由表和标签映射表标签分发协议)和传统路由协议(OSPF等)建立路由表和标签映射表。

LER接收mpls入口处的IP包，完成第三层功能，并在mpls出口处的LER中删除标签，然后继续转发。

LSR不再对分组进行第三层处理，而是通过交换单元根据分组上的标签进行转发。

二、mpls技术的应用。

mpls因其面向连接和开放的结构而得到了广泛的应用。目前，在大型ISP网络中，mpls主要包括流量工程、服务水平（COS）、虚拟网络（虚拟网络）三个应用程序1。随着网络资源需求的快速增长。随着IP应用需求的扩大和市场竞争的日益激烈，流量工程已成为mpls的主要应用程序。由于IP选择遵循最短路径的原则，在传统的IP网络上很难实现流量工程。一旦传统的IP网络为IP包选择了一条路径，无论链路是否堵塞，IP包都会沿着这条路径传输，这将导致整个网络在某个地方过度利用资源，而其他地方则闲置网络资源。

在mpls中，流量工程可以将业务流从IGP计算的最短路径转移到网络中。无阻塞物理路径，通过控制IP包在网络中的路径，避免业务流向拥挤的节点，合理利用网络资源。

mpls的流量管理机制主要包括路径选择、负载平衡、路径备份、故障恢复、路径优先级和碰撞等。

mpls非常适合为大型ISP网络中的流量工程提供基础，原因如下：

支持确定路径，可以为每个LSP定义一个确定的物理路径。

网络规划络规划和分析LSP统计参数，确定瓶颈，掌握中继线的使用。

基于约束的路由使LSP能够满足特定的需求。

不依赖特定的数据链路层协议，可以支持各种物理链路层技术(IP/ATM.以太网.PPP.帧中继.光传输等。)，可以在基于组的网络上运行。

2.服务等级。

mpls最重要的优势是，它可以提供传统IP路由技术无法支持的新业务，提供更高水平的基础服务和新的增值服务。Internet上传输的业务流包括传统文件传输。不同的应用程序，如延迟敏感的声音和视频业务。为了满足客户的需求，ISP不仅需要流量工程技术，还需要业务分级技术。mpls为不同类型的业务提供了极大的灵活性，为不同的客户提供了不同的业务。

mplsQOS由LER和LSR共同实现：在LER上对IP包进行分类，将IP包的业务类型映射到LSP的服务水平；在LER和LSR上同时进行带宽管理和业务量控制，以确保各业务的服务质量得到满足，改变传统IP网络的尽力而为。基于mpls的服务水平转发通常采用两种方法。

(1)业务流经特定LSP时，根据mpls报头中承载的优先级，在每个LSR输出接口处排队。

（2）在一对边缘LSR之间提供多个LSP，每个LSP可以通过流量工程提供不同的性能和带宽保证。例如，入口LSR可以将一个LSP设置为高优先级，另一个LSP设置为中等优先级。

3.虚拟专网。

ISP为客户提供可行的虚拟专用网络服务，需要解决数据保密和虚拟专用网络专用IP地址重复使用的问题。

由于mpls的转发是基于标签值，不依赖于分组报头中包含的目的地地址，这两个问题得到了有效的解决。

mpls标签堆栈机制使其具有构建虚拟专用网络的灵活隧道功能，通常采用两级标签结构，高级标签指示数据流路径，低级标签作为虚拟专用网络识别，指示数据流所属的虚拟专用网络。

通过一组LSP，通过标签路由协议更新或标签分配协议分发路由信息，为虚拟专用网络中的不同网站提供链接。

mpls虚拟专用网络识别机制支持多个具有重复专用地址空间的虚拟专用网络。

每个入口LSR根据包的目的地地址和虚拟专用网络关系信息将业务分配到相应的LSP中。

三、基于mpls建立虚拟专用网络。

基于mpls构建虚拟专用网络时，所需设备为路由器，可通过网络上现有的路由器升级或新建。mpls配置在整个网络的每个路由器中，每个接入点的路由器配置为mpls虚拟专用网络PE(边界)Router，其余路由器配置为mpls虚拟专用网络P(核心)Router。整个网络路由器运行内部网关协议IS-IS和mplsLDP协议。MP-BGP协议在PERouter之间运行，并建立Full-mesh的BGP连接。每个虚拟专用网络用户的路由设备CE连接到网络接入点PERouter。用户和PERouter之间运行EBGP(或RIP2.OSPF)协议。虚拟专用网络用户的地址空间由用户确定，可使用私有保留地址。

mpls虚拟专用网限制虚拟专用网由信息仅在虚拟专用网内传播，具体流程如下。

PE路由器上有两种相互隔离的路由表。一种是包含所有P和PE路由器路由的普通路由表；一种是连接到它的虚拟专用网络的路由表，即VRF。每个虚拟专用网络对应一个VRF。

PE路由器将虚拟专用网用户地址(多为私有地址)转换为虚拟专用网-V4地址，包括RD、SOO等新属性，并存储在相应的VRF中。

同一虚拟专用网两端的PE通过RSVP-Tunnel或LDP建立LSP(LabelSwitchPath)，用MP-iBGP交换虚拟专用网的路由。当PE收到本地虚拟专用网用户的Packet时，PE在相应的VRF中找到相应的路由，找到下一个跳跃。

本地PE路由器通过之前建立的LSP将Packet转发到异地PE路由器。

在相应的VRF中，异地PE路由器找到需要从哪个用户端口转发到目的地。

基于mpls的虚拟专用网络具有以下优点。

mpls虚拟专用网络提供了一个平台，可以快速部署增值IP业务，包括内部网络、外部网络、语音、多媒体和网络业务。

mpls虚拟专用网络可以通过限制虚拟专用网络的信息传播，仅在虚拟专用网络成员内部提供与第二层虚拟专用网络相同的隐私和安全性。

mpls虚拟专用网络与用户内部网络提供无缝集成。

mpls虚拟专用网具有良好的扩展性。每个服务提供商可以设置数十万个虚拟专用网络，每个虚拟专用网络可以有数千个网站。

mpls虚拟专用网络提供IP业务类别，支持虚拟专用网络内部多级业务，优先选择虚拟专用网络，灵活选择服务级别。

mpls虚拟专用网络为业务的快速实施提供了方便的虚拟专用网络成员管理和新的虚拟专用网络创建功能。

mpls虚拟专用网络提供可伸缩的any-to-any连接，以扩展内部网络和外部网络以覆盖多个业务。

mpls的流量管理功能可以保证网络资源的合理利用，满足用户申请的服务质量。

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