试述MPLS协议工作原理多协议标签交换

试述MPLS协议工作原理多协议标签交换

郭文豪  ,李松莹

【摘要】本文主要介绍了 MPLS多协议标签交换技术的概念、技术特点、工作原理与优势及应用情况, 并在最后介绍了 MPLS的发展趋势。

【关键词】多协议标签交换；工作原理；应用

1 MPLS的概念

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。它引入了基于标签的机制，把选路和转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径，数据传输通过标签交换路径(LSP)完成。MPLS网络由核心部分的标签交换路由器(LSR)、边缘部分的标签边缘路由器(LER)组成。LSR可以看作是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的作用是分析IP包头，决定相应的传送级别和标签交换路径(LSP)。由于MPLS技术隔绝了标签分发机制与数据流的关系，因此，它的实现并不依赖于特定的数据链路层协议，可支持多种的物理和链路层技术(IP/ATM、以太网、PPP、帧中继、光传输等)。MPLS使用控制驱动模型初始化标签捆绑的分配及分发，用于建立标签交换路径(LSP)，通过连接几个标签交换点来建立一条LSP。一条LSP是单向的，全双工业务需要两条LSP。

标签交换的工作流程如下：

　　(1)由LDP(标签分发协议)和传统路由协议(OSPF等)在LSR中建立路由表和标签映射表。

　　(2)在MPLS入口处的LER接收IP包，完成第三层功能，并给IP包加上标签;

　　(3)在MPLS出口处的LER将分组中的标签去掉后继续进行转发。

　　(4)LSR不再对分组进行第三层处理，只是根据分组上的标签通过交换单元进行转发。

2  MPLS的技术特点

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

2.5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。

3 MPLS的基本原理

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代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。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。

3  MPLS技术的应用

　　MPLS因其具有面向连接和开放结构而得到广泛应用。现在，在大型ISP网络中，MPLS主要有流量工程、服务等级(CoS)、虚拟专网(VPN)三种应用

　3.1流量工程

　　MPLS非常适合于为大型ISP网络中的流量工程提供基础，其有以下原因：

(1)支持确定路径，可为每条LSP定义一条确定的物理路径。(2)LSP统计参数可用于网络规划和分析，以确定瓶颈，掌握中继线的使用情况。(3)基于约束的路由使LSP能满足特定的需求。(4)不依赖于特定的数据链路层协议，可支持多种的物理和链路层技术(IP/ATM、以太网、PPP、帧中继、光传输等)，能够运行在基于分组的网络之上。

　　3.2服务等级

　　MPLS的最重要的优势在于它能提供传统IP路由技术所不能支持的新业务，提供更高等级的基础服务和新的增值服务。Internet上传输的业务流包括传统的文件传输、对延迟敏感的话音及视频业务等不同应用。为满足客户需求，ISP不仅需要流量工程技术，也需要业务分级技术。 MPLS为处理不同类型业务提供了极大的灵活性，可为不同的客户提供不同业务。

　　MPLS的QoS是由LER和LSR共同实现的：在LER上对IP包进行分类，将IP包的业务类型映射到LSP的服务等级上;在LER和LSR上同时进行带宽管理和业务量控制，从而保证每种业务的服务质量得到满足，改变了传统IP网“尽力而为”的状况。一般采用两种方法实现基于MPLS的服务等级转发。

　　(1)业务在流经特定的LSP时，根据MPLS报头中承载的优先级位在每个LSR的输出接口处排队。

　　(2)在一对边缘LSR间提供多条LSP，每条LSP可通过流量工程提供不同的性能和带宽保证，如入口LSR可将一条LSP设置为高优先权，将另一条LSP设置为中等优先权。

　　3.3虚拟专网

　　为给客户提供一个可行的VPN服务，ISP要解决数据保密及VPN内专用IP地址重复使用问题。由于MPLS的转发是基于标签的值，并不依赖于分组报头内所包含的目的地址，因此有效地解决了这两个问题。

　　(1)MPLS的标签堆栈机制使其具有灵活的隧道功能用于构建VPN，通常采用两级标签结构，高一级标签用于指明数据流的路径，低一级的标签用于作为VPN的专网标识，指明数据流所属的VPN。

　　(2)通过一组LSP为VPN内不同站点之间提供链接，通过带有标签的路由协议更新或标签分配协议分发路由信息。

　　(3)MPLS的VPN识别器机制支持具有重迭专用地址空间的多个VPN。

　　(4)每个入口LSR根据包的目的地址和VPN关系信息将业务分配到相应的LSP中。

结语

MPLS的设计目标是成为IP网的核心骨干网 络，而当前IP网基本上是以ATM为骨干进行建设 的，因此，如何将MPLS与ATM有效地结合到实际 网络建设与应用中，以达到进一步提高网络运行效 率、节省网络运行成本的目的，这是需要认真研究 与跟踪的课题。

参考文献：

【1】万博通公司技术部.宽带IP网络技术及其应用实例. 北京:海洋出版社,2000.

【2】冯径等编著.多协议标记交换技术.北京:人民邮电出版 社岀版,2002.

【3】徐荣、龚倩编著.高速宽带光互联网技术.北京：人民邮 电出版社岀版,2002.