MPLS——多协议标签交换

1 多协议标签交换 MPLS

1.1 MPLS 的工作原理

1.1.1 MPLS 工作特点

1.1.2 MPLS 协议的基本原理

1.1.3 MPLS 的基本工作过程

1.2 转发等价类 FEC

1.2.1 FEC 用于负载平衡

1.3 MPLS 首部的位置与格式

1.3.1 MPLS 首部的位置

1.3.2 MPLS 首部的格式

1.4 新一代的 MPLS

1 多协议标签交换 MPLS

·MPLS (MultiProtocol Label Switching)：互联网建议标准。

·多协议：在 MPLS 的上层可以采用多种协议。

·标签：MPLS 利用面向连接技术，使每个分组携带一个叫做标签 (label) 的小整数。标签交换路由器用标签值检索转发表，实现分组的快速转发。

·MPLS 并没有取代 IP，而是作为一种 IP 增强技术。

·特点：

1.支持面向连接的服务质量；

2.支持流量工程，平衡网络负载；

3.有效地支持虚拟专用网 VPN。

1.1 MPLS 的工作原理

先看一下传统IP分组的转发：

传统IP分组的转发：

·当网络很大时，查找路由表要花费很多时间。

·在出现突发通信时，缓存会溢出，引起分组丢失、传输时延增大和服务质量下降。

1.1.1 MPLS 工作特点

·在 MPLS 域的入口处，给每一个 IP 数据报打上固定长度标签。

·对打上标签的 IP 数据报在第二层（链路层）用硬件进行转发。

·采用硬件技术对打上标签的 IP 数据报进行转发就称为标签交换。

·可以使用多种数据链路层协议，如 PPP、以太网、ATM 以及帧中继等。

1.1.2 MPLS 协议的基本原理

MPLS 域

·MPLS 域 (MPLS domain) ：指该域中有许多彼此相邻的路由器，并且所有的路由器都是支持 MPLS 技术的标记交换路由器 LSR (Label Switching Router)。

·LSR 同时具有标记交换和路由选择这两种功能。标记交换功能是为了快速转发，路由选择功能是为了构造转发表。

1.1.3 MPLS 的基本工作过程

1.找出标签交换路径 LSP。

·各 LSR 使用标签分配协议 LDP (Label Distribution Protocol) 交换报文，找出和标签相对应的标签交换路径 LSP (Label Switched Path)。整个标签交换路径就像一条虚连接一样。

2.打标签，然后转发。

·入口节点 (ingress node) 给进入 MPLS 域的 IP 数据报打上标签（实际上是插入一个 MPLS 首部），并按照转发表把它转发给下一个 LSR。以后的所有 LSR 都按照标签进行转发。

·给 IP 数据报打标签的过程叫做分类 (classification)。

3.标签对换。

·一个标签仅在两个 LSR 之间才有意义。

·LSR 要做两件事：转发，更新标记。

·更新标记：把入标记更换成为出标记。称之为标签对换 (label swapping)。

项目含义：从入接口 0 收到一个入标签为 3 的 IP 数据报，转发时，应当把该 IP 数据报从出接口 1 转发出去，同时把标签对换为 1。

4.去除标签。

·当分组离开 MPLS 域时，MPLS 出口节点 (egress node) 把分组的标签去除。

·把 IP 数据报交付给非 MPLS 的主机或路由器。

·这种“由入口 LSR 确定进入 MPLS 域以后的转发路径”称为显式路由选择 (explicit routing)。

·与互联网中通常使用的“每一个路由器逐跳进行路由选择”有着很大的区别。

1.2 转发等价类 FEC

·给 IP 数据报打标签的过程叫做分类 (classification)。

·第三层（网络层）分类：只使用 IP 首部中的源和目的 IP 地址等。

·大多数运营商实现了第四层（运输层）分类：除了要检查 IP 首部外，运输层还要检查 TCP 或 UDP 端口号。

·有些运营商则实现了第五层（应用层）分类：进一步地检查数据报的内部并考虑其有效载荷。