11

第第 66 章 章 MPLSMPLS 交换技术交换技术

1.MPLS1.MPLS 技术技术 2.2. 网络体系结构网络体系结构

3.MPLS3.MPLS 交换基本原理交换基本原理

22

6.1 MPLS6.1 MPLS 交换技术交换技术

33

6.6.1 MPLS6.6.1 MPLS 技术的产生技术的产生 InternetInternet 的特点是尽最大努力型服务方式，可的特点是尽最大努力型服务方式，可

保证数据的正确性，但不保证时延特性。保证数据的正确性，但不保证时延特性。 为了保证语音、图像等流媒体的带宽、延迟抖为了保证语音、图像等流媒体的带宽、延迟抖

动等动等 QoSQoS 要求，引入面向连接的交换技术。要求，引入面向连接的交换技术。 ATMATM 技术可以保证技术可以保证 QOSQOS 要求，且带宽适应性要求，且带宽适应性

很强，但信元操作很琐碎，很强，但信元操作很琐碎， VPI/VCIVPI/VCI 有限，有限，不能直接适应不能直接适应 IPIP 的需要，设想将二者结合起的需要，设想将二者结合起来来 ------- ------- MPLSMPLS 技术技术。。

44

11. IP. IP 交换交换

IP SWITCH控制器

ATM交换机

Ipsilon流管理协议 Ipsilon流管理协议

IP交换机

通用交换管理协议 控制端口

IP交换机结构

Ipsilon公司 1996年提出 IP交换结构，硬件以ATM交换机为基础，连接控制则采用 IP技术完成选路。

IP交换基于流的概念，从输入口送入的有先后关系的 IP包被看作流， IP交换控制器对流分类处理。

持续周期长、业务量大的数据流由 ATM硬件交换。持续周期短、业务量小的突发流通过路由软件完成逐跳式传送。

55

2. Tag2. Tag 交换交换

Cisco公司推出的标记交换，是基于传统路由器的 ATM承载IP技术，在一定程度上将数据的传递从路由变成交换，提高了传输效率。

66

IBMIBM 推出的标签交换方案，推出的标签交换方案， ATMATM 用作链用作链路层，在相邻路由器间建立和交换标签。路层，在相邻路由器间建立和交换标签。

MPLSMPLS 的特点是，吸收了的特点是，吸收了 ATMATM 的的 VPI/VPI/VCIVCI 交换思想，集成了路由技术的灵活交换思想，集成了路由技术的灵活性和性和 ATMATM 交换的简洁性，为交换的简洁性，为 IPIP 网络增网络增加了面向连接的属性，保障了服务质量。加了面向连接的属性，保障了服务质量。

77

6.6.2 MPLS6.6.2 MPLS 网络体系结构网络体系结构

标签分发协议(LDP)

边缘路由器(LER)

标签交换路由器(LER)

IP1

IP2

IP1

IP2

IP1

IP2

L2

L2

IP1

IP2

L2

L2

IP1

IP2

L2

L2

流量归类标签映射

标签切换 标签切换标签移除

MPLS网络由边缘路由器和标签交换路由器组成，边缘路由器完成业务流分类和相应标签的映射，中间路由器完成业务流转发和链路段间的标签切换。

88

MPLSMPLS 的实质是将路由器移到网络的边缘，的实质是将路由器移到网络的边缘，将快速、简单的交换机置于网络中心。将快速、简单的交换机置于网络中心。

对一个连接请求实现一次路由选择，多对一个连接请求实现一次路由选择，多次交换。次交换。

MPLSMPLS 是在标记是在标记 // 标签标签 ((Tag Tag Switching)Switching) 基础上发展起来的。传统基础上发展起来的。传统路由器处于网络外围，标记交换路由器路由器处于网络外围，标记交换路由器组成核心网络。组成核心网络。

99

6.6.3 MPLS6.6.3 MPLS 的有关概念的有关概念 1. 1. 标签标签，一种短的、易于处理的、不包含拓，一种短的、易于处理的、不包含拓

扑信息且只具有局部意义的选径标识。扑信息且只具有局部意义的选径标识。 ATMATM 的的 VPI/VCIVPI/VCI 也是一种标签，也是一种标签， VPI/VCIVPI/VCI 只只

标记一段链路上特定信息的路径，通过索引方式标记一段链路上特定信息的路径，通过索引方式查表转移信元。查表转移信元。

MPLSMPLS 中，中， IPIP 包进入边缘路由器，通过分析包进入边缘路由器，通过分析 IPIP包头选择合适的标签并建立到目的点的虚通路，包头选择合适的标签并建立到目的点的虚通路，随后的随后的 IPIP 数据传送采用标签封装，中间节点依数据传送采用标签封装，中间节点依据标签转发信息。据标签转发信息。

1010

基于标签交换的基于标签交换的 IPIP 数据包抵达目的数据包抵达目的MPLSMPLS 路由器时，边缘节点去除标签，重路由器时，边缘节点去除标签，重组成组成 IPIP 包并转送给相关的传统路由器。包并转送给相关的传统路由器。

标签位于数据链路层封装头和标签位于数据链路层封装头和 PDUPDU 之间，之间，通常通常 ATMATM 采用采用 VPI/VCIVPI/VCI 替代标签，帧中替代标签，帧中继采用继采用 DLCIDLCI 来代替标签来代替标签 )) 。。

1111

除 ATM 与帧中继外的标签结构。标签占 20bit；TTL8bit ，限制传送范围；Cos占 3bit ，区分业务类型； S 标签栈底指示， 1表明标签位于标签栈底。

1212

2. 2. 转发等价类转发等价类 (FEC)(FEC) ，标签交换路由，标签交换路由器（器（ LSRLSR ）根据某种策略对流入数据进行）根据某种策略对流入数据进行分类，通常把具有某些相同属性（如目的分类，通常把具有某些相同属性（如目的地址前缀等）映射成一个等价类，分配相地址前缀等）映射成一个等价类，分配相同的标签。同的标签。

1313

对于一指定的对于一指定的 LSRLSR ，属于同一，属于同一 FECFEC 的分的分组，不管是否属同一数据流，一定具有相组，不管是否属同一数据流，一定具有相同的转发路径，不同的同的转发路径，不同的 FECFEC 可有相同入可有相同入 //出口。出口。

LSRLSR 可按照可按照 IPIP 地址前缀、主机地地址前缀、主机地址、址、 QoSQoS 以及动态流量等分类方法将数据以及动态流量等分类方法将数据流映射成不同的流映射成不同的 FECFEC ，相同的，相同的 FECFEC 有相有相同的标签。同的标签。

1414

3. 3. 标签栈标签栈，标签栈是许多标签按一定顺，标签栈是许多标签按一定顺序排列存放，提供数据流转发检索的缓存序排列存放，提供数据流转发检索的缓存区。区。

标签栈按照后添加标签先出栈方式工作。标签栈按照后添加标签先出栈方式工作。 栈顶标签始终是转发分组的标签，依据标栈顶标签始终是转发分组的标签，依据标签选择下一跳出口。签选择下一跳出口。

1515

4. 4. LSRLSR 与与 LERLER ，， LSRLSR 是是 MPLSMPLS 网络的中间网络的中间节点，节点， LERLER 是网络的边缘节点。是网络的边缘节点。

LSRLSR 的主要功能：的主要功能： 执行路由传播协议，提供执行路由传播协议，提供 FECFEC与下一跳地址的映射。与下一跳地址的映射。 为每个为每个 FECFEC 分配标签。分配标签。 执行标签分配协议执行标签分配协议 LDPLDP ，从其他节点获取标签信息，从其他节点获取标签信息

建立标签信息库建立标签信息库 LIBLIB 。。 根据输入分组所携带的标签检索标签信息库，完成根据输入分组所携带的标签检索标签信息库，完成

标签交换。标签交换。

1616

1717

标签路由器由控制单元和转发单元两部分标签路由器由控制单元和转发单元两部分组成。组成。

控制单元控制单元主要功能是构建和维护路由转发主要功能是构建和维护路由转发表，利用路由协议交换路由信息。表，利用路由协议交换路由信息。

转发单元转发单元功能是执行分组转发操作，依据功能是执行分组转发操作，依据分组标签、转发表等信息决定下一跳的转分组标签、转发表等信息决定下一跳的转发出口，并根据标志转发信息库发出口，并根据标志转发信息库 (LFIB)(LFIB)信息装配下一段链路信息装配下一段链路 MPLSMPLS 分组的标签。分组的标签。

1818

路由协议 LDP

LIB

路由表

TCP/IP

控制单元

交换结构

标签交换边缘路由器(LER)基本结构

非MPLS接口 MPLS接口

1919

标签边缘路由器标签边缘路由器 LERLER 主要完成非主要完成非 MPLSMPLS 域域接入功能，入口接入功能，入口 LERLER 完成流入业务分类、完成流入业务分类、分发标签等功能。出口分发标签等功能。出口 LERLER 完成去除标签、完成去除标签、恢复业务分组等工能。恢复业务分组等工能。

流入的无标签流入的无标签 IPIP 分组，分组， LERLER 分类并打上分类并打上相应标签后，经相应标签后，经 MPLSMPLS 接口发往接口发往 MPLSMPLS 网网络。络。

边缘路由器也完成路由协议功能。边缘路由器也完成路由协议功能。

20

现代交换技术第十四讲

主讲教师：范亚芹　　　　　　　　学时： 16

2121

Com3 LSR

Com3 LSR

Com3 LSR

Com3 LSR

Com3 LSR

Com3 LSR

3Com

LER

3Com

LER

LER: ( 标记边缘路由器， Label Edge Routers)、入口 LER

出口LERLSR: ( 标记交换路

由器， Label Switching Routers ）上游 LSR与下游LSR

用户端用户端

3Com

LER47.1.1.747.1.1.755

datadata

47.1.1.7547.1.1.75 datadata

FEC( 转发等价类 Forwarding Equivalence Class)标记、标记分组LIB( 标记信息表， Label Information Table)LFIB( 标记转发信息表， Label Forwarding Information Table)

LDP( 标记分发协议， Label Distribution Protocol）LSP( 标记交换路径，

Label Switched Path)

对等实体

MPLS域

2222

6.2 MPLS6.2 MPLS 交换的基本原交换的基本原理理

6.2.1 6.2.1 标签分发协议标签分发协议

标签分发协议（标签分发协议（ LDPLDP ）是一个单独的控制协议，）是一个单独的控制协议，相当于相当于 No.7No.7 信令协议，用来在信令协议，用来在 LSRLSR 之间交换之间交换和协调和协调 FEC/FEC/ 标签绑定信息以及相关处理过程。标签绑定信息以及相关处理过程。

LDPLDP协议将网络层路由信息直接映射到链路层协议将网络层路由信息直接映射到链路层交换通道上，在逻辑相邻的交换通道上，在逻辑相邻的 LSRLSR 间协商标签值，间协商标签值，建立建立 TCPTCP 连接，确保连接，确保 LDPLDP消息按序可靠传送。消息按序可靠传送。

LDPLDP 映射消息可从本地映射消息可从本地 LSRLSR或出口或出口 LSRLSR 发起，发起，并从下行并从下行 LSRLSR 流向上行流向上行 LSRLSR 。每个。每个 LSRLSR 在其在其LIBLIB 中关联入口标签中关联入口标签 ,, 出口标签，以形成从入出口标签，以形成从入口到出口的标签交换通路口到出口的标签交换通路 LSPLSP 。。

2323

LDPLDP 用四类消息完成标签的分发过程，包用四类消息完成标签的分发过程，包括发现消息、会话消息、公布消息、通知括发现消息、会话消息、公布消息、通知消息。消息。

标签分发协议的运行分为四个阶段：发现标签分发协议的运行分为四个阶段：发现阶段、会话建立阶段、会话维持阶段和删阶段、会话建立阶段、会话维持阶段和删除阶段。除阶段。

2424

标签分发的四个阶段标签分发的四个阶段LSR1 LSR2 LSR3

UDP, HelloUDP,Hello

TCP 连接，初始化 TCP 连接，初始化

FEC=A, 标记 =4 FEC=A, 标记 =6

FECFEC 输入输入标记标记

输出输出标记标记

AA 44

FECFEC 输入输入标记标记

输出输出标记标记

AA 44 66

FECFEC 输入输入标记标记

输出输出标记标记

AA 66

LIB LIB LIB

标记请求 / 映射 标记请求 / 映射

1.发现阶段

2.会话建立与维护3.LSP建立与维

护4.会话撤销

2525

MPLSMPLS 的工作过程的工作过程 入口入口 LERLER 按照业务流的服务要求完成：按照业务流的服务要求完成：

FECFEC划分划分 加标记加标记

2626

加标签的过程加标签的过程输入输入标签标签

输出输出标签标签

地址地址前缀前缀

输出输出端口端口

XX 3 3 47.0.0.0/847.0.0.0/8 11

输入输入标签标签

地址地址前缀前缀

输出输出标签标签

输出输出端口端口

33 47.0.0.0/847.0.0.0/8 55 00

47.1.1.7547.1.1.75 datadata

47.1.1.7547.1.1.75 datadata31

1

0

LER ： FEC、加标签

46.0.0.0

47.0.0.0/8

LSR2

LER 3

LER 4

LER 1

2727

转发转发输入输入标签 标签

输出输出标签 标签

地址地址前缀 前缀

输出输出端口 端口

XX 3 3 47.0.0.0/47.0.0.0/88

11

输入输入标签 标签

输出输出标签 标签

地址地址前缀 前缀

输出输出端口 端口

33 55 47.0.0.0/847.0.0.0/8 00

47.1.1.7547.1.1.75 datadata35 47.1.1.7547.1.1.75 datadata

1 1

0

LSR:根据标签转发

46.0.0.0

47.0.0.0/8

LSR2

LER 3

LER 4LER 1

2828

去标签去标签输入输入标签标签

输出输出标签标签

地址地址前缀前缀

输出输出端口端口

XX 3 3 47.0.0.0/847.0.0.0/8 11

输入输入标签标签

输出输出标签标签

地址地址前缀前缀

输出输出端口端口

33 55 47.0.0.0/47.0.0.0/88

00

5 47.1.1.7547.1.1.75 datadata

47.1.1.7547.1.1.75 datadata

1 1

0

LER:去掉标

签

46.0.0.0

47.0.0.0/8

LSR2

LER 3

LER4

LER 1

2929

1. 路由协议建立路径； LDP 建立标签 - 目的网络映射

总结总结

2.LER: 接收分组、加标签 4. LER: 除去标签3. LSR: 转发

LSP

3030

6.2.2 6.2.2 循环控制循环控制 标签分配和交换路径建立逐段完成，存在标签分配和交换路径建立逐段完成，存在路径建立循环问题。路径建立循环问题。

利用利用 TTLTTL 字段降低循环影响，超时数据包字段降低循环影响，超时数据包将被丢弃。将被丢弃。

允许建立循环路径，但进行检测，发现循允许建立循环路径，但进行检测，发现循环则删除。环则删除。

通过从下游到上游分发标签，确保不出现通过从下游到上游分发标签，确保不出现循环路径。循环路径。

3131

6.2.3 ATM6.2.3 ATM 上的上的 MPLSMPLS 综合综合方案方案

在 ATM 网络中安装MPLS LSR ，两平面共存，边缘 LSR 作为 VC 汇聚。

3232

交换设备由 MPLS和ATM 两部分组成，两种接口可同时存在， ATM和MPLS 共同控制网络交换资源。支持两种模式的拓扑、选路和 VC 管理。

设备复杂，但支持ATM ，对数据、语音和视频具有 QoS保证。