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MPLS 协议简述

  • 2022 年 6 月 02 日
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MPLS协议简述

MPLS 是一种快速交换的路由方案,它对实现 QoS 路由有重要的实用价值。从设计思想上来看,MPLS 将数据链路层的第二层交换技术引入网络层,实现快速 IP 分组交换。在这种网络结构中,核心网络是 MPLS 域,构成它的路由器是标记交换路由器(Label Switching Router,LSR),在 MPLS 域边缘连接其他子网的路由器是边界标记交换路由器(E-LSR)。MPLS 在 E-LSR 之间建立标记交换路径(LabelSwitching Path,LSP),这种标记交换路径与 ATM 的虚电路非常相似。

MPLS 主要的服务
  • 面向连接与保证 QoS 的服务

MPLS 的设计借鉴了 ATM 面向连接和提供 QoS 保障的设计思想,在 IP 网络中提供一种面向连接的服务。

  • 合理利用网络资源

MPLS 引入流(Flow)的概念。流是从某个源主机发出的分组序列,利用 MPLS 可以为单个流建立路由。

  • 支持虚拟专网服务

MPLS 提供虚拟专网(Virtual Private Network,VPN)服务,能够提高分组传输的安全性与服务质量。

  • 支持多协议

MPLS 可用于纯 IP 网络、ATM 网络、帧中继网及多种混合网络,同时可支持 PPP、SDH、DWDM 等底层网络协议。

MPLS 的工作原理

支持 MPLS 功能的路由器分为两类:标记交换路由器(LSR)和边界路由器(E-LSR)。由 LSR 组成、实现 MPLS 功能的网络区域称为 MPLS 域(MPLS Domain)。

  1. MPLS 域中的 LSR 使用专门的标记分配协议(Label Distribution Protocol,LDP)交换报文,找出与特定标记对应的路径,即标记交换路径(LSP),对应主机 A 到主机 B 的路径(E-LSR1—LSR2—LSR3—E-LSR4),形成 MPLS 标识转发表。

  2. 当 IP 分组进入 MPLS 域入口的边界路由器 E-LSR1 时,E-LSR1 为分组打上标记,并根据标识转发表,将打上标记的分组转发到标记交换路径 LSP 的下一跳路由器 LSR2。

  3. 标记交换路由器 LSR2 根据标识直接利用硬件,以交换方式传送给下一跳路由器 LSR3。LSR3 利用同样的方法,将标记分组快速传送到下一跳路由器。

  4. 当标记分组到达 MPLS 域出口的边界路由器 E-LSR4 时,E-LSR4 去除标记,将 IP 分组交付给非 MPLS 的路由器或主机。


MPLS 工作机制的核心是:路由仍使用第三层的路由协议来解决,而交换则是用第二层的硬件完成,这样可将第三层成熟的路由技术与第二层快速的硬件交换相结合,达到提高主机性能和 QoS 服务质量的目的。

MPLS VPN

MPLS 将面向连接的标记路由机制与 VPN 建设需求相结合,在所有连入 MPLS 网络的用户之间方便地建立第三层 VPN。

在 MPLS VPN 中,网络服务提供商为每个 VPN 分配一个路由标识符(RD),它在一个 MPLS 网络中是唯一的。在标记交换路由器(LSR)与边界路由器(E-LSR)的标记转发表中,记录了该 VPN 中的用户 IP 地址与路由标识符 RD 的对应关系。根据分配的标识符 RD(1、2、3)分别建立了 3 个 MPLS VPN。例如,RD=1 的 Net1、Net4、Net6 与 Net9 构成了一个 VPN,只有连接在 Net1、Net4、Net6、Net9 上的主机之间才能够通过 MPLS 实现通信。因此,MPLS VPN 是一种在 PDN 上组建的覆盖网(Overnet)。

MPLS VPN 的特点
  1. 在基于 MPLS 的 VPN 中,服务提供商为每个 VPN 分配一个路由标识符(RD),这个 RD 在 MPLS 网络中是唯一的。标记交换路由器(LSR)和边界路由器(E-LSR)的标记转发表中记录了该 VPN 中用户 IP 地址与 RD 的对应关系。只有属于同一 VPN 的用户之间才能通信。

  2. MPLS VPN 技术可以满足用户对于保证数据通信的安全性、QoS 方面的要求,操作方便,具有很好可扩展性。


对于大型网络信息系统与大型企业、跨国公司来说,组成大型网络系统的子网可能分布在不同的地理位置。目前,MPLS VPN 技术已经在大型信息网络系统、物联网应用系统、云计算系统中得到广泛应用。


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