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)。
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。
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。
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。
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
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。
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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