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　　Internet核心網中的路由/轉發技術的最新發展是多協議標簽交換（MPLS）。MPLS將IP路由控制和第二層交換的簡單性無縫地集成起來，是ATM與IP技術的有機結合，在不改變用戶現有網絡的情況下能提供高速、安全、多業務統一的網絡平臺，將在下一代網絡中的選路、交換和分組轉發中扮演非常重要的角色，滿足網絡用戶的多種多樣的需求。

一、MPLS技術概述

　　MPLS技術的全稱是多協議標簽交換技術，是在Cisco公司所提出來的TagSwitching技術基礎上發展起來的，屬于第三層交換技術，它引入了基于標簽的機制，把選路和轉發分開，由標簽來規定一個分組通過網絡的路徑，數據傳輸通過標簽交換路徑（LSP）完成。

　　MPLS網絡由核心部分的標簽交換路由器（LSR）、邊緣部分的標簽邊緣路由器（LER）組成。LSR可以看作是ATM交換機與傳統路由器的結合，由控制單元和交換單元組成；LER的作用是分析IP包頭，決定相應的傳送級別和標簽交換路徑（LSP）。由于MPLS技術隔絕了標簽分發機制與數據流的關系，因此，它的實現并不依賴于特定的數據鏈路層協議，可支持多種的物理和鏈路層技術（IP/ATM、以太網、PPP、幀中繼、光傳輸等）。MPLS使用控制驅動模型初始化標簽捆綁的分配及分發，用于建立標簽交換路徑（LSP），通過連接幾個標簽交換點來建立一條LSP。一條LSP是單向的，全雙工業務需要兩條LSP。

　　標簽交換的工作流程如下：

　　（1）由LDP（標簽分發協議）和傳統路由協議（OSPF等）在LSR中建立路由表和標簽映射表。

　　（2）在MPLS入口處的LER接收IP包，完成第三層功能，并給IP包加上標簽；

　　（3）在MPLS出口處的LER將分組中的標簽去掉后繼續進行轉發。

　　（4）LSR不再對分組進行第三層處理，只是根據分組上的標簽通過交換單元進行轉發。

二、MPLS技術的應用

　　MPLS因其具有面向連接和開放結構而得到廣泛應用。現在，在大型ISP網絡中，MPLS主要有流量工程、服務等級（CoS）、虛擬專網（VPN）三種應用

　　1．流量工程

　　隨著網絡資源需求的快速增長、IP應用需求的擴大以及市場競爭日趨激烈等，流量工程成為MPLS的一個主要應用。因為IP選路時遵循最短路徑原則，所以在傳統的IP網上實現流量工程十分困難。傳統IP網絡一旦為一個IP包選擇了一條路徑，則不管這條鏈路是否擁塞，IP包都會沿著這條路徑傳送，這樣就會造成整個網絡在某處資源過度利用，而另外一些地方網絡資源閑置不用。

　　在MPLS中，流量工程能夠將業務流從由IGP計算得到的最短路徑轉移到網絡中可能的、無阻塞的物理路徑上去，通過控制IP包在網絡中所走過的路徑，避免業務流向已經擁塞的節點，實現網絡資源的合理利用。

　　MPLS的流量管理機制主要包括路徑選擇、負載均衡、路徑備份、故障恢復、路徑優先級及碰撞等。

　　MPLS非常適合于為大型ISP網絡中的流量工程提供基礎，其有以下原因：

　　（1）支持確定路徑，可為每條LSP定義一條確定的物理路徑。

　　（2）LSP統計參數可用于網絡規劃和分析，以確定瓶頸，掌握中繼線的使用情況。

　　（3）基于約束的路由使LSP能滿足特定的需求。

　　（4）不依賴于特定的數據鏈路層協議，可支持多種的物理和鏈路層技術（IP/ATM、以太網、PPP、幀中繼、光傳輸等），能夠運行在基于分組的網絡之上。

　　 2．服務等級

　　MPLS的最重要的優勢在于它能提供傳統IP路由技術所不能支持的新業務，提供更高等級的基礎服務和新的增值服務。Internet上傳輸的業務流包括傳統的文件傳輸、對延遲敏感的話音及視頻業務等不同應用。為滿足客戶需求，ISP不僅需要流量工程技術，也需要業務分級技術。 MPLS為處理不同類型業務提供了極大的靈活性，可為不同的客戶提供不同業務。

　　MPLS的QoS是由LER和LSR共同實現的：在LER上對IP包進行分類，將IP包的業務類型映射到LSP的服務等級上；在LER和LSR上同時進行帶寬管理和業務量控制，從而保證每種業務的服務質量得到滿足，改變了傳統IP網“盡力而為”的狀況。一般采用兩種方法實現基于MPLS的服務等級轉發。

　　（1）業務在流經特定的LSP時，根據MPLS報頭中承載的優先級位在每個LSR的輸出接口處排隊。

　　（2）在一對邊緣LSR間提供多條LSP，每條LSP可通過流量工程提供不同的性能和帶寬保證，如入口LSR可將一條LSP設置為高優先權，將另一條LSP設置為中等優先權。

　　3．虛擬專網

　　為給客戶提供一個可行的VPN服務，ISP要解決數據保密及VPN內專用IP地址重復使用問題。由于MPLS的轉發是基于標簽的值，并不依賴于分組報頭內所包含的目的地址，因此有效地解決了這兩個問題。

　　（1）MPLS的標簽堆棧機制使其具有靈活的隧道功能用于構建VPN，通常采用兩級標簽結構，高一級標簽用于指明數據流的路徑，低一級的標簽用于作為VPN的專網標識，指明數據流所屬的VPN。

　　（2）通過一組LSP為VPN內不同站點之間提供鏈接，通過帶有標簽的路由協議更新或標簽分配協議分發路由信息。

　　（3）MPLS的VPN識別器機制支持具有重迭專用地址空間的多個VPN。

　　（4）每個入口LSR根據包的目的地址和VPN關系信息將業務分配到相應的LSP中。

三、基于MPLS方式組建VPN

　　基于MPLS方式組建VPN網絡時，所需設備是路由器，可以利用網絡上已有的路由器升級，也可以新建，在全網各路由器配置MPLS， 各接入點的路由器配置成MPLS VPN PE( 邊 界) Router, 其余路由器配置成MPLS VPN P( 核 心) Router 。全網路由器運行內部網關協議IS-IS及MPLS LDP協議。PE Router 之間運行MP-BGP協議，并且建立Full-mesh的BGP連接。各VPN用戶的路由設備CE連到網絡接入點PE Router。用戶與PE Router 之間運行EBGP（或RIP2、OSPF）協議。VPN 用戶的地址空間由用戶確定，可采用私有保留地址。

　　MPLS VPN 限制VPN 路由信息僅在VPN內部傳播，具體過程如下。

　　（1）在PE路由器上有兩種互相隔離的路由表。一種是包含所有P和PE路由器路由的普通路由表；一種是與它相連的VPN的路由表，即VRF。每個VPN對應一個VRF。

　　（2）PE路由器將VPN用戶地址（多為私有地址）轉換成VPN-V4的地址，其中包含RD,SOO等新增屬性，存儲在相應VRF中。

　　（3）同一VPN兩端的PE通過RSVP-Tunnel或LDP建立LSP(Label Switch Path),并用MP-iBGP交換此VPN的路由

　　（4）當PE接到本地VPN用戶的Packet時候,此PE在相應的VRF中查找相應路由,找到下一跳,此下一跳應為將目的VPN用戶地址通過MP-iBGP廣播給它的那臺PE。

　　（5）本地PE路由器通過先前建立的LSP將此Packet轉發到異地PE路由器。

　　（6）異地PE路由器再在其相應的VRF中找到需要從哪個用戶端口轉發到目的地。

　　基于MPLS 的VPN具有以下優勢。

　　（1） MPLS VPN 提供一個可快速部署實施增值IP業務的平臺，包括內部網、外部網、 話音、多媒體及網絡商務。

　　（2） MPLS VPN 通過限制VPN 路由信息的傳播僅在VPN成員內部，可提供與第二層VPN 相同的私密性及安全性。

　　（3） MPLS VPNs 提供與用戶內部網的無縫集成。

　　（4） MPLS VPNs擴展性好，每個服務提供商可以設定數十萬VPN， 每個VPN 可有數千個現場。

　　（5） MPLS VPNs 提供IP 業務類別，支持VPN 內部多級別業務，VPN 間的優先級， 靈活的服務級別選定。

　　（6） MPLS VPNs 提供方便的VPN成員管理及新VPN創建功能以利于業務的快速實施。

　　（7） MPLS VPNs 提供可伸縮的any-to-any 連接以擴展內部網及外部網從而蓋多業務。

　　（8） MPLS的流量管理功能可以保證網絡資源得到合理利用；保證用戶申請的服務質量得到滿足。

　　（2）在一對邊緣LSR間提供多條LSP，每條LSP可通過流量工程提供不同的性能和帶寬保證，如入口LSR可將一條LSP設置為高優先權，將另一條LSP設置為中等優先權。

　　3．虛擬專網

　　為給客戶提供一個可行的VPN服務，ISP要解決數據保密及VPN內專用IP地址重復使用問題。由于MPLS的轉發是基于標簽的值，并不依賴于分組報頭內所包含的目的地址，因此有效地解決了這兩個問題。

　　（1）MPLS的標簽堆棧機制使其具有靈活的隧道功能用于構建VPN，通常采用兩級標簽結構，高一級標簽用于指明數據流的路徑，低一級的標簽用于作為VPN的專網標識，指明數據流所屬的VPN。

　　（2）通過一組LSP為VPN內不同站點之間提供鏈接，通過帶有標簽的路由協議更新或標簽分配協議分發路由信息。

　　（3）MPLS的VPN識別器機制支持具有重迭專用地址空間的多個VPN。

　　（4）每個入口LSR根據包的目的地址和VPN關系信息將業務分配到相應的LSP中。

三、基于MPLS方式組建VPN

　　基于MPLS方式組建VPN網絡時，所需設備是路由器，可以利用網絡上已有的路由器升級，也可以新建，在全網各路由器配置MPLS， 各接入點的路由器配置成MPLS VPN PE( 邊 界) Router, 其余路由器配置成MPLS VPN P( 核 心) Router 。全網路由器運行內部網關協議IS-IS及MPLS LDP協議。PE Router 之間運行MP-BGP協議，并且建立Full-mesh的BGP連接。各VPN用戶的路由設備CE連到網絡接入點PE Router。用戶與PE Router 之間運行EBGP（或RIP2、OSPF）協議。VPN 用戶的地址空間由用戶確定，可采用私有保留地址。

　　MPLS VPN 限制VPN 路由信息僅在VPN內部傳播，具體過程如下。

　　（1）在PE路由器上有兩種互相隔離的路由表。一種是包含所有P和PE路由器路由的普通路由表；一種是與它相連的VPN的路由表，即VRF。每個VPN對應一個VRF。

　　（2）PE路由器將VPN用戶地址（多為私有地址）轉換成VPN-V4的地址，其中包含RD,SOO等新增屬性，存儲在相應VRF中。

　　（3）同一VPN兩端的PE通過RSVP-Tunnel或LDP建立LSP(Label Switch Path),并用MP-iBGP交換此VPN的路由

　　（4）當PE接到本地VPN用戶的Packet時候,此PE在相應的VRF中查找相應路由,找到下一跳,此下一跳應為將目的VPN用戶地址通過MP-iBGP廣播給它的那臺PE。

　　（5）本地PE路由器通過先前建立的LSP將此Packet轉發到異地PE路由器。

　　（6）異地PE路由器再在其相應的VRF中找到需要從哪個用戶端口轉發到目的地。