网络网络通信原理通信原理
（7）
2013级 研究生课程
十月十月 22 22 1SCUT DT&P Labs CopyrightSCUT DT&P Labs Copyright
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多协议标签交换技术
(MPLS)
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1、MPLS的基本概念与功能
• MPLS：Multi-Protocol Label Switching
• 提供简单而高速的分组转发机制；
• 支持多种不同的网络层和链路层协议和技术；
• 支持层次化的网络结构；
• 具有业务融合汇聚能力，以节省网络资源；
• 支持单播和组播业务；
• 能够检测并避免环路的发生；
• 支持与非MPLS交换机的互操作。
第十三章第十三章 MPLSMPLS
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
2、MPLS的标准化机构
• 主要机构
IETF的MPLS工作组；
ITU-T的有关工作组SG11，SG13和SG15；
MPLS 论坛(Forum)。
• 标准化的主要工作目标
提供一个综合选路和交换的技术规范；
把路由选择功能设置在网络边缘，由核心网络完成高速的
交换转发；
使可运行在不同的链路层协议基础上：
ATM网络、FR(帧中继)网络、LAN(局域网)
支持不同的网络层协议，目前主要支持
IPv4，IPv6
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
3、IETF有关MPLS的标准
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
4、MPLS的主要三中实现方案
MPLS as a layer three or IP solutionlayer three or IP solution. In this case, the label
is an additional piece of data (Shim Lable) appended to the
beginning of the IP packet.
MPLS components know how to switch using the label,
rather than routing on the contents of the IP header.
MPLS as an IP over Frame Relay solutionIP over Frame Relay solution. In this case,
the label is the data link control identifier (DLCI) in the Frame
Relay header.
MPLS as an IP over ATM solutionIP over ATM solution. In this case, the label is
the ATM VPI/VCI value within the ATM cell header.
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
5、MPLS网络的基本结构
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6、标记
• 标记是加在分组头部的长度固定的标识符，用于标识某一类别
的经过同一传输路径分组业务；
• 标记的格式依赖于不同传输技术的分组封装方式
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6、标记
• 标记的格式
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7、转发等价类(FEC)
• 转发等价类(FEC: Forwarding Equivalence Class)
• 转发等价类FEC可以理解为经历相同传输路径、需要相同服务
质量(QoS)的业务流的构成的业务类别
• 对于同一转发等价类FEC，可以映射到同一标记
• 映射的依据/属性可以是主机地址、地址前缀/网络编号等
• 确定FEC的主要原则：
相同的目的子网
相同的应用类型
目的子网和应用类型的组合
源和目的子网的组合
特殊的QoS需求
IP组播、VPN等
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8、标记分发协议(LDP)
• 标记分发协议(LDP: Label Distribution Protocol)
• LDP是MPLS的信令与控制协议，用于实现MPLS网络边界路由器
(LER)、交换路由器(LSR)等网络设备间的会话，以协商和定义数
据传输过程的各种约定和规则
• LDP定义了如何实现标记与FEC的绑定关系和虚连接的建立方式
• 标记分配的功能可通过LDP实现，也可以在现有的协议，如
RSVP和BGP等，的基础上通过所谓捎带(Piggyback)的方式实现
• 标记分配功能的多种实现方式使MPLS在向后兼容及进一步扩展
方面有很大的优势
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9、LDP的消息类别
• 发现(Discovery)消息
用于发布和维护网络中一个标记交换路由器(LSR)的存在
• 会话/邻接(Adjacency)消息
用于建立、维护和终结LDP会话
• 通告(Advertisement)消息
用于建立、修改和删除FEC对应的标记(标记分发)
• 通知(Notification)消息
用于传输出错通知和建议信息
• 消息的编码格式
LDP的消息采用TLV(Type-Length-Value)编码格式
Type Length Value
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10、标记交换路由器(LSR)
• 标记交换路由器(LSR: Label Switching Router)
• LSR运行传统/普通的IP路由协议(如RIP、OSPF等)，完成路由
功能，负责更新和维护路由表
• LSR运行MPLS的有关控制协议LDP，与邻接设备协调FEC/标记的
绑定信息
• LSR负责建立和维护标记转发表，支持标记交换
• LSR的构建可以在传统(ATM)交换机上实现，也可以将传统的路
由器升级支持MPLS。
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
10
、标
记交
换路
由器
(LS
R)
• 基于
ATM
交换
机构
建L
SR的
实现
方法
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11、标记边缘由器(LER)
• 标记边缘路由器(LER: Label Edge Router)
• LER是一种连接MPLS域与非MPLS域，不同MPLS域的路由器
• LER与MPLS网内部的LSR交换FEC/标记绑定信息
• LER负责确定业务类型，进行FEC划分
• 为到达准备进入MPLS网络的分组加标记，为离开MPLS网络的分
组删除标记；
• 基于传统的IP路由协议完成IP选路功能
• 实施QoS管理，进行接入业务的流量工程控制。
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
12、标记交换路径(LSP)
• 标记交换路径(LSP: Label Switched Path)
• LSP本质上是一条面向连接的虚电路，类似于ATM中的PVC，是
一种由多个LSR组成的交换式分组传输通路
• LSP的建立过程：
基于路由协议和LDP协议实现各种操作；
在确定的传输路径上的各LSR中建立基于标记转发表：
在入口LSR、中间LSR和出口LSR的整个传输路径上建立起
标记于虚电路的映射关系；
形成MPLS网络从不同入口到不同出口的标记交换路径
(LSP).
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
12、标记交换路径(LSP)
• 标记交换路径LSP示例
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
13、MPLS的技术选择
• 标记分配的驱动模式
控制流驱动
数据流驱动
• 标记的分发方式
上游分发
下游按需分发
下游主动分发
• 标记的保持方式
自由标记保持
保守标记保持
• 标记分发控制方式
独立控制 有序控制
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
14、标记分配的驱动模式
• 控制流驱动方式
属于标记预分配的方式，时间开销小
根据控制流的到达来发起标记分配过程，如
拓扑驱动：根据(OSPF/BGP等)路由更新消息
请求驱动：根据LDP或RSVP的资源预留消息
• 数据流驱动方式
特定数据流的到达发起标记分配过程，时间开销大
• 控制流驱动方式在性能、可扩展性、可靠性等方面都有更好的
优势，MPLS主要使用控制流驱动技术
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
15、标记分发方式
• 上游标记分发
适用于组播数据流的传输
• 下游标记分发
(1)下游主动标记分发：
由数据流动方向的下游LSR主动分配标记，无论相关业务
是否结束，标记资源都保留在LSR中.
(2)下游按需标记分发发：
在收到上游节点的业务请求时，才由下游节点分配标记，
业务结束时释放标记资源.
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
16、标记保持方式
• 保守方式
一旦从相邻LSR收到无效的标记映射信息(如冗余的标记映
射等)，本地的LSR将其丢弃.
优点：节省存储空间与处理时间
• 自由方式
从相邻LSR收到无效的标记映射信息时，本地LSR尽可能予
以保存，以便未来使用.
优点：可加速重建路由的过程，提高网络的恢复速度
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
17、标记分发控制方式
• 独立方式独立方式
每个LSR可以独立地计算路由、为FEC建立标记绑定，并向
其上游LSR发出FEC/标记绑定消息。
• 有序方式有序方式
FEC/标记绑定消息从FEC的出口LSR发起，并从下游LSR依
序流向上游的LSR。
用于显式路由，如建立一个经过特定顺序节点的非缺省路
径。 该方式有利与防止环路发生，但时延相对大一些。
• MPLS网络可以同时支持标记分发的两种控制模式，并支持其互
操作。
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
18、显式路由(ER)
• 显式路由(ER：Explicit Route)
• 路由建立过程总明确指定LSP所经由的全部或部分节点，预先
配置各跳的顺序，以替代动态IP路由选路的计算；
• 可通过把业务流在多个通路上转发来平衡骨干网的负荷；
• 可根据特殊的服务需求，如考虑安全、计费和VPN等因素，选
择特定的通路。
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
19、约束路由(CR)
• 约束路由(CR：Constraint Route)
• 可根据特定的约束来选择路由，如
流量的带宽需求
延时要求
优先级等
• 显式路由可看作约束路由的一个子集
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
20、RSVP标记交换功能的扩展
• RSVP-TE：Extensions to RSVP
• 对RSVP可作功能扩展以支持标记交换
• 在Path和Resv消息中增设标记请求、标记分发等信息单元
• 此时资源预留过程不再由终端主机发起，信令交换在MPLS的入
口和出口的LSR之间展开。
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
21、LSP建立过程示例
建立一条连接网络A/B到网络C/D的标签交换路径
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
21、LSP建立过程示例
The steps for setting up an LSP are as follows:
A request for labels to establish an LSP from LER 2 to
destination A (network A) propagates across the network.
This LDP traffic travels on the default channel.
The request arrives at the end point of the proposed LSP at
LER 1. LER 1 is connected to network A.
LER 1 assigns the label (VPI/VCI value) of VP=0, VC=33 to
the portion of the LSP between itself and LSR 1.
This label (VP=0, VC=33) is stored in the label information
base (LIB) of LSR 1.
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
21、LSP建立过程示例
LSR 1 then assigns the label VP=0, VC=45 to the portion of
the LSP between itself and LSR 2.
This label is stored in the LIBs of both LSR 1 and LSR 2.
LSR 1 now has enough information to perform label
switching.
It has an incoming label (VP=0, VC=45) associated with an
interface and an outgoing label (VP=0, VC=33) associated with
another interface.
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第十三章第十三章 MPLSMPLS
21、LSP建立过程示例
LSR 2 assigns the label VP=0, VC=75 to the portion of the
LSP between itself and LER 2.
This label is stored in the LIB of both LSR 2 and LER 2.
The network now has an LSP from LER 2 to LER 1. IP traffic
destined for any networks connected to LER 1 (or to LER 1
itself) will travel along this LSP.
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第七部分完
