MPLS协议简述

Posted 2022-06-06 key_3_feng

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。