MPLS是啥协议？作用是啥？

Posted 2023-04-23

多协议标签交换（MPLS）是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力。更特殊的是，它具有管理各种不同形式通信流的机制。

MPLS 独立于第二和第三层协议，诸如 ATM 和 IP。它提供了一种方式，将 IP 地址映射为简单的具有固定长度的标签，用于不同的包转发和包交换技术。

它是现有路由和交换协议的接口，如 IP、ATM、帧中继、资源预留协议（RSVP）、开放最短路径优先（OSPF）等等。　　在 MPLS 中，数据传输发生在标签交换路径（LSP）上。LSP 是每一个沿着从源端到终端的路径上的结点的标签序列。现今使用着一些标签分发协议，如标签分发协议（LDP）、RSVP 或者建于路由协议之上的一些协议，如边界网关协议（BGP）及 OSPF。

因为固定长度标签被插入每一个包或信元的开始处，并且可被硬件用来在两个链接间快速交换包，所以使数据的快速交换成为可能。　　MPLS 主要设计来解决网路问题，如网路速度、可扩展性、服务质量（QoS）管理以及流量工程，同时也为下一代 IP 中枢网络解决宽带管理及服务请求等问题。

ATM和标签交换。

由标签交换控制部件(Label Switching Control Component) 控制的ATM接口称为LC-ATM (标签交换控制的ATM)接口。 在这类接口上传输的包为加上标签的包， 其标签栈顶部的标签在VPI/VCI域中。 ATM-LSR之间通过标签分配协议(LDP) 来协商决定标签使用部分还是全部VPI/VCI域。

一个ATM-LSR通常具有若干个LC-ATM接口， 这些接口之间以标签方式传输数据包， 而标签分配过程则通过ATM-LSR之间的非标签接口进行。 当然ATM-LSR为了和其它标签路由器或非标签路由器连接， 也可以具有一般的非标签或标签传输接口 (如一般的ATM接口或基于帧的标签接口)。 通常LC-ATM接口同时支持直接的和基于帧的标签接口相连。

ATM-LSR的特性。

MPLS构架的规定相当灵活， 但由于硬件和ATM标准的约束， ATM-LSR具有一定的特殊性， 在于：

1.由于标签互换(Label Swapping) 过程基于信元头中特定的域(VCI或VCI/VPI)， 所以标签的位置和长度就受到了限制。

2.一般的ATM-LSR 不支持多点到点或点到多点(树形) 的VC连接， 即大多数ATM-LSR 不支持上面提到的VC合并。

3.由于受到 ATM信元格式的限制， ATM-LSR通常不支持通常 IP路由器对IP包头所进行的 TTL递减操作功能。

ATM的标签交换控制。

ATM交换机通过标签控制部件支持标签交换， 标签控制包括标签分配、 发布、 以及维护过程。 标签绑定信息可以通过多种方式传递， 主要是LDP。 标签控制部件只使用从网络层路由选择协议(如OSPF，IS-IS等) 直接得到的信息。 在某些情况下， 标签绑定信息可能通过其它协议发布， 如RSVP、 BGP等(此时ATM交换机应该支持这些协议)。

而ATM-LSR中的标签控制部件并不排斥ITU和ATM论坛所定义的ATM控制部件， 也就是说在一个LC-ATM接口上可以同时支持标签控制和标准的ATM控制方式。 这两部分可以相互独立地工作， 其间只需要交流少部分信息， 如两个部分各自使用的VCI/VPI空间等。

VPI/VCI的使用。

标签交换是通过将标签值与转发等效类(FEC)相关联， 从而使用标签及其互换实现数据包的转发。 在ATM-LSR应用中， 标签值携带在VPI/VCI域或VCI域中， 后者通过VP连接两个LSR。 ATM-LSR之间还需要一个连接来传送非标签的IP包， 用于传送LDP或路由协议包， 这个非MPLS连接上使用RFC1483所规定的LLC/SNAP封装。

LC-ATM接口可以通过配置使用标签值范围以外的VPI/VCI 来传送控制信息或其它非标签包， 用于这个目的的VCI值为0~32。 这里可以使用 RFC1483中规定的空(null)封装或LLC/SNAP封装。

参考技术A 所谓标签交换，就是指传递数据的时候是根据标签来转发。
正常来说数据会根据源目ip地址来查找路由表什么的
但是用了mpls之后，数据包在2层和3层头部之间多了一个标签位
也就是说mpls的设备会检查并根据标签来转发数据，而不需要查找路由表，并且标签转发表是根据路由表整理出来的，所以根据标签转发数据会比根据最长匹配原则转发数据要更优先 参考技术B MPLS最初是为了提高路由器的转发速度而提出的。与传统IP路由方式相比，它在数据转发时，只在网络边缘分析IP报文头，而不用在每一跳都分析IP报文头，节约了处理时间。
MPLS支持多层标签和转发平面面向连接的特性，使其在Virtual Private Network、流量工程、QoS等方面得到广泛应用。
MPLS位于TCP/IP协议栈中的链路层和网络层之间，用于向IP层提供连接服务，同时又从链路层得到服务。MPLS以标签交换替代IP转发，标签是一个短而定长的、只具有本地意义的连接标识符，与ATM的VPI/VCI以及Frame Relay的DLCI类似。
MPLS不局限于任何特定的链路层协议，能够使用任意二层介质传输网络分组。MPLS起源于IPv4（Internet Protocol version 4），其核心技术可扩展到多种网络协议，包括IPv6（Internet Protocol version 6）、IPX（Internet Packet Exchange）、Appletalk、DECnet、CLNP（Connectionless Network Protocol）等。MPLS中的“Multiprotocol”指的就是支持多种网络协议。
由此可见，MPLS并不是一种业务或者应用，它实际上是一种隧道技术，在一定程度上可以保证信息传输的安全性。

STP的作用是啥

STP的作用是防止网桥网络中的冗余链路形成环路工作。

STP是Spanning Tree Protocol的缩写，意思是指生成树协议，可应用于计算机网络中树形拓扑结构建立，主要作用是防止网桥网络中的冗余链路形成环路工作。

但某些特定因素会导致STP失败，要排除故障可能非常困难，这取决于网络设计。生成树协议适合所有厂商的网络设备，在配置上和体现功能强度上有所差别，但是在原理和应用效果是一致的。

扩展资料：

STP的基本思想就是按照树的结构构造网络的拓扑结构，树的根是一个称为根桥的桥设备，根桥的确立是由交换机或网桥的BID确定的，BID最小的设备成为二层网络中的根桥。

BID又是由网桥优先级和MAC地址构成，不同厂商的设备的网桥优先级的字节个数可能不同。由根桥开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置BPDU，非根桥接收配置BPDU，刷新最佳BPDU并转发。

参考资料来源：百度百科—STP

参考技术A

STP的作用：

生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的单点故障、网络回环，解决成环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。

STP也提供了为网络提供备份连接的可能，可与SDH保护配合构成以太环网的双重保护。新型以太单板支持符合IEEE 802.1d标准的生成树协议STP及IEEE 802.1w规定的快速生成树协议RSTP，收敛速度可达到1s。

扩展资料：

STP的工作过程如下：

首先进行根网桥的选举，其依据是网桥优先级（bridge priority）和MAC地址组合生成的桥ID，桥ID最小的网桥将成为网络中的根桥（bridge root）。

在此基础上，计算每个节点到根桥的距离，并由这些路径得到各冗余链路的代价，选择最小的成为通信路径（相应的端口状态变为forwarding），其它的就成为备份路径(相应的端口状态变为blocking)。

STP生成过程中的通信任务由BPDU完成，这种数据包又分为包含配置信息的配置BPDU（其大小不超过35B）和包含拓扑变化信息的通知BPDU（其长度不超过4B）。

参考资料来源：百度百科——STP

参考技术B STP的全称是spanning-tree protocol,STP协议是一个二层的链路管理协议，它在提供链路冗余的同时防止网络产生环路。STP协议(Spanning tree protocol)的本质就是实现在交换网络中链路的备份和负载的分担.stp是生成树协议,主要功能是从拓扑中清除第2层环路
一.STP增强特性:
传统的802.1d标准的STP,有一些缺陷,比如当一个交换机检测到链路发生故障,再到网络重新收敛的时候,至少要等50秒的时间(转发延迟+BPDU最大生存周期).当一个端工作站,比如PC或服务器,插到交换机某个端口后,该端口同样会经历STP的一些状态,比如监听和学习.但是端工作站不会引起层2环路,因此,对于接端工做站的端口,没必要经历这相对漫长的STP收敛时间.因此 CISCO提出了Port Fast这一特性.启用该特性的端口无需经历转发延迟可以直接进入转发状态,减少收敛时间.该特性类似802.1w标准里的边缘端口(EP):

在启用这种特性的时候,必须保证该端口连接的是端工作站,而不是交换机或者集线器等网络设备,否则会引起环路问题.另外,如果在该端口启用了语音VLAN,那么Port /---全局启用Port Fast特性---/
Switch(config-if)# spanning-tree portfast [trunk] /---基于接口的启用Port Fast特性---/
Switch(config-if)# spanning-tree portfast disable /---禁用Port Fast特性---/
注意,如果要在trunk端口启用该特性,先要确保该trunk端口不会引起环路.

另外一种减少STP收敛时间的技术是Uplink Fast特性:
当交换机A检测到链路L2出故障后,会立刻切换到L3,从而跳过STP的监听和学习阶段(转发延迟),节约近30秒的时间达到快速收敛.另外要注意的是,如果配置了VLAN的优先级,那么不能启用该特性.因为该特性是对所有VLAN生效而不是针对某一个VLAN生效.一旦启用该特性后,交换机的网桥优先级自动被设置为49152;如果你的链路开销小于3000,那么开销将自动增大为3000(如果大于3000则不会).该举动的意图是防止交换机(如上图里的交换机A)成为根桥.
配置方式如下:
Switch(config)# spanning-tree uplinkfast [max-update-rate pps] /---全局启用Uplink Fast---/
可选参数值的范围是0-32000,默认每秒150个包,值越低收敛越慢.

如果照上图里,当链路L1出故障后,Uplink Fast特性就不能弥补该缺点.因此出现了Backbone Fast特性:

当交换机C通过下级BPDU信息(inferior BPDU)检测到L1出故障后,由于L1不是它到根桥的直连链路.因此,交换机C会发送根链路查询信息(RLQ).当收到RLQ的应答后,交换机C将自己原本处于堵塞状态的端口立即设置为转发状态(把最大生存周期的20秒给老化掉),为B提供一条到根桥的替代路径.但要经过转发延迟,也就是大约30的时间.一旦启用该特性,必须在所有的交换几上都使用.但如果此时新增加一个交换机进来,该交换机也会发送下级BPDU信息声称自己想成为根桥(野心够大啊).不过其他交换机会忽略该下级BPDU,并且交换机B会告诉它A才是根桥:

配置方式:
Switch(config)# spanning-tree backbonefast /---全局启用Backbone /---在启用了Port Fast特性的端口上启用BPDU Guard---/
Switch(config-if)# spanning-tree bpduguard enable /---在不启用Port Fast特性的情况下启用BPDU Guard---/

而BPDU Filtering特性和BPDU Guard特性非常类似.通过使用BPDU Filtering,将能够防止交换机在启用了Port Fast特性的端口上发送BPDU给主机:
如果全局配置了BPDU /---在启用了Port Fast特性的端口上启用BPDU Filtering---/
Switch(config-if)# spanning-tree bpdufilter enable /---在不启用Port Fast特性的情况下启用BPDU Filtering---/

一般层2网络的SP可能会有多条达到客户网络的连接.为了防止客户交换机偶然成为根桥,可以在连接到客户交换机的端口上使用Root Guard特性来避免这一问题的发生.如果STP偶然选出客户交换机的某个端口做为根端口(RP),那么Root Guard特性将把该端口设置为root-inconsistent状态(堵塞)来防止客户交换机成为根桥:

配置Root /---启用Root Guard特性---/
注意,Root Guard和Loop Guard特性不可同时使用,也不要在启用了Uplink Fast特性的端口上启用该特性.该特性一旦配置后,对所有VLAN都生效.

另外,也可以使用Loop Guard技术替代端口(AP)或RP由于单向链路的故障问题成为指定端口(DP):

如上图,交换机A做为根桥,由于交换机B和C之间发生单向链路故障,C将不能从B那里接收到BPDU.如果没有启用该特性,那么交换机C在最大生存周期(Max Age)计时器超时之后,交换机C上的堵塞端口将转换到监听状态,并最终会在30秒之后转换到转发状态.当交换机C的原先处于堵塞状态的端口进入到转发状态的时候,交换机B上原先的DP还处于转发状态,而一个桥接网段上只能有一个DP,因此就产生了环路.如果启用了Loop Guard特性之后,当最大生存周期超时之后,交换机C上的堵塞端口将过渡到loop-inconsistent状态(堵塞),处于该状态的端口不能传递任何流量.因此就不会产生层2环路.
配置Loop Guard:
Switch(config)# spanning-tree loopguard default /---启用Loop Guard特性---/
注意,Loop Guard和Root Guard特性不可同时使用. 参考技术C 　　STP（Spanning
Tree
Protocol）是生成树协议的英文缩写。该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。
　　STP的基本原理是，通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文（在IEEE
802.1D中这种协议报文被称为“配置消息”）来确定网络的拓扑结构。配置消息中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。
　　生成树协议STP/RSTP
　　1.
技术原理：
　　STP的基本思想就是生成“一棵树”，树的根是一个称为根桥的交换机，根据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但任意时刻只能有一个根桥。由根桥开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置报文，非根桥接收配置报文并转发，如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文，则说明从该交换机到根有不止一条路径，便构成了循环回路，此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞，消除循环。当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候，交换机认为端口的配置超时，网络拓扑可能已经改变，此时重新计算网络拓扑，重新生成一棵树。
　　2.
功能介绍：
　　生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的网络环回，解决成环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。STP也提供了为网络提供备份连接的可能，可与SDH保护配合构成以太环网的双重保护。新型以太单板支持符合ITU-T
802.1d标准的生成树协议STP及802.1w规定的快速生成树协议RSTP，收敛速度可达到1s。
　　但是，由于协议机制本身的局限，STP保护速度慢（即使是1s的收敛速度也无法满足电信级的要求），如果在城域网内部运用STP技术，用户网络的动荡会引起运营商网络的动荡。目前在MSTP
组成环网中，由于SDH保护倒换时间比STP协议收敛时间快的多，系统采用依然是SDH
MS-SPRING或SNCP，一般倒换时间在50ms以内。但测试时部分以太网业务的倒换时间为0或小于几个毫秒，原因是内部具有较大缓存。SDH保护倒换动作对MAC层是不可见的。这两个层次的保护可以协调工作，设置一定的“拖延时间”（hold-off），一般不会出现多次倒换问题。
　　STP还有屏蔽双绞线的意思（Shielded
Twisted-Pair)
　　在生物学，化学以及物理等学科中，STP是standard
temperature
and
pressure的缩写。在理工实验中一般指273K、100KPa的环境；而在医学中则是指“标准体温与脉搏”。 参考技术D 防止广播风暴的产生 在逻辑上断开环路