信息通信网——9多协议标记交换MPLS剖析.pptx

第九章第九章 多协议标记交换技术多协议标记交换技术MPLSResourcelIETF Multiprotocol Label Switching(mpls)Working Grouphttp:/www.ietf.org/html.charters/mpls-charter.htmllE.Rosen,A.Viswanathan,R.Callon,Multiprotocol Label Switching Architecture,RFC 3031,January 2001lL.Andersson,P.Doolan,et al.,LDP Specification,RFC 3036,January 2001 lB.Jamoussi,L.Andersson,et al.,Constraint-Based LSP Setup using LDP,RFC 3212,January 2002内容l传统IP转发lMPLS概述lMPLS体系结构l标记分发lMPLS与虚电路交换内容l传统IP转发lMPLS概述lMPLS体系结构l标记分发lMPLS与虚电路交换IP转发概述l通过路由协议散发路由信息l基于目的地址的转发l在每跳节点上执行路由查找算法前缀最长匹配IP转发中的性能问题l在每跳节点上执行基于目的地址的路由查找算法(最长前缀匹配)l每个路由器可能需要所有Internet上的路由信息(超过 100,000条路由).Update:10.0.0.0/8Update:10.0.0.0/810.1.1.110.1.1.110.1.1.110.1.1.1Routing lookupRouting lookupRouting lookupIP转发中的流量工程(Traffic Engineering)问题l站点A和站点B之间大部分的流量仅使用primary linkl基于目的地址的路由算法不能提供在不同路径之间的任何负载均衡(load balancing)机制l基于策略的路由算法能够使用其它的参数来转发分组，但是存在着可扩展性问题Primary 10Gbps linkLarge Site ALarge Site BSmall Site CBackup2Gbps link内容l传统IP转发lMPLS概述lMPLS体系结构l标记分发lMPLS与虚电路交换MPLS基本原理lMPLS是一种基于标记(Label)的分组转发机制标记长度短(20比特)且固定l标记不仅与IP目的网络对应(与传统IP转发相同)，还可与其它的参数，例如QoS或者源地址等lMPLS支持转发除IP之外的其它协议MPLS概念FEC：Forward Equivalence Class，转发等价类，转发等价类 IPa 5 IPb 5 IPc 15LER:Label Edge Router，标记边缘路由器标记边缘路由器LER:Label Edge Router，标记边缘路由器标记边缘路由器LSR:Label Switching Router，标记交换路由器标记交换路由器1535输入端口输入端口输入标记输入标记输出端口输出端口输出标记输出标记1523315223LFIB：Label Forwarding Information Base标记转发信息表标记转发信息表LSP:Label Switched Path,标记交换路径标记交换路径MPLS交换过程l只有边缘标记交换路由器(LER)执行路由查找，给分组分配标记 l其它标记交换路由器(LSR)仅基于标记来交换分组L=5L=310.1.1.110.1.1.1Routing lookup andlabel assignment10.1.0.0/16 L=5Label swappingL=5 L=3Label removal androuting lookupL=3入口入口LERLSR出口出口LER10.1.0.0/16MPLS交换操作：PUSHL=510.1.1.1输入端口输入端口目的网络目的网络输出端口输出端口输出标记输出标记110.1.0.0/1625310.2.0.0/16215入口入口LERLSR出口出口LER10.1.0.0/16MPLS交换操作：SWAPL=5入口入口LERLSR出口出口LER10.1.0.0/16输入端口输入端口输入标记输入标记输出端口输出端口输出标记输出标记1523315223L=3MPLS交换操作：POP入口入口LERLSR出口出口LER10.1.0.0/16输入端口输入端口输入标记输入标记输出端口输出端口输出标记输出标记2310(POP)323412L=310.1.1.1MPLS中的流量工程l基于其它参数(QoS、源地址等)将分组分为不同的FEC，并且分配不同的标记，从而选择不同的LSPl实现不同路径上的负载均衡Primary 10Gbps linkLarge Site ALarge Site BSmall Site CBackup2Gbps link5153MPLS封装l包含在已有的链路层头标中l定义新的MPLS头标LabelATM 信元头标信元头标HECHECDATADATACLPCLPTYPETYPEVCIVCIGFCGFCVPIVPILabel HeaderPPP HeaderPPP HeaderLayer 3 HeaderLayer 3 HeaderPPP头标头标(Packet over SONET/SDH)Label HeaderMAC HeaderMAC HeaderLayer 3 HeaderLayer 3 HeaderLAN MAC Label HeaderMPLS头标(SHIM头标)lMPLS头标长度为32比特20-bit label field3-bit experimental field1-bit bottom-of-stack indicator8-bit time-to-live(TTL)fieldLABELEXPSTTL01922 23312024MPLS标记栈(Label Stack)l2层头标中的协议标示符(PID:Protocol IDentifier)指示在IP头标或者其它第三层头标位于MPLS标记之后lBottom-of-stack bit指示下一头标是标记还是第三层头标lLSR仅处理最顶层的标记FrameHeaderLabel 1IP HeaderPayloadLabel 2Label 3S=0S=0S=1PID=MPLS-IP内容l传统IP转发lMPLS概述lMPLS体系结构l标记分发lMPLS与虚电路交换MPLS体系结构lOSPF：Open Shortest Path First，开放最短路径优先协议，开放最短路径优先协议lLDP：Label Distribution Protocol，标记分发协议，标记分发协议l路由器的功能分为两个主要部分：控制面路由器的功能分为两个主要部分：控制面(control plane)和数据面和数据面(data plane)Data PlaneControl PlaneOSPF:10.1.0.0/16LDP:10.1.0.0/16Label 17OSPFLDPLFIBLDP:10.1.0.0/16Label 4OSPF:10.1.0.0/16417Labeled packetLabel 4Labeled packetLabel 17CISCO SystemslMPLS主要有两个组件:控制面交换第三层路由信息和标记数据面基于标记转发分组l控制面通过路由协议，例如OSPF,EIGRP(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol),IS-IS(Intermediate System-to-Intermediate System),和BGP等来交换路由信息，通过LDP、RSVP、BGP等来交换标记l数据面实现一个简单的转发引擎l控制面维护标记转发信息表(LFIB).说明lLSR：转发标记分组，执行标记交换(Label Swapping)lLER：标记IP分组，并且将其转发到MPLS域，或者去除分组中的标记，将其转发到MPLS域外MPLS DomainLERLSR10.1.1.1L=3L=5L=43L=3120.1.1.110.1.1.120.1.1.1标记交换路由器LSRlATM LSR：仅能转发信元lATM LER：将分组分解成信元，并且将其转发到MPLS ATM域,或者将信元组装成分组并且将其转发到MPLS ATM 域外MPLS DomainATMLERATMLSR10.1.1.1L=1/3L=1/620.1.1.110.1.1.120.1.1.1L=1/3L=1/3L=1/5L=1/5L=1/5L=1/6L=1/6L=1/9L=1/9L=1/9ATM标记交换路由器LSRLSR：所有类型的LSR都执行：交换路由信息交换标记转发分组(LSR和LER)或者信元(ATM LSR和ATM LER)前面两点是控制面功能，最后一点是数据面功能LSR体系结构LSR结构LSR主要转发标记分组或者信元(ATM LSR).LSRControl PlaneData PlaneRouting ProtocolLabel Distribution ProtocolLabel Forwarding TableIP Routing TableExchange ofrouting informationExchange oflabelsIncoming labeled packetsOutgoing labeled packetsLER结构Edge LSRControl PlaneData PlaneRouting ProtocolLabel Distribution ProtocolLabel Forwarding TableIP Routing TableExchange ofrouting informationExchange oflabelsIncoming labeled packetsOutgoing labeled packetsIP Forwarding TableIncoming IP packetsOutgoing IP packetsMPLS操作 Re-Cap1a.路由协议路由协议(例如例如OSPF,IS-IS)建立建立到目标网络的路由到目标网络的路由 1b.标记分发协议标记分发协议(LDP:Label Distribution Protocol)建立到目标网建立到目标网络的标记映射络的标记映射 2.入口入口LER接收分组接收分组,执行执行L3增值服增值服务务,并且标记分组并且标记分组3.LSR使用标记交换转使用标记交换转发分组发分组4.出口出口LER删除相删除相应的标记后发送分应的标记后发送分组组内容l传统IP转发lMPLS概述lMPLS体系结构l标记分发lMPLS与虚电路交换标记分发l标记具有局部意义l标记分发在相邻节点之间进行，一般是由下游LSR给上游LSR分配标记和FEC的绑定关系分组转发方向分组转发方向上游上游LSR下游下游LSRLabelFEC标记分发协议l基于已有协议扩展标记分发功能RSVP：RSVP-TE(Traffic Engineering)BGP：MPLS-BGPl定义新的标记分发协议LDP：Label Distribution ProtocolCR-LDP：Constrained-based Routed LDPl扩展LDP满足流量工程需求，支持建立具有约束(显示路由约束、QoS约束)的标记交换路径(LSP)标记分发方法lUnsolicited Downstream(MPLS-BGP、LDP)lDownstream-on-Demand(RSVP-TE)下游节点向上游节点主动公告标记下游节点向上游节点主动公告标记分组转发方向分组转发方向上游节点向下游节点请求标记上游节点向下游节点请求标记LSR1LSR2LabelFEC分组转发方向分组转发方向LSR1LSR2LabelFECFEC?标记分发协议LDP：报文l发现消息(Discovery Message)通告和维护网络中某个LSR的存在l会话消息(Session Message)建立、维护和中止两个相邻LSR交换标记/FEC绑定信息的会话l公告消息(Advertisement Message)建立、修改和删除标记/FEC绑定l通知消息(Notification Message)提供错误信息等UDPTCP标记分发协议LDP：过程目的网络目的网络输出输出端口端口10.1.0.0/16210.2.0.0/163输入输入端口端口输入输入标记标记输出输出端口端口输出输出标记标记1-2153-212标记15，目的网络10.1.0.0/16目的网络目的网络输出输出端口端口10.1.0.0/16210.2.0.0/16210.1.0.0/1610.2.0.0/16输入输入端口端口输入输入标记标记输出输出端口端口输出输出标记标记1152611238标记只需在节点范围内唯一标记只需在节点范围内唯一标记6，目的网络10.1.0.0/16路由表路由表标记转发信息表标记转发信息表123231公告消息公告消息公告消息公告消息RSVP-TElPATH消息中包含了标记请求lRESV消息中包含了下游节点给上游节点分配的标记LER1LER1PATH消息（消息（LABEL-REQUEST）RESV消息（消息（LABEL）MPLS中的循环检测lMPLS头标中的TTL域的功能与IP头标中的TTL相同，用于防止分组在网络中出现循环l在入口LER，通常将分组的TTL从IP头标拷贝到标记头标中，每经过一跳LSR标记头标中的TTL减一l对于MPLS中不能对TTL值减一的LSP段，根据网络拓扑结构推算出分组将要经过的节点数，然后从TTL中减去当TTL减为0时，分组将被丢弃 MPLS DomainTTL操作l入口LER:TTL从IP头标拷贝到标记头标l出口LER:TTL从标记头标拷贝到IP头标IP TTLLabelTTL544TTL is decreased and copied into label header.43Only the TTL in the top-of-stack entry is modified.2The TTL is decreased and copied back into the TTL field of the IP header.1LERLERMPLS Domain循环检测lTTL为0时标记分组将被丢弃IP TTLLabelTTL43Routing loop544424140LERLER内容l传统IP转发lMPLS概述lMPLS体系结构l标记分发lMPLS与虚电路交换比较MPLS虚电路交换虚电路交换基于标记的交换，标记具有局部意义基于标记的交换，标记具有局部意义基于基于VCI的交换，的交换，VCI具有局部意义具有局部意义通过标记分发协议来创建标记转发信息通过标记分发协议来创建标记转发信息表，本质上是一种无连接的分组交换机表，本质上是一种无连接的分组交换机制制通过专门的连接建立过程来创建转发分组所通过专门的连接建立过程来创建转发分组所需的需的VC表，本质上是一种面向连接的分组表，本质上是一种面向连接的分组交换机制交换机制支持多个目的端相同的分组流的聚合支持多个目的端相同的分组流的聚合(label merging)，使得它们共享一个标，使得它们共享一个标记，分组在出口记，分组在出口LER去除标记后通过网去除标记后通过网络层目的地址继续向前转发络层目的地址继续向前转发由于在目的端通过由于在目的端通过VCI来标识分组，无法将来标识分组，无法将多条具有不同端点的独立路径聚合到同一个多条具有不同端点的独立路径聚合到同一个VCI上上MPLS头标中可能存在多个标记，采用头标中可能存在多个标记，采用标记栈的方式组织标记栈的方式组织分组头标中只有一个分组头标中只有一个VCI