「MPLS」- 多协议标记交换(Multiprotocol Label Switching)

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问题描述

早期广域网常用的数据链路层协议包括 PPP、HDLC、ATM 等。在 90 年代中期,互联网流量的快速增长,随着全网 IP 化的演进,基于 IP 技术的 Internet 快速普及,但基于最长匹配算法的 IP 技术必须依赖路由器查询路由表来完成转发,但由于硬件技术而转发性能低,所以基于路由器查表转发的 IP 技术的转发性能成为当时限制网络发展的瓶颈;

传统的 IP 转发采用的是逐跳转发:所有路由器需要知道全网的路由;IP-Header 不定长,处理效率低;传统 IP-Forwarding 是面向无连接(不会提前计算转发路径)的,无法提供较好的端到端 QoS 保证;数据报文经过每一台路由器,都要被解封装查看报文网络层信息,然后根据路由最长匹配原则查找路由表指导报文转发。各路由器重复进行解封装查找路由表和再封装的过程,所以转发性能低;

解决方案

MPLS(Multiprotocol Label Switching,多协议标记交换),起源于 IPv4,其核心技术可扩展到多种网络协议,包括 IPv6、IPX、Appletalk、DECnet、CLNP 等。MPLS 的 Multiprotocol 指的就是支持多种网络协议;

最初:为了提高路由器的转发速度而提出的。与传统 IP-Routing 相比,它在数据转发时,只在网络边缘解析 IP-Header(而非在每一跳都解析),后续节点只基于标签转发,减少软件处理流程节约了处理时间;

现在:随着路由器性能的提升,路由查找速度已经不是阻碍网络发展的瓶颈,这使得 MPLS 在提高转发速度方面不再具备明显的优势。但是 MPLS 支持多层标签和转发平面面向连接的特性,使其在 VPN、TE、QoS 等方面得到广泛应用;

原理简述

在 MPLS 中,节点运行 OSPF(或其他路由协议)、LDP(标签分发协议),每个路由都有标签。在 MPLS Domain 中,路由器会为数据包添加标签(在数据链路层和网络层间),每一跳会进行标签转换(成为另一个标签),然后进行路由转发,而无需查找路由表;

在 TCP/IP 中,MPLS 在 L2 和 L3 间增加额外的 MPLS-Lable(标签是个短而定长且仅具有本地意义的标识符),设备通过解析 MPLS-Lable 完成数据转发;

特性特征

MPLS VPN 的主要优点包括但不限于以下几项:

1)实现“一点接入,全网连通”,支持异种介质的互连。而不像传统专线那样在每一对用户设备间采用同样的介质连接,可方便地提供普遍服务;
2)实现“弹性带宽”,采用流量监管技术,在保证用户基本带宽的同时,对突发流量尽力而为,同时基本带宽也可以“软扩容”,即根据用户的需求在一个范围内连续选择;
3)在资源隔离或隧道绑定的 MPLS VPN 技术保证下,充分保证每个 VPN 的专有带宽,满足各类业务有不同的用户,不同的流量模型,不同的 QoS 要求;

高效:MPLS 标签指导报文转发的过程中,使用本地标签查找替代传统 IP 转发的路由查找,大大提高转发效率;
灵活:MPLS 转发过程中使用的标签,既可以通过手工静态配置,又可以通过动态标签分发协议分配;
多协议支持:鉴于 MPLS-Header 在 LAYER-3-HEADER 前,所以能够向所有网络层提供服务;
MPLS 是种 IP 骨干网技术。MPLS 也是种隧道技术,在 IP 路由和控制协议的基础上,向网络层提供面向连接的交换,能够提供较好的 QoS 保证;
根据部署的不同,MPLS VPN 可分为 MPLS L2 VPN 或者 MPLS L3 VPN;

应用场景

目前,MPLS VPN 的主要应用包括企业互连和虚拟业务网络;

企业互连应用

可通过 MPLS VPN 将分布在各地的分支机构、出差员工、合作伙伴的 IP-Network 连接在一起;

MPLS VPN,该网络一般由运营商搭建,VPN 用户购买 VPN 服务来实现用户网络间(分公司和总公司)的路由传递、数据互通等。企业可以自建 MPLS 专网,也可以通过租用运营商 MPLS 专网的方式获得 MPLS VPN 接入服务;

虚拟业务网络

可在同一物理网络上运行多种业务,如 VoIP、IPTV 等,为每个业务建立独立 VPN,实现业务隔离;

参考文献

Multiprotocol Label Switching – Wikipedia