3. 1与MPLS相关的几个概念及定义

　　a)路由协议：路由协议(如RIP， OSPF)是一种机制，使网络中的每台设备都知道在将一个分组送向其目的地时，传送这个分组的下一跳级(Next-Hop)是哪里。路由器使用路由协议构建路由表，当它们接收到一个分组而必须进行转发判决时，路由器用分组中的目的IP地址作为索引(Index)查寻路由表，利用特定算法获得下一跳机器的地址。路由表的构造和它们在转发时的查寻基本上是两个独立的操作。

　　b)交换：交换概念通常用来描述从一个设备内的输入端口到输出端口的数据传递，这种传送一般是基于第二层的(如ATMVP工/VCI)信息。

　　c)控制部件：控制部件为一个节点建造并维护一个路由转发表(ForwardingTable)。它与其它节点的控制部件共同协作，持续并正确地交换分布路由信息，同时在本地建立转发表。标准的路由协议(如OSPF， BGP和R工P)用于在控制部件之间交换路由信息。

　　d)转发部件：转发部件执行分组转发功能。它使用转发表、分组所携带的地址等信息及本地的一系列操作来进行转发判决。在传统路由器中，最长匹配算法将分组中的目的地址与转发表中的条项进行对比，直到获得一个最优的匹配。更为重要的是，从源到目的地的沿路节点都要重复这一操作。在一个标志交换路由器中，(最佳匹配)标志交换算法使用分组的标志和基于标志的转发表来为分组获取一个新的标志及输出端口。

　　e)路由转发表：路由转发表包含若干条项，提供信息给转发部件，执行其交换功能。转发表必须将每个分组与一个条项(传统条项为目的地址)关联起来，为分组的下一步路由提供指引。

　　f)转发同等类(FEC)：转发同等类(FEC)定义了这样一组分组，从转发的行为来看，它们都具有相同的转发属性。一种FEC是一组单目广播分组，其目的地址均与一个IP地址前缀相匹配。另一种FEC是分组的源及目的地址都相同的一组分组。FEC可在不同的级别上进行定义。

　　g)标志(label)：标志(label)相对较短，长度固定且无结构标识，可在转发进程中使用。标志通过一种绑定操作与一个FEC关联起来。标志正常情况下，对于一个单一数据链路来说仅具有本地意义，不具有全局意义。在ATM环境中相当于它们的VPI/VCI。由于ATM使用固定短区域进行交换，因此可以相信标志交换能成为一种IPoverATM应用的有效方案。在某种事件驱动下，标志与FEC进行绑定，具有一定意义，这种事件可分为以下两种类型：一种是数据驱动绑定，即在数据流开始产生时进行绑定。标志绑定仅在需要时建立，在转发表中只存在很少的几个条项。标志被分配给不同的IP数据流。在一个ATM网络环境中，它需要使用大量的虚电路资源，不易于扩展。另一种是拓扑驱动绑定，当在控制平面激活时其建立与数据流的产生无关。标志绑定可能与路由的更新或RSVP消息的接收有关。拓扑驱动绑定较数据驱动绑定更易于扩展，因此用于MPLS中。

　　h)标志交换转发部件：标志与分组的绑定有若干种方式，对一些网络可以将标志嵌入到链路层的头端(ATMVCI/VPI和帧中继的DLC工)，有时也可以将它嵌入至位于数据链路头端和数据链路协议数据单元(PDU)之间的小标志头端(如位于第二层头端与第三层数据负载之间)，称为“Shim"。这种标志信息能够在链路层进行承载，"Shim”结构可以用于Ethernet， IEEE802.3，或点对点(PPP)链路上，其中一个是为单目广播，另一个是为多目广播(Multicast)，每个标志为4字节。

　　3. 2 MPLS的工作流程

　　在MPLS骨干网络边缘，边界LSR对进来的无标志分组(正常情况下)按其工P头端进行归类划分(Classification)及转发判决，这样IP分组在边界LSR被打上相应的标志，并被传送至到达目的地址的下一跳。

　　在后续的交换过程中，由LSR所产生的固定长度的标志替代IP分组头端，大大简化了以后的节点处理操作，后续节点使用这个标志进行转发判决。一般情况下，标志的值在每个LSR中交换后改变，这就是标志转发。如果分组从MPLS的骨干网络中出来，出口边界LSR发现它们的转发方向是一个无标志的接口，就简单地移除分组中的标志。这种基于标志转发的最重要的优势在于对多种交换类型只需要唯一一种转发算法，可以用硬件来实现非常高的转发速度。

　　MPLS网络由核心部分的标签交换路由器(LSR)、边缘部分的标签边缘路由器(LER)组成。LSR可以看作是ATM交换机与传统路由器的结合，由控制单元和交换单元组成；LER的作用是分析IP包头，决定相应的传送级别和标签交换路径(LSP)。由于MPLS技术隔绝了标签分发机制与数据流的关系，因此，它的实现不依赖于特定的数据链路层协议，可支持多种的物理和链路层技术 (工P/ATM、以太网、PPP、帧中继、光传输等)。MPLS使用控制驱动模型初始化标签捆绑的分配及分发，用于建立标签交换路径(LSP)，通过连接几个标签交换点来建立一条LSP。一条LSP是单向的，全双工业务需要两条LSPo

　　标签交换的工作流程如下：

　　1)由LDP(标签分发协议)和传统路由协议(OSPF等)在LSR中建立路由表和标签映射表；

　　2)在MPLS入口处的LER接收IP包，完成第三层功能，并给IP包加上标签；

　　3)在MPLS出口处的LER将分组中的标签去掉后继续进行转发；

　　4) LSR不再对分组进行第三层处理，只是根据分组上的标签通过交换单元进行转发。

　　3. 3 MPLS技术的实现细节

　　标签结构

　　IP设备和ATM设备厂商是在各自原来的基础上实现MPLS技术的。对于IP设备商，它修改了原来工P包直接封装在二层链路帧中的规范，在二层和三层包头之间插了一个标签(Label)：而ATM设备制造商利用了原来ATM交换机上的VP工/VC工的概念，使用Label来代替了VPI/CVI，当然ATM交换机上还必需修改信令控制部分，引入路由协议。ATM交换使用路由协议来和其它设备交换三层的路由信息。

　　标签的结构如图

　　20比特的LABEL字段用来表示标签值。由于标签是定长的，所以对于路由器来说，可以分析定长的标签来做数据包的转发，这是标签交换的最大优点。定长的标签就意味可以用硬件来实现数据转发，这种硬件转发方式要比必须用软件实现的路由最长匹配转发方式效率要高得多!

　　3比特的EXP用来实现QOS。

　　1比特S值用来表示标签栈是否到底了，对于VPN， TE等应用将在二层和三层头之间插入两个以上的标签，形成标签栈。

　　8比特TTL值用来防止数据在网上形成环路。

　　于是完整的带有标签的二层帧就成了如图形式

　　在ATM信元模式下，信元的结构形式如图

　  LSR设备的体系结构

　　通过修改，能支持标签交换的路由器称为LSR(Label Switch Router)，而支持MPLS功能的ATM交换机一般称为ATM-LSRo

　　LSR设备的体系结构如图

　　LSR的体系结构分为两块：

　　a)控制平面(Control Plane)

　　该模块的功能是用来和其他LSR交换三层路由信息，以此建立路由表和交换标签对路由的绑定信息，以此建立Label Information Table(LIB)标签信息表。同时再根据路由表和LIB生成Forwarding Information Table(FIB)表和Label Forwarding Information Table(LFIB)表。控制平面也就是我们一般所说的路由引擎模块!

　　b)数据平面(Data Plane)

　　数据平面的功能主要是根据控制平面生成的FIB表和LFIB表转发IP包和标签包。

　　对于控制平面中所使用的路由协议，可以使用以前的任何一种，如OSPI"，RIP， BGP等等，这些协议的主要功能是和其他设备交换路由信息，生成路由表，这是实现标签交换的基础。在控制平面中导入了一种新的协议——LDP，该协议的功能是用来针对本地路由表中的每个路由条目生成一个本地的标签，由此生成LIB表，再把路由条目和本地标签的绑定通告给邻居LSR，同时把邻居LSR告知的路由条目和标签绑定接收下来放到LIB表里，最后在网络路由收敛的情况下，参照路由表和LIB表的信息生成FIB表和LFIB表。具体的标签分发模式如下叙述。

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