基于MPLS的VPN技术原理及其实现.doc

基于MPLS的VPN技术原理及其实现
基于MPLS的技术原理及其实现
关键词： MPLS 多协议标记交换
随着Inter的蓬勃开展，人们对其应用提出了更高的要求。

但
Inter缺乏有效的流量和网络带宽管理手段，网络经常会发生阻塞。

无法对效劳质量(QoS)提供保证，许多应用对于目前的IP技术(如语音和视频等)显得力不从心。

而新兴的多协议标记交换技术(MPLS:MultiProtocol Label Switching)有望解决这一问题。

1 简介
指的是依靠ISP和其它NSP，在公用网络中建立专有数据通信网络的技术。

在虚拟专网中，任意两个接点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链路，而是利用某种公共网的资源动态组成的。

技术采用季认证、存取控制、机密性、数据完整性等措施，以保证信息在传输过程中的机密性、完整性和可用性。

它是在公共Inter之上为政府、企业构恐平安可靠、方便快捷的专用网络，并可节省资金。

技术是广域网建立的最正确解决方染，它不仅会大大节省广域网的建立和运行维护费用，而且拥有本钱低、便于管理，开销少、灵活度高，保密性好等优点。

2 基于MPLS的技术
2.1 MPLS的根本原理
MPLS 是指基于MPLS技术构建的虚拟专用网，即采用MPLS技术，在公共IP网络上构建企业IP专网，实现数据、语音、图像等多业务宽带连接。

并结合差异效劳、流量工程等相关技术，为用户提供高质量的效劳。

MPLS 能够在提供原有网络所有功能的同时，提供强有
力的QoS能力，具有可靠性高、平安性高、扩展能力强、控制策略灵活以及管理能力强大等特点。

mpls是一种特殊的转发机制，它为进入网络中的ip数据包分配标记，并通过对标记的交换来实现ip数据包的转发。

标记作为ip包头在网络中的替代品而存在，在网络内部mpls在数据包所经过的路径通过交换标记（而不是看ip包头）来实现转发；当数据包要退出mpls网络时，数据包被解开封装，继续按照ip包的路由方式到达目的地。

(范文先生网收集) 如图1所示，mpls网络包含一些根本的元素。

在网络边缘的节点就称作标记边缘路由器(ler:label edge router),而网络的核心节点就称作标记交换路由器（lsr：label switching router）。

ler节点在网络中提供高速交换功能。

在mpls节点之间的路径就叫做标记交换路径(lsp:label switched path)。

一条lsp可以看作是一条贯穿网络的单向隧道。

MPLS的工作流程可以分为三个方面：即网络的边缘行为、网络的中心行为以及如何建立标记交换路径。

1. 网络的边缘行为
当IP数据包到达一个LER时，MPLS第一次应用标记。

首先，LER要分析IP包头的信息，并且按照它的目的地址和业务等级加以区分。

在LER中，MPLS使用了转发等价类(FEC:Forwarding Equivalence Class)的概念来将输入的数据流映射到一条LSP上。

简单地说，FEC 就是定义了一组沿着同一条路径、有相同处理过程的数据包。

这就意味着所有的FEC相同的包都可以映射到同一个标记中。

对于每一个FEC，LER都建立一条独立的LSP穿过网络，到达目的地。

数据包分配到一个FEC后，LER就可以根据标记信息库(LIB:Label Information Base)来为其生成一个标记。

标记信息库
将每一个FEC都映射到LSP下一跳的标记上。

如果下一跳的链路是ATM，那么MPLS将使用ATM VCC里的VCI作为标记。

转发数据包时，LER检查标记信息库中的FEC，然后将数据包用LSP 的标记封装，从标记信息库所规定的下一个接口发送出去。

2. 网络的核心行为
最后，数据包到达了MPLS域的另一端，在这一点，LER剥去封装的标记，仍然按照IP包的路由方式将数据包继续传送到目的地。

3. 如何建立标记交换路径
建立LSP的方式主要有两种：
(1)“Hop by Hop (逐跳寻径) ”路由
从传统的IP路由来看，每一台沿途的路由器都要检查包的目的地址，并且选择一条适宜的路径将数据包发送出去。

而MPLS那么不然，数据包虽然也沿着IP路由所选择的同一条路径进行传送，但是它的数据包头在整条路径上从始至终都没有被检查。

在每一个节点，MPLS生成的树是通过一级一级地为下一跳分配标记，而且是通过与它们的对等层交换标记而生成的。

交换是通过标记分配协议(LDP:Label Distribution Protocol)的请求以及对应的消息完成的。

(2)显式路由
MPLS最主要的优点就是它可以利用流量设计“引导”数据包。

MPLS 允许网络的运行人员在源节点就确定一条显式路由的LSP（ER-LSP），以规定数据包将选择的路径。

ER-LSP从源端到目的端建立一条直接的端到端的路径。

MPLS将显式路由嵌入到限制路由的标记分配协议的信息中，从而建立这条路径。

2.2 根本MPLS的实现
如图2所示，基于BGP扩展实现的MPLS三层包含以下根本组件：PE：Provider Edge Router,PE路由器使用静态路由、RIPv2、OSPF 或EBGP与CE路由器交换路由信息。

尽管PE路由器维护着路由信息，但它只需为其直接相连的那些维护路由。

每台PE路由器为其直接相连的每个站点维护一个VRP（Virtual Routing Forwarding Table），每个客户连接映射到某个VRF上。

在从CE路由器上学习本地路由信息。

PE路由器使用IBGP与其它路由器交换路由信息。

PE路由器可以保护到路由反射器的IBGP会话，作为全网状IBGP会话的替代方案。

使用MPLS在供给商骨干中转发数据流量时，入口PE路由器作为入MPLS使用，出入PE路由器作为出中LSR使用。

CE：客户边缘(CE)设备允许客户通过连接一台或多台供给商边缘（PE）路由器的一条数据链路接入效劳供给商网络。

CE设备是一台IP路由器，它与直接连接的PE路由器建立邻接关系。

在建立邻接后，CE路由器把站点的本地路由播送到PE路由器，并从PE路由器上学习远程路由。

Prouter:Provider Router，供给商路由器是没有连接CE设备的供给商网络中的任何路由器。

在PE路由器这间转发数据流量时，供给商路由器作为MPLS连接LSR使用。

由于是在采用两层标记堆栈的MPLS骨干中转发流量，因此供给商路由器只需维护到供给商PE路由器的路由，而不需维护每个客户站点专用的路由信息。

RR:Route Reflector,BGP路由反射器
ASBR:Automated System Border Router，自治系统边界路由器，在实现跨自治系统的时，与其它自治系统交换路由。

MP-BGP：多协议扩展BGP，承载携带标签的IPv4/路由，包括MP-IBGP、MP-EBGP。

PE-CE路由协议：在PE、CE之间传递用户网络路由，可以是静态路由，或RIP、OSPF、ISIS、BGP协议。

LDP：Label distribution Protocol，在PE之间建立尽力而为的LSP，经过P路由器，所有PE、P路由器均需要支持。

RSVP-TE：在需要QoS保障时，在PE之间建立具有QoS能力的ER-LSP。

VRF：Virtual Routing Fowarding Table，虚拟路由转发表，它包含同一个Site相关的路由表、转发表、接口（子接口）、路由实例和路由策略等。

在PE设备上，属于同一的物理端口或逻辑端口对应一个VRF，可通过命令行或网管工具进行配置，主要参数包括
RD(Route Distinguish)、Import Route-Targets、Export Route-Targets、接口（子接口）等。

用户站点：Site是中的一个孤立的IP网络，一般来说，它不通过骨干网公司总部、分支机构都是Site的具体例子。

CE路由器通常为 Site中的一个路由器或交换设备，Site通过一个单独的物理端口或逻辑端口（通常是VLAN端口）连接到PE设备。

用户接入MPLS 后，每个Site提供一个或多个CE与骨干网的PE连接，并在PE上为该Site配置VRF，将连结PE-CE的物理接口、逻辑接口、甚至L2TP/IPSec隧道绑定到VRF上，但不可以是多跳的三层连接。

BGP扩展实现的.MPLS 扩展的BGP NLRI的IPv4地址，在其前增加了一个8字节的RD（Route Distinguisher），用于标记的成员(Site)。

每个VRF可配置某些策略，规定可以接收哪些Site的路由信息，可以向外哪些Site的路由信息。

PE根据BGP扩展的信息进行路由计算，生成相关的路由表。

MPLS BGP三层适用于固定的Inter/Extra用户，每个Site可代表Inter/Extra的总部或分支机构。

MPLS三层的CE与PE设备之间只需要一条物理或逻辑链路，但PE设备必须保存多个路由表。

如果在CPE或PE之间运行动态路由协议，那么PE还必须支持多实例，对PE性能要求较高。

PE与PE之间需要运行BGP协议，可扩展性较差，目前可通过一个或多个路由反射器解决这一问题。

对于同一AS(Automated System)域的，必须建立运营商之间路由器IBGP连接的PE，与路由反射器建立IBGP连接即可。

MPLS BGP三层可通过与Inter路由之间配置一些静态路由的方式，实现的Inter上网效劳，并可为跨不同地域的、属于同一个AS但没有骨干网的运营商提供互连，即提供“运营商的运营商”模式的网络互连。

2.3 MPLS的优点
1.高平安性。

MPLS的标记交换路径(LPS)具有与FR和ATM VCC相似的平安性；另外。

MPLS 还集成了IPSEC加密，同时也实现了对用户透时，用户可以采用防火墙，数据加密等方法，进一步提高平安性。

2.强大的扩展性。

第一，网络可以容纳的数目很大；第二，同一的用户很容易扩充。

3.业务的融合能力。

MPLS 提供了数据、语音和视频三网融合的能力。

4.灵活的控制策略。

可以制定特殊的控制策略，同时满足不同用户的特殊需求，实现增值效劳。

5.强大的管理功能。

采用集中管理的方式，业务配置和调度统一平台，减少了用户的负担。

6.效劳级别协议(SLA)。

目前利用差异效劳、流量控制和效劳级别来保证一定的流量控制，将来可以提供宽带保证以及更高的效劳质量保证。

7.为用户节省费用。

MPLS是一种结合了链路层和IP层优势的新技术。

在MPLS网络上不仅仅能提供业务，也能够开展QoS、TE、组播等等的业务。

随着MPLS应用的不断升温，不管是产品还是网络，对MPLS的支持已不再是额外的要求。

虽然是一项刚刚兴起的综合性的网络新技术，但却已经显示了其强大的生命力。

在我国网络根底薄弱，政府和企业对IP虚拟专用网的需求不高，但相信随着政府上网、特别是在电子商务的推动下，根本MPLS的IP虚拟专用网技术的解决方案必将有不可估量的市场前景。