现代交换技术MPLS论文

【标题】帧模式MPLS的技术与应用

【摘要】随着通信技术以及计算机技术的快速发展，人们对网络经济业务提出了更高的要求，这些网络业务要求需要具备相应的数据传输交换技术与之相配套，因此，传统路由交换交换技术不能充分地满足各种新网络业务的需求，所以产生了多协议标签交换技术，此技术能够满足各种不同的业务需求。本文将主要围绕帧模式下多协议标签交换的原理及应用进行阐述【关键词】多协议标签交换帧模式原理应用

【正文引】多协议标签交换（MPLS）是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速，高校传输的技术，是一种可提供高性价比和多业务能力的交换技术，采用MPLS技术可以提供灵活的流量工程，虚拟专网等业务，同时，MPLS也是能够完成涉及多层次网络集成控制与管理的技术，在现代通信技术的发展中起着至关重要的作用。随着科学技术的不断发展与进步，技术的发展需要在通信网络中建立完善的高质量的宽带通信网络。下面将对帧模式下MPLS的工作原理以及在通信传输中的应用进行详细地阐述。

【正文】

一．帧模式MPLS的起源

1.1传统的IP路由

路由器转发报文时必须有一个依据，这个依据就是路由。也就是说，路由就是指导IP报文转发的路径信息。路由器的转发特点是逐跳转发，即路由只指导本地转发，而不影响其他设备转发，设备之间的转发是相互独立的。这种技术是一种面向非连接，在数据传输时尽力而为的协议，由于每一跳都需要分析IP头，效率低，服务质量难于部署，而且所有路由器都要知道整个网络的所有路由，在路由器数量变多时管理会有很大困难，

1.2新兴的ATM

ATM(Asynchronous Transfer Mode）顾名思义就是异步传输模式，ATM信元是固定长度的分组，A TM技术简化了交换过程，去除了不必要的数据校验，采用易于处理的固定信元格式，所以ATM交换速率大大高于传统的数据网，如x.25，DDN,帧中继等。但是由于ATM技术中信令的建立过程复杂，路由灵活性差等缺点，还需新的技术来完善。

1.3结合两者的MPLS

多协议标签交换技术诞生的目的在于将ATM与IP技术结合，Layer 3 路由-- 可伸缩性和灵活性，Layer 2 交换-- 高可靠性和流量工程管理。

二．帧模式MPLS技术细节和工作原理

2.1 MPLS的工作模式

多协议标签交换技术有两种工作模式，工作在ATM中则是为信元模式，工作在IP中则为帧模式

2.2帧模式中的“帧”

数据链路层上的传输单位是帧，帧通过特定的称为网络驱动程序的软件进行成型，然后通过网卡发送到网线上，通过网线到达它们的目的机器，在目的机器的一端执行相反的过程。接收端机器的以太网卡捕获到这些帧，并告诉操作系统帧已到达，然后对其进行存储。MPLS 的“帧”数据由两部分组成：帧头和帧数据，帧头包括接收方主机物理地址的定位以及其它网络信息，帧数据区含有一个数据体

2.3如何理解标签

2.3.1什么是标签

标签是一个由四个字节组成且只在本地有意义的固定长度短标识符，用于标识转发等效类(FEC)。放置在特定数据包上的标签表示该数据包将要分配到的FEC。

∙Label - 标签值（无结构），20 位

∙Exp - 供试验用，3 位；目前用作服务等级(CoS) 字段。

∙S - 堆栈的底部，1 位

∙TTL—生存时间，8个位

2.3.2标签的作用与优点

多协议标签交换技术的核心之一便是标签，在MPLS网络内标签被用来对报文进行封装，然后将携带特定标签的报文转发到网络内部的交换机，在接收到相应IP报文后通过内部标签信息沿着标签交换路径转发报文，入口路由器不是将报文映射到下一路由器，而是在分组上添加表示分组归属转发等价类的一个标签。标签用于索引一个包含出端口和一个新标签的连接表。旧标签被新标签取代，然后分组从出端口转发到下一跳路由器。。

2.3.3标签的分发与管理

1.标签分配模式多为下游分配，大致流程是：一个标签交换路由器A发现一个新的转发等价类，在路由表中查找该转发等价类的下一跳信息。这里根据查找情况可以分为三种分配方法：如果下一跳路由器B可以分配该转发等价类的标签，则为该转发等价类分配标签，发送给上一跳路由器A。若下一跳路由器B可以给上一跳路由器A分配标签，则B要向传输转发等价类的下一跳路由器C请求标签。若B不能给A分配标签也不能给转发等价类分配标签，则等待B的下一跳路由器C为转发等价类分配标签。

2.标签分配的驱动模式有三种：拓扑驱动是指依靠路由协议控制信息来驱动标签的分配，进而完成交换路径的建立。基于申请的控制驱动与拓扑驱动一样具有路径预建立的优点，虽然需要耗费更多的标签资源，但是非常适合有特殊服务质量需求的业务。业务流驱动的优点是可以避免不必要的标签资源浪费，但是转发速度比较慢。

3.标签分发控制有独立的标签分发控制和有序的标签分发控制两种。独立标签分发控制是指每个结点可以在任何时候向其相邻结点发送标签映射信息。而有序标签分发控制则需要满足一定的条件才能触发，可以保证标签分发的完整性和一致性。

4.MPLS将只记录下一跳所分发的标签信息的处理模式称为保守的标签保持模式，而将记录所有对标签交换路由器分发的标签信息的处理信息模式称为自由的标签保持模式。采用前者可以节省储存器空间，而后者具有更快的路由交换速度。

2.3.4标签栈

标签中占用1位的S即为堆栈的底部，也就是标签栈。标签栈的取值有四个。

值0 表示“IPv4 显式NULL 标签”。此标签表示必须对标签堆栈执行弹出操作，并且数据

包转发必须基于IPv4 报头。这有助于在到达出口路由器之前保证Exp 位安全。它用在基于MPLS 的QoS 中。

值1 表示“路由器警报标签”。如果收到的数据包在标签堆栈的顶部包含此标签值，则该数据包将传送到一个本地软件模块以进行处理。实际的数据包转发由标签堆栈中位于数据包下面的标签决定。不过，如果进一步转发该数据包，则在转发之前应将“路由器警报标签”推送回标签堆栈。此标签的用法与IP 数据包中Router Alert 选项的用法类似（例如，带record route 选项的ping）

值2 表示“IPv6 显式NULL 标签”。它表示必须对标签堆栈执行弹出操作，并且数据包转发必须基于IPv6 报头。

值3 表示“隐式NULL 标签”。这是LSR 可分配和分发的标签。不过，它从不真正出现在封装中。它表示LSR 将从标签堆栈中弹出顶部标签，然后通过传出接口（按照Lfib 中的项）转发数据包（标记或非标记）的剩余部分。虽然此值可能从不出现在封装中，但需要在标签分配协议中指定此值，因而保留了一个值。

2.4帧模式MPLS的工作原理

首先，传统路由协议和标记分发协议（LDP）一起，在各个标签交换路由器（LSR）中为有业务需求的转发等价类（FEC）建立路由表和标记映射表（FEC-label映射），即成功建立标签交换路径（LSP）。入口边缘结点接收分组，判定分组所属的FEC，给分组加上标签（Label）。在MPLS域中只依据标记和标记转发表通过转发单元进行转发。

出口边缘结点将标记去掉，继续转发。

三．MPLS的实际应用

3.1点到点的虚拟共享专线业务

点到点的虚拟共享专线，可以通过Port或者Port+VLAN的方式来对业务数据封装标签，从而达到对带宽虚拟共享的目的。

上图中，两个站点间的VCTRUNK通道构成一个LSP，通过对不同Port数据封装上相应的标签(Tunnel+VC)，达到数据共享带宽，并且相互隔离。

其中MPLS VPN网络主要由CE、PE组成：

(1)CE (用户边缘设备)

用户端接入设备，上联到运营商网络的PE

CE路由器将站点的本地路由广播给PE路由器，并从该PE路由器学习到远端VPN路由(2)PE (运营商边缘路由器)

通过路由协议汇接CE，维护与其直接相连的那些VPN的VPN路由信息(VRF)，每个用户链接被映射至一个特定的VRF,一个PE路由器上的多个端口可与一个VRF相联系。PE路由器具有维护多个转发表的能力以支持每个VPN间路由信息的隔离，在从CE路由器学习到本地VPN路由后，PE路由器使用IBGP 与其它PE路由器交换路由信息。PE路由器之间保持全网状会话。3.2虚拟共享局域网业务