第5章多协议标记交换MPLS
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2017年6月15日10时8分
控制驱动的LSP建立
执行过程
在数据传输开始之前，利用控制协议(扩展的RSVP)发 出请求，各LSR收到请求后立即进行标记分配直至标记 交换路径的建立。 具体过程：
MPLS入口节点在发送数据前，先沿路由方向逐跳向下游节点 发送一个“路径建立”消息，并请求下游节点为该数据流分配 一个标记，该消息经过沿途各节点转发，直至出口节点 出口节点收到消息后，如果有足够资源，则 在本地分配一个标记，并向上游节点发送一个包含该标记 的预留信息 每个上游节点收到该消息后，重复下游节点的动作，直至 整个LSP建立
上游LSR针对路由表中的每一项发送一个标记请求给下游LSR，请求它为 通往该IP地址前缀所指定的路由分配一个标记。 下游LSR生成一个标记，放入和该路由相关联的表项中的输入标记字段， 并发送一个标记映射消息给它的上游LSR。 当上游LSR收到来自下游LSR的绑定信息后，将标记放在转发表中与该路 由相关联的表项的输出标记字段中。 上游方向 LSR #1 输入 输出 K 标记请求消息 LSR #2 输入 K 输出 下游方向
显示指定LSP路由
动态建立LSP的控制协议有两种
标记分配协议LDP 资源预留协议RSVP
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2017年6月15日10时8分
标记交换路由器结构
控制构件
执行传统路由协议，维护路由表 通过LDP建立LSP，创建并维护LSP对应的转发表 根据分组标记查转发表进行转发
路由信息 标记分配 信息
假设某个数据流的传送路径为(Ha, R1, R2, …, Rn, Hb), 其中Ha, Hb分别为数据源主机和目的主机， R1, R2, …, Rn为标记交换路由器。 数据流驱动方式操作如下：
对于该数据流的前N个分组，各标记交换路由器按照普通路由器的方 式进行分组转发。N的取值取决于LSP建立完成的时间及分组到达的 速率。 根据数据流的特性（如数据流类别、原地址/源端口号、目的地址/目 的端口号等），各LSR进行数据流到FEC的映射并触发一条LSP的建 立过程。
扩展发现机制可以确定与某LSR不直接相邻的其它LSR的存在
11
2017年6月15日10时8分
LDP的标记分配方法
下游分配标记
依据FEC的数据流向，由链路下游LSR分配放在分组中的 标记，并与该FEC的IP目的地址前缀绑定 具体方法：
LSR对路由表中每一项，都生成一个标记，并把该标记放入转发表 中与该路由相关联的FEC的输入标记字段中 然后传送一个标记映射消息给上游相邻LSR，该映射包含IP目的 地址前缀和分配的标记 当上游LSR收到此映射消息，先检查发送该消息的LSR是否为通往 该IP前缀的下一跳LSR。若是，则上游LSR将标记放入转发表中与 该路由相关联的表项中的输出标记字段；
13
A
K
LDP的标记分配方法
上游分配标记
如果LSR有一个或多个点对点接口，且路由表中每一项路由都可以通 过其中一个接口到达下一跳LSR，则LSR将对路由表的每一项路由分 配一个标记，并将标记放入转发表中与该路由相关联的表项的输出标 记字段中。 然后该LSR发送一个标记映射消息给指定路由的下一跳LSR，消息中 包含了用于标明路由的IP目的地址前缀和绑定该IP地址前缀的标记。
Байду номын сангаас转发构件
路由控制与分 组转发完全分 离，彼此独立 控制构件对转 发构件的作用 只是维护分组 转发表；转发 构件可自由选 择转发方法
8
路由协议
发送端
LDP 路由表
标记分配信息
控制构件 转发构件
输入分组 转发表 分组处理
输入端口
交换网络
输出端口
输出分组
2017年6月15日10时8分
4.2 MPLS标记分配协议LDP
具有相同标记的分组隶属于同一FEC 通常只有几个字节长度，如标准MPLS标记为4字节 标记位于帧首部与IP分组首部之间
4
2017年6月15日10时8分
基本术语
MPLS网络
MPLS网络由MPLS节点和链路组成 MPLS节点由边缘标记路由器(LER)和标记交换路由器(LSR)组成
基本方法
在实际数据流分组到达时进行标记分配并在线建立LSP。 需要在线地标识和识别一个转发等价类FEC 典型方法：将属于同一个数据流的分组映射到一个FEC， 即把具有相同源地址和目的地址以及TCP/UDP端口号 的数据分组映射到某个FEC。
特点
16
2017年6月15日10时8分
数据流驱动的LSP建立
上游方向 LSR #1 A 输入 A 输出 K LSR #2 输入 K 输出 Z 下游方向
K
12
Z
LDP的标记分配方法
下游按需分配标记
依据FEC的数据流向，仍由链路下游LSR分配放在分组中的标记，并 与该FEC的IP目的地址前缀绑定 但下游节点只在收到上游节点为指定的IP目的地址前缀分配标记的请 求后，才开始标记分配的过程。 具体方法：
能有效利用标记空间，适用于LSR标记空间有限、网络数 据流较多而生命期不长的情况。
由于需要在线建立LSP，在数据传输初期可能有较大时延。
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2017年6月15日10时8分
拓扑驱动的LSP建立
基本思想
以网络的拓扑结构为基础进行标记分配。
方法
以路由表为基础，沿路由方向逐跳进行标记的 分配 由于去往不同目的地址的路由事先已计算好， 拓扑驱动标记分配方式相当于一种“预分配” 方式，与实际到达的分组无关
MPLS域
MPLS网络可以多层嵌套 每一层称为一个MPLS域
IP分组入
IP分组出
MPLS域2
压入
标记栈
压入
MPLS域1
弹出 弹出
是多个标记的堆栈，用于多个MPLS域嵌套的情况 进入一个MPLS域，需要标记压入栈 离开一个MPLS域，需要标记弹出栈
链路层帧 MPLS标记栈
帧首 MPLS标记 … MPLS标记
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2017年6月15日10时8分
两种选择LSP路由的方式
LSP是MPLS网络根据LDP协议建立的，在分组到来之前就 已经存在了。当一个分组到来，选择LSP路由的方式有如下 两种：
用现有的IP路由协议选择LSP路由
按IP路由规则确定LSP路由，如按最短路由确定 每个IP分组首部都需要携带显示路由选项 只需在建立LSP时确定路由 显示路由是在信令控制下完成的
LDP协议是MPLS域中路由器用来在边缘路 由器之间建立标记交换路径(LSP)的关键协议。
LDP的发现机制
基本发现机制 扩展发现机制 LDP会话建立与维护 LDP会话连接的建立 维护Hello邻接点
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2017年6月15日10时8分
LDP的发现机制
基本功能
是使LSR能自动发现其它潜在的LDP对等实体(使 用LDP的其它LSR)。
MPLS的缺点
22
2017年6月15日10时8分
MPLS的应用
MPLS虚拟专用网
流量工程
GMPLS
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2017年6月15日10时8分
一旦LSP建立完成，该数据流随后的分组将通过该LSP传送。
如果数据传输结束或者有较长时间该LSP上没有数据传输，则各LSR 将撤销该LSP，回收标记，以供其他数据流使用。
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2017年6月15日10时8分
数据流驱动的LSP建立
特点(优缺点)
可以针对单个数据流也可以针对多个数据流，取决于采用 何种策略把分组映射到FEC。
实现标记分组的快速转发
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2017年6月15日10时8分
MPLS网络结构
IP骨干网 主机 LER IP路由器 LSR LSR 主机 LSR LSR LER IP路由器
标记边缘路由器 (LER-Label Edge Router) 位于MPLS网络边缘 对于入口IP分组进行分类并加上标记 对于出口IP分组删除标记 标记交换路由器 (LSR-Label Switch Router) 位于MPLS网络中 运行MPLS协议，完成标记交换功能
2017年6月15日10时8分
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LSP的建立过程
LSP建立分为三个阶段
(1)
网络启动后在路由协议的作用下，在各路 由器中建立路由表 根据路由表，各路由器在标记分配协议 LDP控制下建立标记转发表
(2)
(3)
将入口LER、中间LSR和出口LER的输入/ 输出标记相互映射链接起来后，就形成从 不同入口LER到不同出口LER的LSP
基本发现机制
每个LSR周期性地广播发送LDP Hello消息
某个LSR收到Hello消息，说明该接口与一个潜 在的LDP对等实体相邻
基本发现机制可以确定与某LSR直接相邻的其它LSR的存在
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2017年6月15日10时8分
LDP的发现机制
扩展发现机制
每个LSR周期性地发送LDP Hello消息 该Hello消息中指定了目的LSR的IP地址(单播) 目的LSR收到Hello消息后，如果应答(回送 Hello消息)，则发送方将其视为潜在的LDP对 等实体
上游方向
LSR #1
点对点链路
LSR #2 输入 K
下游方向 目的网络
输入 ？
输出 K
K
输出 ？
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2017年6月15日10时8分
5.3 标记交换路径(LSP)的建立
三种LSP建立方式
数据流驱动的LSP建立 拓扑驱动的LSP建立 控制驱动的LSP建立
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2017年6月15日10时8分
数据流驱动的LSP建立
第5章 多协议标记交换(MPLS)
5.1 MPLS概念与工作过程
5.2 MPLS标记分配协议
5.3 标记交换路径的建立过程
5.4 MPLS的优缺点和应用
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2017年6月15日10时8分
5.1 MPLS概念与工作过程
IETF于1997年提出，针对计算机网络
核心思想
对分组进行分类标记
建立标记交换路径
IP分组
分组首部 分组载荷 帧尾
MPLS工作过程
MPLS域中各个标记交换路由器使用标记分配协议(LDP)，在边缘路由 器之间建立标记交换路径(LSP)，LSR根据这些LSP构造转发表。
当一个IP分组到达MPLS时，入口LER对接收的IP分组进行分类，然 后将属于不同FEC的分组映射到不同的LSP。根据转发表将分组加上 标记，并转发到下一个LSR。(LER的转发表不同于LSR，只表示标记 与FEC的对应关系，因此只有输出标记，无输入标记) LSR对每一个接收到的分组，利用输入端口号和输入标记查找转发表， 找到相应的输出标记和输出端口号。用新标记替换旧标记，然后转发 出去 当MPLS分组要离开MPLS域时，出口LER将MPLS分组标记去掉，恢 复成普通IP分组转发给IP子网
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2017年6月15日10时8分
5.4 MPLS的优缺点和应用
MPLS的优点
转发简单而快速 (用标记取代IP目的地址) 采用FEC，增强扩展性 （标记和路径复用） 支持基于QoS的路由 具有流量管理功能 对短数据流，信令开销比例大 LSP聚合操作复杂 对业务感知、识别和分配FEC技术还不太成熟 对组播业务支持不够灵活
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2017年6月15日10时8分
基本术语
转发等价类(FEC-Forwarding Equivalence Class)
代表有相同服务需求的分组集合 对于FEC中的所有分组，网络将采用相同的处理方式转发
标记(Label)
是一个定长且只有局部意义的连接标识符，用于标识一个
转发等价类
2017年6月15日10时8分
控制驱动的LSP建立
执行过程
在数据传输开始之前，利用控制协议(扩展的RSVP)发 出请求，各LSR收到请求后立即进行标记分配直至标记 交换路径的建立。 具体过程：
MPLS入口节点在发送数据前，先沿路由方向逐跳向下游节点 发送一个“路径建立”消息，并请求下游节点为该数据流分配 一个标记，该消息经过沿途各节点转发，直至出口节点 出口节点收到消息后，如果有足够资源，则 在本地分配一个标记，并向上游节点发送一个包含该标记 的预留信息 每个上游节点收到该消息后，重复下游节点的动作，直至 整个LSP建立
上游LSR针对路由表中的每一项发送一个标记请求给下游LSR，请求它为 通往该IP地址前缀所指定的路由分配一个标记。 下游LSR生成一个标记，放入和该路由相关联的表项中的输入标记字段， 并发送一个标记映射消息给它的上游LSR。 当上游LSR收到来自下游LSR的绑定信息后，将标记放在转发表中与该路 由相关联的表项的输出标记字段中。 上游方向 LSR #1 输入 输出 K 标记请求消息 LSR #2 输入 K 输出 下游方向
显示指定LSP路由
动态建立LSP的控制协议有两种
标记分配协议LDP 资源预留协议RSVP
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2017年6月15日10时8分
标记交换路由器结构
控制构件
执行传统路由协议，维护路由表 通过LDP建立LSP，创建并维护LSP对应的转发表 根据分组标记查转发表进行转发
路由信息 标记分配 信息
假设某个数据流的传送路径为(Ha, R1, R2, …, Rn, Hb), 其中Ha, Hb分别为数据源主机和目的主机， R1, R2, …, Rn为标记交换路由器。 数据流驱动方式操作如下：
对于该数据流的前N个分组，各标记交换路由器按照普通路由器的方 式进行分组转发。N的取值取决于LSP建立完成的时间及分组到达的 速率。 根据数据流的特性（如数据流类别、原地址/源端口号、目的地址/目 的端口号等），各LSR进行数据流到FEC的映射并触发一条LSP的建 立过程。
扩展发现机制可以确定与某LSR不直接相邻的其它LSR的存在
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2017年6月15日10时8分
LDP的标记分配方法
下游分配标记
依据FEC的数据流向，由链路下游LSR分配放在分组中的 标记，并与该FEC的IP目的地址前缀绑定 具体方法：
LSR对路由表中每一项，都生成一个标记，并把该标记放入转发表 中与该路由相关联的FEC的输入标记字段中 然后传送一个标记映射消息给上游相邻LSR，该映射包含IP目的 地址前缀和分配的标记 当上游LSR收到此映射消息，先检查发送该消息的LSR是否为通往 该IP前缀的下一跳LSR。若是，则上游LSR将标记放入转发表中与 该路由相关联的表项中的输出标记字段；
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A
K
LDP的标记分配方法
上游分配标记
如果LSR有一个或多个点对点接口，且路由表中每一项路由都可以通 过其中一个接口到达下一跳LSR，则LSR将对路由表的每一项路由分 配一个标记，并将标记放入转发表中与该路由相关联的表项的输出标 记字段中。 然后该LSR发送一个标记映射消息给指定路由的下一跳LSR，消息中 包含了用于标明路由的IP目的地址前缀和绑定该IP地址前缀的标记。
Байду номын сангаас转发构件
路由控制与分 组转发完全分 离，彼此独立 控制构件对转 发构件的作用 只是维护分组 转发表；转发 构件可自由选 择转发方法
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路由协议
发送端
LDP 路由表
标记分配信息
控制构件 转发构件
输入分组 转发表 分组处理
输入端口
交换网络
输出端口
输出分组
2017年6月15日10时8分
4.2 MPLS标记分配协议LDP
具有相同标记的分组隶属于同一FEC 通常只有几个字节长度，如标准MPLS标记为4字节 标记位于帧首部与IP分组首部之间
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2017年6月15日10时8分
基本术语
MPLS网络
MPLS网络由MPLS节点和链路组成 MPLS节点由边缘标记路由器(LER)和标记交换路由器(LSR)组成
基本方法
在实际数据流分组到达时进行标记分配并在线建立LSP。 需要在线地标识和识别一个转发等价类FEC 典型方法：将属于同一个数据流的分组映射到一个FEC， 即把具有相同源地址和目的地址以及TCP/UDP端口号 的数据分组映射到某个FEC。
特点
16
2017年6月15日10时8分
数据流驱动的LSP建立
上游方向 LSR #1 A 输入 A 输出 K LSR #2 输入 K 输出 Z 下游方向
K
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Z
LDP的标记分配方法
下游按需分配标记
依据FEC的数据流向，仍由链路下游LSR分配放在分组中的标记，并 与该FEC的IP目的地址前缀绑定 但下游节点只在收到上游节点为指定的IP目的地址前缀分配标记的请 求后，才开始标记分配的过程。 具体方法：
能有效利用标记空间，适用于LSR标记空间有限、网络数 据流较多而生命期不长的情况。
由于需要在线建立LSP，在数据传输初期可能有较大时延。
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2017年6月15日10时8分
拓扑驱动的LSP建立
基本思想
以网络的拓扑结构为基础进行标记分配。
方法
以路由表为基础，沿路由方向逐跳进行标记的 分配 由于去往不同目的地址的路由事先已计算好， 拓扑驱动标记分配方式相当于一种“预分配” 方式，与实际到达的分组无关
MPLS域
MPLS网络可以多层嵌套 每一层称为一个MPLS域
IP分组入
IP分组出
MPLS域2
压入
标记栈
压入
MPLS域1
弹出 弹出
是多个标记的堆栈，用于多个MPLS域嵌套的情况 进入一个MPLS域，需要标记压入栈 离开一个MPLS域，需要标记弹出栈
链路层帧 MPLS标记栈
帧首 MPLS标记 … MPLS标记
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2017年6月15日10时8分
两种选择LSP路由的方式
LSP是MPLS网络根据LDP协议建立的，在分组到来之前就 已经存在了。当一个分组到来，选择LSP路由的方式有如下 两种：
用现有的IP路由协议选择LSP路由
按IP路由规则确定LSP路由，如按最短路由确定 每个IP分组首部都需要携带显示路由选项 只需在建立LSP时确定路由 显示路由是在信令控制下完成的
LDP协议是MPLS域中路由器用来在边缘路 由器之间建立标记交换路径(LSP)的关键协议。
LDP的发现机制
基本发现机制 扩展发现机制 LDP会话建立与维护 LDP会话连接的建立 维护Hello邻接点
9
2017年6月15日10时8分
LDP的发现机制
基本功能
是使LSR能自动发现其它潜在的LDP对等实体(使 用LDP的其它LSR)。
MPLS的缺点
22
2017年6月15日10时8分
MPLS的应用
MPLS虚拟专用网
流量工程
GMPLS
23
2017年6月15日10时8分
一旦LSP建立完成，该数据流随后的分组将通过该LSP传送。
如果数据传输结束或者有较长时间该LSP上没有数据传输，则各LSR 将撤销该LSP，回收标记，以供其他数据流使用。
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2017年6月15日10时8分
数据流驱动的LSP建立
特点(优缺点)
可以针对单个数据流也可以针对多个数据流，取决于采用 何种策略把分组映射到FEC。
实现标记分组的快速转发
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2017年6月15日10时8分
MPLS网络结构
IP骨干网 主机 LER IP路由器 LSR LSR 主机 LSR LSR LER IP路由器
标记边缘路由器 (LER-Label Edge Router) 位于MPLS网络边缘 对于入口IP分组进行分类并加上标记 对于出口IP分组删除标记 标记交换路由器 (LSR-Label Switch Router) 位于MPLS网络中 运行MPLS协议，完成标记交换功能
2017年6月15日10时8分
20
LSP的建立过程
LSP建立分为三个阶段
(1)
网络启动后在路由协议的作用下，在各路 由器中建立路由表 根据路由表，各路由器在标记分配协议 LDP控制下建立标记转发表
(2)
(3)
将入口LER、中间LSR和出口LER的输入/ 输出标记相互映射链接起来后，就形成从 不同入口LER到不同出口LER的LSP
基本发现机制
每个LSR周期性地广播发送LDP Hello消息
某个LSR收到Hello消息，说明该接口与一个潜 在的LDP对等实体相邻
基本发现机制可以确定与某LSR直接相邻的其它LSR的存在
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2017年6月15日10时8分
LDP的发现机制
扩展发现机制
每个LSR周期性地发送LDP Hello消息 该Hello消息中指定了目的LSR的IP地址(单播) 目的LSR收到Hello消息后，如果应答(回送 Hello消息)，则发送方将其视为潜在的LDP对 等实体
上游方向
LSR #1
点对点链路
LSR #2 输入 K
下游方向 目的网络
输入 ？
输出 K
K
输出 ？
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5.3 标记交换路径(LSP)的建立
三种LSP建立方式
数据流驱动的LSP建立 拓扑驱动的LSP建立 控制驱动的LSP建立
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2017年6月15日10时8分
数据流驱动的LSP建立
第5章 多协议标记交换(MPLS)
5.1 MPLS概念与工作过程
5.2 MPLS标记分配协议
5.3 标记交换路径的建立过程
5.4 MPLS的优缺点和应用
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2017年6月15日10时8分
5.1 MPLS概念与工作过程
IETF于1997年提出，针对计算机网络
核心思想
对分组进行分类标记
建立标记交换路径
IP分组
分组首部 分组载荷 帧尾
MPLS工作过程
MPLS域中各个标记交换路由器使用标记分配协议(LDP)，在边缘路由 器之间建立标记交换路径(LSP)，LSR根据这些LSP构造转发表。
当一个IP分组到达MPLS时，入口LER对接收的IP分组进行分类，然 后将属于不同FEC的分组映射到不同的LSP。根据转发表将分组加上 标记，并转发到下一个LSR。(LER的转发表不同于LSR，只表示标记 与FEC的对应关系，因此只有输出标记，无输入标记) LSR对每一个接收到的分组，利用输入端口号和输入标记查找转发表， 找到相应的输出标记和输出端口号。用新标记替换旧标记，然后转发 出去 当MPLS分组要离开MPLS域时，出口LER将MPLS分组标记去掉，恢 复成普通IP分组转发给IP子网
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2017年6月15日10时8分
5.4 MPLS的优缺点和应用
MPLS的优点
转发简单而快速 (用标记取代IP目的地址) 采用FEC，增强扩展性 （标记和路径复用） 支持基于QoS的路由 具有流量管理功能 对短数据流，信令开销比例大 LSP聚合操作复杂 对业务感知、识别和分配FEC技术还不太成熟 对组播业务支持不够灵活
3
2017年6月15日10时8分
基本术语
转发等价类(FEC-Forwarding Equivalence Class)
代表有相同服务需求的分组集合 对于FEC中的所有分组，网络将采用相同的处理方式转发
标记(Label)
是一个定长且只有局部意义的连接标识符，用于标识一个
转发等价类