mpls 6PE原理 mpls技术原理

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0x01 MPLS

MPLS（Multiprotocol Label Switching）位于TCP/IP 协议栈中的链路层和网络层之间，用于向IP层提供连接服务，同时又从链路层得到服务。MPLS以标签交换替代IP转发。

MPLS 并不是一种业务或者应用，它实际上是一种隧道技术。这种技术不仅支持多种高层协议与业务，而且在一定程度上可以保证信息传输的安全性。

传统的IP技术简单，且部署成本低，但由于硬件技术存在限制，基于最长匹配算法的IP技术必须使用软件查找路由，转发性能低下。为了适应网络的发展，ATM（Asynchronous Transfer Mode）技术应运而生。ATM采用定长标签（即信元），并且只需要维护比路由表规模小得多的标签表，能够提供比IP路由方式高得多的转发性能。如何结合IP与ATM的优点成为当时热门话题。多协议标签交换技术MPLS（Multiprotocol Label Switching）就是在这种背景下产生的。

MPLS优势与应用

1. MPLS转发速度快，因为IP在路由当中，总是根据目的地址在路由表中查找目标网段，并且逐条匹配最优路径，速度慢。注:由于现在设备采用ASIC交换，所以速度并不慢，而MPLS借签了帧中继交换方式，在数据包每经过一台设备时， 都要重新封装，所MPLS在速度上，并不是优势。
2. MPLS支持单播和组播应用。
3. MPLS支持QOS。
4. MPLS可以提供流量工程（TE）。
5. MPLS可以让路由器脱离BGP核心（即解决BGP没有full-mesh而产生的路由黑洞）。
6. MPLS可以提供peer-to-peer的MPLS-威屁恩服务。
7. 使用统一标准的网络架构，MPLS在骨干网中传输任意第二层帧的特征被称为MPLS的任意传输（AToM）。

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0x02 MPLS基本原理

MPLS框架结构

1. 控制平面是无连接的，主要功能是负责产生和维护路由信息以及标签信息。
   控制平面中IP路由协议模块用来传递路由信息，生成路由信息表；标签分发协议模块用来完成标签信息的交换，建立标签转发路径。
2. 转发平面也称为数据平面（Data Plane），是面向连接的， 主要功能是负责普通IP报文的转发以及带MPLS标签报文的转发。
   数据平面包括IP转发信息表（Forwarding Information Base）和标签转发信息表（Label Forwarding Information Base），当收到普通IP报文时，如果是普通IP转发，则查找IP路由表转发，如果需要标签转发，则按照标签转发表转发；当收到带有标签的报文时，如果需要按照标签转发，根据标签转发表转发，如果需要转发到IP网络，则去掉标签后根据IP转发表转发。

MPLS网络结构

MPLS网络的典型结构如图，可以进行MPLS标签交换和报文转发的网络设备称为标签交换路由器LSR（Label Switching Router），如图中所有的路由器；

• 由LSR构成的网络区域称为MPLS域（MPLS Domain）。
• 位于MPLS域边缘、连接其他网络的LSR称为边缘路由器LER（Label Edge Router）。
• 区域内部的LSR称为核心LSR（Core LSR）。
• 整个数据的标签交换路径称为LSP

MPLS报文

MPLS有两种封装模式：帧模式和信元模式（ATM采用MPLS信元模式封装，本课不涉及）。

帧模式封装是直接在报文的二层头部和三层头部之间增加一个MPLS标签头。以太网 、PPP采用这种封装模式。

• MPLS 头部长度为32bits。
• LABEL：该标签用于报文转发，长度为20bits；
• EXP：通常用来承载IP报文中的优先级，长度为3bits；
• S：标识栈底用来表明是否是最后一个标签（MPLS标签可以多层嵌套），长度为1bit；
• TTL：类似IP头部的TTL，用来防止报文环路等，长度为8bits；

转发等价类

• FEC（Forwarding Equivalence Class）转发等价类，是一组具有某些共性的数据流的集合。这些数据流在转发过程中被LSR 以相同方式处理。
  FEC 可以根据地址、业务类型、QoS 等要素进行划分。例如，在传统的采用最长匹配算法的IP 转发中，到同一条路由的所有报文就是一个转发等价类。
• NHLFE（Next Hop Label Forwarding Entry）：进行标签转发时用到，NHLFE包含这样一些基本信息：

1. 报文的下一跳
2. 如何进行标签操作（包括压入新的标签，弹出标签，用新的标签替换原有的标签等操作）。
3. NHLFE还可能包含一些其他信息，如发送报文使用的链路层封装等。