浅谈MPLS技术的应用

周俊林

摘要：基于快速数据包交换和路由的体系的基础上，MPLS技术为网络数据流量提供目标、路由、转发和交换等一系列的操作，同时，具有对各种不同形式的通信流进行管理的机制。MPLS 作为一项协议独立在第二层和第三层协议之间，例如ATM、IP等。通常情况下，MPLS提供了一种工作模式，通过对IP地址一系列的映射，使其成为标签，并且该标签简单，同时具有一定的长度，在一定程度上便于不同包之间的转发和交换。在当前情况下，MPLS作为现有路由和交换协议的接口，例如IP、ATM、帧中继、资源预留协议、开放最短路径优先等。本文重点阐述MPLS技术在各大运营商网络中的应用。

关键词：MPLS 路由 协议

1 MPLS概述

1.1 MPLS含义

MPLS是指多协议标签交换，该技术是利用短的、固定长度的标签在通信网内进行数据的传送和交换。通常情况下，MPLS为每个IP数据包提供一个标签，在MPLS数据包中封装标签与IP数据包，同时对IP数据包的传输路径和优先顺序进行确定。此外，MPLS在流量工程、VPN、QoS等方面也得到了推广和应用。

1.2 MPLS网络架构

通常情况下MPLS网络是由标签边缘路由器和标签交换路由器两部分共同组成；其中LDP为标签分配协议，LSP为标签交换路径。MPLS控制模块在LSR内以IP功能为中心，在基于标签交换算法的基础上，标签信息以及相关信令在节点间通过LDP进行发送。在MPLS相邻节点之间，通常情况下只传递LDP信令以及标签绑定信息。运行标准的路由协议是LSR之间或LSR与LER之间必备的，并由此获得拓扑信息。LSR可以通过这些信息明确对报文的下一跳进行选取同时建立特定的LSP。MPLS通过利用控制驱动模型初始化标签捆绑的分配及分发，对标签交换路径（LSP）进行建立，一条LSP的建立是通过连接几个标签交换点实现的。通常情况下，LSP都是单向的，所以对于全双工业务来说需要两条LSP。

1.3 MPLS工作流程

①在LSR中建立路由表和标签映射表是通过LDP和传统路由协议实现的。②对于IP包的接收，通常情况下是通过MPLS入口处的LER完成的，并完成第三层的功能，并为IP包加标签。③分组中的标签在MPLS出口处的利用LER去掉后继续转发。④LSR（标签交换路由器）只是根据分组上的标签通过交换单元进行转发，不再对分组进行第三层处理。

2 MPLS技术的应用

2.1 MPLS-TE技术

在MPLS网络上，MPLS-TE通常情况下作为流量工程，是对业务流的路径进行选择的过程，在一定程度上确保了流量传输的可靠性。特别是当链路或传输节点发生故障时，通过MPLS TE技术在一定程度上降低流量所受到的影响，通常情况下对上层业务不可见。

2.2 Trainet技术

Trainet是MPLS的一个扩展方案，主要通过两个方面Trainet技术对MPLS进行改进：一方面是对传统MPLS网络中使用的标签通过引入<标签，跳数>进行代替，在标签指定的LSP上表示跳数；另一方面是对不同的TL进行前后之间的衔接是通过采用多个<标签，跳数>实现的。

2.3 MPLS-VPN技术

所谓MPLS-VPN是指在骨干的宽带IP网络上通过采用MPLS技术构建企业IP专网，对数据、语音、图像多业务等进行跨地域、安全、高速、可靠式地通信，同时与差别服务、流量工程等进行结合，为了最大限度地为用户提供全方位的服务，通常情况下，需要将公众网的可靠性、扩展性、功能性与专用网的安全、灵活、高效等进行结合。通过LSP将不同地域上的分支与私有网络进行连接，将MPLS的VPN与传统的VPN进行比较和对比，在一地程度上形成一个统一的网络，它支持不同分支间IP地址的重复使用，以及不同VPN之间的互通等。

3 大型网络中MPLS VPN的实现

3.1 MPLS VPN组网结构

3.1.1 典型组网如图1所示：

MPLS VPN组网包括PE（Provider Edge Router）骨干网边缘路由器、P（Provider Router）骨干网核心路由器、CE（Custom Edge Router）用户网边缘路由器。VPN配置主要集中在PE上，CE感觉不到有VPN，P也只负责转发标签。

3.1.2 PE的角色和VRF的应用

PE路由器创建了大量的虚拟路由器，区分本地接口上送来的VPN的路由，每个虚拟路由器都有各自的路由表和转发表VRF。连到PE路由器上的VPN成员经VRF进行了定义。通常情况下，VRF包含路由表、IP转发表。对于PE设备上不同的VPN实例通过借助RD（Route-Distinguisher）进行标示，实现VPN实例之间地址复用这是其主要的功能和作用所在，它与IP地址一起构成了VPNv4地址空间。通常情况下，RT（Route-Target）是VPNv4路由携带的一个重要属性，VPN路由的收发和过滤由它来决定，PE对不同VPN之间路由通过依靠RT的属性进行区分。

3.1.3 MP-BGP协议

通常情况下，普通的BGP也就是指边界网关协议，对于IPv4的路由来说只能传递该协议，在地址空间重叠方面，由于不同VPN用户存在不同的问题，为此有必要对BGP协议进行修改。MP-BGP在原有基础上定义了新的属性，修改后的BGP，成为新的MP-BGP即多协议BGP。在邻居之间传递MP-BGP的过程中，将RD标记打在VPN用户路由上，经过对上述进行一系列的处理，用户传来的IPV4经VPN被转变成VPNv4路由，这样为VPN用户的路由转发到对端的PE上提供了保证。

3.2 MPLS VPN路由交换与报文转发

3.2.1 CE-PE路由交换

通常情况下，CE与PE之间建立直接相连的邻接关系后，进而把本站点的VPN路由发布给PE。静态路由、RIP、OSPF、IS-IS或EBGP可以在CE与PE之间共用。对于路由协议来说，不管形式如何，CE发布给PE的都是标准的IPv4路由。

3.2.2 VRF路由注入到MP-IBGP路由中

从CE收上的IPv4路由被打上RD和RT，经PE路由器处理后，转发VPNv4路由给P，再由P转发给所有的PE邻居。VPNv4路由被PE邻居收到以后，为了判断是留还是放弃，因此需要将export与本地的import进行比较，相等时就加到相应的VRF路由表。

3.2.3 转发MPLS VPN报文

CE的普通IP报文被入口的PE收到后，MP-BGP协议根据接口所属的VRF被分配标签，只在出口和入口的路由器上对于该标签来说才有效，同时标识PE用户的接口。根据标签映射表报文被打上外层标签，在MPLS域内的基于外层标签转发报文。P路由器收到携带标签的报文后，在标签映射表中进行查找，新的标签代替原来的标签，并向下一跳转发报文。

4 结束语

在通信计算机领域中，MPLS VPN在流量工程、QoS保证、IP承载网等方面具备一定的优势，并成为IP骨干網技术平台。在改善网络性能方面，MPLS VPN技术提高了扩展性能。在一定程度上这些新兴技术推动IP网络向着更完善、更灵活的方向不断发展。

参考文献：

[1] Bruce S.Davie《MPLS：Next Steps》.

[2]《BGP/MPLS VPN》华为技术有限公司数据通信技术支持部.

[3]Richard Froom.组建CISCO多层交换网络[M].人民邮电出版社，2005.