MPLS的框架結構

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　　大框架
　　
　　相信很多人都很熟悉ATM的立方體結構，如圖1所示，它帶我們走入了ATM的世界。
　　

　　其實，MPLS的框架結構與ATM 有很多相似的地方。我們也將MPLS的功能抽象為一個平面的模型。模型中也包括一個數據平面和一個控制平面，但缺少的是一個管理平面，因為MPLS畢竟不是一個獨立的網絡，只是“夾在”兩層網絡之間的一門技術,如圖2所示。
　　
　　在圖2中，整個框架可以分成兩個最主要的部分:一個部分是控制層面，包括MPLS的信令（即標記分配協議）和路由�？刂茖用尕撠煒擞浗粨Q路徑的建立、拆除、保護、重建立和重路由等，是整個MPLS理論的核心。
　　
　　另一部分則是數據平面，數據平面更多地側重與各鏈路層媒質的配合，包括標記和標記封裝等相關規定。
　　
　　數據平面
　　
　　實際上，數據平面的主要作用就是如何利用標記進行數據的傳輸工作。因而，數據平面與鏈路層有著緊密的聯系。標記的內容以及如何利用鏈路層電路的標識構成標記的封裝等就是數據平面的主要內容。
　　
　　1．標記
　　
　　IETF有關MPLS框架結構的草案中這樣定義“標記”（Label）：
　　
　　● 標記是一個固定長度、具有本地意義的短標識符，用于標識一個轉發等價類（FEC）。
　　
　　● 假設Ru和Rd均為LSR（標記交換路由器），且Rd為Ru的下一跳，當一個FEC F的一個分組(Package)到來時，Ru與Rd通過信令交換，將標記“L”與FEC F綁定。對于Ru來講，標記“L”是輸出標記；而對于Rd來講，標記“L”是輸入標記。
　　
　　● 每個LSR應該可以惟一地解釋其輸入標記。
　　
　　在描述MPLS標記交換的基本過程中，經常會出現兩個名詞，即上游（Upstream）標記交換路由器和下游（Downstream）標記交換路由器。IETF中的規定是：
　　
　　● 如果對于從Ru傳送到Rd的分組，Ru和Rd都同意將標記“L”綁定到FEC F上，則Ru為上游LSR，Rd為下游LSR；
　　
　　● 綁定僅僅意味著將分組從上游節點傳送至下游節點時，用特定的標記綁定特定的FEC，并不意味著該FEC中的分組一定要從兩點間通過。
　　
　　IETF中關于標記棧的規定如下：
　　
　　● 為了增強MPLS的可擴展性和靈活性，標記可以堆棧，以適應可能的復雜網絡環境的需要。
　　
　　● MPLS允許一系列按照“后進先出”原則組織起來的標記，這種結構就叫做“標記�！�，從棧頂開始處理標記。
　　
　　● 如果有一個分組的標記棧深度為“m”，則將位于棧底的標記作為第一級標記，在棧底上低一級標記（若存在的話）為第二級標記，依此類推；棧頂的標記為“m”級標記，未打標記的分組可以看做是空標記棧（標記棧深度為零）的分組。
　　
　　在MPLS的應用中，我們將看到標記堆棧的作用。盡管目前對這一部分的研究還沒有完全展開，仍處于發展階段，但筆者認為這是一個很有發展的領域。概括地說，標記堆�？梢远�義成多級標記，不同的標記實現不同的目的。比如，我們可以將多級標記分為傳輸標記和業務標記兩種，每一種類的標記都可以是多級堆疊。其中，傳輸標記負責將所承載的信息透過多個傳輸域，傳輸到目的地；而業務標記是專門為了某種特定的目的而定，如IP VPN等。隨著MPLS的應用的深入，這一特點必將為我們帶來更多的好處和用途。
　　
　　2．標記的封裝
　　
　　眾所周知，多協議標記交換將第三層的分組通過一套規程轉化成簡單靈活的“標記分組”。這套規程既要考慮底層鏈路的特點，同時又要考慮如何傳遞第三層分組的信息，如TTL（分組存活時間）、服務質量保證等，這套規程就是“標記的封裝”或者“標記的編碼”。
　　
　　MPLS的標記棧封裝可以定義在多種不同的媒質上，棧頂的標記仍然可以沿用現有的格式，如在ATM媒質上，就可以沿用VPI、VCI作為棧頂的標記；低一些級別的標記可以使用“夾層”或者叫“墊層”標記，以消除不同媒質之間的差異。MPLS在各種媒質上的封裝如圖3所示，
　　
　　我們可以拿應用最為廣泛的PPP以及其他局域網數據鏈路層的標記封裝方式為例，其他媒質的標記封裝格式與PPP和局域網數據鏈路層大同小異。
　　
　　MPLS在PPP數據鏈路層以及LAN上采用“夾層”包頭（或稱為“墊層包頭”）插入，在第二層和第三層包頭之間。具體的定義如圖4所示。
　　
　　MPLS在PPP&LAN數據鏈路上的標記封裝可以分為四個部分：標記值、Exp.（試驗使用，目前作為IP QOS的映射）、S（堆棧指示）以及TTL（生存時間）。
　　
　　標記值字段包含標記的實際值。當收到標記分組之后，標記交換路由器會查看棧頂的標記值，一般會有兩種可能：一種是轉發分組的下一跳;另外一種是在轉發分組前進行標記棧的操作，即從棧中彈出一項記錄，或將一到多項記錄壓入標記棧，取代原來的棧頂記錄。
　　
　　當然，除此之外，堆棧值還可以提供一些其他輸出數據鏈路封裝以及正確轉發分組所需要的信息。
　　
　　Exp.目前作為優先級別使用，可以與IP QOS映射。
　　
　　S棧作為棧底指示，S=1時為棧底。
　　
　　TTL值為存活時間，與IP包中的定義相同。
　　
　　控制平面
　　
　　控制平面的主要功能，顧名思義，就是通過控制平面的工作，為數據平面的業務數據傳輸做出應有的保障。標記交換路徑的建立、拆除、保護、重新建立以及重新路由都由控制平面完成。比方說，當視頻業務數據包要通過一個MPLS網絡時，控制平面首先應該根據用戶的業務請求，預留出相應的帶寬，進而為該業務流建立一條符合要求的通路（這里稱之為標記交換路徑），爾后數據平面的業務流就可以在已經建立好的“符合要求”的路徑上傳送信息了。
　　1．標記分配協議
　　
　　在控制平面中，當然要有一套交互協商的語言，通過這種語言，交換機可以知道數據平面將要傳輸什么樣的業務，需要什么樣的路徑，需要占用多少網絡資源，網絡是否能夠滿足該業務所需要的資源等。
　　
　　我們如果還沿用傳統電信行業的名詞，就可以把這種“語言”稱為“信令”。在MPLS領域中，“信令”又稱為“標記分配協議”，因為這里的信令都是圍繞著標記的分配而實現的。
　　目前，在不同的組織里有不同的標記分配協議。在IETF中支持三種標記分配協議:LDP（普通標記分配協議）、CR-LDP（限制路由的標記分配協議）以及RSVP Extension（擴展的資源預留協議）；而在ITU-T中，僅支持LDP和CR-LDP。
　　
　　2．轉發等價類
　　
　　在MPLS的控制平面中，還有一個很重要的概念就是轉發等價類(FEC，Forwarding Equivalence Class),其結構如圖5所示。
　　
　　
　　
　　一個轉發等價類可以是任何一組在路由器以同一種方式來同等“對待”的包�！氨粚Υ�”在這里意味著從同一個端口轉發出去，并且有著同一個下一跳和標記。它也意味著給定相同的服務等級，輸出在相同的隊列，給定相同的丟棄優先級，以及任何對于網絡管理和維護人員來說可以選擇的項目。
　　
　　當一個包從一個入口進入到MPLS網絡中時，這個包就會被映射到一個FEC中去。映射也可以在很廣的一個范圍上操作，帶有很多參數。地址前綴（或主機）、源/目的地址對，或者輸入端口等，都可以作為轉發等價類的劃分方法，這就為MPLS增加了比傳統IP路由更大的靈活性和擴展性。
　　
　　FEC允許MPLS有更大的擴展性。在Ipsilon的IP交換實現方法上，或者MPOA上，都采用了一種方法，將類似“FEC”的概念映射到一個數據流上(源/目的地址對或者源/目的地址對加上端口號)。有限的靈活性和Inte.net中大容量的數據流限制了IP交換和MPOA的應用。而MPLS首先將數據流匯聚成不同類型的FEC，以滿足公眾Internet和企業網對于靈活性和可擴展性的需求。
　　在現有的標記分配協議中只有三種FEC類型：
　　
　　● IP地址前綴；
　　
　　● 路由器ID；
　　
　　● 數據流（端口號、目的地址、源地址等）。
　　
　　除了上述這些規定之外，規范也允許加入新的類型。
　　
　　3．路由選擇以及流量設計
　　
　　路由選擇是特定轉發等價類（FEC）選擇標記交換路徑（LSP）的一種方法。MPLS體系結構規定兩種路由選擇方法，即逐跳選路和顯示選路。
　　
　　逐跳選路允許每個節點獨立地為每個FEC選擇下一跳。這是現有IP網絡中通用的方法。而顯示選路則恰好與逐跳選路相反，每個標記交換路由器不能獨立地選擇下一跳，而是在數據包進入網絡時就規定好在網絡中要走的路。
　　由不同的路由選擇方法建立的標記交換路徑，相應地被稱為“逐跳選路-標記交換路徑”和“顯示選路-標記交換路徑”。
　　在“顯示選路”中，還分為“嚴格顯示選路”和“松散顯示選路”兩種�！皣栏耧@示選路”嚴格地規定從LSP入口一直到出口的每一跳；而“松散顯示選路”則可以允許網絡管理員只規定LSP中的一段，其余部分仍由逐跳選路來完成。

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