¿Qué es MPLS?
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Análisis:
1. MPLS es la abreviatura de Multi-Protocol Label Switching, y su significado chino es multi -Protocolo de tecnología de intercambio de etiquetas.
2. MPLS no se refiere a una empresa o aplicación específica, sino a una plataforma de tecnología de conmutación y enrutamiento estandarizada que puede admitir varios protocolos y servicios de alto nivel.
3. Multiprotocolo: Soporta una variedad de protocolos de tres capas, como IP, IPv6, IPX, etc. Suele estar entre la capa 2 y la capa 3, comúnmente conocida como capa 2.5.
4. Etiqueta: Es un contenido informativo breve, de igual extensión, fácil de procesar, que no contiene información topológica y solo tiene significado local.
5. Conmutación: La conmutación y reenvío de paquetes MPLS se basan en etiquetas. Para los servicios IP, cuando los paquetes IP ingresan a la red MPLS, el enrutador de ingreso analiza el contenido de los paquetes IP y selecciona las etiquetas apropiadas para estos paquetes IP. Luego, todos los nodos de la red MPLS utilizan esta etiqueta corta como base para el reenvío. Cuando el paquete IP finalmente sale de la red MPLS, la etiqueta es separada por el enrutador del borde de salida.
1.1 Descripción general de MPLS
MPLS (Conmutación de etiquetas multiprotocolo) se propuso originalmente para aumentar la velocidad de reenvío.
En la arquitectura MPLS:
l el plano de control no tiene conexión y se implementa utilizando la red IP existente.
l el plano de reenvío (plano de reenvío, también llamado plano de datos); ) está orientado a la conexión y puede utilizar redes de Capa 2 como ATM y Frame Relay.
MPLS utiliza etiquetas cortas y de longitud fija para encapsular paquetes y lograr un reenvío rápido en el plano de datos. En el plano de control, MPLS tiene funciones de enrutamiento potentes y flexibles en redes IP, que pueden satisfacer los requisitos de red de varias aplicaciones nuevas.
MPLS se originó a partir de IPv4 (Inter Protocol versión 4) y su tecnología central se puede extender a una variedad de protocolos de red, incluidos IPv6 (Inter Protocol versión 6), IPX (Inter Packet Exchange), Appletalk, DEC, CLNP (Protocolo Neork sin conexión), etc. El "multiprotocolo" en "MPLS" se refiere al soporte de múltiples protocolos de red.
NE40 soporta MPLS en IPv4 e IPv6.
Para obtener una introducción detallada a la estructura MPLS, consulte RFC3031 (Arquitectura de conmutación de etiquetas multiprotocolo).
1.1.1 Conceptos básicos de MPLS
1. Clase de equivalencia de reenvío
Como tecnología de reenvío clasificada, MPLS agrupa paquetes con el mismo método de procesamiento de reenvío en It es una clase llamada Clase de equivalencia de reenvío (FEC). Los paquetes de la misma clase de equivalencia de reenvío recibirán exactamente el mismo tratamiento en la red MPLS.
La división de clases de equivalencia de reenvío es muy flexible y puede ser cualquier combinación de dirección de origen, dirección de destino, puerto de origen, puerto de destino, tipo de protocolo, VPN, etc. Por ejemplo, en el reenvío IP tradicional que utiliza el algoritmo de coincidencia más largo, todos los paquetes dirigidos a la misma dirección de destino son una clase de equivalencia de reenvío.
2. Etiqueta
Una etiqueta es un identificador corto con una longitud fija y solo significado local. Se utiliza para identificar de forma única la clase de equivalencia de reenvío (FEC) a la que pertenece un paquete. . En algunos casos, como el equilibrio de carga, puede haber varias etiquetas correspondientes a una FEC, pero una etiqueta solo puede representar una FEC.
La etiqueta se encuentra en el encabezado del paquete, no contiene información de topología y solo tiene significado local.
La longitud de la etiqueta es de 4 bytes y la estructura de encapsulación es la siguiente:
Figura 1-1 Estructura de encapsulación de la etiqueta
La etiqueta tiene 4 campos:
l Etiqueta: campo de valor de etiqueta, longitud de 20 bits, utilizado para puntero de reenvío;
l Exp: 3 bits, reservado, para prueba
l S: 1 bit, MPLS admite la estructura jerárquica de etiquetas, es decir, varias etiquetas. Cuando el valor es 1 indica la etiqueta inferior;
l TTL: 8 bits, que tiene el mismo significado que TTL (Time To Live) en los paquetes IP.
La etiqueta es similar al VPI/VCI de ATM y al DLCI de Frame Relay, y es un identificador de conexión. Si el protocolo de la capa de enlace tiene campos de etiqueta, como VPI/VCI de ATM o DLCI de Frame Relay, la etiqueta se encapsula en estos campos; de lo contrario, la etiqueta se encapsula en una capa de protección entre la capa de enlace y la capa IP. De esta manera, las etiquetas pueden ser compatibles con cualquier capa de enlace.
La posición de encapsulación de la etiqueta en el grupo se muestra en la Figura 1-2:
Modo marco: Modo marco Modo celda: Modo celda
Figura 1 - 2 La posición de encapsulación de la etiqueta en el paquete
3. Enrutador de conmutación de etiquetas
Enrutador de conmutación de etiquetas LSR (Label Switching Router) es el elemento básico en la red MPLS. Soporta el protocolo MPLS.
LSR consta de dos partes: unidad de control y unidad de reenvío. La unidad de control es responsable de la distribución de etiquetas, la selección de rutas, el establecimiento de tablas de reenvío de etiquetas, el establecimiento y eliminación de rutas de conmutación de etiquetas, etc., mientras que la unidad de reenvío reenvía los paquetes recibidos basándose en la tabla de reenvío de etiquetas.
4. Ruta conmutada por etiquetas
La ruta por la que pasa una clase de equivalencia de reenvío en la red MPLS se llama ruta conmutada por etiquetas (LSP).
LSP es funcionalmente igual que el circuito virtual de ATM y Frame Relay. Es un camino unidireccional desde la entrada hasta la salida. Cada nodo del LSP consta de LSR.
5. Protocolo de publicación de etiquetas
El protocolo de publicación de etiquetas es el protocolo de control de MPLS. Es equivalente al protocolo de señalización en las redes tradicionales y es responsable de la clasificación FEC, distribución de etiquetas y LSP. Una serie de operaciones como el establecimiento y el mantenimiento.
MPLS puede utilizar una variedad de protocolos de publicación de etiquetas. Incluyendo protocolos especialmente desarrollados para la publicación de etiquetas, como: LDP (Protocolo de distribución de etiquetas), CR-LDP (Enrutamiento basado en restricciones usando LDP) también incluye protocolos existentes que se han ampliado para admitir la publicación de etiquetas, como: BGP (Border Gateway); Protocolo) ), RSVP (Protocolo de reserva de recursos).
NE40 admite el protocolo de publicación de etiquetas anterior y admite LSP estático configurado manualmente.
1.1.2 Estructura de red MPLS
1. Estructura de red MPLS
Como se muestra en la Figura 1-3, el componente básico de la red MPLS es el LSR , que consta de La red compuesta por LSR se denomina dominio MPLS.
El LSR ubicado en el borde del dominio MPLS y conectado a otras redes de usuarios se llama edge LSR (LER, Labeled Edge Router), y el LSR dentro del área se llama core LSR. El LSR central puede ser un enrutador que admita MPLS o puede ser un ATM-LSR actualizado desde un conmutador ATM. La comunicación MPLS se utiliza entre LSR dentro del dominio, y el borde del dominio MPLS se adapta mediante LER y la tecnología IP tradicional.
Una vez etiquetado el paquete, se transmite a lo largo de la ruta conmutada de etiquetas LSP (Ruta conmutada por etiquetas) compuesta por una serie de LSR. Entre ellos, el LER de entrada se denomina Ingress y el LER de salida se denomina Egress. y el LER intermedio se llama Salida. El nodo se llama Tránsito.
Figura 1-3 Estructura de red MPLS
Combinado con la figura anterior, presentamos brevemente el proceso de trabajo básico de MPLS:
l Primero, LDP y tradicional protocolos de enrutamiento (como OSPF, ISIS, etc.), establezca tablas de enrutamiento y tablas de mapeo de etiquetas en cada LSR para FEC con necesidades comerciales;
l El LER de entrada recibe el paquete y completa la función de tercera capa. determina el FEC al que pertenece el paquete y agrega etiquetas a los paquetes para formar grupos de etiquetas MPLS
l A continuación, en la red compuesta por LSR, LSR reenvía las etiquetas en función de las etiquetas de los paquetes y la tabla de reenvío de etiquetas y no realiza ningún procesamiento de tercera capa en los paquetes de etiquetas.
l Finalmente, el LER de salida MPLS elimina la etiqueta en el paquete y continúa con el reenvío.
De esto se puede ver que MPLS no es un servicio o aplicación, en realidad es una tecnología de túnel y una plataforma tecnológica de enrutamiento y conmutación de etiquetas y enrutamiento de capa de red. Esta plataforma no solo admite una variedad de protocolos y servicios de alto nivel, sino que también garantiza hasta cierto punto la seguridad de la transmisión de información.
2. Estructura básica de LSR
Figura 1-4 Diagrama esquemático de la estructura básica de LSR
Para LSR ordinario, solo es necesario reenviar paquetes de etiquetas en el avión de reenvío. Para LER, no solo los paquetes de etiquetas sino también los paquetes IP deben reenviarse en el plano de reenvío. El primero utiliza la tabla de reenvío de etiquetas LFIB y el segundo utiliza la tabla de reenvío tradicional FIB (Base de información de reenvío).
1.1.3 MPLS y protocolos de enrutamiento
Cuando LDP establece un LSP salto a salto, utiliza la información de las tablas de enrutamiento y reenvío de cada LSR a lo largo del forma de determinar el siguiente salto y las tablas de enrutamiento y reenvío. La información generalmente se recopila a través de protocolos de enrutamiento como IGP y BGP. LDP no está asociado directamente con varios protocolos de enrutamiento, sino que solo utiliza información de enrutamiento de manera indirecta.
Por otro lado, al ampliar los protocolos existentes como BGP y RSVP, también se puede soportar la distribución de etiquetas MPLS.
En la aplicación de MPLS, es posible que también sea necesario ampliar algunos protocolos de enrutamiento. Por ejemplo, las aplicaciones VPN basadas en MPLS necesitan extender BGP para que BGP pueda propagar información de enrutamiento VPN. La ingeniería de tráfico (TE) basada en MPLS necesita extender los protocolos OSPF o IS-IS para transportar información del estado del enlace.
LSPM: Gestión de LSP
Figura 1-5 Diagrama esquemático de la relación entre MPLS y varios protocolos
1.2 Aplicación de MPLS
Con ASIC Con el desarrollo de la tecnología, la velocidad de búsqueda de rutas ya no se ha convertido en un cuello de botella que obstaculiza el desarrollo de la red. Esto hace que MPLS no tenga ninguna ventaja obvia para mejorar la velocidad de reenvío.
Sin embargo, debido a que MPLS combina la poderosa función de enrutamiento de Capa 3 de la red IP con el eficiente mecanismo de reenvío de la red tradicional de Capa 2, adopta un modo orientado a la conexión en el plano de reenvío, que es muy similar al modo de reenvío de red de Capa 2 existente. Estas características permiten a MPLS lograr fácilmente una integración perfecta de IP, ATM, Frame Relay y otras redes de Capa 2, y proporcionar calidad de servicio (QoS, Calidad de Servicio), ingeniería de tráfico (TE, Tráfico). Ingeniería), red privada virtual (VPN), Virtual Private Neork) y otras aplicaciones brindan mejores soluciones.
1. VPN basada en MPLS
La VPN tradicional generalmente utiliza GRE, L2TP, PPTP y otros protocolos de túnel para transmitir flujos de datos entre redes privadas en la propia red pública. En la red pública, por lo tanto, usar MPLS para implementar VPN tiene ventajas naturales.
La VPN basada en MPLS conecta diferentes ramas de la red privada a través de LSP para formar una red unificada. Las VPN basadas en MPLS también admiten el control de interfuncionamiento entre diferentes VPN.
Figura 1-6 VPN basada en MPLS
La figura anterior es la estructura básica de una VPN basada en MPLS: CE (Customer Edge) es el dispositivo de borde del usuario, que puede ser un enrutador o un conmutador o host PE (Provider Edge) es un enrutador de borde de proveedor de servicios ubicado en la red troncal.
PE es responsable de administrar los usuarios de VPN, establecer conexiones LSP entre PE y asignar rutas entre ramas del mismo usuario de VPN. La distribución de rutas entre PE generalmente se implementa mediante LDP o protocolos BGP extendidos.
La VPN basada en MPLS admite la reutilización de direcciones IP entre diferentes sucursales y admite la intercomunicación entre diferentes VPN. En comparación con el enrutamiento tradicional, el enrutamiento VPN necesita agregar información de identificación de VPN y sucursales, lo que requiere que el protocolo BGP se extienda para transportar información de enrutamiento VPN.
2. QoS basada en MPLS
NE40 admite ingeniería de tráfico basada en MPLS y funciones de servicio diferencial. Al tiempo que garantiza una alta utilización de la red, NE40 puede realizar servicios diferenciados, proporcionando así. Servicios de baja latencia y baja pérdida de paquetes garantizados con ancho de banda para flujos de datos de voz y vídeo.
Dado que es difícil implementar la ingeniería de tráfico en toda la red, la QoS a menudo se implementa a través de un modelo de servicio diferenciado en soluciones de red reales.
El mecanismo básico de Diff-Serv es asignar el servicio a una determinada categoría de servicio en el borde de la red de acuerdo con los requisitos de calidad del servicio y utilizar el campo DS (del dominio ToS ) en el paquete IP para marcar de forma única este tipo de negocio, y luego cada nodo de la red troncal adopta políticas de servicio preestablecidas para varios servicios basadas en este campo para garantizar la calidad del servicio correspondiente.
El mecanismo de clasificación y etiquetado de Diff-Serv para la calidad del servicio es muy similar a la asignación de etiquetas MPLS. De hecho, Diff-Serv basado en MPLS se basa en el proceso de asignación de DS y de asignación de etiquetas MPLS que se logra mediante una combinación. .