PTN原理

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OptiX PTN设备实现原理详解<v:shape style="Z-INDEX: 251657728; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left; MARGIN-TOP: 0px; WIDTH: 0.05pt; HEIGHT: 0.05pt; VISIBILITY: hidden; MARGIN-LEFT: 0px; LEFT: 0px" id=DtsShapeName alt="28B47370G6G@5BCD@0555G22B73B008@097@81 、MPLS 基础1.1 简介介绍MPLS 的产生、基本概念、网络结构及体系结构
1.1.1 MPLS 的起源
1.1.2 MPLS 概述
1.1.3 MPLS 网络结构
1.1.4 MPLS 基本概念
1.1.5 MPLS 的体系结构
1.1.1 MPLS 的起源

90 年代中期，基于IP 技术的Internet 快速普及。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。因此IP 技术的转发性能成为
当时限制网络发展的瓶颈。

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。然而，ATM 协议相对复杂，且ATM 网络部署成本高，这使ATM 技术很难普及。

传统的IP 技术简单，且部署成本低。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 最初是为了提高路由器的转发速度而提出的。与传统IP 路由方式相比，它在数据
转发时，只在网络边缘分析IP 报文头，而不用在每一跳都分析IP 报文头，节约了处理
时间。

随着ASIC 技术的发展，路由查找速度已经不是阻碍网络发展的瓶颈。这使得MPLS 在
提高转发速度方面不再具备明显的优势。但是MPLS 支持多层标签和转发平面面向连接
的特性，使其在VPN（Virtual Private Network）、流量工程、QoS（Quality of Service）
等方面得到广泛应用。

1.1.2 MPLS 概述MPLS 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。标签是一个短而定长的、只具有
本地意义的连接标识符，与ATM 的VPI/VCI 以及Frame Relay 的DLCI 类似。标签封
装在链路层和网络层之间。

MPLS 不局限于任何特定的链路层协议，能够使用任意二层介质传输网络分组。

MPLS 起源于IPv4（Internet Protocol version 4），其核心技术可扩展到多种网络协议，
包括IPv6（Internet Protocol version 6）、IPX（Internet Packet Exchange）、Appletalk、DECnet、CLNP（Connectionless Network Protocol）等。MPLS 中的“Multiprotocol”指的就是支持多种网络协议。

由此可见，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。

1.1.3 MPLS 网络结构MPLS 网络的典型结构如图1-1，MPLS 网络的基本组成单元是标签交换路由器LSR
（Label Switching Router），由LSR 构成的网络区域称为MPLS 域（MPLS Domain）。
位于MPLS 域边缘、连接其它网络的LSR 称为边沿路由器LER（Label Edge Router），
区域内部的LSR 称为核心LSR（Core LSR）。如果一个LSR 有一个或多个不运行MPLS
的相邻节点，那么该LSR 就是LER。如果一个LSR 的相邻节点都运行MPLS，则该LSR
就是核心LSR。

图1-1 MPLS 网络结构

MPLS 基于标签进行转发。IP 包进入MPLS 网络时，MPLS 入口的LER 分析IP 包的内
容并且为这些IP 包添加合适的标签，所有MPLS 网络中的节点都是依据标签来转发数
据的。当该IP 包离开MPLS 网络时，标签由出口边缘设备删除。

报文在MPLS 网络中经过的路径称为标签交换路径LSP（Label Switched Path）。LSP
是一个单向路径，与数据流的方向一致。

图1-2 MPLS LSP

LSP 的起始节点称为入节点（Ingress）；位于LSP 中间的节点称为中间节点（Transit）；LSP 的末节点称为出节点（Egress）。一条LSP 可以有0 个、1 个或多个中间节点，但有且只有一个入节点和出节点。

1.1.4 MPLS 基本概念标签
标签（Label）是一个短而定长的、只具有本地意义的标识符。标签与ATM 的VPI/VCI 以及Frame Relay 的DLCI 类似，是一种连接标识符。
标签长度为4 个字节，封装结构如图1-3 所示。

图1-3 MPLS 报文首部结构

标签共有4 个域：
●
Label：20 比特，标签值域。
●
Exp：3 比特，用于扩展。现在通常用做CoS（Class of Service），其作用与
Ethernet802.1p 的作用类似。
●
S：1 比特，栈底标识。MPLS 支持多层标签，即标签嵌套。S 值为1 时表明为最底
层标签。
● TTL：8 比特，和IP 分组中的TTL（Time To Live）意义相同。
标签封装在链路层和网络层之间。这样，标签能够被任意的链路层所支持。标签在分组
中的封装位置如图1-4 所示。
图1-4 标签在分组中的封装位置


标签栈
标签栈（Label stack）是指标签的排序集合。MPLS 报文支持同时携带多个标签，靠近
二层首部的标签称为栈顶标签或外层标签；靠近IP 首部的标签称为栈底标签，或内层
标签。理论上，MPLS 标签可以无限嵌套。
图1-5 标签栈

标签栈按后进先出（Last In First Out）方式组织标签，从栈顶开始处理标签。

标签操作类型
标签的操作类型包括标签压入（Push）、标签交换（Swap）和标签弹出（Pop），它们
是标签转发的基本动作，是标签转发信息表的组成部分。

● Push：指当IP 报文进入MPLS 域时，MPLS 边界设备在报文二层首部和IP 首部之
间插入一个新标签；或者MPLS 中间设备根据需要，在标签栈顶增加一个新的标签（即标签嵌套封装）。

● Swap：当报文在MPLS 域内转发时，根据标签转发表，将MPLS 报文的栈顶标签
删除，然后添加一层下一跳分配的标签。

● Pop：当报文离开MPLS 域时，将MPLS 报文的标签去掉；或者MPLS 倒数第二跳
节点处去掉栈顶标签，减少标签栈中的标签数目。

倒数第二跳弹出
在最后一跳节点，标签已经没有使用价值。这种情况下，可以利用倒数第二跳弹出特性
PHP（Penultimate Hop Popping），在倒数第二跳节点处将标签弹出，减少最后一跳的负
担。最后一跳节点直接进行IP 转发或者下一层标签转发。

PHP 在Egress 节点上配置。支持PHP 的Egress 节点分配给倒数第二跳节点的标签有以
下两种：
● 标签值0：表示IPv4 显式空标签（explicit-null）。被分配了显式空标签的报文在
Egress 节点将被直接进行Pop 操作，处理EXP 和TTL 后进行IP 转发或下一层标签
转发，不再查询标签转发表。
● 标签值3：表示隐式空标签（implicit-null），这个值不会出现在标签栈中。当一个
LSR 发现自己被分配了隐式空标签时，它并不用这个值替代栈顶原来的标签，而是
直接执行Pop 操作。Egress 节点直接进行IP 转发或下一层标签转发。

注：目前PTN不支持倒数第二跳弹出（PHB）


标签交换路径

报文在MPLS 网络中经过的路径称为标签交换路径LSP（Label Switched Path）。
LSP 在功能上与ATM 和Frame Relay 的虚电路相同，是从入口到出口的一个单向路径。
入节点、中间节点和出节点

标签交换路径LSP 是一个单向路径，LSP 中的LSR 可以分为：
● 入节点（Ingress）：LSP 的起始节点，一条LSP 只能有一个Ingress。
Ingress 的主要功能是给报文压入一个新的标签，封装成MPLS 报文进行转发。
● 中间节点（Transit）：LSP 的中间节点，一条LSP 可能有多个Transit。
Transit 的主要功能是查找标签转发信息表，通过标签交换完成MPLS 报文的转发。
● 出节点（Egress）：LSP 的末节点，一条LSP 只能有一个Egress。
Egress 的主要功能是弹出标签，恢复成原来的报文进行相应的转发。
其中Ingress 和Egress 既是LSR，又是LER；Transit 是LSR。

上游和下游
根据数据传送的方向，LSR 可以分为上游和下游。
● 上游：以指定的LSR 为视角，根据数据传送的方向，所有往本LSR 发送MPLS 报
文的LSR 都可以称为上游LSR。
● 下游：以指定的LSR 为视角，根据数据传送的方向，本LSR 将MPLS 报文发送到
的所有下一跳LSR 都可以称为下游LSR。
如图1-6 所示，对于发往192.168.1.0/24 的数据流来说，LSR-A 是LSR-B 的上游节点，LSR-B 是LSR-A 的下游节点。同理，LSR-B 是LSR-C 上游节点。LSR-C 是LSR-B 的下游节点。

图1-6 上游和下游概念

标签分发

图1-7 标签分发示意图

标签发布协议

标签发布协议是MPLS 的控制协议（也可称为信令协议），负责标签的分发以及LSP 的建立和维护等一系列操作。
MPLS 可以使用多种标签发布协议，例如LDP（Label Distribution Protocol）、RSVP-TE（Resource Reservation Protocol Traffic Engineering）和MP-BGP（Multiprotocol Border Gateway Protocol）。

1.1.5 MPLS 的体系结构
以下内容看附件~~站不下啦。