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**4.9 多协议标记交换MPLS笔记**
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思维导图 前言
**4.9 多协议标记交换MPLS笔记**
1. **定义与背景** - MPLS (多协议标记交换) 是一种由 IETF 开发的新协议。 - “多协议”意味着 MPLS 的上层可以使用多种协议。 - 该协议综合了多家公司的技术如 Cisco 的 TAG Switching 和 Ipsilon 的 IP Switching。 - 于2001年1月成为互联网建议标准。
2. **工作原理** - MPLS 使用面向连接技术使每个分组带有一个 标记 (label)。 - 分组到达交换机 (标记交换路由器) 时通过标记检索分组转发表提高了转发效率。
3. **与ATM的关系** - MPLS 和 ATM 都采用面向连接的工作方式。 - 一度人们认为 ATM 会是网络的未来但高速 IP 路由器由于其价格低廉占据了主导地位导致 ATM 未成为主流。 - MPLS 不是为了取代 IP而是作为 IP 的增强技术在互联网中被广泛应用。
4. **MPLS 的特点** - 支持面向连接的服务质量。 - 支持流量工程可以平衡网络负载。 - 有效支持虚拟专用网 (VPN)。
5. **其他说明** - MPLS 中的 label 通常被翻译为 标记尽管也有其他翻译如 标签。
这些笔记摘要了 MPLS 的关键内容从定义、发展背景到主要特点和与其他技术的关系为读者提供了一个清晰的框架来理解该主题。 4.9.1 MPLS的工作原理笔记
1. **传统IP网络问题** - 分组在每个路由器都需查找路由表按“最长前缀匹配”确定下一跳。 - 大型网络路由表查找时间长可导致缓存溢出、分组丢失和服务质量下降。
2. **MPLS解决方案** - 在MPLS域入口为IP数据报打上固定长度“标记”。 - 根据标记用硬件转发IP数据报速度加快。 - 采用标记交换不再上升到第三层直接在第二层用硬件转发。
3. **MPLS域和LSR** - MPLS域中所有路由器都支持MPLS技术称为标记交换路由器LSR。 - LSR同时具有标记交换和路由选择功能。
4. **MPLS基本工作过程** - **标记分配与交换路径**LSR使用标记分配协议LDP交换报文确定与标记对应的标记交换路径LSP。例如路径A→B→C→D。 - **打标记与转发**IP数据报进入MPLS域时入口结点打上标记并按转发表转发给下一个LSR。后续LSR都按标记转发。 - **标记对换**每个LSR在转发时将入标记更换为出标记。 - **标记移除**IP数据报离开MPLS域时出口结点移除标记后续使用常规转发。
5. **分类** - 分类指为IP数据报打标记的过程。 - 三种分类第三层(仅IP首部)第四层(加入TCP/UDP首部)第五层(考虑有效载荷)。
6. **显式路由选择与传统路由选择** - MPLS采用显式路由选择由入口LSR确定整个MPLS域内的转发路径。 - 与常见的“每路由器逐跳选择”方式不同。
这些笔记摘要了MPLS的工作原理从其与传统IP网络的区别、基本操作流程到重要概念为读者提供了一个清晰的理解框架。 我的理解
我们可以用“机场快速通道”来类比MPLS的工作原理。
1. **标记Label的引入** - 想象你进入一个国际机场首先需要办理托运、安检等一系列手续。如果你是一个特定的VIP旅客你会被赋予一个特别的徽章或贴纸。这就类似于MPLS中为数据报文加上的标记。
2. **硬件转发** - 拥有VIP标记的你不再需要在每个检查点排队并按照常规流程办理而是可以直接沿着专门为VIP设定的快速通道前进类似于数据报文在MPLS域中的快速转发。
3. **标记交换Label Swapping** - 当你从一个航站楼走到另一个航站楼时可能需要更换你的VIP徽章或贴纸因为在不同的航站楼中标识VIP的方法可能不同。这就像MPLS中数据报文在每个路由器上更换标记。
4. **确定路径与LSP** - 在机场内有明确标示的路线图指引VIP旅客应该如何快速通过机场各个环节。这与MPLS中预先设定的标记交换路径LSP相似。
5. **退出MPLS域** - 当你最终到达登机口准备登机时你的VIP标记可能会被移除你将与其他所有旅客一样登机。这与数据报文在离开MPLS域时去除标记的过程相似。
6. **显式路由选择** - 这就像机场为VIP旅客提供的专用路线不同于常规旅客的路径整个过程都已预先规划好不需要在每个环节重新决策。
所以MPLS就像是网络中的“VIP快速通道”能够更高效地处理数据流并确保数据报文快速、稳定地到达目的地。 **MPLS转发等价类FEC**
**定义** - **FEC (Forwarding Equivalence Class)**一组被路由器以相同方式处理的IP数据报集合。这种相同的方式处理可以是同样的接口转发、相同的下一跳地址、相同的服务类别、相同的丢弃优先级等。
**FEC的例子** 1. 与特定IP地址前缀匹配的目的IP数据报类似于普通的IP路由器。 2. 所有源地址和目的地址都相同的IP数据报。 3. 满足某种服务质量需求的IP数据报。
**特性** - FEC的划分非常灵活完全取决于网络管理员的需求和判断。 - 一个入口节点不是给每一个IP数据报都分配一个独特的标记而是给同一FEC的IP数据报分配相同的标记。 - FEC与标记之间是一对一的关系。
**FEC在负载平衡中的应用**参考图4-62 - 传统路由选择方法可能导致某条路径过载如A→B→C。 - 使用MPLS和FEC可以通过定义多种FEC来实现负载平衡。 - 例如A可以为来自H₁目的地为H₃的数据定义FEC并选择路径H₁→A→B→C→H₃ - 而为来自H₂目的地为H₄的数据定义另一个FEC并选择路径H₂→A→D→E→C→H₄。 - 这样的策略使得网络负载更均衡称为流量工程Traffic Engineering或通信量工程。
**其他** - 『标记对换』与『标记交换』在MPLS上下文中的使用注意。虽然MPLS的LS表示“标记交换”实际功能是“标记对换”。
【图4-62解读】 - 传统路由可能导致A→B→C路径过载。 - 通过使用MPLS和自定义FEC可以使负载更均衡例如通过路径H₁→A→B→C→H₃和H₂→A→D→E→C→H₄。 我的理解
我们可以用一个火车站调度的比喻来解释。
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想象一下IP数据报是一列列火车而我们的网络就是一套复杂的铁路系统。每列火车都有自己的起点和目的地需要在这个铁路系统上找到一条适当的路径。在普通的路由方式中所有火车都会被调度到最短或最快的路径比如从A站到C站只经过B站。这就像一个繁忙的火车站所有的火车都尝试走最快的线路结果造成了这条线路的拥堵。
而**FEC**就像是火车站的调度员他们可以为火车分配特定的轨道。比如从H₁出发去H₃的火车可能被分配到A-B-C这条线路而从H₂出发去H₄的火车可能被分配到A-D-E-C这条线路。这样火车的流量就被合理地分散开使得整个铁路系统运行得更加平稳和高效。
**标记**可以看作火车上挂的标志或者车票告诉火车应该走哪条线路。同一种FEC的火车都有相同的标志或车票因此它们都会走相同的路径。
这种方法也就是为火车或IP数据报分配特定的轨道或路径使得火车流量更均匀地分布在整个铁路系统上就叫做“流量工程”或“通信量工程”。
--- 笔记MPLS首部的位置与格式 邮递标签的需要 通常我们发送的邮件只需要一个地址标签。但有时为了特殊处理或更高效的投递我们可能需要加上一个额外的标签。同样IP数据报在传输时需要一种特殊的“标签”即MPLS标记。但是像IPv4这样的标准邮递方式并没有为这种特殊标签预留空间。因此我们需要一个方法将其加入。 标签的位置 假设你的邮件是放在一个信封里的。在你的信和信封之间你加上了这个特殊的邮递标签。同样地MPLS首部就像这个特殊标签位于数据报和以太网帧之间确切地说它位于第二层和第三层之间。 标签的识别 为了让邮递员知道这是一个特殊的包裹这个邮递标签有一个特定的标记或颜色。对于MPLS当帧携带MPLS标记时以太网的类型字段会有特定的值使接收方知道这是一个带有MPLS标记的帧。 标签的细节 这个邮递标签上有几个重要的字段或部分如特殊处理要求、优先级和有效期等。MPLS首部有四个字段标记值、试验、栈S和生存时间TTL。其中标记值就像一个特定的编号指明如何处理这个数据报。生存时间TTL像邮递标签上的有效期确保邮件不会在邮局里不断地被传递而无法被投递。 多协议标记交换 (MPLS) 总结
**重点**
1. **标记和标记交换**MPLS的核心是给数据包打标签并在网络中交换这些标签以高效地路由数据包。 2. **转发等价类 (FEC)**相同处理方式的IP数据报的集合。一旦一个数据包被分配到一个FEC它就被赋予一个标签此后在MPLS网络中数据包的路由基于这个标签而非其原始IP头。 3. **性能优化**MPLS允许流量工程和QoS服务质量优化从而实现更高效和可靠的网络性能。 4. **层次结构**MPLS操作在第2层数据链路层和第3层网络层之间这意味着它可以在多种物理网络上工作。
**难点**
1. **配置和管理**由于MPLS提供了高度的灵活性配置和管理可能会复杂尤其是在大型网络中。 2. **理解标签堆栈**在某些情况下MPLS标签可以堆叠在一起这需要对MPLS有深入的理解。 3. **流量工程**虽然MPLS支持流量工程但要正确和有效地实现它可能需要深入的网络知识和实践经验。
**易错点**
1. **误解标签操作**可能会混淆MPLS标签和常规IP路由。重要的是要记住一旦数据包进入MPLS网络它是基于其标签而不是IP头进行路由的。 2. **配置错误**由于MPLS的灵活性配置错误可能导致数据包路由不当或网络性能下降。 3. **标签资源管理**不当地管理和分配MPLS标签可能会浪费网络资源。
通过对MPLS的深入理解和实践网络工程师可以避免这些常见的误区并充分利用其提供的优势。
