Fundación de la tecnología MPLS

Visión general:

MPLS (Conmutación de etiquetas multiprotocolo), también conocida como conmutación de etiquetas multiprotocolo, es una tecnología de red troncal IP. MPLS introduce el concepto de conmutación de etiquetas orientada a la conexión en una red IP sin conexión, combinando la tecnología de enrutamiento de tercera capa con la tecnología de conmutación de segunda capa. La combinación da pleno juego a la flexibilidad del enrutamiento IP y la simplicidad de la conmutación de Capa 2. MPLS se originó a partir de IPv4 y su tecnología central se puede extender a una variedad de protocolos de red, incluidos IPv6, IPX y CLNP.

Esto muestra que MPLS no es un negocio o una aplicación, en realidad es una tecnología de túnel. Esta tecnología no solo admite una variedad de protocolos y servicios de alto nivel, sino que también garantiza la seguridad de la transmisión de información hasta cierto punto.

origen:

A mediados de la década de 1990, con el rápido desarrollo de la tecnología IP, los datos de Internet aumentaron enormemente. Sin embargo, debido a las limitaciones de la tecnología de hardware, la tecnología IP basada en el algoritmo de coincidencia más largo debe utilizar software para encontrar rutas, y el rendimiento de reenvío fue bajo. Por lo tanto, el rendimiento de reenvío de la tecnología IP se convirtió en un cuello de botella que restringía el desarrollo de la red en ese momento. MPLS se propuso originalmente para aumentar la velocidad de transmisión de los enrutadores. En comparación con el método de enrutamiento IP tradicional, solo analiza el encabezado del paquete IP en el borde de la red cuando se reenvían los datos, en lugar de analizar el encabezado del paquete IP en cada salto, lo que ahorra tiempo de procesamiento.

Con el desarrollo de la tecnología ASIC, la velocidad de búsqueda de rutas ya no es un cuello de botella que obstaculice el desarrollo de la red. Esto hace que MPLS ya no tenga ventajas obvias para mejorar la velocidad de reenvío. Sin embargo, MPLS admite etiquetas multicapa y las características orientadas a la conexión del plano de reenvío, lo que lo hace ampliamente utilizado en VPN, QoS y otros aspectos.

Sistema MPLS:

1. Plano de control: responsable de generar y mantener información de enrutamiento e información de etiquetas.

1. Base de información de enrutamiento (RIB): es generada por el protocolo de enrutamiento IP y se utiliza para seleccionar rutas.

2. Protocolo de distribución de etiquetas (LDP): responsable de la distribución de etiquetas, el establecimiento de la tabla de información de reenvío de etiquetas, el establecimiento y eliminación de la ruta de conmutación de etiquetas.

3. Base de información de etiquetas (LIB): es generada por el protocolo de distribución de etiquetas y se utiliza para administrar la información de etiquetas.

2. Plano de reenvío: el plano de datos (plano de datos), que es responsable del reenvío de paquetes IP ordinarios y del reenvío de paquetes con etiquetas MPLS.

1. Base de información de reenvío (FIB): se genera extrayendo la información de enrutamiento necesaria de RIB y es responsable del reenvío de paquetes IP ordinarios.
2. Base de información de reenvío de etiquetas (LFIB): denominada tabla de reenvío de etiquetas, LFIB se establece mediante el protocolo de distribución de etiquetas y es responsable del reenvío de paquetes de etiquetas MPLS.

En el enrutador MPLS, el proceso de reenvío de paquetes:

1. Cuando se recibe un paquete IP normal, se busca en la tabla FIB.Si el ID del túnel es 0x0, se realiza el reenvío IP normal; si se busca en la tabla FIB y el ID del túnel no es 0x0, se realiza el reenvío MPLS.
2. Cuando se recibe un mensaje etiquetado, se busca en la tabla LFIB, si la etiqueta de salida correspondiente es una etiqueta normal, se realiza el reenvío de MPLS; cuando la etiqueta de salida correspondiente es una etiqueta especial, como la etiqueta 3, el mensaje Quitar la etiqueta y realizar el reenvío de IP.

Formato de mensaje MPLS:

La etiqueta MPLS está encapsulada entre la capa de enlace y la capa de red y puede admitir cualquier protocolo de capa de enlace.La estructura de encapsulación de la etiqueta MPLS se muestra en la figura.

Valor de la etiqueta: los primeros 20 bits de la etiqueta representan el valor de la etiqueta (identificación digital de la etiqueta), por lo que el rango del valor de la etiqueta es de 0 a 1048575, pero el valor de la etiqueta de 0 a 15 es una etiqueta de propósito especial. algunos usos comunes de etiquetas especiales:

1. Etiqueta 0: etiqueta vacía explícita de IPv4; Etiqueta 1: etiqueta de alarma del enrutador; Etiqueta 2: etiqueta vacía explícita de IPv6.
2. Etiqueta 3: etiqueta implícitamente vacía.
3. Etiqueta 14: Etiqueta de alarma del enrutador OAM.
4. Las funciones de otras etiquetas reservadas entre 0 y 15 no están definidas actualmente.

EXP: EXP es un campo experimental de 3 bits, la razón por la que se le llama campo experimental es porque la función de este campo no ha sido determinada al comienzo del diseño MPLS, se utiliza principalmente para QoS.

S: La posición S se llama la parte inferior de la pila (BoS, parte inferior de la pila). En algunos escenarios de aplicaciones especiales (como MPLS VPN, AToM), un paquete MPLS debe llevar varias etiquetas (teóricamente, la cantidad de etiquetas que se pueden transportar es ilimitada). Estas etiquetas forman una pila. El bit S de la etiqueta en la parte inferior de la pila (junto al encabezado IP) es 1, y el bit S de otras etiquetas es 0, como se muestra en la figura:

TTL: Los últimos 8 bits se denominan TTL, que se utilizan como un mensaje El ciclo de vida es el mismo que el TTL en el encabezado IP. Cada vez que se realiza una operación de cambio de etiqueta en una red MPLS, el TTL en la etiqueta más externa se reduce en 1. Una vez que TTL se reduce a 0, el mensaje se descarta, evitando así bucles de reenvío de paquetes de datos. Una vez que el paquete IP ingresa a la red MPLS, el valor TTL de la etiqueta puede usar el valor inicial de 255, o el valor TTL en el encabezado IP se puede copiar directamente.

Nota: La capa de enlace de datos encontró que el mensaje de la capa superior es 0x8847, lo que significa que la capa superior es la capa de etiqueta MPLS.

El modelo general de la red MPLS:

1. LSR (Label Switch Router): un enrutador que ejecuta MPLS y tiene capacidades de distribución y reenvío de etiquetas.
2. LER (Label Border Router): un enrutador que tiene capacidades de distribución de etiquetas y conecta redes IP y MPLS. Se divide en LER de entrada y LER de salida. El LER entrante es responsable de presionar la etiqueta en el mensaje IP recibido y luego reenviarlo a la red MPLS; el LER saliente es responsable de quitar la etiqueta del mensaje que sale de la red MPLS y luego reenviarlo de acuerdo con la tabla de reenvío IP .
3. FEC (Forwarding Equivalence Class): se utiliza para describir que los paquetes con las mismas características son procesados ​​de la misma manera por el LSR durante el proceso de reenvío. En MPLS, un FEC está marcado con la misma etiqueta (es decir, un paquete FEC pasa por el mismo LSP). Hay muchas formas de dividir FEC. Por ejemplo, un mensaje destinado al mismo prefijo de destino es un FEC. También puede dividir un FEC utilizando cualquier combinación de dirección de origen, dirección de destino, puerto de origen, puerto de destino, tipo de protocolo, VPN y otros elementos.
4. LSP (Label Forwarding Path): la ruta a través de la cual pasan los paquetes MPLS. El LSR inicial de un LSP se llama LER entrante y el último LSR se llama LER saliente. Un LSP puede entenderse como un túnel unidireccional. LSP también admite el anidamiento, es decir, un LSP puede estar dentro de otro LSP, que se utiliza en algunos escenarios de aplicación de operadores, como CSC.

Según la dirección de transmisión de datos, LSR se puede dividir en dispositivos ascendentes y descendentes:

Upstream: desde la perspectiva del LSR designado, todos los LSR que envían paquetes MPLS a este LSR pueden denominarse LSR upstream según la dirección de transmisión de datos.

En sentido descendente: desde la perspectiva del LSR designado, de acuerdo con la dirección de transmisión de datos, todos los LSR del siguiente salto a los que este LSR envía paquetes MPLS pueden denominarse LSR en sentido descendente.

Formas de establecer LSP:

Primero comprenda el tipo de nodo en LSP: (dividido por la función de reenvío de etiquetas)

Ingress: nodo de Ingress, responsable de presionar la etiqueta del paquete IP recibido y enviarlo al túnel LSP.
Tránsito: nodo intermedio, el nodo es responsable de reenviar el mensaje en forma de etiqueta padre.
Salida: el nodo de salida es responsable de quitar la etiqueta en el mensaje y reenviar el mensaje a la red IP.

1. LSP estático:

El administrador asigna etiquetas a cada clase de equivalencia de reenvío manualmente para establecer un túnel de reenvío. (En casos excepcionales, el rango de uso de la etiqueta es 16 ~ 1023) Al

establecer un LSP estático, el administrador debe seguir el principio de asignar etiquetas manualmente a cada LSR: el valor de la etiqueta del nodo anterior (nodo ascendente) es igual al valor del siguiente nodo (nodo Downstream) ingrese el valor de la etiqueta, específicamente, debe realizar las siguientes operaciones. Configure la dirección de destino, el próximo salto y el valor de la etiqueta saliente de este LSP en el nodo Ingress.

En tránsito, configure la interfaz entrante de este LSP, el valor de la etiqueta entrante igual a la etiqueta saliente del nodo anterior y el valor del siguiente salto correspondiente y la etiqueta saliente. Configure la interfaz entrante de este LSP y el valor de la etiqueta entrante igual a la etiqueta saliente del nodo anterior en Egress.

2. LSP dinámico:
establezca dinámicamente un túnel de reenvío a través del Protocolo de distribución de etiquetas (LDP). (Generalmente usado, el rango de etiquetas es 1024 o más) El

RTD del enrutador de salida asigna etiquetas a rutas existentes localmente y envía activamente la relación de enlace entre la ruta y la etiqueta al enrutador vecino ascendente RTC.

Una vez que el enrutador RTC recibe la relación de enlace entre la ruta y la etiqueta del enrutador vecino en sentido descendente RTD, la registra en el LIB y envía la relación de enlace entre la etiqueta y la ruta asignada por él mismo al enrutador vecino en sentido ascendente RTB.

RTB realiza la misma acción y envía la relación de enlace entre etiquetas y rutas al enrutador vecino ascendente RTA. RTA es un enrutador de entrada y no tiene vecinos ascendentes. Por lo tanto, se establece el LSP dinámico.

Materiales de referencia: materiales de capacitación de Huawei R&S, "Guía de capacitación de intercambio de enrutamiento de HCIE"