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基于MPLS的VPN技术原理及其实现

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:在研究了基于MPLS的VPN技术的原理和工作的基础上,给出了基于BGP扩展实现的MPLS VPN的一个网络组成模型,同时描述了这个模型中的各个设备及其功能。最后分析了MPLS VPN的技术优势及其应用前景。

    关键词:VPN MPLS 多协议标记交换

随着Internet的蓬勃发展,人们对其应用提出了更高的要求。但Internet缺乏有效的流量和网络带宽管理手段,网络经常会发生阻塞。无法对服务质量(QoS)提供保证,许多应用对于目前的IP技术(如语音和视频等)显得力不从心。而新兴的多协议标记交换技术(MPLS:MultiProtocol Label Switching)有望解决这一问题。

1 VPN简介

VPN指的是依靠ISP和其它NSP,在公用网络中建立专有数据通信网络的技术。在虚拟专网中,任意两个接点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链路,而是利用某种公共网的资源动态组成的。VPN技术采用季认证、存取控制、机密性、数据完整性等措施,以保证信息在传输过程中的机密性、完整性和可用性。它是在公共Internet之上为政府、企业构恐安全可靠、方便快捷的专用网络,并可节省资金。VPN技术是广域网建设的最佳解决方染,它不仅会大大节省广域网的建设和运行维护费用,而且拥有成本低、便于管理,开销少、灵活度高,保密性好等优点。

2 基于MPLS的VPN技术

2.1 MPLS的基本原理

MPLS VPN是指基于MPLS技术构建的虚拟专用网,即采用MPLS技术,在公共IP网络上构建企业IP专网,实现数据、语音、图像等多业务宽带连接。并结合差别服务、流量工程等相关技术,为用户提供高质量的服务。MPLS VPN能够在提供原有VPN网络所有功能的同时,提供强有力的QoS能力,具有可靠性高、安全性高、扩展能力强、控制策略灵活以及管理能力强大等特点。

MPLS是一种特殊的转发机制,它为进入网络中的IP数据包分配标记,并通过对标记的交换来实现IP数据包的转发。标记作为IP包头在网络中的替代品而存在,在网络内部MPLS在数据包所经过的路径通过交换标记(而不是看IP包头)来实现转发;当数据包要退出MPLS网络时,数据包被解开封装,继续按照IP包的路由方式到达目的地。
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    如图1所示,MPLS网络包含一些基本的元素。在网络边缘的节点就称作标记边缘路由器(LER:Label Edge Router),而网络的核心节点就称作标记交换路由器(LSR:Label Switching Router)。LER节点在网络中提供高速交换功能。在MPLS节点之间的路径就叫做标记交换路径(LSP:Label Switched Path)。一条LSP可以看作是一条贯穿网络的单向隧道。

MPLS的工作流程可以分为三个方面:即网络的边缘行为、网络的中心行为以及如何建立标记交换路径。

1. 网络的边缘行为

当IP数据包到达一个LER时,MPLS第一次应用标记。首先,LER要分析IP包头的信息,并且按照它的目的地址和业务等级加以区分。

在LER中,MPLS使用了转发等价类(FEC:Forwarding Equivalence Class)的概念来将输入的数据流映射到一条LSP上。简单地说,FEC就是定义了一组沿着同一条路径、有相同处理过程的数据包。这就意味着所有的FEC相同的包都可以映射到同一个标记中。

对于每一个FEC,LER都建立一条独立的LSP穿过网络,到达目的地。数据包分配到一个FEC后,LER就可以根据标记信息库(LIB:Label Information Base)来为其生成一个标记。标记信息库将每一个FEC都映射到LSP下一跳的标记上。如果下一跳的链路是ATM,则MPLS将使用ATM VCC里的VCI作为标记。

转发数据包时,LER检查标记信息库中的FEC,然后将数据包用LSP的标记封装,从标记信息库所规定的下一个接口发送出去。

2. 网络的核心行为

当一个带有标记的包到达LSR的时候,LSR提取入局标记,同时以它作为索引在标记信息库中查找。当LSR找到相关信息后,取

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