基于MPLS的VPN技术原理及其实现

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。

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。

    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，取出出局的标记，并由出局标记代替入局标记，从标记信息库中所描述的下一跳接口送出数据包。

最后，数据包到达了MPLS域的另一端，在这一点，LER剥去封装的标记，仍然按照IP包的路由方式将数据包继续传送到目的地。

3. 如何建立标记交换路径

建立LSP的方式主要有两种：

(1)"Hop by Hop (逐跳寻径) "路由

一个Hop-by -Hop的LSP是所有从源站点到一个特定目的站点的IP树的一部分。对于这些LSP，MPLS模仿IP转发数据包的面向目的地的方式建立了一组树。

从传统的IP路由来看，每一台沿途的路由器都要检查包的目的地址，并且选择一条合适的路径将数据包发送出去。而MPLS则不然，数据包虽然也沿着IP路由所选择的同一条路径进行传送，但是它的数据包头在整条路径上从始至终都没有被检查。

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