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        MPLS-VPN技術(shù)在園區(qū)網(wǎng)的應(yīng)用

        2016-11-03 08:34:32潘清
        中國新通信 2016年19期

        潘清

        【摘要】 MPLS-VPN技術(shù)是一種基于標簽轉(zhuǎn)發(fā)的路由技術(shù),該協(xié)議是由IETF于2002年提出的標準協(xié)議,目前主要用作于運營商、骨干網(wǎng)及一些大型園區(qū)網(wǎng)中的核心承載技術(shù),MPLS-VPN技術(shù)使用一種特殊定義的標簽來標記路由,并通過標簽轉(zhuǎn)發(fā)代替?zhèn)鹘y(tǒng)路由技術(shù)的路由查詢,效率非常高。并且可以通過虛擬轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù),在同一臺設(shè)備上虛擬出多張路由表,不同路由表之間相互隔離,從而形成了VPN的效果。

        【關(guān)鍵詞】 MPLS-VPN技術(shù) 標簽交換 虛擬路由轉(zhuǎn)發(fā) MP-BGP

        隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的應(yīng)用部署從本地局域網(wǎng)遷移至互聯(lián)網(wǎng)及云平臺上,使得運營商骨干網(wǎng)絡(luò)及一些大型企事業(yè)單位的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要同時承載不同種類的業(yè)務(wù)流量,而在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,所有業(yè)務(wù)流量承載在一臺設(shè)備的一張路由表內(nèi),使得路由表條目數(shù)量非常龐大,從而使得傳統(tǒng)IP路由的逐跳查找方式性能相對不高,并且不同業(yè)務(wù)流量之間沒有有效的隔離,存在一定的安全隱患。為了解決這個問題,可以使用MPLS-VPN技術(shù)來替代傳統(tǒng)的IP路由技術(shù),承載骨干網(wǎng)及園區(qū)網(wǎng)的各類應(yīng)用流量。

        一、MPLS-VPN技術(shù)原理

        MPLS(Multi Porotocol Label Switching)多協(xié)議標簽交換,是一種基于標簽交換的VPN。與傳統(tǒng)路由技術(shù)逐跳查找遍歷路由表尋找路由的方式不同,MPLS使用標簽交換,并基于預(yù)先生成好的標簽交換路徑進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),效率更高。

        標簽是一個32比特的精簡設(shè)計的字段,位于二層頭部與三層頭部之間,因此一般稱標簽位2.5層。其中標簽值占了前20個比特,總共可以生成2的20次方個不重復的標簽,用于分配給設(shè)備上的每一條路由條目。除了20個比特的標簽值,標簽還包含了3比特的實驗位,1比特的棧底位,8比特的TTL值。

        每一臺運行過了MPLS的設(shè)備都需要為自身設(shè)備路由表中的每一條路由條目分發(fā)標簽,而分發(fā)標簽的任務(wù)就需要一種單獨的協(xié)議完成,這就是標簽分發(fā)協(xié)議LDP(Label Distribute Protocol),LDP是一個專門用于為IGP路由分發(fā)標簽的協(xié)議,并且會生成及維護一張標簽與路由對應(yīng)關(guān)系表。LDP是為IGP分發(fā)標簽的協(xié)議,而對于BGP這種EGP,其自身就擁有分發(fā)標簽的能力。

        當LDP為路由條目分發(fā)完標簽后,參與MPLS的設(shè)備就會通過運行了LDP的接口發(fā)送通告消息給其相鄰的LDP下游鄰居,通告消息內(nèi)容包括了自身針對某條路由的標簽,鄰居設(shè)備收到標簽后,會將收到的標簽保存在本地,同樣也會將本地針對該路由條目的標簽通告給下游設(shè)備,以此類推,通過這樣的通告學習方式,鏈路上的設(shè)備都擁有了針對某條路由的自身標簽及上游設(shè)備通告來的標簽,這樣就形成了標簽轉(zhuǎn)發(fā)路徑LSP(Label Switching Path)。

        當一個去往遠端地址的數(shù)據(jù)包被發(fā)送到第一臺運行了MPLS的設(shè)備時,該設(shè)備會查找上游設(shè)備針對這個遠端地址路由的標簽值,并為該數(shù)據(jù)包打上這個標簽,之后將數(shù)據(jù)包發(fā)送給上游設(shè)備,上游設(shè)備收到了這個帶標簽的數(shù)據(jù)包后,會查看再上游設(shè)備對應(yīng)該路由條目的標簽,并將數(shù)據(jù)包中的標簽進行交換修改后發(fā)送給更上游的設(shè)備,依次類推,逐跳交換,直到數(shù)據(jù)包到達遠端目的地。

        對于有多種不同業(yè)務(wù)流的情況,可以在MPLS邊界設(shè)備上啟用VRF(Virtual Route Forwarding)虛擬路由轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù),VRF是虛擬的路由表,傳統(tǒng)的路由器只有一張路由表,所有業(yè)務(wù)流的路由都在一張路由表內(nèi),沒有隔離,而VRF技術(shù)則實現(xiàn)了為不同業(yè)務(wù)流創(chuàng)建不同的路由表,并且路由表之間相互獨立,互不干擾。VRF通過與物理接口關(guān)聯(lián),實現(xiàn)某一個接口進來的流量都放入對應(yīng)的VRF路由表中。

        在傳播多業(yè)務(wù)流的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,為了區(qū)分不同業(yè)務(wù)流,需要為每一條路由條目添加一個特殊的值,用于標記路由,使其唯一,這個值就是RD(Route Distingish)值,RD值是一個64比特的字段,添加在IPv4路由條目前,使其成為唯一的VPNv4路由條目,此外還需要一個值,來標記不同流量歸屬于不同的VRF,這個值就是RT(Route Target),RT用戶關(guān)聯(lián)VRF,當接收到收到路由條目后會比對其中的RT值是否與本地某個VRF匹配,如果一致則會將該路由放入對應(yīng)VRF中。

        二、MPLS-VPN技術(shù)在園區(qū)網(wǎng)中的應(yīng)用

        在目前的中大型園區(qū)網(wǎng)設(shè)計中,通常在核心骨干位置部署相對較高性能的路由交換設(shè)備,因此可以在骨干處實施MPLS-VPN技術(shù),在骨干網(wǎng)設(shè)備上啟用MPLS-VPN,使其成為標簽交換網(wǎng)絡(luò),并且為不同的業(yè)務(wù)流創(chuàng)建不同的VRF虛擬路由表,從而達到有效的業(yè)務(wù)流量隔離效果。

        在接入層的二層網(wǎng)絡(luò)中,仍然可以采用傳統(tǒng)的靜態(tài)路由方式,將默認流量根據(jù)不同的目的地址,指向不同的VRF下聯(lián)接口。

        三臺路由器R1、R2、R3作為骨干設(shè)備運行了MPLSVPN技術(shù),其中R1面向外部互聯(lián)網(wǎng),R3面向內(nèi)部局域網(wǎng)用戶,R2作為MPLS網(wǎng)絡(luò)中間設(shè)備。針對遠端網(wǎng)絡(luò)10.199.64.0/24的網(wǎng)絡(luò),3臺設(shè)備都生成了該路由條目的標簽,R1生成了標簽100,R2生成了標簽200,R3生成了標簽300。之后R1將標簽100通告給R2,R2保存該標簽并將自己的標簽值200通告給R3。

        當R3收到一個去往10.199.64.0/24網(wǎng)段的數(shù)據(jù)包時,會查詢本地數(shù)據(jù)庫,針對該路由條目的遠端鄰居R2發(fā)來的標簽值,查詢結(jié)果為200,這時R1會將標簽值200插入到數(shù)據(jù)包的二層及三層頭部之間,再將該數(shù)據(jù)包通過對應(yīng)的出接口發(fā)送給R2,R2收到該數(shù)據(jù)包后不會再去查看三層頭部中的目的IP地址,而是直接查詢標簽200所對應(yīng)的上游設(shè)備發(fā)來的標簽,查詢結(jié)果300,此時R2會將數(shù)據(jù)包原有標簽值200交換修改為300,再從出接口發(fā)送給R3,R3收到該數(shù)據(jù)包后將會執(zhí)行同樣的操作,直到數(shù)據(jù)包抵達目的網(wǎng)段10.199.64.0/24。當數(shù)據(jù)包抵達最后一條MPLS設(shè)備時,該設(shè)備會將數(shù)據(jù)包中的標簽移除,使數(shù)據(jù)包還原成為一個普通的IPv4數(shù)據(jù)包,再將其發(fā)送給最終目的,這樣就完成了一個完整的標簽交換過程。

        三、基于MPLS-VPN技術(shù)的MP-BGP技術(shù)

        MPLS-VPN可以完成數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)及流量隔離,但是在實際數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)前,需要為其生成標簽轉(zhuǎn)發(fā)路徑,而這時基于路由來實現(xiàn)的。

        可以這么理解,路由是形成標簽轉(zhuǎn)發(fā)所需要的道路,而實際的標簽轉(zhuǎn)發(fā)則是在路上行駛的車輛。在運營商骨干及一些中大型的園區(qū)網(wǎng)絡(luò)中,通常采用的是BGP路由協(xié)議來完成路由功能的,當MPLS-VPN技術(shù)配合BGP技術(shù)使用時,則成為MP-BGP(Multi-Protocol BGP)。

        MP-BGP可以實現(xiàn)在MPLS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中傳遞多個VRF的路由,并且路由之間相互邏輯隔離。這主要是通過兩個參數(shù)來完成的,RD值及RT值,RD值用于標記IPv4路由,使其在網(wǎng)絡(luò)中唯一,RD值是一個64位比特長的字段,將RD值添加到IPv4路由前就形成了VPNv4路由,這樣在數(shù)據(jù)穿越MPLS網(wǎng)絡(luò)使就能保證其唯一性不至于混淆。當數(shù)據(jù)包抵達MPLS網(wǎng)絡(luò)對端時,這個RD值將會被移除,從而將數(shù)據(jù)包還原成普通的IPv4路由。

        在MPLS網(wǎng)絡(luò)的邊界設(shè)備處,需要創(chuàng)建不同的VRF用于承載不同的業(yè)務(wù)流,而當一個數(shù)據(jù)包穿越網(wǎng)絡(luò)后如何確定該數(shù)據(jù)包屬于哪一個VRF,這就要依靠RT值來實現(xiàn),RT值是一對參數(shù),包含import值及export值,這兩個值用于與VRF相關(guān)聯(lián),當數(shù)據(jù)包在穿越MPLS-VPN網(wǎng)絡(luò)時,會攜帶上這個VRF的RT export值,當數(shù)據(jù)包抵達對端MPLS邊界設(shè)備時,對端設(shè)備會將該RT export值與本地的RT import值相比較,如果一致,則證明該數(shù)據(jù)包送到該VRF中去繼續(xù)在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸。

        通過這兩個參數(shù),就使得BGP可以在MPLS-VPN網(wǎng)絡(luò)中傳輸多種業(yè)務(wù)流,并且業(yè)務(wù)流之間相互隔離,也不會混淆。而在內(nèi)部局域網(wǎng)環(huán)境中,與邊界MPLS設(shè)備對接的設(shè)備,可以采用靜態(tài)路由的方式,根據(jù)不同的目的地址,將流量靜態(tài)指向?qū)?yīng)VRF的下聯(lián)接口。

        四、結(jié)語

        在網(wǎng)絡(luò)需求日益增長的今天,如何保證網(wǎng)絡(luò)流量的告訴轉(zhuǎn)發(fā)及不同流量之間的相互隔離是每一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者及實施人員必須考慮的問題,而MPLS-VPN技術(shù)則可以很好的實現(xiàn)這一需求,廣大網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者在規(guī)劃園區(qū)網(wǎng)絡(luò)時,可以使用MPLS-VPN技術(shù)作為核心骨干承載技術(shù)。

        參 考 文 獻

        [1] 辛麗華.MPLS-VPN 組網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2006,3:213~215

        [2] 林濤.MPLS VPN 技術(shù)在福建省政務(wù)信息網(wǎng)的應(yīng)用.電子政務(wù),2008,10:113~116

        [3] 韓明明.VPN 技術(shù)在高校圖書館中的應(yīng)用探討.中國計算機報,2006,29

        [4] 宋慶.劉顏明.朱永升.MPLS 技術(shù)的研究.電子科技,2007(2):76~78

        [5] 格林等.MPLS實現(xiàn)技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,2005,6

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