MPLS/VPN 基本原理及配置

    MPLS简述

    MPLS（multi-protocollabelswitch）是Internet核心多层交换计算的最新发展。MPLS将转发部分的标记交换和控制部分的IP路由组合在一起，加快了转发速度。而且，MPLS可以运行在任何链接层技术之上，从而简化了向基于SONET/WDM和IP/WDM结构的下一代光Internet的转化。在这里，主要描述一下标签转发表的产生过程及IP包如何通过MPLS转发。

    MPLS标签栈头

    图1  MPLS标签栈头

    32位的MPLS栈头包括以下区域(如图1所示)：

    承载MPLS标记实际值的标记区域（20位）；

    CoS区域（3位），用于在分组通过网络时施加在分组上的排队和丢弃算法；

    堆栈区域（S区域，1位），用于支持标记堆栈序列；

    TTL区域（8位），提供传统的IPTTL功能。

    标签转发表产生过程

    1．路由器之间通过路由协议或静态路由产生路由表。

    图2  路由器之间通过路由协议或静态路由产生路由表

    如图2所示，假设途中A、B、C、D四台路由器之间运行了OSPF协议，A路由器学习到D路由器网段211.91.168.0/24的路由。

    2．运行MPLS的路由器为路由表中的路由分配标签。

    图3  运行MPLS的路由器为路由表中的路由分配标签

    图3A、B、C、D四台路由器的路由表中都有211.91.168.0/24网段的路由，假设各路由器都已运行MPLS协议，则每台路由器都会为该路由分配一个标签。

    3．通过LDP/RSVP协议发现其MPLS邻居。

    假设在各路由器接口启动LDP协议。通过LDP发现协议，A路由器知道B路由器为其MPLS邻居，B路由器知道A、C为其MPLS邻居，C路由器知道B、D为其MPLS邻居，D的MPLS邻居为C。

    4．将打标签的路由通告给其MPLS邻居。

    各路由器将其打了标签的路由通告给其MPLS邻居，而不管是否已从其邻居学习到该路由的标签。这样对于路由211.91.168.0/24在各路由器中的标签情况如图4所示。

    图4  各路由器中的标签情况

    5．路由器将其下一跳路由器通告的标签加到其转发表中。通常在实际应用中路由器将目的地不是本地的IP包转发给其下一跳。因此在MPLS中，路由器只将其下一跳路由器通告的标签加到其转发表中。对于211.91.168.0/24网段对应的转发如图5所示。

    图5  路由器将其下一跳路由器通告的标签加到其转发表中

    IP包在MPLS网络中转发过程

    1．MPLS入口路由器根据目的地址查找路由表。

    如图5例，假设一目的地址为211.91.168.0/24的IP包到达路由器A。此时路由器A将查找其路由表，发现该路由下一跳为路由器B。

    2．将该IP包打上标签，转发给下一跳路由器。

    上例中，路由器A将目的地址为211.91.168.0/24的IP包打上标签20，转发给其下一跳路由器B。

    3．下一跳路由器查找其转发表，替换标签，继续转发。

    上例中，当打有标签的IP包到达B路由器时，路由器不再根据目的地址查找路由表了，而是根据标签查找标签转发表。从A来的出站标签对应于B的入站标签，也就是B通告给A的标签。B路由器通过标签替换，将其入站标签替换成出站标签，即用标签30替换掉标签20，然后转发给其下一跳路由器C。C路由器同样进行标签交换，将带有标签40的IP包送给D路由器。

    4．出口路由器查找其转发表，发现其就是目的地网络，弹出标签，送给相应端口处理。

    上例中D路由器将查找标签转发表，发现该IP包目的地为自己，则弹出标签。标签交换过程结束。

    VPN在MPLS中的实现

    RFC2547bis定义了允许服务提供商使用其IP骨干网为用户提供VPN服务的一种机制。RFC2547bis也被称为BGP/MPLSVPN，因为BGP被用来在提供商骨干网中发布VPN路由信息，而MPLS被用来将VPN业务从一个VPN站点转发至另一个站点。首先对MPLS VPN中用到的常用术语作一说明，然后介绍一下MPLS VPN实现的基本原理及常见组网。

    MPLS/VPN中常用术语

    PE路由器：又称作提供商边缘路由器。该路由器负责用户端网络到提供商网络的接入。

    P路由器：又称提供商路由器。P路由器是提供商网络中不连接任何CE设备的路由器。

    CE路由器：又称用户边缘设备。CE路由器通过连接至一个或多个提供商边缘（PE）路由器的数据链路为用户提供对服务提供商的接入。

    路由目标RT：RT为MP-BGP中的扩展共同体属性之一。路由目标属性定义了PE路由器发布路由的一组站点（VRF）的集合。PE路由器使用这一属性来对输入远端路由到其VRF进行约束。

    VPN路由转发表（VRF）：每个PE路由器为其直连的站点维持一个VRF。每个用户链接被映射至一个特定的VRF。每个VRF与PE路由器的一个端口相关联。

    VPN在MPLS网络中的实现

    网络拓扑描述

    假设一个服务提供商具有一个IP骨干网，为不同的企业提供BGP/MPLSVPN服务。网络中有3个PE路由器，连接到4个不同的用户站点。

    图6  网络拓扑

    图6中，CE1与CE3属同一VPN1，CE2与CE4同属另一VPN2。站点1（CE1）中的任何主机可以与站点3（CE3）中的任何主机进行通信。站点2（CE2）中的任何主机可以与站点4（CE4）中的任何主机进行通信。

    路由学习过程

    在一个用户站点能够将VPN业务转发到远端站点之前，必须将VPN路由信息从每个用户站点通过骨干网转发至其他用户站点。PE路由器从其直连的CE路由器学习路由，入口PE通过骨干网向出口PE发布路由，出口PE路由器将路由发布至CE。

    标签转发过程

    在网络中，只有PE及P路由器运行标签转发协议，

    图6中CE1与CE3客户属于同一VPN。当CE1的客户需要向CE3客户发送信息时：

    CE1路由器查找路由表，将数据包发给PE1路由器；

    PE1路由器发现CE1属于VRF1，查找VRF1表，找到目的地址下一跳为MP-BGP对等体路由器PE2；

    PE1路由器查找路由表知到达对等体PE2的直连下一跳为P1路由器；

    给该数据包分配标签，将该数据包转发给P1路由器；

    该数据包通过中间P路由器标签转发，到达PE2；

    PE2弹出标签。查找VRF1路由，将该数据包转发给CE3；

    到达CE3客户。

    MPLS/VPN的几种典型组网

    MESH方式

    图7 典型的组网图

    MESH方式为普通VPN业务，是客户对VPN的最基本的需求。

    基本的VPN服务要求相同的VPN客户之间能相互通信，而不同的VPN客户间不能通信。典型的组网图如图7所示，VPN1间互相通信，VPN2间互相通信，而VPN1与VPN2间不能通信。

    HUB-SPOKE方式

    对于有很多子公司的大客户来说，普通的VPN业务可能无法满足其需求。通常总公司可能需要监控子公司间的通信，同时要能够与各子公司直接通信。这就要求子公司间通信时必须经过总公司中转。

    图8  HUB-SPOKE方式

    一种典型的组网图如图8所示，总公司可以直接与子公司1、子公司2通信，而子公司1和子公司2间通信时必须经过总司中转，如此总公司可以监控各子公司间的通信。其中PE-3为HUB路由器，PE-1及PE-2为SPOKE路由器。

    INTERNET接入

    VPN客户间通信使用的是私网地址，可以自由规划内部网络，但同样可能需要能连上INTERNET。

    图9  INTERNET接入

    一种典型的组网图如图9所示，通过在VPN1的某个网关上提供NAT完成私网地址到公网地址的转换即可完成INTERNET业务。

    在ZXR10中配置MPLS/VPN

    ZXR10中配置MPLS/VPN的基本步骤

    目前ZXR10中MPLS/VPN应用最多的为T64E/T128及T32C/T64C等中高档路由器产品。其中E系列中，T64E/T128支持MPLS/VPN的常用单板有8端口FEI板、2端口GEI接口板、4端口POS3接口板、E1接口板。C系列中支持MPLS/VPN的常用单板有GEI板、POS接口板。

    对于T64E/T128而言，要配置MPLS/VPN业务必须使用V1.2以上版本或平台版本，对于C系列路由器而言需要使用ros9302以上版本。在ZXR10中配置MPLS/VPN业务主要步骤如下。

    1．在PE路由器上定义一个VPN名称或者说一个VPN的转发表（VRF）的名称。名称长度为1到16个字符。注意该名称只是本地有效，在某个接口与VPN绑定时将使用到该名称。

    2．定义该VRF的路由标识符（RD）和路由目标（RT），定义导入导出策略，该策略将在MP-BGP中用来区分不同的VPN。

    3．定义指定的接口与VRF关联。如果这个接口预先配置了IP地址，那么需将原IP地址删除，定义好关联后，再行配置IP地址。

    4．定义VRF路由。PE路由器与CE路由器之间可以定义静态路由，也可以运行动态路由协议。

    5．配置MPBGP协议。PE路由器从CE路由器学习到VRF路由后，需要通过运行MPBGP协议通告给其他PE。配置MPBGP协议通常分以下三步：

    （1）在BGP路由配置模式下，用neighbor命令指定PE对等体，必须是IBGP对等体；

    （2）进入BGP的address-familaryvpnv4地址模式，激活该对等体；

    （3）对于不同的VRF，将其路由（直连、静态、OSPF、ISIS）重分布到MPBGP中进行通告。

    MPSL/VPN配置实例

    下面通过一个组网实例讲述MPLS/VPN业务在ZXR10中的应用。实例中描述的是E系列路由器独立组网配置。