MPLS VPN技术及应用

摘要：MPLS VPN是一种基于MPLS技术的IP-VPN，是在网络路由和交换设备上应用MPLS技术，简化核心路由器的路由选择方式，利用结合传统路由技术的标记交换实现的IP虚拟专用网络（IP VPN），可用来构造宽带的Intranet、Extranet，满足多种灵活的业务需求。本文主要介绍了MPLS VPN技术概述和主要应用。

关键字：MPLS  VPN  L2  L3  PE  CE

1．MPLS VPN概述

    随着网络经济的发展，企业对于自身网络的建设提出了越来越高的要求，主要表现在网络的灵活性、经济性、扩展性等方面。在这样的背景下，VPN以其独有的优势赢得了越来越多企业的青睐。利用公共网络来构建的私有专用网络称为虚拟私有网络（VPN，Virtual Private Network）。在公共网络上组建的VPN象企业现有的私有网络一样提供安全性、和可管理性等。在所有的VPN技术中，MPLS VPN具有良好的可扩展性和灵活性，是目前发展最为迅速的VPN技术之一。

    1.1 MPLS

MPLS(Multiprotocol Label Switching,　多协议标记交换)使用标签(Label)进行转发，一个标签是一个短的、长度固定的数值，由报文的头部携带，不含拓扑信息，只有局部意义。MPLS包头的结构如下图所示，包含20比特的标签，3比特的EXP(通常用作Cos)，1比特的S，用于标识此标签是否为最底层标签，8比特的TTL。

图 2-1 MPLS 标签

    MPLS可以看做是一种面向连接的技术。通过MPLS信令(如LDP，Label Distribute Protocol，标签分配协议)建立好MPLS标记交换通道(Label Switched Path，简称LSP），数据转发时，在网络入口对报文进行分类，根据分类结果选择相应的LSP，打上相应的标签，中间路由器在收到MPLS报文以后直接根据MPLS报头的标签进行转发，而不用再通过IP报文头的IP地址查找。在LSP出口（或倒数第二跳），弹出MPLS标签，还原为IP包。

    1.2 MPLS/BGP VPN

    MPLS VPN是一种基于MPLS技术的IP-VPN，根据PE（Provider Edge）设备是否参与VPN路由处理又细分为二层VPN和三层VPN，一般而言，MPLS/BGP VPN指的是三层VPN。

    在MPLS/BGP VPN的模型中，网络由运营商的骨干网与用户的各个Site组成，所谓VPN就是对site集合的划分，一个VPN就对应一个由若干site组成的集合。如MPLS/BGP VPN的实现如图2-2所示：

图 2-2 MPLS/BGP VPN示意图

    如图所示，MPLS/BGP VPN所包含的基本组件：

    PE：Provider Edge Router，骨干网边缘路由器，是MPLS L3VPN的主要实现者。

    CE：Custom Edge Router，用户网边缘路由器。

    P router： Provider Router，骨干网核心路由器，负责MPLS转发。

    VPN用户站点（site）：VPN中的一个孤立的IP网络，一般来说，不通过骨干网不具有连通性，公司总部、分支机构都是site的具体例子。

在MPLS/BGP VPN中，属于同一的VPN的两个site之间转发报文使用两层标签，在入口PE上为报文打上两层标签，外层标签在骨干网内部进行交换，代表了从PE到对端PE的一条隧道，VPN报文打上这层标签，就可以沿着LSP到达对端PE，然后再使用内层标签决定报文应该转发到哪个site上。

    1.3 L2 MPLS VPN

    简单来说，MPLS L2VPN就是在MPLS网络上透明传递用户的二层数据。从用户的角度来看，这个MPLS网络就是一个二层的交换网络。以ATM为例，每一个用户边缘设备（CE）配置一个ATM虚电路，通过MPLS网络与远端的另一个CE设备相连，与通过ATM网络实现互联是完全一样的。

在MPLS L2VPN中，CE、PE、P的概念与BGP/MPLS VPN一样，原理也很相似：利用标记栈来实现用户报文在MPLS网络中的透明传送：外层标记（称为tunnel标记）用于将报文从一个PE传递到另一个PE，内层标记（在MPLS L2VPN中，称为VC标记）用于区分不同VPN中的不同连接，接收方的PE根据VC标记决定将报文传递给哪个CE。转发过程中标记栈变化如下图所示：

图 2-3 L2VPN标记栈处理

    当前MPLS L2VPN还没有形成正式的标准。存在两种主要的实现方式：Martini方式和Kompella方式。前者使用扩展的LDP协议作为信令来传递VC标记，因此又被称为LDP方式的L2VPN。Kompella方式采用BGP扩展为信令来散发二层可达信息和VC标记，因此又被称为BGP方式的L2VPN。

 2 MPLS VPN的应用

采用MPLS VPN技术可以把现有IP网络分解成逻辑上隔离的网络，这种逻辑上隔离的网络的应用可以是千变万化的：可以是用在解决企业互连、政府相同/不同部门的互连、也可以用来提供新的业务，如为IP电话业务专门开通一个VPN。

    例如：

    用MPLS VPN构建运营支撑网

    利用MPLS VPN技术可以在一个统一的物理网络上实现多个逻辑上相互独立的VPN专网，该特性非常适合于构建运营支撑网，例如，目前国内很多省市的DCN网就采用华为的设备，在一个统一的物理网络上构建网管，OA，计费等多个业务专网。

    MPLS VPN在与运营商城域网的应用:

    作为运营商的基础网络，宽带城域网需同时服务多种不同的用户，承载多种不同的业务，存在多种接入方式，这一特点决定城域网需同时支持MPLS L3VPN，MPLS L2VPN及其它VPN服务，根据网络实际情况及用户需求开通相应的VPN业务，例如，为用户提供MPLS L2VPN服务以满足用户节约专线租用费用的要求。

    MPLS VPN在企业网络的应用:

MPLS VPN在企业网中同样有广泛应用。例如，在电子政务网中，不同的政府部门有着不同的业务系统，各系统之间的数据多数是要求相互隔离的，同时各业务系统之间又存在着互访的需求，因此大量采用MPLS VPN技术实现这种隔离及互访需求。

3. 结束语

就MPLS本身而言，目前MPLS领域的研究热点主要关注于包括VPN在内MPLS应用，如QOS，流量工程等。具体到MPLS VPN，目前研究重点主要集中在解决MPLS VPN应用中可能遇到的一些问题，例如VPN跨自治域，VPN组播等。

业界MPLS VPN研究的一个重要热点是分布式PE，目前的MPLS VPN功能主要是通过单个PE设备实现，PE需完成多种业务，对接口数目及种类的要求高，性能压力很大等。为了解决该问题，有人提出通过多个设备虚拟一个设备完成PE功能，如华为公司提出的分层PE等。