MPLS高效转发机制的研究与实现

摘要

MPLS(Multiprotocol Label Switch，多协议标签交换)是基于标签交换对数据包进行转发的新型技术。现在MPLS的主要应用为MPLS VPN。 与基本的MPLS转发使用一层标签完成数据包传输不同，MPLS VPN使用标签栈技术完成私网数据的互通，甚至是跨过不同自治域的互通。但是随着标签栈里的标签层次的增多，VPN的服务节点对标签处理的次数也线性增长，导致了MPLS VPN比MPLS基本转发速度慢，尤其是在VPN的跨域方案中，实验分析为慢30％。 本文的研究主要解决的就是VPN的多层次标签处理带来的速度减慢的问题。为了解决此问题，本文先研究MPLS转发所依赖的转发表项，着重对MPLS VPN跨域方案的转发表项进行详细分析，掌握标签的层次结构与转发表项的关系，得出导致VPN转发变慢的根本原因是：每层标签对应一条转发表项，而每条转发表项对应一次转发表查询操作和标签栈操作。 找到VPN转发变慢的根本原因后，要解决VPN转发变慢的问题则需去解决多层标签对应多次查询转发表项和标签操作的问题。为了解决此问题，本文研究的MPLS高效转发机制将采用优化的转发表项，将原有的多层标签对应的多条转发表项经过迭代后放到优化后的一条转发表项里，以最外层非失效的标签来索引此优化表项。这样不管报文里有多少层标签，都只使用最外层非失效的标签查找此表项一次，此表项对应的标签操作也只为一次，与只带单层标签的MPLS基本转发处理基本达成了一致，从而加快MPLS VPN的转发处理速度。 上述优化的转发表项的设计是MPLS高效转发机制设计的核心，而转发表项的创建、对表项资源的管理、按此表项进行转发的控制则是MPLS高效转发机制要实现的重点。在创建转发表项方面，采用下发更新机制，使得下发创建效率变高。在表项资源管理方面采用高效的管理机制，使得在报文转发过程中对表项资源的有效性判断简化成一次数值大小的比较，而当业务需要进行遍历表项时能节省一半的时间。在转发控制方面将对MPLS基本转发进行加速处理，对于MPLSVPN转发则得到了转发表项优化带来的好处，使得处理速度变快。 通过实验数据分析，采用本文实现的MPLS高效转发机制后，对于MPLS VPN C类跨域方案的处理速度比原转发机制加快了20.7％；对于MPLS基本转发加快了8.2％；MPLS基本转发和VPN转发的处理速度基本一致(相差程度降低了59.2％)。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1引言

1.1研究背景及研究现状

1.2选题意义

1.3主要工作

1.4论文结构

2 MPLS理论研究

2.1 MPLS基本理论

2.1.1 MPLS基本概念

2.1.2 MPLS网络结构

2.2 MPLS节点结构

2.2.1 MPLS转发模块

2.2.2 MPLS信令模块

2.3 MPLS分层操作

2.3.1 LSP隧道与分层

2.3.2 MPLS分层操作原理

2.4基于MPLS虚拟专用网络(VPN)技术

2.4.1 MPLS L3VPN技术原理

2.4.2 MPLS L3VPN的跨域技术原理

3 MPLS高效转发机制设计

3.1 MPLS现有转发机制的分析

3.1.1 MPLS节点转发现状分析

3.1.2 MPLS节点转发实现机制的高效化分析

3.2 MPLS高效转发机制的研究环境-HSP

3.3 MPLS高效转发机制总体设计

3.3.1对管理平面实施的总体设计

3.3.2对HSP-MFW模块的总体设计

3.4 HSP-MFW模块转发表项设计

3.4.1 LSP转发表项设计

3.4.2 Tunnel表项及其他表项设计

3.5 HSP-MFW模块转发表项资源池结构设计

3.5.1初始化时静态分配内存空间的表项的资源池

3.5.2动态分配内存空间的表项的资源池

3.6 HSP-MFW模块表项资源管理设计

3.6.1资源管理结构

3.6.2资源管理表

4 MPLS高效转发机制实现

4.1管理平面LFIB表项迭代下发到HSP-MFW模块

4.1.1非入口LSR管理平面LFIB表项下发

4.1.2入口LSR管理平面LFIB表项下发

4.2 HSP-MFW模块创建转发表项

4.2.1生成高效转发表项

4.2.2向资源管理模块下指令创建表项

4.3 HSP-MFW模块表项资源管理的实现

4.3.1资源管理表的初始化

4.3.2资源管理模块对表项资源的管理

4.4 HSP-MFW模块高效转发的实现

4.4.1 MPLS高效转发总体实现

4.4.2对MPLS报文的高效转发实现

4.4.3对IP报文走MPLS的高效转发实现

5验证与分析

5.1实验方案

5.2功能验证

5.2.1 HSP-MFW模块高效转发表项建立的正确性

5.2.2 HSP-MFW模块表项资源管理验证

5.3性能分析

5.3.1 MPLS原转发机制转发性能测试

5.3.2 MPLS高效转发机制转发性能测试

5.3.3性能比较分析

6结论

参考文献

作者简历