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MPLS称之为多协议标签交换在九十年代中期被提出来用于解决传统IP报文依赖查表转发而产生的瓶颈现多用于VPN技术MPLS报头封装在数据链路层之上网络层之下。本文为结合了华为技术和新华三技术的大成即结合了HCIAHCIPHCIE Datacom和H3CNE-RSH3CSE-RSH3CIE-RS。本文将主要介绍MPLS VPN的基本概念博主将会在MPLS专栏中持续更新关于MPLS的进阶内容。
二.前言
VPN(Virtual Private Network虚拟专用网络)指的是在一个公共网络中实现虚拟的专用网络从而使得用户能够基于该专用网络实现通信的技术。MPLS VPN也是VPN技术中的一种。需要强调的是本文章所介绍的MPLS VPN指的是BGP/MPLS IP VPN这是一种被业界广泛使用的三层VPN。本文章将介绍MPLS VPN的基本概念、工作过程以及典型配置方法。
三.MPLS VPN概述
1.MPLS VPN定义
BGP/MPLS IP VPN网络一般由运营商搭建VPN用户购买VPN服务来实现用户网络之间的路由传递、数据互通等。MPLS VPN使用BGP在运营商骨干网上发布VPN路由使用MPLS在运营商骨干网上转发VPN报文。BGP/MPLS IP VPN又被简称为MPLS VPN是一种常见的L3VPN(Layer 3 VPN)技术。 2.MPLS VPN网络架构
MPLS VPN网络架构由三部分组成:CE(Customer Edge)、PE(Provider Edge)和P(Provider)其中PE和P是运营商设备CE是MPLS VPN用户设备。站点(site)就是MPLS VPN的用户由CE和其他用户设备构成。 CE:用户网络边缘设备有接口直接与运营商网络相连。CE可以是路由器或交换机也可以是一台主机。通常情况下CE不“感知”VPN的存在也不需要支持MPLS。PE:运营商边缘路由器是运营商网络的边缘设备与CE直接相连。在MPLS网络中对VPN的所有处理都发生在PE上对PE性能要求较高。P:运营商网络中的骨干路由器不与CE直接相连。P设备只需要具备基本MPLS转发能力不维护VPN相关信息。站点的含义可以从下述几个方面理解: 站点是指相互之间具备IP连通性的一组IP系统并且这组IP系统的IP连通性不需通过运营商网络实现。站点的划分是根据设备的拓扑关系而不是地理位置。如图所示公司A的X省网络和公司A的Y省网络需要通过运营商的骨干网进行互联所以它们被划分为两个站点。若在当前X省网络和Y省网络的CE之间增加一条物理专线不需要通过运营商网络就可以互通那么这两张网络就是一个站点。 站点与VPN的关系: 对于多个连接到同一服务提供商网络的站点通过制定策略可以将它们划分0为不同的集合只有属于相同集合的站点之间才能通过服务提供商网络互访这种集合就是VPN。一个Site中的设备可以属于多个VPN换言之一个site可以属于多个VPN。 注:也有可能出现站点为一台主机的情况此时该主机就是CE设备。本课程仅讨论站点是一个或多个子网用路由器或交换机作为CE的情况。
3.MPLS VPN技术架构
MPLS VPN不是单一的一种VPN技术是多种技术结合的综合解决方案主要包含下列技术:
MP-BGP:负责在PE与PE之间传递站点内的路由信息。LDP:负责PE与PE之间的隧道建立。VRF:负责PE的VPN用户管理。静态路由、IGP、BGP:负责PE与CE之间的路由信息交换。 4.选择MPLS VPN的优势
对VPN客户而言: 不“感知” VPN的存在不需要部署和维护VPN降低企业运维难度和成本。一般部署在运营商的MPLS VPN专网上有一定的安全性保障。 对于运营商而言: MPLS在无连接的IP网络中增加了面向连接的控制平面为IP网络增添了管理和运营的手段。支持地址空间重叠。组网方式灵活、可扩展性好。能够方便地支持MPLS TE合理调控现有网络资源最大限度的节省运营商成本。
5.MPLS VPN常见组网
根据VPN用户的需求不同可采用以下几种常见的组网方案:
Intranet:一个VPN中的所有用户形成闭合用户群同一VPN站点之间可以互访不同VPN站点间不能互访。Extranet:适用于一个VPN用户希望提供部分本VPN的站点资源给其他VPN的用户访问的场景。HubSpoke:如果希望在VPN中设置中心访问控制设备其它用户的互访都通过中心访问控制设备进行可采用句HubSpoke组网方案。 四.MPLS VPN路由交互
1.MPLS VPN路由发布概述
若想实现同一个VPN的不同站点之间的通信首先需要完成不同站点之间的路由交互。在基本MPLS VPN组网中VPN路由信息的发布涉及CE和PEP路由器只维护骨干网的路由不需要了解任何VPN路由信息。VPN路由信息的发布过程包括三部分: 本地CE到入口PE。入口PE到出口PE。出口PE到远端CE。 2.CE与PE之间的路由信息交换
如图客户X和客户Y属于不同的VPN分别拥有两个站点现需要实现站点间的路由信息交互。CE与PE之间可以使用静态路由、OSPF、IS-IS或BGP交换路由信息。无论使用哪种路由协议CE和PE之间交换的都是标准的IPv4路由。本地CE到入口PE和出口PE到远端CE的路由信息交换原理完全相同。 3.入口PE到出口PE路由传递1
VPN是一种私有网络不同的VPN独立管理自己的地址范围也称为地址空间(address space)。PE在接收到CE传递来的路由之后需要独立保存不同VPN的路由且需要解决不同的客户使用重叠IP地址空间的问题。例如图中用户X和用户Y都使用192.168.1.0/24网段地址。 4.VRF
VRF(Virtual Routing and Forwarding虚拟路由转发)又称VPN实例是MPLS VPN架构中的关键技术每个VPN实例使用独立的路由转发表项实现VPN之间的逻辑隔离。 更多关于VRF的知识请查看博主出的文章 《VRF全网最详解》
5.RD
PE收到不同VPN的CE发来的IPv4地址前缀本地根据VPN实例配置去区分这些地址前缀。但是VPN实例只是一个本地的概念PE无法将VPN实例信息传递到对端PE故有了RD(Route Distinguisher路由标识符)。
RD长8字节用于区分使用相同地址空间的IPv4前缀PE从CE接收到IPv4路由后在IPv4前缀前加上RD转换为全局唯一的VPN-IPv4路由。 配置RD时只需要指定RD的Administrator子字段和Assiqned Number子字段。RD的配置格式有四种常用的两种如下: 16 bit自治系统号:32 bit用户自定义数字(例如:100:1)。32 bit lPv4地址:16 bit用户自定义数字(例如:172.1.1.1:1)。 RD的结构使得每个运营商可以独立地分配RD但为了在某些应用场景下保证路由正常必须保证RD全局唯一。
6.VPN-IPV4地址
VPN-IPv4地址又被称为VPNV4地址:VPNv4地址共有12个字节包括8字节的路由标识符RD(Route Distinguisher)和4字节的IPv4地址前缀。 7.入口PE到出口PE路由传递2
PE之间建立BGP邻居关系并通过BGP进行路由传递。为什么采用BGP呢? BGP使用TCP作为其传输层协议提高了协议的可靠性。可以跨路由器的两个PE设备之间直接交换路由。BGP拓展性强为PE间传播VPN路由提供了便利。PE之间需要传送的路由条目可能较大BGP只发送更新的路由提高传递路由数量的同时不占用过多链路带宽。 传统的BGP-4不支持处理VPNV4路由。 8.MP-BGP
为了正确处理VPN路由MPLS VPN使用RFC2858(Multiprotocol Extensions forBGP-4)中规定的MP-BGP即BGP-4的多协议扩展。MP-BGP采用地址族来区分不同的网络层协议既可以支持传统的IPv4地址族又可以支持其它地址族(比如VPN-IPv4地址族、IPv6地址族等)。MP-BGP新增了两种路径属性: MP_REACH_NLRl:Multiprotocol Reachable NLRI多协议可达NLRI。用于发布可达路由及下一跳信息。MP UNREACH_NLRI:Multiprotocol Unreachable NLRl多协议不可达NLRI。用于撤销不可达路由。 更详细的介绍请查看本博主的文章《BGP 全网最详解》位于BGP专栏内。
9.入口PE到出口PE路由传递3
MP-BGP将VPNV4传递到远端PE之后远端PE需要将VPNv4路由导入正确的VPN实例。MPLS VPN使用BGP扩展团体属性:VPN Target(也称为Route Target)来控制VPN路由信息的发布与接收。本地PE在发布VPNV4路由前附上RT属性对端PE在接到VPNV4路由后根据RT将路由导入对应的VPN实例。 10.RT
在PE上每一个VPN实例都会与一个或多个VPN Target属性绑定有两类VPN Target属性: Export Target(ERT):本地PE从直接相连站点学到IPv4路由后转换为VPN IPv4路由并为这些路由添加ExportTarget属性。Export Target属性作为BGP的扩展团体属性随路由发布。Import Target(IRT):PE收到其它PE发布的VPN-IPv4路由时检查其Export Target属性。当此属性与PE上某个0VPN实例的Import Target匹配时PE就把路由加入到该VPN实例的路由表。 11.入口PE到出口PE路由传递4
PE根据VPNv4路由所携带的RT将路由导入正确的VPN实例之后VPNv4路由的RD值剥除将IPv4路由通告给相应的客户的CE设备。站点B和站点D的CE设备就能学习到去往各自远端站点的路由。同理通过一系列的操作可以实现同一用户(同一VPN)不同站点之间的路由互通。 12.入口PE到出口PE路由传递5
PE和P设备之间运行LDP交换公网标签建立PE之间的LSP隧道(公网隧道)入口PE在通过MP-BGP传递VPNV4路由时会携带私网标签用于区分不同VPN的数据。出口PE在接收到VPNV4路由后需要执行私网路由交叉和隧道迭代来选择路由。 PE上分配私网标签的方法有如下两种: 基于路由的MPLS标签分配:为VPN路由表的每一条路由分配一个标签(onelabel per route)。这种方式的缺点是:当路由数量比较多时设备入标签映射表ILM(Incoming Label Map)需要维护的表项也会增多从而提高了对设备容量的要求。基于VPN实例的MPLS标签分配:为整个VPN实例分配一个标签该VPN实例里的所有路由都共享一个标签。使用这种分配方法的好处是节约了标签。 私网路由交叉:VPNv4路由与本地VPN实例的VPN-Target进行匹配的过程称为私网路由交叉。PE在收到VPNv4路由后既不进行优选也不检查隧道是否存在直接将其与本地的VPN实例进行交叉。隧道迭代:为了将私网流量通过公网传递到另一端需要有一条公网隧道承载这个私网流量。因此私网路由交叉完成后需要根据目的IPv4前缀进行路由迭代即该IPv4路由的下一跳有对应的LSP存在;只有隧道迭代成功该路由才被放入对应的VPN实例路由表。
13.MPLS VPN中的路由交互全过程 14.本节小结
在MPLS VPN中PE与CEPE与PE之间需要进行VPN路由信息的传递。 PE与CE之间可以采用BGP、IGP以及静态路由方式交互IPv4路由信息。PE与PE之间通过MP-BGP交互VPNv4路由信息包含: RD:与IPv4前缀组合组成VPNv4前缀。RT:用于控制PE之间路由信息的接收和发布。标签:数据转发时的内层(私网)标签在PE上用来区分不同VPN的数据。
五.MPLS报文转发
1.报文转发过程
以图中用户X的站点B访问站点A的192.168.1.0/24网段为例报文转发过程如下 六.MPLS VPN配置与实现 关于MPLS的实验有不少我会另写文章发布到专栏中请持续关注博主的MPLS专栏里面是全网最详细的MPLS介绍。 1.配置命令VPN实例配置 2.配置命令MP-BGP配置 3.配置命令PE与CE间路由配置
