东南大学：《计算机网络体系结构》课程教学资源（课件讲稿）第四单元 网络交换（2/2）

网络交换 网络层概论 IP的基本概念 o IPv6 高速IP网络技术 第三层(L3)交换 区分服务 流量控制 东南大学

东南大学 1 网络交换 • 网络层概论 • IP的基本概念 • IPv6 • 高速IP网络技术 • 第三层 (L3) 交换 • 区分服务 • 流量控制

第三层(L3)交换 概述 从对ATM的利用得到的启示 对报文作分类的处理(QoS产生的联想),从而有流 的概念 利用链路层可能提供的寻址和路由功能(直通路径), 从而提高交换的效率,从逐个报头的详细处理到面向连 接的快速处理。 般说来,在路由域内可以进行L2交换,以提高传输 速度;当到达域边界(或终点路由器)时,要恢复L3交 换(即分析IP报头),以进行可能的防火墙检查,或进 行终点主机具体地址的识别 东南大学2

东南大学 2 第三层 (L3) 交换 概述 • 从对ATM的利用得到的启示 • 对报文作分类的处理（QoS产生的联想），从而有流 的概念 • 利用链路层可能提供的寻址和路由功能（直通路径）， 从而提高交换的效率，从逐个报头的详细处理到面向连 接的快速处理。 • 一般说来，在路由域内可以进行L2交换，以提高传输 速度；当到达域边界（或终点路由器）时，要恢复L3交 换（即分析IP报头），以进行可能的防火墙检查，或进 行终点主机具体地址的识别

第三层(L3)交换 寻址模型 (1)独立寻址 网络层和链路层分别使用各自的地址空间,每个 设备都同时具有这两层的地址;(如MOA) 通信时需要进行地址解析。 (2)IP一VC ·只使用网络层的IP地址; 基于流的概念,为每个流建立专用的通路进行传 送 可能在通信前需要进行类似连接建立的动作,将 IP地址转换成某种内部标识符;(如MLS) 需要某种信令协议的支持。 东南大学3

东南大学 3 第三层(L3)交换 1. 寻址模型 (1) 独立寻址 • 网络层和链路层分别使用各自的地址空间，每个 设备都同时具有这两层的地址；（如MPOA） • 通信时需要进行地址解析。 (2) IP (2) IP－VC • 只使用网络层的IP地址； • 基于流的概念，为每个流建立专用的通路进行传 送； • 可能在通信前需要进行类似连接建立的动作，将 IP地址转换成某种内部标识符；（ 地址转换成某种内部标识符；（如MPLS） • 需要某种信令协议的支持

第三层(L3)交换 2.交换模型 (1)叠加模型 使用独立寻址方式; 链路层和网络层使用各自的路由协议,相互独立; 支持直通路径的概念,容易实现。(MPOA) (2)对等模型 ·使用IP一VC寻址方式; 只使用网络层路由协议; 通过使用数据流的概念,将IP的数据报传输方式 改造成面向连接的传输方式,使得只需对这个连 接的第一个IP报文进行路由选择,其余的报文沿 同一路由进行L2交换,不再进行报头分析。 东南大学4

东南大学 4 第三层(L3)交换 2. 交换模型 (1) 叠加模型 • 使用独立寻址方式； • 链路层和网络层使用各自的路由协议，相互独立； • 支持直通路径的概念，容易实现。（MPOA） (2) 对等模型 • 使用IP－VC寻址方式； • 只使用网络层路由协议； • 通过使用数据流的概念，将IP的数据报传输方式 改造成面向连接的传输方式，使得只需对这个连 接的第一个IP报文进行路由选择，其余的报文沿 同一路由进行L2交换，不再进行报头分析

第三层(L3)交换 多协议标号交换MPLS 1.基本概念 MPLS基于标号对换( Label swapping)和数据流的原理, 采用对等交换模型。 ·流是指网络中任意两个或多个节点的应用之间的一组单向 传输数据,需要连续不间断地进行传送。 通往同一个下一跳地点的报文可用转发等价类(FEC)的概 念来刻划,每个FEC走同一路径,用同一种转发策略来处理, 对应一种流。 网络中交换节点称为标号交换路由器(LSR),它具有根据 路由表将IP地址映射成标号或反之的能力。网络中的LSR之 间构成标号交换通路(LSP),并形成一个或多个MPLS域 (对应路由域或管理域),处在MPLS域边界的LSR称为边界 节点,并可分为内向节点和外向节点。 东南大学5

东南大学 5 第三层(L3)交换 多协议标号交换 MPLS 1. 基本概念 • MPLS基于标号对换（Label swapping）和数据流的原理， ）和数据流的原理， 采用对等交换模型。 • 流是指网络中任意两个或多个节点的应用之间的一组单向 传输数据，需要连续不间断地进行传送。 • 通往同一个下一跳地点的报文可用转发等价类（FEC）的概 念来刻划，每个FEC走同一路径，用同一种转发策略来处理， 对应一种流。 • 网络中交换节点称为标号交换路由器（LSR），它具有根据 路由表将IP地址映射成标号或反之的能力。网络中的LSR之 间构成标号交换通路（LSP），并形成一个或多个MPLS域 （对应路由域或管理域），处在MPLS域边界的LSR称为边界 节点，并可分为内向节点和外向节点

第三层(L3)交换 每个LSR中有个标号交换表,记录网络中经过它的每一个流 的路由,并分别用一个进入标号和离去标号对表示。根据 流的特性,在同一个LSP中传输的多个流可以合并成一个更 大的流。 PLS域中边界节点之间的通路由标号分配协议LDP建立,进 入该通路的报文可直接交换传输,不必再进行路由选择。 如果FEC与路由直接对应,所形成的LSP称为逐跳路由的通 路,这时报文与FEC的对应可由报文的IP地址确定(最大的 前缀匹配)。 ·如果构成LSP的LSR由内向节点或外向节点(根据配置或网 络拓扑信息)指定,称为显式路由的LSP,还可称为显式路 由LSP隧道。 MPLS有三个核心技术:流标号的语义指派;流的转发方法; 以及标号的分配方法。 东南大学6

东南大学 6 第三层(L3)交换 • 每个LSR中有个标号交换表，记录网络中经过它的每一个流 的路由，并分别用一个进入标号和离去标号对表示。根据 流的特性，在同一个LSP中传输的多个流可以合并成一个更 大的流。 • MPLS域中边界节点之间的通路由标号分配协议LDP建立，进 入该通路的报文可直接交换传输，不必再进行路由选择。 • 如果FEC与路由直接对应，所形成的LSP称为逐跳路由的通 路，这时报文与FEC的对应可由报文的IP地址确定（最大的 前缀匹配）。 • 如果构成LSP的LSR由内向节点或外向节点（根据配置或网 络拓扑信息）指定，称为显式路由的LSP，还可称为显式路 由LSP隧道。 • MPLS有三个核心技术：流标号的语义指派；流的转发方法； 以及标号的分配方法

第三层(L3)交换 Multi Protocol Label Switching 按|P路由协议 按流量工程 等价交换类EC 选择的路径 指定的路径 由具有共同宿点和转发要求的报 文构成的数据流 使用定长的标号标识 ·流的转发 根据内部的标号表 可以使用显式路由 标号的语义指派 流的局部标识符 指派方式:基于拓扑、基于请求 LSR 基于数据流 常规的路由边缘节点 东南大学7

东南大学 7 Multi Protocol rotocol Label Switching witching • 等价交换类EFC –由具有共同宿点和转发要求的报 文构成的数据流 –使用定长的标号标识 • 流的转发 –根据内部的标号表 –可以使用显式路由 • 标号的语义指派 –流的局部标识符 –指派方式：基于拓扑、基于请求、 基于数据流 按IP路由协议 选择的路径 按流量工程 指定的路径 常规的路由边缘节点 LSR 第三层(L3)交换

第三层(L3)交换 2.MPLS标号的语义指派 MPLS的标号是一个定长的、物理上连续的短标识符 用以标识一个流,包含在MPLS的报头中。 标号的最简单语义就是仅作为IP报头的缩写符,用以 区分不同的流。这种方法的优点是简单,最接近目前 使用的传统IP交换方法。这种方法的缺点是标号的信 息量太小,不能反映LSP当前的状态。 ·将标号作为一种信令使用,例如用于预先在源点和终 点之间建立LSP,从而可一定程度地了解LSP的状态 然而这就需要有某种协议来控制这些信令的使用。 ·具体的标号值就象虚电路号那样只有局部意义,但标 号的使用是基于网络的全局状态的。因为如果由于局 部问题使得LSP不能形成,则沿途的标号均处于空闲, 可再用于建立新的LSP 东南大学8

东南大学 8 第三层(L3)交换 2. MPLS标号的语义指派 • MPLS的标号是一个定长的、物理上连续的短标识符， 用以标识一个流，包含在MPLS的报头中。 • 标号的最简单语义就是仅作为IP报头的缩写符，用以 区分不同的流。这种方 区分不同的流。这种方 区分不同的流。这种方 区分不同的流。这种方法的优点是简单，最接近目前 使用的传统IP交换方法。这种方法的缺点是标号的信 息量太小，不能反映LSP当前的状态。 • 将标号作为一种信令使用， 将标号作为一种信令使用， 将标号作为一种信令使用， 将标号作为一种信令使用，例如用于预先在源点和终 点之间建立LSP，从而可一定程度地了解LSP的状态， 然而这就需要有某种协议来控制这 需要有某种协议来控制这 需要有某种协议来控制这 需要有某种协议来控制这些信令的使用。 • 具体的标号值就象虚电路号那样只有局部意义，但标 号的使用是基于网络的 号的使用是基于网络的 号的使用是基于网络的 号的使用是基于网络的全局状态的。因为如果由于局 部问题使得LSP不能形成，则沿途的标号均处于空闲， 可再用于建立新的LSP

第三层(L3)交换 MPLS为流的标号定义了粒度概念。最粗的粒度可以将 个网络向另一个网络的流量汇聚成一个流送往边界 路由器;最细的粒度允许区分相同两个主机之间不同 应用的数据,使LSR可对它们采用不同的转发方法。标 号的粒度可以分为 PQ( Port Quadruples):同样的IP源地址前缀,宿地址前缀, TTL,和TCP/UDP源/宿端口; PQT( Port Quadruples with t0s)同样的IP源地址前缀,宿 地址前缀,TIL,TCP/UDP源/宿端口,和同样的IP报头T0s字段 (包括优先级和T0 s bits) HP( Host pairs):同样的IP源宿地址; NP( Network pairs):同样的IP源宿地址前缀(变长); DN(Destination Network):同样的IP宿地址前缀(变长); ER( Egress router):同样的外向路由器标识(e.g.0SP); NAS(Next- hop as):同样的下跳AS号(BGP); 东南大学9

东南大学 9 第三层(L3)交换 • MPLS为流的标号定义了粒度概念。最粗的粒度可以将 一个网络向另一个网络的流量汇聚成一个流送往边界 路由器；最细的粒度允许区分相同两个主机之间不同 区分相同两个主机之间不同 区分相同两个主机之间不同 区分相同两个主机之间不同 应用的数据，使LSR可对它们采用不同的转发方法。标 号的粒度可以分为 • PQ (Port Quadruples)：同样的IP源地址前缀，宿地址前缀， TTL，和TCP/UDP源/宿端口； • PQT (Port Quadruples with TOS) 同样的IP源地址前缀，宿 地址前缀，TTL,TCP/UDP源/宿端口，和同样的IP报头TOS字段 (包括优先级和TOS bits)； • HP (Host Pairs)：同样的IP源宿地址； • NP (Network Pairs)：同样的IP源宿地址前缀（变长）； • DN (Destination Network) ：同样的IP宿地址前缀（变长）； • ER (Egress Router)：同样的外向路由器标识(e.g. OSPF) (e.g. OSPF)； • NAS (Next- NAS (Next-hop AS) hop AS)：同样的下跳AS号(BGP)；

第三层(L3)交换 DAS( Destination as):同样的宿AS号BGP); SST( Source Specific Tree):同样的源地址和组播组; SMT( Shared multicast tree):同样的组播组地址。 ●MPLS报头的内容可包括:标号值,TTL,COS,栈指针, 下一报头类型指针等。 东南大学10

东南大学 10 第三层(L3)交换 • DAS (Destination AS)：同样的宿AS号(BGP)； • SST (Source Specific Tree)：同样的源地址和组播组； • SMT (Shared Multicast Tree)：同样的组播组地址。
MPLS报头的内容可包括：标号值，TTL，COS，栈指针， 下一报头类型指针等