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摘要：传统DDN专网属于星型拓扑结构，缺点是逻辑拓扑难于调整、网络可扩展性和可维护性较差。为了解决这些问题,在ISP的城域网中，利用MPLS技术组建VPN，通过LDP邻居测试、路由跟踪测试等方法和理论分析，证明了MPLS VPN的逻辑拓扑结构为全网状，解决了传统覆盖型VPN拓扑结构不易调整的问题。
关键词：IP城域网；MPLS VPN；tracert；LDP邻居；逻辑拓扑结构
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)05-11216-02
1 MPLS VPN基本原理
MPLS（Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换）是一种将具有相同转发处理方式的分组归为一类（Forwarding Equivalent Class，转发等价类FEC）的分类转发技术。[1]标签用于唯一表示一个分组所属的FEC。在MPLS网络中，通过LDP（Label Distribution Protocol，标签分配协议）动态地在邻居间发布标签/FEC绑定关系，建立一系列的LSP（Label Switching Path，标签交换路径），形成逻辑上的全网状拓扑结构。[2]MPLS VPN（Virtual Private Network，虚拟专网）中有CE（Custom Edge，用户接入设备）、PE（Provider Edge Router，骨干网边缘路由器）和P（Provider Router，骨干网核心路由器）三种路由器。当一个IP分组由源CE进入PE时，将被有选择地放入一个私网标签和一个公网标签（前者用于区分不同VPN用户，后者用于实现分组转发）到分组头中形成标签分组；标签分组透明地通过LSP到达对端PE；在被去掉两层标签后，用户分组被转发到目的CE，进行VPN内部的IP转发。[3]
2 基于IP城域网的MPLS VPN
X贸易公司原有VPN是基于DDN（Digital Data Network，数字数据网）方式组建的，其分公司使用二层交换机组建自己的LAN，然后通过64K DDN电路方式汇接至总部的路由器，总部宽为2M。优点是：延时较短、可以提供网络层以上的透明传输、安全性高。但由于DDN专网拓扑结构属于多级星型，主要缺点是：任意两点间的通信必须经过中心节点，中心节点负载较大，对设备性能要求较高；中心节点故障会导致整个网络瘫痪。为了实现分公司间的全网状通信，提出了基于IP城域网的MPLS VPN解决方案，网络拓扑结构模型如图1所示：
图1 基于IP城域网的MPLS VPN拓扑结构模型
图中PE使用华为Quidway S8016路由交换机，IP地址使用204.18.68/78/88.0网段。PE1、PE2位于城域网核心层，兼作P路由器，作用是分担城域网汇聚层的流量，也可以与CE相连接入VPN业务。PEa、PEb…分别是ISP位于市内各区的汇聚层路由器，作用是与CE相连接入VPN业务。X公司总部使用三层接入设备CEx接入PE2，IP地址使用10.25.111.0/27网段，市内各区子公司使用二层接入设备CEa、CEb…分别接入PEa、PEb…，IP地址使用10.25.112.0/27网段。在此基础上实现整个公司的MPLS VPN运营。
3 网络测试
测试PE设备的LDP邻居情况，如图2所示：
图2 PE1上的LDP邻居信息（节选）
在图中可以看到：通过LDP的标签分配与交换，在PE1（204.18.68.130）与PE2（204.18.68.131，PE1的上游）、PE1与PEa（204.18.68.134，PE1的下游）之间已经建立了LDP邻居关系。如果在所有PE上分别进行上面的测试，就会发现MPLS骨干网中所有直连的PE之间都已经建立了LDP邻居关系，MPLS网络设备之间正是通过这种上下游的邻居关系形成了全网状的LSP（例如PEa→PE1→PE2→PEi）。
跟踪MPLS VPN内部用户数据的路由，测试结果如图3所示。
图中路由跟踪测试是以CEa网段的主机（10.25.112.99）为源节点，以CEi网段的主机（10.25.112.68）为目标节点进行的。测试结果表明：MPLS VPN用户的IP分组从源主机出发，通过源CEa网段的网关（第1条显示信息，由于CEa是二层交换机，所以该网关实际是PEa与CEa互联接口的IP地址）后，在MPLS 骨干网边缘PEa（LSP的入口）上加上私网和公网标签，进入LSP；通过MPLS骨干网PE1、PE2（此时作P设备使用）进行公网标签转发（第2、3条显示信息，LSP的中间部分，由于数据在隧道中是透明传输的，在VPN内部跟踪不到路由，所以显示信息为“*”）；在MPLS骨干网边缘PEi上去掉公网和私网标签，转出LSP，通过目的CEi网段的网关（第4条显示信息）后，进行正常的IP转发，到达目标节点。在此过程中，用户数据没有经过X公司的中心节点CEx（10.25.111.2）。
图3 跟踪MPLS VPN内部用户数据的路由
如果在用户所有CE网段上都进行上面的测试，即交叉式的路由跟踪测试，就会发现： MPLS VPN中任意分支节点之间的通信都可以不经过中心节点而直接进行，任意节点之间都存在LSP，也验证了前面提到过的MPLS VPN缺省配置在逻辑上是全网状的拓扑结构。这就缓解了中心节点的压力，提高了网络的可靠性。
4 传统专网与MPLS VPN的逻辑拓扑结构分析
传统专网属于基于点对点连接的覆盖型网络（Overlay-VPN），逻辑拓扑调整比较复杂。当用户增删电路或修改路由配置时，运营商也要在网络侧进行相应的调整，维护工作量较大，毫无灵活性可言。在实际工作中，网络故障常常是由于管理员工作失误造成的。
与传统VPN不同，MPLS VPN的缺省的配置就是全网状拓扑结构。一旦用户站点连接到PE上，就在整个VPN内部形成了一种全网状的拓扑结构，各分支节点即使不通过中心节点也可以与其他任何节点直接通信，使网络具有极高的可扩展性、可管理性和可维护性，这对那些经常需要在各个子部门之间进行通信、或经常有移动用户的企业是非常有用的。而且，可以在网络侧通过配置多个RT Import/Export（路由目标Route Target的导入/导出）策略，[4]并不需要建立特定的点到点的网络连接，就可以实现用户节点间的任何形式的逻辑拓扑，减少了用户的维护工作量，有利于用户的网络调整和扩展。
5 结论
基于IP城域网的MPLS VPN缺省配置是全网状拓扑结构，解决了传统覆盖型IP VPN拓扑结构不易调整的问题。
参考文献：
[1][美]Eric Osborne,Ajay Simha.基于MPLS的流量工程[M].张辉,卢炜.北京：人民邮电出版社，2003.18.
[2]王达.等.虚拟专用网（VPN）精解[M].北京:清华大学出版社,2004.58-59.
[3]Vivek Alwayn,刘兴初,黄智,余恬.高级MPLS设计与实施[M].北京:人民邮电出版社，2003.41-42.
[4]王柱.基于IP城域网的MPLS VPN规划与性能分析[D].天津:天津大学,2006.
本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
关键词：IP城域网；MPLS VPN；tracert；LDP邻居；逻辑拓扑结构
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)05-11216-02
1 MPLS VPN基本原理
MPLS（Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换）是一种将具有相同转发处理方式的分组归为一类（Forwarding Equivalent Class，转发等价类FEC）的分类转发技术。[1]标签用于唯一表示一个分组所属的FEC。在MPLS网络中，通过LDP（Label Distribution Protocol，标签分配协议）动态地在邻居间发布标签/FEC绑定关系，建立一系列的LSP（Label Switching Path，标签交换路径），形成逻辑上的全网状拓扑结构。[2]MPLS VPN（Virtual Private Network，虚拟专网）中有CE（Custom Edge，用户接入设备）、PE（Provider Edge Router，骨干网边缘路由器）和P（Provider Router，骨干网核心路由器）三种路由器。当一个IP分组由源CE进入PE时，将被有选择地放入一个私网标签和一个公网标签（前者用于区分不同VPN用户，后者用于实现分组转发）到分组头中形成标签分组；标签分组透明地通过LSP到达对端PE；在被去掉两层标签后，用户分组被转发到目的CE，进行VPN内部的IP转发。[3]
2 基于IP城域网的MPLS VPN
X贸易公司原有VPN是基于DDN（Digital Data Network，数字数据网）方式组建的，其分公司使用二层交换机组建自己的LAN，然后通过64K DDN电路方式汇接至总部的路由器，总部宽为2M。优点是：延时较短、可以提供网络层以上的透明传输、安全性高。但由于DDN专网拓扑结构属于多级星型，主要缺点是：任意两点间的通信必须经过中心节点，中心节点负载较大，对设备性能要求较高；中心节点故障会导致整个网络瘫痪。为了实现分公司间的全网状通信，提出了基于IP城域网的MPLS VPN解决方案，网络拓扑结构模型如图1所示：
图1 基于IP城域网的MPLS VPN拓扑结构模型
图中PE使用华为Quidway S8016路由交换机，IP地址使用204.18.68/78/88.0网段。PE1、PE2位于城域网核心层，兼作P路由器，作用是分担城域网汇聚层的流量，也可以与CE相连接入VPN业务。PEa、PEb…分别是ISP位于市内各区的汇聚层路由器，作用是与CE相连接入VPN业务。X公司总部使用三层接入设备CEx接入PE2，IP地址使用10.25.111.0/27网段，市内各区子公司使用二层接入设备CEa、CEb…分别接入PEa、PEb…，IP地址使用10.25.112.0/27网段。在此基础上实现整个公司的MPLS VPN运营。
3 网络测试
测试PE设备的LDP邻居情况，如图2所示：
图2 PE1上的LDP邻居信息（节选）
在图中可以看到：通过LDP的标签分配与交换，在PE1（204.18.68.130）与PE2（204.18.68.131，PE1的上游）、PE1与PEa（204.18.68.134，PE1的下游）之间已经建立了LDP邻居关系。如果在所有PE上分别进行上面的测试，就会发现MPLS骨干网中所有直连的PE之间都已经建立了LDP邻居关系，MPLS网络设备之间正是通过这种上下游的邻居关系形成了全网状的LSP（例如PEa→PE1→PE2→PEi）。
跟踪MPLS VPN内部用户数据的路由，测试结果如图3所示。
图中路由跟踪测试是以CEa网段的主机（10.25.112.99）为源节点，以CEi网段的主机（10.25.112.68）为目标节点进行的。测试结果表明：MPLS VPN用户的IP分组从源主机出发，通过源CEa网段的网关（第1条显示信息，由于CEa是二层交换机，所以该网关实际是PEa与CEa互联接口的IP地址）后，在MPLS 骨干网边缘PEa（LSP的入口）上加上私网和公网标签，进入LSP；通过MPLS骨干网PE1、PE2（此时作P设备使用）进行公网标签转发（第2、3条显示信息，LSP的中间部分，由于数据在隧道中是透明传输的，在VPN内部跟踪不到路由，所以显示信息为“*”）；在MPLS骨干网边缘PEi上去掉公网和私网标签，转出LSP，通过目的CEi网段的网关（第4条显示信息）后，进行正常的IP转发，到达目标节点。在此过程中，用户数据没有经过X公司的中心节点CEx（10.25.111.2）。
图3 跟踪MPLS VPN内部用户数据的路由
如果在用户所有CE网段上都进行上面的测试，即交叉式的路由跟踪测试，就会发现： MPLS VPN中任意分支节点之间的通信都可以不经过中心节点而直接进行，任意节点之间都存在LSP，也验证了前面提到过的MPLS VPN缺省配置在逻辑上是全网状的拓扑结构。这就缓解了中心节点的压力，提高了网络的可靠性。
4 传统专网与MPLS VPN的逻辑拓扑结构分析
传统专网属于基于点对点连接的覆盖型网络（Overlay-VPN），逻辑拓扑调整比较复杂。当用户增删电路或修改路由配置时，运营商也要在网络侧进行相应的调整，维护工作量较大，毫无灵活性可言。在实际工作中，网络故障常常是由于管理员工作失误造成的。
与传统VPN不同，MPLS VPN的缺省的配置就是全网状拓扑结构。一旦用户站点连接到PE上，就在整个VPN内部形成了一种全网状的拓扑结构，各分支节点即使不通过中心节点也可以与其他任何节点直接通信，使网络具有极高的可扩展性、可管理性和可维护性，这对那些经常需要在各个子部门之间进行通信、或经常有移动用户的企业是非常有用的。而且，可以在网络侧通过配置多个RT Import/Export（路由目标Route Target的导入/导出）策略，[4]并不需要建立特定的点到点的网络连接，就可以实现用户节点间的任何形式的逻辑拓扑，减少了用户的维护工作量，有利于用户的网络调整和扩展。
5 结论
基于IP城域网的MPLS VPN缺省配置是全网状拓扑结构，解决了传统覆盖型IP VPN拓扑结构不易调整的问题。
参考文献：
[1][美]Eric Osborne,Ajay Simha.基于MPLS的流量工程[M].张辉,卢炜.北京：人民邮电出版社，2003.18.
[2]王达.等.虚拟专用网（VPN）精解[M].北京:清华大学出版社,2004.58-59.
[3]Vivek Alwayn,刘兴初,黄智,余恬.高级MPLS设计与实施[M].北京:人民邮电出版社，2003.41-42.
[4]王柱.基于IP城域网的MPLS VPN规划与性能分析[D].天津:天津大学,2006.
本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。