城域网MPLS VPN的几种实现方法

一、MPLS VPN技术的发展

　　随着IP城域网逐步发展成为城域网建设的主流方案，具有解决企业互连能力和提供丰富业务能力的MPLS VPN技术，正在成为IP网络运营增值业务的重要手段。MPLS VPN技术可将IP网络分解为逻辑上隔离的网络，这种逻辑隔离的网络的应用可以千变万化：企业单独互连、政府办事部门单独互连、提供新业务---如为IP电话业务开辟VPN、解决IP网络地址不足、保证QoS等。

二、MPLS VPN的实现技术

1）MPLS BGP VPN 　　

如图1所示，基于BGP扩展实现的MPLS三层VPN包含以下基本组件：

PE（Provider Edge Router）

　　骨干网边缘路由器，存储VRF，处理VPN-IPv4路由，是MPLS三层VPN的主要实现者。

CE（Custom Edge Router）

　　用户网边缘路由器，分布用户网络路由。

P router（Provider Router）

　　骨干网核心路由器，负责MPLS转发。

RR（Route Reflector）

　　BGP路由反射器。

ASBR

　　自治系统边界路由器，在实现跨自治系统的VPN时，与其它自治系统交换VPN路由。

MP-BGP

　　多协议扩展BGP，承载携带标签的IPv4/VPN路由，包括MP-IBGP、MP-EBGP。

PE-CE路由协议

　　在PE、CE之间传递用户网络路由，可以是静态路由，或RIP、OSPF、ISIS、BGP协议。

LDP

　　在PE之间建立尽力而为的LSP，经过P路由器，所有PE、P路由器均需要支持。

RSVP-TE

　　在VPN需要QoS保障时，在PE之间建立具有QoS能力的ER-LSP。

VRF（Virtual Routing Forwarding Table）

　　虚拟路由转发表，它包含同一个Site相关的路由表、转发表、接口（子接口）、路由实例和路由策略等。在PE设备上，属于同一VPN的物理端口或逻辑端口对应一个VRF，可通过命令行或网管工具进行配置，主要参数包括RD（Route Distinguish）、Import Route-Targets、Export Route-Targets、接口（子接口）等。

VPN用户站点（Site）

　　Site是VPN中的一个孤立的IP网络，一般来说，它不通过骨干网，公司总部、分支机构都是Site的具体例子。CE路由器通常为VPN Site中的一个路由器或交换设备，Site通过一个单独的物理端口或逻辑端口（通常是VLAN端口）连接到PE设备。

　　用户接入MPLS VPN后，每个Site提供一个或多个CE与骨干网的PE连接，并在PE上为该Site配置VRF，将连结PE-CE的物理接口、逻辑接口、甚至L2TP/IPSec隧道绑定到VRF上，但不可以是多跳的三层连接。

　　BGP扩展实现的MPLS VPN扩展的BGP NLRI的IPv4地址，在其前增加了一个8字节的RD（Route Distinguisher），用于标识VPN的成员（Site）。每个VRF可配置某些策略，规定VPN可以接收哪些Site的路由信息，可以向外发布哪些Site的路由信息。PE根据BGP扩展发布的信息进行路由计算，生成相关VPN的路由表。

　　通常，PE-CE之间通过静态路由交换路由信息，也可通过RIP、OSPF、BGP、IS-IS等协议，静态路由方式可以减少因CE设备管理不善等原因造成的对骨干网BGP路由的震荡，从而提高骨干网的稳定性。

　　MPLS BGP三层VPN适用于固定的Intranet/Extranet用户，每个Site可代表Intranet/Extranet的总部或分支机构。MPLS三层VPN的CE与PE设备之间只需要一条物理或逻辑链路，但PE设备必须保存多个路由表。如果在CE和PE之间运行动态路由协议，则PE还必须支持多实例，对PE性能要求较高。PE与PE之间需要运行BGP协议，可扩展性较差，目前可通过一个或多个路由反射器解决这一问题。对于同一AS域的VPN，必须建立运营商之间路由器IBGP连接的PE，与路由反射器建立IBGP连接即可。

　　MPLS BGP三层VPN可通过与Internet路由之间配置一些静态路由的方式，实现VPN的Internet上网服务，并可为跨不地域的、属于同一个AS但没有骨干网的运营商提供VPN互连，即提供"运营商的运营商"模式的VPN网络互连。

2）MPLS L2 VPN

　　对于MPLS二层VPN，网络运营商负责向用户提供二层的连通性，而不需参与VPN用户的路由计算。在提供全连接的二层VPN时，和传统的二层VPN一样（如ATM PVC提供的VPN），存在N方问题，每个VPN的CE到其它的CE都需要在CE与PE之间分配一条连接。对PE设备来说，当一个VPN有N个Site时，CE-PE必需有N-1个物理或逻辑端口连接。由于与用户的路由无关，二层MPLS VPN的可扩展性只与连接的VPN用户数目相关。

　　二层VPN可以通过MP-BGP扩展实现，也可以通过LDP扩展实现，两者草案分别为：

draft-kompella-ppvpn-l2vpn

draft-martini-l2circuit-trans-mpls

■ Kompella MPLS L2 VPN

　　简单地说，MPLS L2 VPN就是在MPLS网络上透明地传递用户的二层数据。从用户角度来看，该MPLS网络就是一个二层交换网络，用户可在网络在不同站点之间建立二层连接。以ATM为例，每个用户边缘设备（CE）配置一个ATM虚电路，通过MPLS网络与远端CE设备相连，这一过程与通过ATM网络实现互联完全一样。

　　目前，Kompella L2 VPN是通过MP-BGP来实现的，它不直接对CE与CE之间的连接进行操作，而是在整个SP（Service Provider）网络中划分不同的VPN，在VPN内部对CE进行编号。在建立两个CE之间的连接时，只需要在PE上设置本地CE和远程CE的CD ID，并指定本地CE为该连接分配Circuit ID（如ATM VPI/VCI）。 与MPLS　BGP VPN一样，Kompella L2 VPN也是采用Route Target来区分VPN，因此VPN的组网具有很大的灵活性。

　　在标记分配方面，Kompella L2 VPN可采取标记块方式一次为多个连接分配标记。用户可以指定本地CE的范围（CE Range），表明该CE可与多少个CE建立连接，系统将一次为该CE分配一个标记块，标记块的大小与CE Range相同。这种标记方式允许用户为VPN分配一些额外的标记备用，这会造成标记资源浪费，但却可以减少VPN部署和扩容的配置工作量。

■ Martini MPLS L2 VPN

　　Martini L2 VPN方式是通过扩展LDP来实现的，它着重解决"如何在两个CE之间建立VC（Virtual Circuit）"的问题。Martini L2 VPN采用VC-TYPE+VC-ID来识别VC，其中，VC-TYPE表明VC的类型为ATM、VLAN或PPP，而VC-ID用于唯一标志一个VC。在同一VC-TYPE的所有VC中，VC-ID在整个SP网络中具有唯一性，连接两个CE的PE通过LDP交换VC标记，并通过VC-ID将对应的CE绑定起来。

　　在连接两个PE的LSP建立成功，双方的标记交换和绑定完成后，一个VC就建立起来了，两个CE即可通过该VC传递二层数据。

　　为了在PE之间交换VC标记，Martini草案对LDP进行了扩展，增加了VC FEC的FEC类型。此外，由于交换VC标记的两个PE可能不是直接相连的，因此LDP必须采用Remote peer来建立session，并在该session上传递VC FEC和VC标记。

三、MPLS VPN技术的对比分析

从表1的比较可以得出以下结论：

■ BGP/MPLS VPN适用于中小企业、小区、写字楼等场合，其特点是每个站点不大，站点内路由数目少，接入方式多样，网络管理能力差，以前没有使用过专线或传统VPN，可将路由外包给运营商，对运营商而言，其维护的路由数目少，开销不大。

■ Kompella L2 VPN适用于大型企业，其站点较大，路由数目多，接入方式比较单一，要求站点之间具有QoS保障，网络具有较强的管理能力，传统上部分企业采用过专线或传统VPN，可平稳地过渡到L2 VPN。对运营商而言，主要挑战是必须提供具有严格QoS保证的二层连接。

■ Martini L2 VPN配置复杂，存在N方问题，且不支持拓扑自动发现功能，扩展性差，不适于大规模应用。但是，该方式比较灵活，适于大企业内部应用，或由小型运营商提供面向局域网用户，解决以太网不能长距离传输的问题。众多以太网交换机厂商都支持这一协议，这也从一个侧面说明，这一方式还是有其存在或应用的理由，实际应用中该技术又称为EoMPLS。