當你在游戲里“五殺”時卡頓,當你在視頻會議中突然掉線,這些抓狂瞬間的背后,大多是數據傳輸丟包或者延遲造成的。而如何保證不丟包、低延遲,MPLS(Multiprotocol Label Switching,多協議標簽交換)和SR(Segment Routing,分段路由)這兩種先進的傳輸技術就是關鍵“武器”。
今天我們要聊的兩位主角MPLS和SR,就像網絡世界的"老司機",用不同方式在數據高速路上運送你的每個比特。它們到底誰更勝一籌?讓我們一探究竟!
1MPLS是什么?
MPLS即多協議標簽交換,屬于第三代網絡架構,是當前廣泛應用的IP高速骨干網絡交換標準。
舉例:想象你寄快遞時填寫的地址標簽,MPLS就是給每個數據包貼上專屬“目的地”。這個標簽包含轉發路徑信息,路由器像智能分揀機一樣,根據標簽快速決定數據包去向。
MPLS采用簡化的ATM(Asynchronous Transfer Mode,異步傳輸模式)技術,來完成L3和L2的轉換,為每個IP數據包提供一個標簽,與IP數據包一起封裝到新的MPLS數據包,標簽決定IP數據包的傳輸路徑以及優先順序。
MPLS路由器在IP數據包轉發前僅讀取包頭標簽,而不會去讀取IP數據包中的IP地址等信息,因此數據包的交換轉發速度大大加快,所以稱MPLS為2.5層協議,如下圖所示。
MPLS在MPLS域外采用傳統的IP轉發方式,在MPLS域內按照標簽交換方式轉發數據包,無需查找IP信息,如下圖所示。
在MPLS的網絡內(即MPLS域內),路由器之間運行MPLS標簽分發協議(如LDP、RSVP等),使MPLS域內的各設備都分配到相應的標簽。
IP數據包通過MPLS域的傳播過程如下:
入口邊界LER(標簽邊界路由器)接收數據包,為數據包分配相應的標簽,用標簽來標識該數據包。
主干LSR(標簽交換路由器)接收到被標識的數據包,查找標簽轉發表,使用新的出棧標簽代替輸入數據包中的標簽。
出口邊界LER接收到該標簽數據包,刪除標簽,對IP數據包執行傳統的第三層查找。
舉例:在視頻會議場景中,數據包從深圳到長春經過10個節點:
傳統路由方式在經過 10 個節點時需要查找 10 次 “地圖”,這里的 “地圖” 可以理解為路由表,每次查找路由表來確定數據包的下一跳。
MPLS只需在入口處為數據包貼上標簽,后續節點就可以根據這個標簽像接力賽一樣快速傳遞數據包,無需再頻繁查找路由表,大大提高了數據包的轉發速度。
2SR是什么?
隨著網絡規模的不斷擴大,當前的網絡傳輸依靠MPLS標簽交換的技術方案已經越來越難以負荷。
這是因為MPLS的路徑建立,控制中心要為每個站點規劃路徑,還要下發路徑規劃到每一個站點,每一個站點除了數據轉發,還需要維護規劃的路線和線路的狀態。
為了更好的匹配高速5G,SR(Segment Routing,分段路由)技術應運而生。SR是一種基于源路由的隧道技術。
源路由允許在數據包的發送源頭,即源節點,指定數據包的傳輸路徑。具體來說,源節點可以指定數據包經過的部分路徑節點,也可以指定全部路徑節點,還可以定義數據包經過的鏈路信息。
如下圖所示,假設給節點1~8依次分配Node SID(201~208),給節點4和7互聯鏈路分配的Local Segment SID是507。那Segment List={204, 507, 208}描述了一條Node1→Node2→Node3→Node4→Node7→Node8的指定轉發路徑。
Push:表示將Segment插入到Segment List的頭部,通常在入口節點執行。
Continue(Swap):表示當前Segment尚未完成,繼續沿著當前路徑轉發。
Next(POP):表示當前Segment完成,激活下一個Segment繼續轉發。
數據包的轉發流程描述如下:
數據包在Node1上被壓入{204, 507, 208}的Segment List。
Node1提取棧頂SID 204,根據最短路徑算法查找轉發表,確定轉發下一跳是Node2,由于Node2不是SID 204的最后一跳,因此Node1不彈出棧頂SID 204。
Node2收到該數據包時,提取棧頂SID 204,根據最短路徑算法查找轉發表,確定轉發下一跳是Node3,由于Node3不是SID 204的最后一跳,因此Node2不彈出棧頂SID 204。
Node3收到該數據包時,提取棧頂SID 204,根據最短路徑算法查找轉發表,確定轉發下一跳是Node4,由于Node4是SID 204的最后一跳,因此Node3彈出棧頂SID 204,暴露出新的棧頂SID 507。
Node4收到該數據包時,提取棧頂SID 507,根據最短路徑算法查找轉發表,確定轉發下一跳是Node7,由于Node7是SID 507的最后一跳,因此Node4彈出棧頂SID 507,暴露出新的棧頂SID 208。
Node7收到該數據包時,提取棧頂SID 208,根據最短路徑算法查找轉發表,確定轉發下一跳是Node8,由于Node8是SID 208的最后一跳,因此Node7彈出棧頂SID 208,將數據包轉發給Node8。
舉例:在始發地深圳,調度中心指定運輸路徑需經過武漢和北京到達長春。這種在始發站指定路徑的方式就是源路由:在始發地(如深圳),SR的調度中心指定包裹要途經的部分或者全部的城市和路線信息,其他城市只需根據規劃的路線直接轉發。
3MPLS和SR的區別
文檔君給大家整理了一份表格,用以區分MPLS和SR在關鍵特性上的區別。
對比維度 | MPLS | SR |
---|---|---|
技術原理 | 基于標簽交換技術,通過預先分配的標簽轉發數據包 | 基于源路由技術,由源節點指定分段路徑(Segment List) |
架構復雜度 | 需要維護路徑狀態(控制平面復雜,依賴LDP/RSVP等協議) | 中間節點無狀態,路徑由源節點集中控制(控制平面簡化) |
協議依賴 | 需要額外協議(如LDP、RSVP)建立標簽轉發路徑 | 利用IGP擴展(如OSPF/ISIS)傳播SID,無需獨立協議 |
轉發機制 | 逐跳標簽交換(入口LER壓入標簽,中間LSR替換標簽,出口LER移除標簽) | 按Segment List逐段轉發(棧頂SID指導路徑,節點彈出已完成的SID) |
擴展性 | 在大規模網絡中標簽分發和維護成本較高 | 支持大規模網絡,通過分段路徑靈活控制流量 |
維護復雜度 | 需要維護標簽分發協議和路徑狀態 | 中間節點無需維護路徑狀態,僅需支持SID解析 |
應用場景 | 傳統企業網絡、VPN服務、QoS保障 |
5G網絡、SDN環境、大規模數據中心互聯 |
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原文標題:卡頓、掉線背后的技術博弈:MPLS和SR!
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