相关专题：
摘要 VPLS是一项利用MPLS实现跨域广域网提供LAN业务的技术，它使得在基于包交换的网络架构上可以实现多点服务，适应了网络发展的需要。从各个角度出发介绍了VPLS的原理、关键技术，在文章的最后，还给出了一个具体的网络实例来进一步解析VPLS的机制。对于要想了解VPLS的读者而言，具有一定的参考价值。
1、引言
MPLS（Multiprotocal Label Switching）是一项利用绑定在IP包中的标签通过网络进行数据包转发的技术。MPLS目前最为广泛的应用是在虚拟专用网（VPN，Virtual Private Network）方面。
基于MPLS的第二层VPN是服务供应商为客户提供第二层服务的一种网络。MPLS VPN的网络采用标签交换，一个标签对应一个用户数据流，非常易于用户间数据的隔离；MPLS自身提供流量工程的能力，可以最大限度的优化配置网络资源，自动快速修复网络故障，提供高可用性和高可靠性。MPLS提供了电信、计算机、有线电视网网络三网融合的基础，除了ATM，是目前唯一可以提供高质量的数据、语音和视频相融合的多业务传送、包交换的网络平台。因此基于MPLS技术的MPLS VPN，在灵活性、扩展性、安全性各个方面是当前技术最先进的VPN。
但在除了VPLS（Virtual Private LAN Services）之外的其他两层VPN都是点到点的业务，为了能在MAN/WAN上提供类似以太网的多点服务，VPLS应运而生。
VPLS在公用网络中，提供点到多点的L2VPN业务，同时它结合了以太网和MPLS VPN各自的优点，使得构建跨广域网的以太网或VLAN成为可能。通过VPLS，地域上隔离的站点能通过MAN/WAIN相连，并且各个站点间的连接效果像在一个LAN中一样。
2、VPLS网络模型
VPLS相关的草案中提供了两种VPLS网络模型：虚链路PW（Pseudo Wire）逻辑全连接的VPLS网络模型和分层的VPLS（HVPLS，Hierarchical VPLS）模型。
2.1 全连接的VPLS模型
对用户来说，L2VPN好似一个虚拟的网络。用户端的虚连接是一个数据流的入口，用于把用户端的流量传给服务提供商的VPLS域。通过利用VPN和广域VLAN的优点，提供商可以保证客户信令和数据流的私密性。在高层，从用户的角度看来，VPLS就是一个虚拟的广域网交换机，通过二层的单播、广播以及多播，在用户的VPN内把数据帧转发到正确的目的地。下图是全连接的VPLS的一个基本模型：
在服务提供商网络内，VPLS通常是建立在MPLS网络结构上，用MPLS PE（Provider Edge Router）设备创建合理的私有的用户VPN。最简单的组网就是把用户站点和一些PE设备连接起来提供VPLS服务。一旦用户数据包到达PE路由器之后，PE设备决定以太网的帧转发，通过PE在MPLS网络上交换数据。PE设备使用路由协议，比如MPLS的标签分发协议（LDP）在提供商的网络云图内创建合理的、全网格的以太网虚拟电路。一个通过以太网连接到提供商VPLS网络的用户站点可以互通多个其他用户终端站点，这样就实现了多点以太网服务。MPLS网络的PE设备通过给每个用户MPLS VPN创建独立的虚拟路由转发表或者VRF表来实现多重VPN。这些VRF表包含三层的路由信息，在维持用户间路由的独立性的同时它还使得PE路由器可以实现多用户间的通信。以太网VPLS服务环境中，PE设备维护虚拟交换实例VSI（Virtual Switch Instance）。虚拟交换实例实质是每个用户VPLS独有的两层转发表。提供商的PE设备根据特定VPLS VPN内以太网帧交换所需要的转发信息创建独立的VSI表。通过PE的VSI就可以实现MAC地址学习。当有新的转发信息时，MAC地址就会进行更新。
图1 全连接VPLS模型
2.2 分层VPLS（HVPLS）
提供VPLS服务的所有的PE路由器之间建立全连接的隧道LSP（Label Switched Path）。对每个VPLS服务，必须在PE路由器之间建立n×（n-1）/2条PW。提供VC（Virtual Channel）的PE路由器需要复制数据包，对于广播和多播报文，每个PE设备需要向所有的对端设备广播报文。通过分层连接，可以减少信令协议和数据包复制的负担，从而使VPLS可以大规模的应用。
在分层VPLS模型中，要定义两类PE设备：面向用户的PE（u-PE，User facing-Provider Edge）和网络PE（n-PE，Network Provider Edge）。
用户边缘VPLS服务直接和u-PE相连。u-PE在采用可选的QinQ（802.1Q in 802.1Q）干道之前聚合VPLS流量给n-PE。在PE处，VPLS转发基于VSI。这种双重封装IEEE QinQ隧道使得来自u-PE的QinQ干道可以作为访问n-PE的端口，n-PE则连接到VPLS网络的核心层。n-PE同样可以在一个VSI内提供多达4k个VLAN，同时不同的用户VLAN之间保持为不可见；通过干道连接，数据在n-PE所分派的VLAN内传输。结合分层VPLS和QinQ两种技术，服务提供商可以在大范围内更好的分级以太网域以及以太网服务。
下图描述了HVPLS网络服务的基本思想。
图2 HVPLS
3、VPLS关键技术
VPLS技术主要包括两个层面：信令控制层和数据转发层。
3.1 信令控制层
信令控制层的主要作用是通过使用信令协议在PE之间建立相应的虚拟电路，换句话说，也就是对标识VPLS实例的VC标记进行交换，使得各个PE设备能够将VC标记映射到不同的VPLS实例，从而对所收到的MPLS封装的流量进行识别。
VPLS信令协议有LDP和MP-BGP两种，前者利用LDP作为传递VC信息的信令，此方式只能手工静态指定PE邻居。后者利用MP-BGP作为传递VC信息的信令，MP-BGP支持拓扑自动发现。
LDP方式适合用在VPLS的站点比较少，不需要或者很少跨域的情况，特别是PE不运行BGP的时候。当VPLS网络比较大时，可以采用两种方式结合的HVPLS，核心层使用BGP方式，接入层使用LDP方式。
3.2 数据转发层
在数据转发层，每个PE为每个VPLS服务实例维护一个转发信息库（FIB），并且把已知的MAC地址加入到相应的FIB表中。所有流量都基于MAC地址进行交换，未知的数据包（如目的MAC地址未知）将广播给所有参与该VPN的PE，直至目的站响应且与该VPN相关的PE学习到该MAC地址。在数据转发层，主要涉及以下几方面：
1）MAC地址学习：VPLS模拟LAN交换机的功能，因此PE必须学习每个VPN中用户的MAC地址以实现点到点的转发。每个VPN学习MAC地址的来源分为两类：来自对端PE的MAC地址和来自本地CE（Custom Edge Router）的MAC地址。
2）泛洪：当FIB表不包含目的MAC地址的时候，就需要VPLS泛洪，广播和多播同样也需要泛洪。要泛洪的包有可能是从用户端口或者其他PE站点收到的。如果是从用户端口收到的，包必须要泛洪到其他的用户端口以及其他的PE。如果是从其他的PE收到的，则只能泛洪到面向端口的用户，这类似于水平分割。
3）环路避免：PE转发用户报文时根据用户的目的MAC来选择目的PE并完成公网标签封装；当用户目的MAC在VSI的条目中并不存在或用户的报文目的MAC是广播地址时，PE要在本VPN内给每个PE发送一份。VPN中，PE如果和其他PE不建立全连接，则CE间要互相通信必然需要PE转发其他PE的报文。对于大型网络部署，稍有不慎就会产生环路。VPLS中，一般的，为了避免环路，在核心层采用全连接，PE间转发采用水平分割；边缘层采用树形拓扑。
4、VPLS实例分析
以下通过具体实例来进一步分析VPLS技术。
图3 组网图
4.1 组网图
4.2 相关配置
RTA：
配置远端LDP邻居：
mpls ldp
remote-peer local-ip 2.2.2.8 remote-ip 3.3.3.8
remote-peer local-ip 2.2.2.8 remote-ip 1.1.1.8
在vlanif100上配置：
interface vlanif100
CCC vpls encapsulation vlan mtu 1500
mpls l2transport 1.1.1.8 101 encapsulation vlan mtu 1500
mpls l2transport 3.3.3.8 encapsulation vlan mtu 1500
RTB：
配置远端LDP邻居：
mpls ldp
remote-peer local-ip 1.1.1.8 remote-ip 3.3.3.8
remote-peer local-ip 1.1.1.8 remote-ip 2.2.2.8
在vlanif200上配置：
interface vlanif200
mpls l2transport2.2.2.8 101 encapsulation vlan mtu 1500
mpls l2transport 3.3.3.8 encapsulation vlan mtu 1500
4.3 访问过程
以PC-A访问PC-B为例分析VPLS的访问过程。
1）PC-A将ARP广播帧发送给RTA；
2）初始时，RTA的转发表为空，RTA将广播帧打上内层VC label和外层tunnel标签后通过隧道LSP广播给RTB和RTC，同时RTA会从ARP的请求报文中学习到PC-A的源MAC地址，并加入到转发表。
3）RTB收到此MPLS报文，剥掉外层标签头后根据内层标签判断其所属的VPLS，发现是广播帧就将它复制，并从所有连接到RTB的属于同一个VPLS的CE的接口上发送出去。同时RTB会从ARP请求报文中学习到PC-A的源MAC地址，并加入到转发表。
4）PC-B收到此ARP请求后发送ARP应答报文（目的MAC地址是PC-A的MAC地址）；
5）RTB收到PC-B发送的应答报文后，根据入端口和VLAN找到对应的VPLS转发表，如果在转发表里发现存在到PC-A的转发条目，就按照转发表进行转发，打上内外层标签，通过LSP转发给RTA。同时RTB从ARP应答报文中学到PC-B的源MAC地址。
6）RTA收到此MPLS报文后，剥掉外层标签后根据内层标签找到对应的VPLS转发表，查找转发表，找到PC-A的转发条目，就根据转发表制定的接口发送此ARP应答帧。同时RTA从ARP应答报文中学到PC-B的源MAC地址。
以后的报文在PE上就按照转发表进行转发。
5、结语
VPLS结合以太网和MPLS技术的优点，为服务提供商带来巨大的发展潜力。它符合当前企业用户的采购标准，并得到了运营商和厂商的广泛支持。VPLS的部署正如雨后春笋在世界各地如火如荼地进行，VPLS的标准也已经趋向稳定，标准化已为时不远。随着技术的发展和完善，VPLS的优势会越来越大。
