虛擬專網(wǎng)VPN(Virtual Private Network)是指在公用網(wǎng)絡上建立專用網(wǎng)絡的技術。整個VPN網(wǎng)絡的任意兩個節(jié)點之間的連接并沒有傳統(tǒng)專網(wǎng)所需的端到端的物理鏈路，而是架構在公用網(wǎng)絡服務商所提供的網(wǎng)絡平臺（如Internet、ATM、Frame Relay等）之上的邏輯網(wǎng)絡，用戶數(shù)據(jù)在邏輯鏈路中傳輸。VPN通過隧道或虛電路等實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)，支持用戶安全管理，能夠進行網(wǎng)絡監(jiān)控、故障診斷。
　　目前，在VPN應用領域有兩種主要架構：(1)融邊界網(wǎng)關協(xié)議BGP（Border Gateway Protocol）和多協(xié)議標簽交換MPLS（Multi-Protocol Label Switch）技術的VPN；(2)基于IPSec的VPN。本文主要討論的是BGP/MPLS VPN的技術和實現(xiàn)。
1 MPLS VPN簡介
　　MPLS是由IETF提出的新一代IP骨干網(wǎng)" title="骨干網(wǎng)">骨干網(wǎng)絡交換標準，是一種集成式的IP Over ATM技術。它融合了IP路由技術的靈活性和ATM交換技術的簡潔性，在面向無連接的IP網(wǎng)絡中引入了MPLS面向連接的屬性，提供了類似于虛電路的標簽交換業(yè)務。一個標簽是一個短的、長度固定的數(shù)值，由報文的頭部攜帶，不含拓撲信息，只有局部意義。MPLS包頭的結構如圖1所示。其中20bit的標簽字段用來表示標簽值；3bit的EXP用來實現(xiàn)CoS(Class of Service)；1bit S值用來表示標簽棧是否到底了，對于VPN、TE等應用將在第二層和第三層頭之間插入兩個以上的標簽，形成標簽棧；8bit TTL值用來防止數(shù)據(jù)在網(wǎng)上形成環(huán)路。

　　RFC2547定義了允許ISP使用其IP骨干網(wǎng)為用戶提供VPN服務的一種機制。RFC2547也被稱為BGP/MPLS VPN，因為BGP被用來在提供商骨干網(wǎng)中發(fā)布VPN路由信息，而MPLS被用來將VPN業(yè)務從一個VPN站點轉發(fā)至另一個站點。BGP/MPLS VPN又稱為三層MPLS VPN，是一種基于路由方式的VPN解決方案。該技術不僅可以提供一種動態(tài)建立的隧道技術，還能夠利用公用骨干網(wǎng)絡強大的傳輸能力，極大地提高用戶網(wǎng)絡運營和管理的靈活性，同時能夠滿足用戶對信息傳輸安全性、實時性、寬頻帶和方便性的需要。
2 BGP/MPLS VPN中幾個重要的概念
2.1 VPN路由/轉發(fā)
　　BGP/MPLS VPN的安全舉措之一就是路由隔離和信息隔離。它通過VRF(VPN Routing /Forwarding)表和MPLS中的LSP來實現(xiàn)。PE路由器上有多個VRF表。這些VRF表與PE路由器上的一個或多個子接口相對應，用于存放這些子接口所屬VPN的路由信息。通常情況下，VRF表中只包含一個VPN的路由信息，但是當子接口屬于多個VPN時，其對應的VRF表中則包含子接口所屬的所有VPN的路由信息。對于每一個VRF表，都具有路由區(qū)分符RD(Route Distinguisher）和路由目標RT（Route Target）兩大屬性。
2.2 路由識別符
　　VPN中IP地址的規(guī)劃是由客戶自行制訂的，因而有可能會出現(xiàn)客戶選擇在RFC1918中定義的私有地址作為他們的站點地址或者不同的VPN使用相同的地址域。這會在路由解析時出現(xiàn)沖突，BGP/MPLS VPN使用VPN-IPv4地址族和多協(xié)議擴展BGP（MP-BGP）解決該問題。一個VPN-IPv4地址（12字節(jié)）由8字節(jié)的RD和4字節(jié)的IPv4地址組成，如圖2所示。這樣就可以把相同的地址前綴翻譯成不同的VPN-IPv4地址，也就可以分別為每個VPN站點生成與該VPN-IPv4地址對應的不同路由。
　　RD和VRF表之間建立了一一對應的關系。通常情況下每個VPN分配惟一的RD。但是對于重疊VPN，即某個站點屬于多個VPN的情況，由于PE路由器上的某個子接口屬于多個VPN，此時，該子接口所對應的VRF表只能被分配一個RD，從而多個VPN共享一個RD。

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2.3 路由目標
　　RT的本質(zhì)就是BGP的community屬性的擴展，擴展的community有兩種格式，如圖3所示。其中type字段為0x0002或者0x0102時表示RT。RT用于路由信息的分發(fā)，具有全局惟一性，且只能被一個VPN使用。它分成Import RT和Export RT，分別用于路由信息的導入和導出策略。當從VRF表中導出VPN路由時，要用Export RT對VPN路由進行標記；當向VRF表中導入VPN路由時，只有所帶RT標記與VRF表中任意一個Import RT相符的路由才會被導入VRF表中。RT使得PE路由器只包含與其直接相連的VPN的路由，而不是全網(wǎng)所有VPN的路由，從而節(jié)省了PE路由器的資源，提高了網(wǎng)絡拓展性。
3 BGP/MPLS VPN體系結構
3.1 BGP/MPLS VPN模型介紹
　　BGP/MPLS VPN示意圖如圖4所示。在RFC2547中定義了三種類型的路由器：用戶網(wǎng)邊緣路由器CE在用戶側為用戶所有，接收和分發(fā)用戶網(wǎng)絡路由，CE連接到提供商的骨干網(wǎng)邊緣路由器PE；PE處理VPN-IPv4路由，是BGP/MPLS VPN的核心；位于骨干網(wǎng)核心的P路由器負責MPLS包的轉發(fā)。

　　VPN是若干個用戶站點的集合，而站點是VPN中一個孤立的IP網(wǎng)絡，例如可以是公司總部或分支機構等。用戶接入BGP/MPLS VPN的方式是每個站點提供一個或多個CE同骨干網(wǎng)PE的連接，每個站點在PE中由各個VRF來表示，它包含了與一個站點相關的路由表、轉發(fā)表、接口、路由實例以及路由策略等。PE上的接口可以綁定" title="綁定">綁定到惟一的VRF上，一個VRF也可以被綁定到多個接口上，但PE之間不能交換VRF信息。
　　BGP/MPLS VPN中有兩種重要的數(shù)據(jù)流：一種是進行路由分發(fā)和LSP（標記轉發(fā)路徑）確定的控制流；另一種是用戶的VPN業(yè)務流。存在兩種控制機制：一種負責不同PE間路由信息的交換；另一種負責建立通過提供商骨干網(wǎng)的LSP。
3.2 數(shù)據(jù)轉發(fā)過程
　　在MPLS網(wǎng)絡中傳輸?shù)腣PN數(shù)據(jù)采用隧道標簽（外標簽）和VPN標簽（內(nèi)標簽）兩層標簽棧結構，它們分別對應于兩個層面的路由：域內(nèi)路由和VPN路由。域內(nèi)路由即MPLS中的LSP，是由PE和P路由器通過運行標簽分發(fā)協(xié)議LDP（Label Distribution Protocol）或資源預留協(xié)議RSVP（Resource Reservation Protocol）建立的。它所產(chǎn)生的標簽轉發(fā)表用于VPN分組外層標簽的交換。VPN路由是由PE路由器之間通過運行MP-iBGP建立的。該協(xié)議跨越骨干網(wǎng)的P路由器分發(fā)VPN標簽形成VPN路由。在PE路由器上除了VRF表外，還有MPLS路由表。該表用于存放VPN標簽和子接口的對應關系，為出口PE路由器到CE路由器之間的數(shù)據(jù)轉發(fā)提供依據(jù)。
　　具體數(shù)據(jù)轉發(fā)過程如下：當CE路由器通過某個子接口將一個VPN分組發(fā)給入口PE路由器后，PE路由器查找該子接口對應的VRF表，從VRF表中得到VPN標簽、初始外層標簽以及到出口PE路由器的輸出接口。當VPN分組被打上兩層標簽之后，就通過輸出接口發(fā)送到相應LSP上的第一個P路由器。骨干網(wǎng)中P路由器根據(jù)外層標簽逐跳轉發(fā)VPN分組，直至最后一個P路由器彈出外層標簽，將只含有VPN標簽的分組轉發(fā)給出口PE路由器。出口PE路由器根據(jù)VPN標簽，查找MPLS路由表得到對應的輸出接口，在彈出VPN標簽后通過該接口將VPN分組發(fā)送給正確的CE路由器，從而實現(xiàn)整個數(shù)據(jù)轉發(fā)過程。特別地，當出口PE路由器和入口PE路由器是同一個路由器時，PE路由器對收到的VPN分組將不經(jīng)過任何處理直接轉發(fā)給目的CE路由器。
3.3 路由信息分發(fā)過程
　　在MPLS VPN中，因為采用了兩層標簽棧結構，所以P路由器并不參與VPN路由信息的交互。客戶路由器通過CE和PE路由器之間、PE路由器之間的路由交互知道屬于某個VPN的網(wǎng)絡拓撲信息。
　　(1)CE-PE之間的路由信息分發(fā)。CE-PE之間通過采用靜態(tài)/缺省路由、IGP（RIPv2、OSPF）等動態(tài)路由協(xié)議，或建立EBGP連接等方式進行路由信息的交互。當入口PE路由器從某個子接口接收到來自CE路由器的路由信息時，除了將該路由導入對應的VRF表，PE路由器還要為該路由分配一個VPN標簽。該VPN標簽用以識別接收路由信息的子接口。因此從同一個子接口接收到的路由信息將被分配同樣的VPN標簽，從而PE路由器可以將收到的VPN分組轉發(fā)到合適的子接口。
　　(2)PE-PE之間的路由信息分發(fā)。PE-PE之間通過采用MP-iBGP進行路由信息的交互。PE路由器通過維持iBGP網(wǎng)狀連接或使用路由反射器來確保路由信息被分發(fā)給所有的PE路由器。當入口PE路由器分發(fā)路由信息時，將同時攜帶路由所在VRF表的RD，即將路由的IPv4地址轉化為VPN-IPv4地址。分發(fā)的具體路由信息包括該路由的VPN-IPv4地址前綴、下一跳BGP即入口PE路由器的VPN-IPv4地址（其中RD=0）、分配給該路由的VPN標簽和該路由所在VRF表的Export RT。該路由信息被稱為帶有標簽的VPN-IPv4路由信息。
　　當出口PE路由器收到路由信息時，將查看該路由的RT，如果RT與其任意VRF表中任意一個Import RT相符，就將該路由存入VPN-IPv4的RIB表。在路由選擇之后，將最優(yōu)路由中的VPN-IPv4地址轉化成IPv4地址，即去掉地址中的RD，導入到相應的VRF表中。
4 基于Cicso產(chǎn)品的BGP/MPLS VPN實例介紹
　　目前支持MPLS的設備不少，而Cicso路由器在網(wǎng)絡建設的高端產(chǎn)品中使用最廣，其中26、72等系列均支持MPLS功能。杭州師范學院于2004年建設了一個基于Cisco路由器和交換機的網(wǎng)絡通信實驗室，現(xiàn)有Cisco路由器10臺。下面以Cisco路由器為例，介紹相關路由器的配置。