MPLS简介以及工作原理

MPLS英文名Multi-Protocol Label Switching,即多协议标签交换, 是新一代的IP高速骨干网络交换标准，由因特网工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF）提出。

　MPLS是利用标记（label）进行数据转发的。当分组进入网络时，要为其分配固定长度的短的标记，并将标记与分组封装在一起，在整个转发过程中，交换节点仅根据标记进行转发。

MPLS起源于IPv4（Internet Protocol version 4），其核心技术可扩展到多种网络协议，包括IPX（Internet Packet Exchange）、Appletalk、DECnet、CLNP（Connectionless Network Protocol）等。“MPLS”中的“Multiprotocol”指的就是支持多种网络协议。

工作原理

MPLS是基于标记的IP路由选择方法。这些标记可以被用来代表逐跳式或者显式路由，并指明服务质量(QoS)、虚拟专网以及影响一种特定类型的流量(或一个特殊用户的流量)在网络上的传输方式等各类信息。MPLS采用简化了的技术，来完成第三层和第二层的转换。它可以提供每个IP数据包一个标记，将之与IP数据包封装于新的MPLS数据包，由此决定IP数据包的传输路径以及优先顺序，而与MPLS兼容的路由器会在将IP数据包按相应路径转发之前仅读取该MPLS数据包的包头标记，无须再去读取每个IP数据包中的IP地址位等信息，因此数据包的交换转发速度大大加快。

目前的路由协议都是在一个指定源和目的地之间选择最短路径，而不论该路径的带宽、载荷等链路状态，对于缺乏安全保障的链路也没有一种显式方法来绕过它。利用显式路由选择，就可以灵活选择一条低延迟、安全的路径来传输数据。

MPLS协议实现了第三层的路由到第二层的交换的转换。MPLS可以使用各种第二层协议。MPLS工作组到目前为止已经把在帧中继、ATM和PPP链路以及IEEE802.3局域网上使用的标记实现了标准化。MPLS在帧中继和ATM上运行的一个好处是它为这些面向连接的技术。

带来了IP的任意连通性。目前MPLS的主要发展方向是在ATM方面。这主要是因为ATM具有很强的流量管理功能，能提供QoS方面的服务，ATM和MPLS技术的结合能充分发挥在流量管理和QoS方面的作用。标记是用于转发数据包的报头，报头的格式则取决于网络特性。在路由器网络中，标记是单独的32位报头;在ATM中，标记置于虚电路标识符/虚通道标识符(VCI/VPI)信元报头中。对于MPLS可扩展性非常关键的一点是标记只在通信的两个设备之间有意义。在网络核心，路由器/交换机只解读标记并不去解析IP数据包。

IP包进入网络核心时，边界路由器给它分配一个标记。自此，MPLS设备就会自始至终查看这些标记信息，将这些有标记的包交换至其目的地。由于路由处理减少，网络的等待时间也就随之缩短，而可伸缩性却有所增加。MPLS数据包的服务质量类型可以由MPLS边界路由器根据IP包的各种参数来确定，如IP的源地址、目的地址、端口号、TOS值等参数。

对于到达同一目的地的IP包，可根据其TOS值的要求来建立不同的转发路径，以达到其对传输质量的要求。同时，通过对特殊路由的管理，还能有效地解决网络中的负载均衡和拥塞问题。当网络中出现拥塞时，MPLS可实时建立新的转发路由来分散流量以缓解网络拥塞。

MPLS交换采用面向连接的工作方式，面向连接的工作方式 [2]就是信息传送要经过以下三个阶段：建立连接、数据传输和拆除连接。对于MPLS来说，建立连接就是形成标记交换路径LSP的过程；数据传输就是数据分组沿LSP进行转发的过程；而拆除连接则是通信结束或发生故障异常时释放LSP的过程。

建立连接

（1）驱动连接建立的方式

MPLS技术支持三种驱动虚连接建立的方式：拓扑驱动、请求驱动和数据驱动。

（2）标记分配

（3）连接建立过程

（4）MPLS路由方式

数据传输

MPLS网络的数据传输采用基于标记的转发机制。

（1）入口LER的处理过程

当数据流到达入口LER时，入口LER需完成三项工作：将数据分组映射到LSP上；将数据分组封装成标记分组；将标记分组从相应端口转发出去。

（2）LSR的处理过程

LSR从“SHIM”中获得标记值，用此标记值索引LIB表，找到对应表项的输出端口和输出标记，用输出标记替换输入标记，从输出端口转发出去。

（3）出口LER的处理过程

出口路由器为数据分组在MPLS网络中经历的最后一个节点，所以出口路由器要进行相应的弹出标记等操作。

拆除连接

因为MPLS网络中的虚连接，也就是LSP路径是由标记所标识的裸机信道串联而成的，所以连接的拆除也就是标记的取消。标记的取消方式主要有两种，一种是采用计时器的方式；一种是不设置定时器。

应用

应用

编辑

随着ASIC技术的发展，路由查找速度已经不是阻碍网络发展的瓶颈。这使得MPLS在提高转发速度方面不再具备明显的优势。

但由于MPLS结合了IP网络强大的三层路由功能和传统二层网络高效的转发机制，在转发平面采用面向连接方式，与现有二层网络转发方式非常相似，这些特点使得MPLS能够很容易地实现IP与ATM、帧中继等二层网络的无缝融合，并为流量工程TE（Traffic Engineering）、虚拟专用网VPN（Virtual Private Network）、服务质量QoS（Quality of Service）等应用提供更好的解决方案。