MPLS

MPLS（Multiprotocol Label Switching，多协议标签交换）是一种新兴的IP骨干网技术。MPLS在无连接的IP网络上引入面向连接的标签交换概念，将第三层路由技术和第二层交换技术相结合，充分发挥了IP路由的灵活性和二层交换的简捷性。

MPLS广泛应用于大规模网络中，它具有以下优点：

在MPLS网络中，设备根据短而定长的标签转发报文，省去了通过软件查找IP路由的繁琐过程，为数据在骨干网络中的传输提供了一种高速高效的方式。

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MPLS位于链路层和网络层之间，它可以建立在各种链路层协议（如PPP、ATM、帧中继、以太网等）之上，为各种网络层（IPv4、IPv6、IPX等）提供面向连接的服务，兼容现有各种主流网络技术。

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支持多层标签和面向连接的特点，使得MPLS在VPN、流量工程、QoS等方面得到广泛应用。

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具有良好的扩展性，在MPLS网络基础上可以为客户提供各种服务。

1.1.1 MPLS基本概念

1. 转发等价类

FEC（Forwarding Equivalence Class，转发等价类）是MPLS中的一个重要概念。MPLS是一种分类转发技术，它将具有相同特征（目的地相同或具有相同服务等级等）的报文归为一类，称为FEC。属于相同FEC的报文在MPLS网络中将获得完全相同的处理。目前设备只支持根据报文的网络层目的地址划分FEC。 2. 标签

标签是一个长度固定、只具有本地意义的标识符，用于唯一标识一个报文所属的FEC。一个标签只能代表一个FEC。 图1-1 标签的封装结构

如图1-1所示，标签封装在链路层报头和网络层报头之间的一个垫层中。标签长度为4个字节，由以下四个字段组成：

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Label：标签值，长度为20bits，用来标识一个FEC。

Exp：3bits，保留，协议中没有明确规定，通常用作服务等级。 S：1bit，MPLS支持多重标签。值为1时表示为最底层标签。 TTL：8bits，和IP报文中的TTL意义相同，可以用来防止环路。

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3. 标签交换路由器

LSR（Label Switching Router，标签交换路由器）是具有标签分发能力和标签交换能力的设备，是MPLS网络中的基本元素。 4. 标签边缘路由器

位于MPLS网络边缘、连接其他网络的LSR称为LER（Label Edge Router，标签边缘路由器）。 5. 标签交换路径

属于同一个FEC的报文在MPLS网络中经过的路径称为LSP（Label Switched Path，标签交换路径）。

LSP是从MPLS网络的入口到出口的一条单向路径。在一条LSP上，沿数据传送的方向，相邻的LSR分别称为上游LSR和下游LSR。如图1-2所示，LSR B为LSR A的下游LSR，相应的，LSR A为LSR B的上游LSR。 图1-2 标签交换路径

6. 标签转发表

与IP网络中的FIB（Forwarding Information Base，转发信息表）类似，在MPLS网络中，报文通过查找标签转发表确定转发路径。

1.1.2 MPLS网络结构

图1-3 MPLS网络结构

如图1-3所示，MPLS网络的基本构成单元是LSR，由LSR构成的网络称为MPLS域。MPLS网络包括以下几个组成部分：

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入节点Ingress：报文的入口LER，负责为进入MPLS域的报文添加标签。

中间节点Transit：MPLS域内部的LSR，根据标签沿着由一系列LSR构成的LSP将报文传送给出口LER。

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出节点Egress：报文的出口LER，负责剥离报文中的标签，并转发给目的网络。

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Transit根据报文上附加的标签进行MPLS转发，Ingress和Egress负责MPLS与IP技术的转换。

1.1.3 LSP建立与标签的发布和管理

1. LSP建立

LSP的建立过程实际就是将FEC和标签进行绑定，并将这种绑定通告相邻LSR，以便在LSR上建立标签转发表的过程。LSP既可以通过手工配置的方式静态建立，也可以利用标签分发协议动态建立。 (1) 手工配置的方式静态建立LSP

建立静态LSP需要用户在报文转发路径中的各个LSR上手工配置为FEC分配的标签。建立静态LSP消耗的资源比较少，但静态建立的LSP不能根据网络拓扑变化动态调整。因此，静态LSP适用于拓扑结构简单并且稳定的小型网络。 (2) 利用标签发布协议动态建立LSP

标签发布协议是MPLS的信令协议，负责划分FEC、发布标签、建立维护LSP等。标签发布协议的种类较多，有专为标签发布而制定的协议，如LDP（Label Distribution Protocol，标签分发协议），也有扩展后支持标签发布的协议，如BGP、RSVP-TE。本文只介绍LDP协议。

利用标签发布协议动态建立LSP的过程如图1-4所示。下游LSR根据路由表划分FEC，为特定FEC分配标签，并将标签和FEC的绑定关系通告给上游LSR；上游LSR根据该绑定关系建立标签转发表项。报文传输路径上的所有LSR都为该FEC建立对应的标签转发表项后，就成功地建立了用于转发属于该FEC报文的LSP。 图1-4 动态LSP建立过程

2. 标签的发布和管理

标签发布就是将为FEC分配的标签通告给其他LSR。根据标签发布条件、标签发布顺序的不同，LSR通告标签的方式分为DU（Downstream Unsolicited，下游自主方式）和DoD（Downstream On Demand，下游按需方式）、独立标签控制方式（Independent）和有序标签控制方式（Ordered）几种。

标签管理，即标签保持方式，是指LSR对收到的、但目前暂时用不到的FEC和标签绑定的处理方式，分为自由标签保持方式（Liberal）和保守标签保持方式（Conservative）两种。

(1) 标签发布方式（Label Advertisement Mode） 图1-5 标签发布方式