网络mpls(什么是MPLS )

什么是MPLS?

多协议标签交换（MPLS）是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了目标、路由地址、转发和交换等能力。更特殊的是，它具有管理各种不同形式通信流的机制。

它的价值在于能够在一个无连接的网络中引入连接模式的特性；其主要优点是减少了网络复杂性，兼容现有各种主流网络技术，能降低网络成本，在提供IP业务时能确保QoS和安全性，具有流量工程能力。此外，MPLS能解决VPN扩展问题和维护成本问题。

MPLS属于第三代网络架构，是新一代的IP高速骨干网络交换标准，由IETF所提出，由Cisco、ASCEND、3Com等网络设备大厂所主导。

采用MPLS的数据包只须在OSI第二层（数据链结层）执行硬件式交换（取代第三层（网络层）软件式routing），它集成了IP选径与第二层标记交换为单一的系统，因此可以解决Internet路由的问题，使数据包传送的延迟时间减短，增加网络传输的速度，更适合多媒体讯息的传送。

因此，MPLS最大技术特色为可以指定数据包传送的先后顺序。MPLS使用标记交换（LabelSwitching），网络路由器只需要判别标记后即可进行转送处理。

扩展资料：

技术特点

1、MPLS简化了分组的转发

2、MPLS支持有效的显式路由（explicitrouting），显式路由在网络负荷调节，保证QoS要求等方面起着重要作用；传统IP网络中，每个分组头都携带显式路由是不可能的；MPLS只是在LSP创建时使用－－MPLS显式路由可行。

3、MPLS有利于实现流量工程（TrafficEngineering）

4、MPLS支持QoS选路，QoS选路是指对特定的数据流，按其QoS要求来为它选择路由的方法。

5、MPLS只需要在其域的入口进行一次从IP分组到FEC的映射，使得IP分组到FEC的复杂转换得以简化。

6、MPLS支持多网络功能划分，MPLS引入了标记粒度的概念，使其能分层地将处理功能划分给不同的网络单元，让靠近用户的网络边缘节点承担更多的工作；与此同时，核心网络则尽可能地简单。

7、MPLS实现了用户不同服务级别要求的单一转发规范

8、MPLS提高了网络扩展性

参考资料：百度百科多协议标签交换

MPLS基本原理

一．背景

MPLS（Multiprotocol Label Switching）位于TCP/IP协议栈中的链路层和网络之间，用于向ip层提供连接服务，同时又从链路层得到服务，MPLS以标签交换替代IP转发

MPLS并不是一种业务或者应用，它实际上是一种隧道技术，这种技术不仅支持多种高层协议与业务，而且在一定程度上可以保证信息传输的安全性

二、 应用

1.传统IP转发

2.ATM信元转发

3.MPLS标签转发

4.MPLS VPN应用

5.MPLS TE应用

6.MPLS网络模型

7.MPLS控制平面和转发平面

8.帧模式MPLS

MPLS有两种封装模式：帧模式和信元模式。帧模式封装是直接在报文的二层头部和三层头部之间增加一个MPLS标签头，以太网、ppp采用这种模式

9.MPLS报文头部

MPLS头部长度为32bits

LABEL:该标签用于报文转发，长度为20bits

EXP：通过用来承载IP报文中的优先级，长度为3bits

S：标识栈底用来表明是否是最后一个标签（MPLS标签可以多层嵌套），长度为1bit

TTL:类似IP头部的TTL，用来防止报文环路等，长度为8bits

10.MPLS标签嵌套

三．MPLS转发

1.FEC和NHLFE

FEC（Forwording Equivalence Class ）转发等价类，是一组具有某些共性的数据流的集合，这些数据流在转发过程中被LSR以相同的方式处理

FEC可以根据地址、业务类型、QoS等要素进行划分，比如，在传统的采用最长匹配算法的IP转发中，到同一条路由的所有报文就是一个转发等价类

NHLFE（Next Hop Label Forwarding Entry）：下一跳标签转发表项进行标签转发时用到，NHLFE包含这样一些基本信息：报文下一跳，如何进行标签操作（包括压入新的标签、弹出标签、用新的标签替换原有的标签等操作），NHLFE还可能包含一些其他信息，如发送报文使用的链路层封装等

2.MPLS转发过程-Ingress（RTA）

在Ingress，通过查询FIB表和NHLFE表指导报文的转发

3. MPLS转发过程-LSR（RTB）

在Tranist，通过查询ILM（Incoming Label Map）表和NHLFE表指导MPLS报文的转发

4. MPLS转发过程-LSR（RTC）

5. MPLS转发过程-EGgress LER（RTD）

在Egress，通过查询ILM表指导MPLS报文的转发

回顾：

1. MPLS头部哪个字段用于标识栈底标签—-S字段

2. 基于MPLS标签转发报文时，数据包可能需要执行的动作包括：Push、Pop、Swap

什么是MPLS？

多协议标签交换（Multi-Protocol Label Switching，MPLS），MPLS在无连接的IP网络引入面向连接的标签交换概念，将3层路由技术与2层交换技术结合，采用一种基于标签转发的隧道技术，发扬了IP路由的灵活性和2层交换的简捷性。目前MPLS技术被扩展到了许多新的应用领域，例如（BGP MPLS VPN）技术，Accrets国际利用Teridion的网路方案为企业实现优质的广域网连接，Teridion的连接解决方案解决了在中间环节会出现的问题，即数据从本地网络转移到主要的运营商和私有云服务提供商。通过一系列技术，像 MPLS-SLA的品质，保证客户可以拥有完善的性能体验∞

MPLS组网是什么？

MPLS组网是指基于MPLS（多协议标记交换）技术构建的虚拟专用网，即采用MPLS技术，在公共IP网络上构建企业IP专网，实现数据、语音、图像多业务宽带连接，并结合差别服务、流量工程等相关技术，为客户提供高质量的服务。

计算机网络-网络层-多协议标记交换MPLS

多协议标记交换MPLS (MultiProtocol Label Switching)：“多协议”表示在MPLS的上层可以采用多种协议。 MPLS采用了面向连接的工作方式（或者说是利用面向连接技术） ，使每个分组携带一个叫做标记(label)的小整数（这叫做打上标记)。当分组到达交换机（即标记交换路由器）时，交换机读取分组的标记，并用标记值来检索分组转发表。这样就比查找路由表来转发分组要快得多。

MPLS具有以下三个方面的特点：(1)支持面向连接的服务质量。(2)支持流量工程，平衡网络负载。(3)有效地支持虚拟专用网VPN。

在传统的P网络中，分组每到达一个路由器，都必须查找路由表，并按照“最长前缀匹配”的原则找到下一跳的P地址（请注意，前缀的长度是不确定的）。当网络很大时，查找含有大量项目的路由表要花费很多的时间。在出现突发性的通信量时，往往还会使缓存溢出，这就会引起分组丢失、传输时延增大和服务质量下降。

MPLS的一个重要特点就是在MPLS域的入口处，给每一个IP数据报打上固定长度 “标记” ，然后对打上 标记的IP数据报用硬件进行转发 ，这就使得IP数据报转发的过程大大地加快了”。 采用硬件技术对打上标记的P数据报进行转发就称为标记交换。 “交换”也表示在转发时不再上升到第三层查找转发表，而是根据标记在第二层（链路层）用硬件进行转发。MPLS可使用多种链路层协议，如PPP、以太网、ATM以及帧中继等。

MPLS域(MPLS domain)是指该域中有许多彼此相邻的路由器，并且所有的路由器都是支持MPLS技术的 标记交换路由器LSR (Label Switching Router)。 LSR同时具有标记交换和路由选择这两种功能 ，标记交换功能是为了快速转发，但在这之前LSR需要使用路由选择功能构造转发表。

MPLS的基本工作过程：

(I)MPLS域中的各LSR使用专门的 标记分配协议LDP (Label Distribution Protocol)交换报文，并找出和特定标记相对应的路径，即 标记交换路径LSP (Label Switched Path)。例如在图中的路径A→B→C→D。各 LSR根据这些路径构造出转发表 。这个过程和路由器构造自己的路由表相似。但应注意的是，MPLS是面向连接的，因为在标记交换路径LSP上的第一个LSR就根据IP数据报的初始标记确定了整个的标记交换路径，就像一条虚连接一样。

(2)当一个IP数据报进入到MPLS域时， MPLS入口结点(ingress node)就给它打上标记(实际上是插入一个MPLS首部)，并按照转发表把它转发给下一个LSR。 以后的所有LSR都按照标记进行转发。

给IP数据报打标记的过程叫做分类(classification)。严格的第三层（网络层）分类只使用了IP首部中的字段，如源P地址和目的P地址等。大多数运营商实现了第四层（运输层）分类（除了要检查P首部外，运输层还要检查TCP或UDP首部中的协议端口号），而有些运营商则实现了第五层（应用层）分类（更进一步地检查数据报的内部并考虑其有效载荷）。

(3)由于在全网内统一分配全局标记数值是非常困难的，因此一个标记仅仅在两个标记交换路由器LSR之间才有意义。分组每经过一个LSR,LSR就要做两件事：一是转发，二是更换新的标记，即把入标记更换成为出标记。这就叫做标记对换(label swapping)。做这两件事所需的数据都己清楚地写在转发表中。例如，图4-61中的标记交换路由器B从入接口0收到一个入标记为3的IP数据报，标记交换路由器B就知道应当把该P数据报从出接口1转发出去，同时把标记对换为1。当IP数据报进入下一个LSR时，这时的入标记就是刚才得到的出标记。因此，标记交换路由器C接着在转发该IP数据报时，又把入标记1对换为出标记2。

(4)当IP数据报离开MPLS域时， MPLS出口结点(egress node))就把MPLS的标记去除 ，把IP数据报交付非MPLS的主机或路由器，以后就按照普通的转发方法进行转发。

上述的这种“由入口LSR确定进入MPLS域以后的转发路径”称为显式路由选择(explicit routing),它和互联网中通常使用的“每一个路由器逐跳进行路由选择”有着很大的区别。

转发等价类FEC

MPLS有个很重要的概念就是转发等价类FEC(Forwarding Equivalence Class)。所谓“转发等价类”就是路由器按照同样方式对待的IP数据报的集合。这里“按照同样方式对待”表示从同样接口转发到同样的下一跳地址，并且具有同样服务类别和同样丢弃优先级等。FEC的例子是：

(I)目的IP地址与某一个特定IP地址的前缀匹配的IP数据报（这就相当于普通的IP路由器)：

(2)所有源地址与目的地址都相同的IP数据报；

(3)具有某种服务质量需求的IP数据报。

总之，划分FEC的方法不受什么限制，这都由网络管理员来控制，因此非常灵活。入口结点并不是给每一个IP数据报指派一个不同的标记，而是将属于同样FEC的IP数据报都指派同样的标记。FEC和标记是一一对应的关系。

图4-62给出一个把FEC用于负载平衡的例子。图4-62(a)的主机H1和H2分别向H3和H4发送大量数据。路由器A和C是数据传输必须经过的。但传统的路由选择协议只能选择最短路径A→B→C,这就可能导致这段 最短路径过载 。

图4-62(b)表示在MPLS的情况下， 入口结点A可设置两种FEC :“源地址为H1而目的地址为H3”和“源地址为H2而目的地址为H,”,把前一种FEC的路径设置为H1→A→B→C→H3,而后一种的路径设置为H2→A→D→E+C→H4。这样可使网络的负载较为平衡。网络管理员采用自定义的FEC就可以更好地管理网络的资源。这种均衡网络负载的做法也称为流量工程TE(Traffic Engineering)心或通信量工程。

MPLS并不要求下层的网络都使用面向连接的技术。因此一对MPLS路由器之间的物理连接，既可以由一个专用电路组成，如OC-48线路，也可以使用像以太网这样的网络。但是这些网络并不提供打标记的手段，而IPv4数据报首部也没有多余的位置存放MPLS标记。这就需要使用一种封装技术：在把IP数据报封装成以 太网帧 之前，先要插入一个MPLS首部。” 从层次的角度看，MPLS首部就处在数据链路层和网络层之间”。 在把加上MPLS首部的IP数据报封装成以太网帧时，以太网的类型字段在单播的情况下设置为 ,而在多播的情况下为 。这样， 接收方可以用帧的类型来判决这个帧是携带了MPLS标记还是一个常规的IP数据报。

“给IP数据报打上标记”其实就是在 以太网的帧首部和IP数据报的首部之间插入一个4字节的MPLS首部 。具体的标记就在“标记值”这个字段中。MPLS首部共包括以下四个字段：

(1)标记值  占20位。由于一个MPLS标记占20位，因此从理论上讲，在设置MPLS时可以使用标记的所有20位，因而可以同时容纳高达2^20个流（即1048576个流）。但是，实际上几乎没有哪个MPLS实例会使用很大数目的流，因为通常需要管理员人工管理和设置每条交换路径。

(2)试验  占3位，目前保留用于试验。

(3)栈S  占1位，在有“标记栈”时使用。

(4)生存时间TTL  占8位，用来防止MPLS分组在MPLS域中兜圈子。

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