¶ MPLS基础简介
介绍MPLS的定义、由来和作用。
¶ 定义
多协议标签交换MPLS（Multiprotocol Label Switching）是一种IP（Internet Protocol）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IPv6（Internet Protocol version 6）、IPX（Internet Packet Exchange）和CLNP（Connectionless Network Protocol）等。MPLS中的“Multiprotocol”指的就是支持多种网络协议。
由此可见，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。
¶ 目的
90年代中期，随着IP技术的快速发展，Internet数据海量增长。但由于硬件技术存在限制，基于最长匹配算法的IP技术必须使用软件查找路由，转发性能低下，因此IP技术的转发性能成为当时限制网络发展的瓶颈。
为了适应网络的发展，ATM（Asynchronous Transfer Mode）技术应运而生。ATM采用定长标签，并且只需要维护比路由表规模小得多的标签表，能够提供比IP路由方式高得多的转发性能。然而，ATM协议相对复杂，且ATM网络部署成本高，这使得ATM技术很难普及。
传统的IP技术简单，且部署成本低。如何结合IP与ATM的优点成为当时热门话题。多协议标签交换技术MPLS就是在这种背景下产生的。
MPLS最初是为了提高路由器的转发速度而提出的。与传统IP路由方式相比，它在数据转发时，只在网络边缘分析IP报文头，而不用在每一跳都分析IP报文头，节约了处理时间。
随着专用集成电路ASIC（Application Specific Integrated Circuit）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。但是MPLS支持多层标签和转发平面面向连接的特性，使其在VPN（Virtual Private Network）、流量工程、QoS（Quality of Service）等方面得到广泛应用。
¶ MPLS基本结构
网络结构
MPLS网络的典型结构如图1所示。MPLS基于标签进行转发，图1中进行MPLS标签交换和报文转发的网络设备称为标签交换路由器LSR（Label Switching Router）；由LSR构成的网络区域称为MPLS域（MPLS Domain）。位于MPLS域边缘、连接其他网络的LSR称为边缘路由器LER（Label Edge Router），区域内部的LSR称为核心LSR（Core LSR）。
图1 MPLS网络结构
IP报文进入MPLS网络时，MPLS入口的LER分析IP报文的内容并且为这些IP报文添加合适的标签，所有MPLS网络中的LSR根据标签转发数据。当该IP报文离开MPLS网络时，标签由出口LER弹出。
IP报文在MPLS网络中经过的路径称为标签交换路径LSP（Label Switched Path）。LSP是一个单向路径，与数据流的方向一致。
如图1，LSP的入口LER称为入节点（Ingress）；位于LSP中间的LSR称为中间节点（Transit）；LSP的出口LER称为出节点（Egress）。一条LSP可以有0个、1个或多个中间节点，但有且只有一个入节点和一个出节点。
根据LSP的方向，MPLS报文由Ingress发往Egress，则Ingress是Transit的上游节点，Transit是Ingress的下游节点。同理，Transit是Egress上游节点，Egress是Transit的下游节点。
体系结构
MPLS的体系结构如图2所示，它由控制平面（Control Plane）和转发平面（Forwarding Plane）组成。
-
控制平面：负责产生和维护路由信息以及标签信息。
- 路由信息表RIB（Routing Information Base）：由IP路由协议（IP Routing Protocol）生成，用于选择路由。
- 标签分发协议LDP（Label Distribution Protocol）：负责标签的分配、标签转发信息表的建立、标签交换路径的建立、拆除等工作。
- 标签信息表LIB（Label Information Base）：由标签分发协议生成，用于管理标签信息。
-
转发平面：即数据平面（Data Plane），负责普通IP报文的转发以及带MPLS标签报文的转发。
- 转发信息表FIB（Forwarding Information Base）：从RIB提取必要的路由信息生成，负责普通IP报文的转发。
- 标签转发信息表LFIB（Label Forwarding Information Base）：简称标签转发表，由标签分发协议在LSR上建立LFIB，负责带MPLS标签报文的转发。
¶ MPLS标签
转发等价类
MPLS将具有相同特征的报文归为一类，称为转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class）。属于相同FEC的报文在转发过程中被LSR以相同方式处理。
FEC可以根据源地址、目的地址、源端口、目的端口、VPN等要素进行划分。例如，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。
标签
标签（Label）是一个短而定长的、只具有本地意义的标识符，用于唯一标识一个分组所属的FEC。在某些情况下，例如要进行负载分担，对应一个FEC可能会有多个入标签，但是一台设备上，一个标签只能代表一个FEC。
MPLS报文与普通的IP报文相比增加了MPLS标签信息，MPLS标签的长度为4个字节。MPLS标签封装在链路层和网络层之间，可以支持任意的链路层协议。MPLS标签的封装结构如图1所示。
标签共有4个字段：
- Label：20bit，标签值域。
- Exp：3bit，用于扩展。现在通常用做CoS（Class of Service），当设备阻塞时，优先发送优先级高的报文。
- S：1bit，栈底标识。MPLS支持多层标签，即标签嵌套。S值为1时表明为最底层标签。
- TTL：8bit，和IP报文中的TTL（Time To Live）意义相同。
标签栈（Label Stack）是指标签的排序集合。如图2所示，靠近二层首部的标签称为栈顶MPLS标签或外层MPLS标签（Outer MPLS label）；靠近IP首部的标签称为栈底MPLS标签或内层MPLS标签（Inner MPLS label）。理论上，MPLS标签可以无限嵌套。目前MPLS标签嵌套主要应用在MPLS VPN、TE FRR（Traffic Engineering Fast ReRoute）中。
图2 标签栈
标签栈按后进先出方式组织标签，从栈顶开始处理标签。
标签空间
标签空间就是指标签的取值范围。标签空间划分如下：
- 0～15：特殊标签。特殊标签的详细介绍请参见表1。
- 16～1023：静态LSP和静态CR-LSP（Constraint-based Routed Label Switched Path）共享的标签空间。
- 1024及以上：LDP、RSVP-TE（Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering）、MP-BGP（MultiProtocol Border Gateway Protocol）等动态信令协议的标签空间。
¶ 动态LSP实验
配置文件
- LSRA的配置文件
#
sysname LSRA
#
vlan batch 10
#
mpls lsr-id 1.1.1.1
mpls
#
mpls ldp
#
interface Vlanif10
ip address 10.1.1.1 255.255.255.0
mpls
mpls ldp
#
interface GigabitEthernet1/0/1
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 10
#
interface LoopBack0
ip address 1.1.1.1 255.255.255.255
#
ospf 1
area 0.0.0.0
network 1.1.1.1 0.0.0.0
network 10.1.1.0 0.0.0.255
#
return
•LSRB的配置文件
#
sysname LSRB
#
vlan batch 10 20
#
mpls lsr-id 2.2.2.2
mpls
#
mpls ldp
#
interface Vlanif10
ip address 10.1.1.2 255.255.255.0
mpls
mpls ldp
#
interface Vlanif20
ip address 10.2.1.1 255.255.255.0
mpls
mpls ldp
#
interface GigabitEthernet1/0/1
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 10
#
interface GigabitEthernet2/0/2
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 20
#
interface LoopBack0
ip address 2.2.2.2 255.255.255.255
#
ospf 1
area 0.0.0.0
network 2.2.2.2 0.0.0.0
network 10.1.1.0 0.0.0.255
network 10.2.1.0 0.0.0.255
#
return
•LSRC的配置文件
#
sysname LSRC
#
vlan batch 20
#
mpls lsr-id 3.3.3.3
mpls
#
mpls ldp
#
interface Vlanif20
ip address 10.2.1.2 255.255.255.0
mpls
mpls ldp
#
interface GigabitEthernet1/0/1
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 20
#
interface LoopBack0
ip address 3.3.3.3 255.255.255.255
#
ospf 1
area 0.0.0.0
network 3.3.3.3 0.0.0.0
network 10.2.1.0 0.0.0.255
#
return
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