MPLS 基础知识概述

MPLS 是一种介于二层和三层之间的“2.5 层”技术，支持 IPv4 和 IPv6 等多种网络层协议，且兼容 ATM 与以太网等多种链路层技术。MPLS 吸收了 ATM 网络的 VCI（Virtual Channel Identifier，虚拟信道标识符）和 VPI （Virtual Path Identifier，虚拟通路标识符）的交换思想，还具备 IP 路由的灵活性和标签交换的简捷性，为面向无连接的 IP 网络增加了面向连接的属性。通过建立“虚连接”的方法，MPLS 为 IP 网络提供了更好的 QoS 保障能力。

最初提出 MPLS 不仅因为它可以为 IP 网络提供更好的 QoS 保障能力，还因为 MPLS 基于定长 32 bit 的标签交换来转发数据，而 IP 基于最长前缀匹配原则来转发数据，相比而言，前者的转发效率较高。虽然随着硬件能力的提升， MPLS 转发效率高的优点已经不明显，但是它面向连接的标签转发却给 IP 网络提供了很好的 QoS 保障，还可以很好地支持 TE、VPN 和 FRR。这些优点对 IP 网络的继续扩大起到了关键的作用，加速了互联网 IP 化。

整体上看，MPLS 的成功离不开它支持的三大特性：TE、VPN 和 FRR。

• TE：基于 RSVP-TE 可以实现 MPLS TE 路径标签的申请和分发，可以实现资源保证、显式路径转发等 TE 特性，弥补了 IP 网络对 TE 支持能力差的短板。

• VPN：MPLS 标签可用于标识 VPN，实现 VPN 业务的隔离。VPN 是 MPLS 当前最大的应用场景之一，是解决企业互联和多业务承载的关键技术，也是当前运营商营收的重要手段之一。

• FRR：：IP 网络无法提供完备的 FRR 保护，导致无法满足电信级业务的需求。MPLS 的出现提升了 IP 网络 FRR 的能力，在大多数故障场景中满足了 50 ms 电信级保护倒换的需求。

MPLS 虽然在网络 All IP 化中发挥了重要作用，但是也带来了网络孤岛问题，增加了网络跨域互通的复杂性。

一方面，MPLS 被部署到不同的网络域，例如 IP 骨干网、城域网和移动承载网等，形成了独立的 MPLS 域，也带来了新的网络边界。但很多业务需要端到端部署，所以在部署业务时需要跨越多个 MPLS 域，这带来了复杂的 MPLS 跨域问题。历史上，MPLS VPN 有 Option A/B/C 等多种形式的跨域方案 ，业务部署复杂度都相对较高。

另一方面，随着互联网和云计算的发展，云数据中心越来越多。为满足多租户组网的需求，业界提出了多种 Overlay 的技术，典型的就是 VXLAN。历史上也有不少人尝试过将 MPLS 引入 DC（Data Center，数据中心）来提供 VPN 服务，但由于网络边界多、管理复杂度大和可扩展性不足等多方面的原因， MPLS 进入数据中心的尝试均告失败。

限制 MPLS 发展的另一个主要原因是可扩展性不足。可扩展性可以分为标签空间的可扩展性和封装格式的可扩展性两方面。标签空间方面，MPLS 只有 20 bit 的标签空间，在网络规模变大时，就会出现标签资源不足的问题。而且在网络规模变大之后，控制平面 RSVP-TE 协议的可扩展性不足，复杂度也过高。封装格式方面，MPLS 标签的封装格式是 32 bit 的固定编码，MPLS 标签提供了一定的可扩展性，但是面对越来越多需要扩展报文头携带数据的新业务，比如支持 SFC 携带元数据 和 IOAM（In-situ Operations,Administration and Maintenance，随流操作、管理和维护）时，MPLS 显得心有余而力不足。