MPLS 协议简述

MPLS 是一种快速交换的路由方案，它对实现 QoS 路由有重要的实用价值。从设计思想上来看，MPLS 将数据链路层的第二层交换技术引入网络层，实现快速 IP 分组交换。在这种网络结构中，核心网络是 MPLS 域，构成它的路由器是标记交换路由器（Label Switching Router，LSR），在 MPLS 域边缘连接其他子网的路由器是边界标记交换路由器（E-LSR）。MPLS 在 E-LSR 之间建立标记交换路径（LabelSwitching Path，LSP），这种标记交换路径与 ATM 的虚电路非常相似。

MPLS 主要的服务

• 面向连接与保证 QoS 的服务

MPLS 的设计借鉴了 ATM 面向连接和提供 QoS 保障的设计思想，在 IP 网络中提供一种面向连接的服务。

• 合理利用网络资源

MPLS 引入流（Flow）的概念。流是从某个源主机发出的分组序列，利用 MPLS 可以为单个流建立路由。

• 支持虚拟专网服务

MPLS 提供虚拟专网（Virtual Private Network，VPN）服务，能够提高分组传输的安全性与服务质量。

• 支持多协议

MPLS 可用于纯 IP 网络、ATM 网络、帧中继网及多种混合网络，同时可支持 PPP、SDH、DWDM 等底层网络协议。

MPLS 的工作原理

支持 MPLS 功能的路由器分为两类：标记交换路由器（LSR）和边界路由器（E-LSR）。由 LSR 组成、实现 MPLS 功能的网络区域称为 MPLS 域（MPLS Domain）。

1. MPLS 域中的 LSR 使用专门的标记分配协议（Label Distribution Protocol，LDP）交换报文，找出与特定标记对应的路径，即标记交换路径（LSP），对应主机 A 到主机 B 的路径（E-LSR1—LSR2—LSR3—E-LSR4），形成 MPLS 标识转发表。

2. 当 IP 分组进入 MPLS 域入口的边界路由器 E-LSR1 时，E-LSR1 为分组打上标记，并根据标识转发表，将打上标记的分组转发到标记交换路径 LSP 的下一跳路由器 LSR2。

3. 标记交换路由器 LSR2 根据标识直接利用硬件，以交换方式传送给下一跳路由器 LSR3。LSR3 利用同样的方法，将标记分组快速传送到下一跳路由器。

4. 当标记分组到达 MPLS 域出口的边界路由器 E-LSR4 时，E-LSR4 去除标记，将 IP 分组交付给非 MPLS 的路由器或主机。

MPLS 工作机制的核心是：路由仍使用第三层的路由协议来解决，而交换则是用第二层的硬件完成，这样可将第三层成熟的路由技术与第二层快速的硬件交换相结合，达到提高主机性能和 QoS 服务质量的目的。

MPLS VPN

MPLS 将面向连接的标记路由机制与 VPN 建设需求相结合，在所有连入 MPLS 网络的用户之间方便地建立第三层 VPN。

在 MPLS VPN 中，网络服务提供商为每个 VPN 分配一个路由标识符（RD），它在一个 MPLS 网络中是唯一的。在标记交换路由器（LSR）与边界路由器（E-LSR）的标记转发表中，记录了该 VPN 中的用户 IP 地址与路由标识符 RD 的对应关系。根据分配的标识符 RD（1、2、3）分别建立了 3 个 MPLS VPN。例如，RD=1 的 Net1、Net4、Net6 与 Net9 构成了一个 VPN，只有连接在 Net1、Net4、Net6、Net9 上的主机之间才能够通过 MPLS 实现通信。因此，MPLS VPN 是一种在 PDN 上组建的覆盖网（Overnet）。

MPLS VPN 的特点

1. 在基于 MPLS 的 VPN 中，服务提供商为每个 VPN 分配一个路由标识符（RD），这个 RD 在 MPLS 网络中是唯一的。标记交换路由器（LSR）和边界路由器（E-LSR）的标记转发表中记录了该 VPN 中用户 IP 地址与 RD 的对应关系。只有属于同一 VPN 的用户之间才能通信。

2. MPLS VPN 技术可以满足用户对于保证数据通信的安全性、QoS 方面的要求，操作方便，具有很好可扩展性。

对于大型网络信息系统与大型企业、跨国公司来说，组成大型网络系统的子网可能分布在不同的地理位置。目前，MPLS VPN 技术已经在大型信息网络系统、物联网应用系统、云计算系统中得到广泛应用。