标题：MPSL
简介
MPLS致力于解决下面的问题：Internet骨干网的路由器瓶颈，QOS支持Traffic Engineering，VPN等。MPLS可以与现有的ATM、IP 网兼容。Internet骨干网将逐步演进到MPLS网络，路由器和ATM交换机升级成MPLS的LSR。 
MPLS是集成式的IP Over ATM技术，即在Frame Relay及ATM Switch上结合路由功能，数据包通过虚拟电路来传送，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），它整合了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（Label Switching），网络路由器只需要判别标记后即可进行转送处理。 
MPLS的运作原理是提供每个IP数据包一个标记，并由此决定数据包的路径以及优先级。与MPLS兼容的路由器（Router），在将数据包转送到其路径前，仅读取数据包标记，无须读取每个数据包的IP地址以及标头（因此网络速度便会加快），然后将所传送的数据包置于Frame Relay或ATM的虚拟电路上，并迅速将数据包传送至终点的路由器，进而减少数据包的延迟，同时由Frame Relay及ATM交换器所提供的QoS（Quality of Service）对所传送的数据包加以分级，因而大幅提升网络服务品质提供更多样化的服务。
发展简史
IP交换技术由于多种原因，包括更为完整的技术规则说明、更高的时间效率以及有效的市场运作方式，IP交换技术经Ipsilon公司在1996年推出。IP交换技术能使具有ATM 交换机性能的设备执行路由器的功能。当时Ipsilon公司将他们的IP交换技术做成很多Internet RFC文档，这使Ipsilon公司将自己的技术标榜为“开放的”。另外，通过对简单交换控制协议（GSMP）的具体定义，能够通过一个外加的扩展控制器将任何的&gt;ATM 交换机转变为“IP交换机”。标签交换（Tag Switching）就在Ipsilon宣布他们的IP交换不久，Cisco公司就宣布了其标记交换技术，不过当时的叫法是“标签交换（Tag Switching）”。标签交换技术和IP交换以及CSR相比，在技术上差别很大。例如，在交换机上，它并不以数据流量来设置前向表，并且不同于ATM 网络的是，对于很多的连接层技术来说，它提供了详尽具体的说明。和Ipsilon公司相同的是，Cisco公司也做了描述的技术的RFC。但是，Cisco公司准备通过IETF将他们的技术最终实现标准化。正是为了实现这一目标，他们起草了大量的Internet 文件用来说明标签交换技术的各个方面。正是通过Cisco的不断努力，最终才有了我们现在所知道的MPLS工作组，并且现在MPLS成为标记交换的通用术语。IBM的ARIS也是在Cisco公司宣布他们的标签交换技术，并努力在IETF中使之成为标准化不久，IBM公司起草了一些文档来描述另外一种新的标记交换技术，他们称之为集中式基于路由的IP交换技术（ARIS）。和其他几种标记交换技术相比，ARIS与Cisco公司的标签交换技术更为相近。两者都是采用控制流量而不是采用数据流量来设置前向表，但是，ARIS在一些方面与标签交换也有明显的不同。许多ARIS的思想也进入到了MPLS标准之中。MPLS工作组在Cisco宣布他们的标签交换技术的同时，他们也宣称将要使之标准化。在他们提出了一系列有关标签交换的Internet草案以后不久，在1996年10月份召开了一个BOF会议。当时Cisco、IBM、Toshiba均参加了这次会议。BOF会议成了IETF历史上一次比较重要的会议。 
由于已经有多个公司生产出现非常相似的产品来解决当时网络中出现的新问题，因此将这一技术标准化成为当时会议的一个主要议题。尽管当时还有人在怀疑这些技术能否解决网络中的新问题（例如，有人认为快速路由器将会使这个问题变得更为混乱），但是，毋庸置疑的是，如果没有一个标准化工作组，将会出现更多的互不兼容的标记交换产品，从而使市场变得更为混乱。于是草拟筹备工作组章程的工作开始了，到1997年初，终于有了一个能被IETF接受的章程，工作组的第一次会议在1997年4月份召开。
MPLS的意义
提高网络使用率目前，中国的骨干网带宽的利用率在10%以下，因而，如何吸引更多的用户使用网络资源，是运营商、服务商关心的话题。路由器制造商都看到MPLS的最佳用武之地是，把承载多种不同类型服务的网络集成为一个单一的网络。网络运营商和服务商大多认为，用MPLS统一各种服务不失为一种长远的发展方向。简化IPv6实施现在，IPv4的地址非常缺乏，该到实施IPv6的时候了。如果先在IPv4上实现MPLS，会减小IPv6的实现难度，因为MPLS把对数据包的转发完全脱离开来。IPv6对IPv4最主要的能力是地址空间的扩展，那么相应的路由算法都没有什么改变，转发数据包的控制协议上也没有什么改变。因而，在一个把转发和控制都清楚分开的平台上，只需改变相应的控制协议，转发方面根本就不用改变。这样做了之后，随着现在的光传输技术的发展，网络的带宽几乎是无限制地在增长，比如一根光纤上可以传到几个T这样的速度，这样的话，要求网络中的转发设备（即路由器设备）同样要适应传输技术的发展，要提高得非常快。基本的手段是利用硬件转发。而专门的转发和控制协议脱离的体系结构也更加方便了做硬件转发。因为只看一个包的标记的格式是固定的，也非常容易在硬件中实现，这种趋势是MPLS在非常高速的网络中也有他的一些好处之一。因此，MPLS的实现简化了IPv6的一些新功能。为新厂商带来商机其实，MPLS的出现，给了新的厂商、新的产品很多机会，让它们有了新的生存空间。传统的IP网络的割据战已经结束，在新出现的战场上，正好适合起点高的厂商在其中扮演角色。传统厂商如果不是从硬件平台上有改变，在这么宽的网络处理速度上，根本就来不及处理高速转发。因此，在宽带的前提条件下，必须有新的硬件平台，这就是新厂商的机会。
MPLS技术及标准化进展
多协议标记交换（MPLS）技术作为一种新兴的路由交换技术，越来越受到业界的关注。MPLS技术是结合二层交换和三层路由的L2/L3集成数据传输技术，它不仅支持网络层的多种协议，还可以兼容第二层上的多种链路层技术。采用MPLS技术的IP路由器以及ATM、FR交换机统称为标记交换路由器（LSR），使用LSR的网络相对简化了网络层复杂度，兼容现有的主流网络技术，降低了网络升级的成本。此外，业界还普遍看好用MPLS提供VPN服务，实现负载均衡的网络流量工程。
MPLS的基本原理
（1）MPLS基础 
MPLS将面向非连接的IP业务移植到面向连接的标记交换业务之上，实现上将路由选择层面与数据转发层面分离。MPLS网络中，在入口LSR处分组按照不同转发要求划分成不同转发等价类（FEC），并将每个特定FEC映射到下一跳，即进入网络的每一特定分组都被指定到某个特定的FEC中。每一特定FEC都被编码为一个短而定长的值，称为标记，标记加在分组前成为标记分组，再转发到下一跳。在后续的每一跳上，不再需要分析分组头，而是用标记作为指针，指向下一跳的输出端口和一个新的标记，标记分组用新标记替代旧标记后经指定的输出端口转发。在出口LSR上，去除标记使用IP路由机制将分组向目的地转发。 
选择下一跳的工作可分为两部分：将分组分成FEC和将FEC映射到下一跳。在面向非连接的网络中，每个路由器通过分析分组头来独立地选择下一跳，而分组头中包含有比用来判断下一跳丰富得多的信息。传统IP转发中，每个路由器对相同FEC的每个分组都要进行分类和选择下一跳；而在MPLS中，分组只在进入网络时进行FEC分类，并分配一个相应的标记，网络中后续LSR则不再分析分组头，所有转发直接根据定长的标记转发。有些传统路由器在分析分组头的同时，不但决定分组的下一跳，而且要决定分组的业务类型（COS：Class of Service），以给予不同的服务规则。MPLS可以（但不是必须）利用标记来支持COS，此时标记用来代表FEC和COS的结合。MPLS的转发模式和传统网络层转发相比，除相对地简化转发、提高转发速度外，并且易于实现显式路由、流量工程、QoS和VPN等功能。 
（2）标记栈操作与标记交换路径 
标记是一个长度固定（20bit/s）、具有本地意义的标识符，和另外12bit/s控制位构成MPLS包头，也成为垫层（shim）。MPLS包头位于二层和三层之间，通常的服务数据单元是IP包，也可以通过改进直接承载ATM信元和FR帧。 
MPLS分组上承载一系列按照“后进先出”方式组织起来的标记，该结构称作标记栈，从栈顶开始处理标记。若一个分组的标记栈深度为m，则位于栈底的标记为1级标记，位于栈顶的标记为m级标记。未打标记的分组可看作标记栈为空（即标记栈深度为零）的分组。标记分组到达LSR通常先执行标记栈顶的出栈（pop）操作，然后将一个或多个特定的新标记压入（push）标记栈顶。如果分组的下一跳为某个LSR自身，则该LSR将栈顶标记弹出并将由此得到的分组“转发”给自己。此后，如果标记弹出后标记栈不空，则LSR根据标记栈保留信息做出后续转发决定；如果标记弹出后标记栈为空，则LSR根据IP分组头路由转发该分组。 
LSR是MPLS网络的基本单元，软件框架结构如图1所示。LSR主要由控制单元与转发单元两部分构成，这种功能上的分离有利于控制算法的升级。其中，控制单元负责路由的选择，MPLS控制协议的执行，标记的分配与发布以及标记信息库（LIB）的形成。而转发单元则只负责依据标记信息库建立标记转发表（LFIB），对标记分组进行简单的转发操作。其中，LFIB是MPLS转发的关键，LFIB使用标记来进行索引，相当于IP网络中的路由表。LFIB表项的内容包括：入标记、转发等价类、出标记、出接口、出封装方式等。 
MPLS功能的本质是将分组业务划分为FEC，相同FEC的业务流在标记交换路径（LSP）上交换。一般来说，由下游节点向上游节点分发标记，连成一串的标记和路由器序列就构成了LSP。LSP的建立可以使用两种方式：独立方式（Independent）和有序方式（Ordered）。在独立方式中，任何LSR可以在任何时候为每个可识别的FEC流进行标记分发，并将该绑定分发给标记分发对等体；而在有序方式中，一个流的标记分发从这个FEC流所属的出口节点开始，由下游向上游逐级绑定，这样可以保证整个网络内标记与流的映射完整一致。 
LSP有序控制方式和独立控制方式应能够相互操作。一条LSP中，如果并非所有LSR均使用有序控制，则控制方式的整体效果为独立控制。LSR应支持两种控制方式之一，控制方式由LSR本地选择。 
（3）MPLS路由选择 
这里的路由选择是指为特定FEC选择LSP的选路方法，MPLS使用两种路由方法：逐跳路由和显式路由。逐跳路由使用传统的动态路由算法来决定LSP的下一跳，每个节点独立地为FEC选择下一跳，对于下一跳的改变由本地决定，发生故障时路径的修复也由本地完成。显式路由则使用流量工程技术或者手工制定路由，不受动态路由影响，路由计算中可以考虑各种约束条件（如策略、CoS等级），每个LSR不能独立地选择下一跳，而由LSP的入口/出口LSR规定位于LSP上的LSR。 
逐跳路由实现上比较简单，可以利用传统路由协议（如OSPF、IS-IS）以及现有设备中的路由功能，但对于故障路径的恢复有赖于路由协议的汇聚时间，并且不具备流量工程能力。显式路由可以根据各种约束参数来计算路径，可以赋予不同LSP以不同的服务等级，可以为故障的LSP进行快速重路由，适于实现流量工程与QoS业务，能够更好的满足ISP的特定要求。
MPLS技术应用
（1）MPLS VPNMPLS的一个重要应用是VPN，MPLS VPN根据扩展方式的不同可以划分为BGP MPLS VPN 和LDP扩展VPN，根据PE（Provider Edge）设备是否参与VPN 路由可以划分为二层VPN 和三层VPN。 
BGP MPLS VPN 主要包含骨干网边缘路由器（PE），用户网边缘路由器（CE）和骨干网核心路由器（P）。PE上存储有VPN的虚拟路由转发表（VRF），用来处理VPN-IPv4 路由，是三层MPLS VPN 的主要实现者；CE上分布用户网络路由，通过一个单独的物理/逻辑端口连接到PE；P路由器是骨干网设备，负责MPLS 转发。多协议扩展BGP（MP-BGP）承载携带标记的IPv4/VPN 路由，有MP-IBGP 和MP-EBGP之分。
BGP MPLS VPN中扩展了BGP NLRI中的IPv4 地址，在其前增加了一个8字节的RD（Route Distinguisher）来标识VPN的成员（Site）。每个VRF 配置策略规定一个VPN 可以接收来自哪些Site的路由信息，可以向外发布哪些Site 的路由信息。每个PE根据BGP扩展发布的信息进行路由计算，生成相关VPN的路由表。 
PE-CE之间交换路由信息可以通过静态路由、RIP、OSPF、IS-IS以及BGP等路由协议。通常采用静态路由，可以减少CE设备管理不善等原因造成对骨干网BGP路由产生震荡影响，保障了骨干网的稳定性。 
目前运营商网络规划现状决定现有城域网或广域网可能自成一个自治域，这时就需要解决跨域互通问题。在三层BGP MPLS VPN中引入了自治系统边界路由器（ASBR），在实现跨自治系统的VPN互通时，ASBR同其它自治系统交换VPN 路由。现有的跨域解决方案有VRF-to-VRF、MP-EBGP和Multi-Hop MP-EBGP三种方式。 
对于二层MPLS VPN，运营商只负责提供给VPN用户提供二层的连通性，不需要参与VPN用户的路由计算。在提供全连接的二层VPN时与传统的二层VPN一样，存在N方问题，即每个VPN的CE到其它的CE都需要在CE与PE之间分配一条物理/逻辑连接，这种VPN的扩展性存在严重问题。 
用LDP扩展实现的二层VPN，也可以承载ATM、帧中继、以太网/VLAN以及PPP等二层业务，但它的主要应用是以太网/VLAN，实现上只需增加一个新的能够标识ATM、帧中继、以太网/VLAN或PPP的FEC类型即可。相对于BGP MPLS VPN，LDP扩展在于只能建立点到点的VPN，二层连接没有VPN的自动发现机制；优点是可以在城域网的范围内建立透明LAN服务（TLS），通过LDP 建立的LSP进行MAC地址学习。（2）GMPLS随着智能光网络技术以及MPLS技术的发展，自然希望能将二者结合起来，使IP分组能够通过MPLS的方式直接在光网络上承载，于是出现了新的技术概念多协议波长交换（MPλS）。随着对未来网络发展的的研究，MPLS的外延和内涵不断扩展产生了通用MPLS（GMPLS）技术，其中也包含MPλS相关内容。 
GMPLS也是MPLS的扩展，更准确地说，是MPLS-TE的扩展。由于GMPLS主要是扩展了对于传输网络的管理，而传输网络的主要业务为点到点业务，这与MPLS-TE的业务模型非常相似，因此GMPLS主要借助MPLS-TE的协议栈，将其加以扩展而形成。 
与MPLS完全相同，GMPLS网络也由两个主要元素组成：标记交换节点和标记交换路径。但GMPLS的LSR包括所有类型的节点，这些LSR上的接口可以细分为若干等级：分组交换能力（PSC）接口、时分复用能力（TDM）接口、波长交换能力（LSC）接口和光纤交换能力（FSC）接口。而LSP则既可以是一条传递IP包的虚通路，也可以是一条TDM电路，或是一条DWDM的波道，甚至是一根光纤。GMPLS分别为电路交换和光交换设计了专用的标记格式，以满足不同业务的需求。在非分组交换的网络中，标记仅用于控制平面而不用于用户平面。一条TDM电路（TDM-LSP）的建立过程与一条分组交换的连接（PSC-LSP）的建立过程完全相同，源端发送标记请求消息后，目的端返回标记映射消息。所不同的是，标记映射消息中所分配的标记与时隙或光波一一对应。 
传统网络模型中，传输层、链路层、网络层在控制层面上相互独立，各自使用本层协议在本层内的设备之间互通，也形成了各自的标准体系。而在GMPLS的体系结构中，没有语言的差异，只有分工的不同，GMPLS成了各层设备的共同语言。
MPLS的标准化进展
MPLS技术的标准化工作仍在进行之中，主要的组织有IETF、ITU和MPLS Forum。最有影响力的当数IETF的MPLS工作组，它独立于各个设备实现厂家，现有的MPLS相关协议基本上来自于这个工作组，以及该组织后来派生出流量工程工作组和MPLS VPN工作组，该工作组前后公布了超过300个RFC和相关草案。 
IETF MPLS工作组确定了MPLS的工作机制（底层转发、支持多种网络层协议），解决多种交换式路由技术的兼容性问题，提供弹性、扩展性好的交换式路由技术，同时加强了MPLS应用技术的研究（提供增值服务、与光纤传输网的融合、流量工程等）。其中比较重要的几个标准有RFC3031（MPLS体系结构）、RFC3032（MPLS标记栈编码）、RFC3036（LDP规范）以及RFC3037（LDP可行性）。 
ITU-T将工作重点由ATM MPLS转移到IP MPLS的标准化；MPLS Forum则将工作重点在放在流量工程、服务类型、服务质量以及VPN方面。 
由于MPLS标准制定尚未完成，MPLS设备的研发、试验当然也存在许多分歧。以MPLS流量工程采用什么标签分发协议为例，目前以Nortel为代表的厂商主张使用CR-LDP协议作为MPLS流量工程的信令协议，而以Cisco为代表的厂商则主张使用RSVP-TE流量工程扩展。虽然ITU-T等标准化组织推荐使用LDP/CR-LDP协议作为公网传输的标准信令，但二者都有很强的企业支持，最终将只能由市场决定胜负。 
为推动我国IP多媒体数据通信网络标准化的发展，1999年由国内电信研究机构联合诸多通信企业成立了中国IP和多媒体标准研究组。研究组成立后，便将MPLS系列标准作为该研究组的一项重要标准进行研究和制订。截至目前，已经制订并发行《MPLS总体技术要求》，《MPLS测试规范》也已经完成征求意见稿，有望在2002年10月研究组会议中对该规范征求意见稿进行审查。 
《MPLS总体技术要求》适用于MPLS边缘节点设备、MPLS域内节点设备以及MPLS与特定链路层技术相结合的设备。该标准规定了MPLS的基本技术、控制协议以及MPLS在网络层和链路层的功能、性能参数、标记封装与分发以及流量工程等各方面的要求。尤其需要指出的是在总体技术要求中，根据我国电信网建设的实际情况，选择了LDP/CR-LDP作为MPLS设备必须支持的信令协议。RSVP-TE协议只作为可选，在附录中进行了描述。 
《MPLS测试规范》的制定将为我国多协议标记交换设备的研制、生产、检验和工程应用提供统一的依据，也为进口该类品提供统一的检验标准。该标准主要规定了MPLS设备的标记交换功能测试、标记分发协议一致性测试、MPLS设备性能测试以及MPLS CoS功能性能测试等内容。 
由于MPLS VPN、GMPLS、MPLS TE等技术受到业界的广泛关注，在研究组内也加强了对这些热点问题的跟踪研究，MPLS相关标准也在紧张制订中。