多协议标签交换

**多協定標籤交換**（英語：Multi-Protocol Label Switching，縮寫為 **MPLS**）是一種電信網路上利用標籤引導資料進行傳輸的路由技術。相較於傳統上利用網路位址來決定下一個節點，MPLS 則使資料沿著預定的路徑傳送，因此能減少在路由器上所花費的時間。_多協定_意指 MPLS 支援多種網路協定，並且也支援多種網路第二層的協定。

它的價值在於能夠在一個無連接的網路中引入連接模式的特性；其主要優點是減少了網路複雜性，相容現有各種主流網路技術，能降低網路成本，在提供 IP 業務時能確保 QoS 和安全性，具有流量工程能力。此外，MPLS 能解決 VPN 擴充問題和維護成本問題。

MPLS 屬於第三代網路架構，是新一代的 IP 高速骨幹網路交換標準，由 IETF 所提出，由 Cisco、ASCEND、3Com 等網路裝置大廠所主導。

採用 MPLS 的封包只須在 OSI 第二層（資料鏈結層）執行硬體式交換（取代第三層（網路層）軟體式路由），它整合了 IP 選徑與第二層標記交換為單一的系統，因此可以解決 Internet 路由的問題，使封包傳送的延遲時間減短，增加網路傳輸的速度，更適合多媒體訊息的傳送。因此，MPLS 最大技術特色為可以指定封包傳送的先後順序。MPLS 使用標記交換（Label Switching），網路路由器只需要判別標記後即可進行轉送處理。

## 產生的背景

網際網路迅猛發展對 IP 的承載網提出各種挑戰，比如路由問題、QoS 保障問題等。網路的發展正向寬頻化、智慧化和一體化的方向發展。未來的業務以突發性資料業務為主，ATM 對其顯得效率不足，傳輸和交換成本較高，而 IP 又顯得能力不足。各種 IP 與 ATM 融合的技術如 LANE, IPOA, TAG SWITCH 等只能解決局部問題。

## 發展歷史

* 1996 年，Ipsilon 公司提出的一種專門在 ATM 網上傳送 IP 分組的技術：IP Switching；Toshiba: cell switching router;
* 1996 年，Cisco: Tag Switching;IBM: Aggregate Route-based IP Switching;
* 1997 年，IETF: MPLS (Multiprotocol Label Switching)

## 工作原理

當一個未被標記的分組（IP 包、影格中繼或 ATM 信元）到達 MPLS LER 時，入口 LER 根據輸入分組頭尋找路由表以確定通向目的地的標記交換路徑 LSP，把尋找到的對應 LSP 的標記插入到分組頭中，完成端到端 IP 位址與 MPLS 標記的對映。

分組頭與 label 的對映規則不但考慮資料流目的地的資訊，還考慮了有關 QoS 的資訊；在以後網路中的轉發，MPLS LSR 就只根據資料流所攜帶的標籤進行轉發。

## 技術特點

* MPLS 簡化了分組的轉發

　
: 基於定長短標籤定完全匹配，MPLS 易製造高速路由器。

* MPLS 支援有效的顯式路由（explicit routing）

　
: 顯式路由在網路負荷調節，保證 QoS 要求等方面起著重要作用；傳統 IP 網路中，每個分組頭都攜帶顯式路由是不可能的；MPLS 只是在 LSP 建立時使用嗎、，MPLS 顯式路由可行。

* MPLS 有利於實現流量工程（Traffic Engineering）
* MPLS 支援 QoS 選路

　
: QoS 選路是指對特定的資料流，按其 QoS 要求來為它選擇路由的方法。

* 從 IP 分組到轉發等價類的對映

　
: MPLS 只需要在其域的入口進行一次從 IP 分組到 FEC 的對映，使得 IP 分組到 FEC 的複雜轉換得以簡化。

* MPLS 支援多網路功能劃分

　
: MPLS 引入了標記粒度的概念，使其能分層地將處理功能劃分給不同的網路單元，讓靠近使用者的網路邊緣節點承擔更多的工作；與此同時，核心網路則儘可能地簡單。

* MPLS 實現了使用者不同服務級別要求的單一轉發規範
* MPLS 提高了網路擴充性

## Ethernet over MPLS

隨著乙太網路的不斷發展，乙太網路的效能、價格與 ATM 和其他的網路相比，具有巨大的優勢。純的乙太網路具有以下的不足：VLAN 空間限制，沒有端點到端點的頻寬預留機制，沒有流量工程。

但是在和 MPLS 結合以後，乙太網路搖身一變，變成了面向連接的網路，有流量控制、有 QoS 保證、支援低延遲服務的網路。從而 MPLS 乙太網路受到了電信運營商的青睞，被大規模的部署在都會網路中，並正在向骨幹網路滲透。

MPLS 在乙太網路中的實現分為 L2 和 L3 兩種，層次結構如下：

## 術語解釋

**轉發等效類（Forwarding Equivalence Class,FEC）**
: 是一系列具有某些共性的資料流集合 (目的地相同、使用的轉發路徑相同、具有相同的服務等級等)，這些資料在轉發的過程中被 LSR 以相同的方式進行處理；

**標記（Tag 或 Label）**
: 簡短的、長度固定的、具有本地意義的識別碼，用以表徵轉發等價類（FEC）。

**邊緣標記交換路由器（LER： Label Edge Router）**
: 根據 LSP 等因素給分組加標籤的路由器。

**標記交換路由器（LSR：Label Switched Router）**
: 具有標記交換能力的路由器，它是標記交換的基本構成單元。

**資料流（stream）**
: 沿著同一路徑、屬於同一 FEC 的一組包被視為一個資料流。

**業務流（flow）**
: 一個應用到應用的資料流稱為業務流。

**上游（upstream）和下游（downstream）**
: 「上游」和「下游」是根據資料流的流向而定的。

**轉發資訊庫（FIB）**
: FIB 用於存放下一跳的相關資訊。

**流分類**
: 在業務流進入 LSR 時首先需要進行分類，也就是將業務流劃分為不同的 FEC。

**標記交換的封裝**
: 標記交換是一種支援多協定的技術，它可以在多種鏈路協定上執行。

**流量工程（Traffic Engineering）**
: 根據使用者資料業務量及當前網路狀態選擇資料傳輸路徑的過程，主要用來平衡網路中的負荷；

**標籤分發協定（LDP：Label Distribution Protocol ）**
: 控制 LSR 之間交換標籤與 FEC 繫結訊息，協調 LSR 之間工作的一系列規程。主要功能：讓 LSR 實現 FEC 與標籤的繫結，並將這種繫結通知給相鄰的 LSR，使各 LSR 對收到的標籤繫結達成共識。

**標籤堆疊**
: MPLS 中分組可以攜帶多個標籤，這些標籤在分組中以「堆疊」的形式存在，對標籤堆疊的操作按照「後進先出」的原則。決定如何轉發分組的標籤始終是棧頂標籤。

## 重要應用

MPLS VPN 是一種基於 MPLS 技術的 IP-VPN，根據 PE（Provider Edge）裝置是否參與 VPN 路由處理又細分為二層 VPN 和三層 VPN。

## 相關條目

* 中間系統到中間系統 - Intermediate system to intermediate system (IS-IS)
* IEEE 802.1aq - Shortest Path Bridging (SPB)

## 參考文獻

* 《MPLS 寬頻網路互聯技術》 石晶林 人民郵電出版社
* 《多協定標記交換技術》馮徑 人民郵電出版社