多協議標籤交換

多協議標籤交換（英語：Multi-Protocol Label Switching，縮寫為MPLS）是一種電信網絡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地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。多協議意指 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絡中引入連接模式的特性；其主要優點是減少了網絡複雜性，兼容現有各種主流網絡技術，能降低網絡成本，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擴展問題和維護成本問題。

MPLS屬於第三代網絡架構，是新一代的IP高速骨幹網絡交換標準，由IETF所提出，由Cisco、ASCEND、3Com等網絡設備大廠所主導。

採用MPLS的數據包只須在OSI第二層（數據鏈結層）執行硬件式交換（取代第三層（網絡層）軟件式路由），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，使數據包傳送的延遲時間減短，增加網絡傳輸的速度，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數據包傳送的先後順序。MPLS使用標記交換（Label Switching），網絡路由器只需要判別標記後即可進行轉送處理。

產生的背景

因特網迅猛發展對IP的承載網提出各種挑戰，比如路由問題、QoS保障問題等。網絡的發展正向寬帶化、智能化和一體化的方向發展。未來的業務以突發性數據業務為主，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、幀中繼或ATM信元）到達MPLS LER時，入口 LER根據輸入分組頭查找路由表以確定通向目的地的標記交換路徑LSP，把查找到的對應LSP的標記插入到分組頭中，完成端到端IP地址與MPLS標記的映射。

分組頭與label的映射規則不但考慮數據流目的地的信息，還考慮了有關QoS的信息；在以後網絡中的轉發，MPLS LSR就只根據數據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支持有效的顯式路由（explicit routing）

顯式路由在網絡負荷調節，保證QoS要求等方面起着重要作用；傳統IP網絡中，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支持QoS選路

QoS選路是指對特定的數據流，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映射

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

MPLS支持多網絡功能劃分

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絡單元，讓靠近用戶的網絡邊緣節點承擔更多的工作；與此同時，核心網絡則儘可能地簡單。

MPLS實現了用戶不同服務級別要求的單一轉發規範
MPLS提高了網絡擴展性

Ethernet over MPLS

隨著乙太網路的不斷發展，乙太網路的性能、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、支持低延遲服務的網路。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：

L2	物理層	乙太網路頭	MPLS頭	IP頭
L3	物理層	乙太網路傳輸	MPLS頭	乙太網路服務	IP頭

術語解釋

轉發等效類（Forwarding Equivalence Class,FEC）: 是一系列具有某些共性的數據流集合(目的地相同、使用的轉發路徑相同、具有相同的服務等級等)，這些數據在轉發的過程中被LSR以相同的方式進行處理;
標記（Tag或Label）: 簡短的、長度固定的、具有本地意義的標識符，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。
數據流（stream）: 沿着同一路徑、屬於同一FEC的一組包被視為一個數據流。
業務流（flow）: 一個應用到應用的數據流稱為業務流。
上游（upstream）和下游（downstream）: 「上游」和「下游」是根據數據流的流向而定的。
轉發信息庫（FIB）: FIB用於存放下一跳的相關信息。
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: 標記交換是一種支持多協議的技術，它可以在多種鏈路協議上運行。
流量工程（Traffic Engineering）: 根據用戶數據業務量及當前網絡狀態選擇數據傳輸路徑的過程，主要用來平衡網絡中的負荷；
標籤分發協議（LDP：Label Distribution Protocol ）: 控制LSR之間交換標籤與FEC綁定消息，協調LSR之間工作的一系列規程。主要功能：讓LSR實現FEC與標籤的綁定，並將這種綁定通知給相鄰的LSR，使各LSR對收到的標籤綁定達成共識。
標籤堆棧: MPLS中分組可以攜帶多個標籤，這些標籤在分組中以「堆棧」的形式存在，對標籤堆棧的操作按照「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）設備是否參與VPN路由處理又細分為二層VPN和三層VPN。

參考文獻

《MPLS寬帶網絡互聯技術》石晶林人民郵電出版社
《多協議標記交換技術》馮徑人民郵電出版社