多协议标签交换协议

8．2．3　多协议标签交换协议

多协议标签交换（Multi－Protocol Label Switching，MPLS）是一种在开放的通信网上利用贴在数据链路层的标签引导数据高速、高效传输的新技术。

多协议标签交换仅仅根据标签进行数据转发，避免了IP交换中网络的最长匹配造成较低转发效率。MPLS标签的结构如图8．9所示。

图8．9　MPLS标签的结构

MPLS标签位于数据包的二层（数据链路层）和三层（网络层）之间，因此MPLS数据包可以在ATM、Ethernet和帧中继等二层协议上得到很高的支持。MPLS标签唯一地表示一分组所属的FEC（转发等价类：具有相同转发策略的类，通常具有相同的转发路径），决定标记分组的转发方式。MPLS的头部共32bit，其中20bit的标签、3bit的EXP（实验字段）、1bit的S（栈底指示符，标识这个MPLS标签是否是最底层的标记）、8bit的TTL－Time ToLive（生存期字段）。

MPLS网络由核心部分的标签交换路由器（Label Switching Router，LSR）和边缘部分的标签边缘路由器（Label Edge Router，LER）组成，如图8．10所示。LSR位于MPLS网络核心，具有进行高速标签转发的功能。LER位于MPLS网络的边缘，负责将流入MPLS网络的数据包根据传输的要求对数据包进行FEC的划分，给数据包贴上MPLS标签；对于流出MPLS网络的数据包，移除MPLS标签，成为普通的数据包。

图8．10　LSR和LER在MPLS网络中的位置

数据包在LER贴上标签后，在LSR上进行标签交换，最终通过另外的LER离开MPLS网络。数据包依据MPLS标签沿着一条路径传输，这条路径成为标签交换路径（Label Switched Path，LSP）。

MPLS根据标签转发表进行数据转发。如图8．11所示，一个数据包的目的地址是47．1．1．1，最左端的LER根据数据包的目的地址给其添加标签50，依据转发表，将数据包从端口1输出；LSR接收到数据包后查自己的转发表，标签为50的数据包从端口1输出，并更新标签为40；右端的LER接收到数据包后，对于标签为40的数据包移除标签，将数据包交给非MPLS网络，从而完成一次MPLS交换。

图8．11　MPLS交换原理

MPLS通过标签实现高速标签交换，同样也实现了交换的优先级和流量工程TE。具有相同标签的数据包在MPLS网络中沿着同一条LSP传输。其中每个路由器（LER、LSR）都可以根据数据包携带的标签制定在LSP上的转发策略。例如，假设沿图8．11中LSP传输的数据包的优先级最高，则在这条LSP上每个路由器都会给予高的转发优先级和高的转发带宽。同样，如果我们希望某项业务的优先级最高，在进入MPLS网络时，可以贴上50的标签，让它获得高优先级的转发策略。

MPLS－TE通过感知网络带宽的使用情况，采用带有约束条件的最短路径优先算法（CSPF）计算满足带宽要求的路径，并通过资源预留协议（RSVP）建立带宽预留的LSP，从而可以使得LSP具有更好的带宽保障。如果启用MPLS－TE技术，拓扑结构如图8．12所示。

图8．12　MPLS－TE使用CSPF动态选择路径

假如：R₈→R₅已经建立LSP路径为R₈→R₂→R₃→R₄→R₅，此时R₁也需要建立到R₅的LSP，通过资源预留协议，会发现R₃→R₄的剩余带宽为14M，无法满足R₁→R₅需要的40M，所以R₁→R₅的LSP路径会选择R₁→R₂→R₆→R₇→R₄→R₅。这样链路基本做到了均衡。

因此，MPLS根据携带的标签，确定数据包在路由器转发的优先级和转发的带宽，并且依据MPLS－TE确保数据包选择满足带宽的LSP转发，具有更高的QoS保障。