网络学习：MPLS技术基础知识

目录

一、MPLS技术产生背景

二、MPLS网络组成（基本概念）

1、MPLS技术简介：Multiprotocol Lable Switching，多协议标签交换技术

2、MPLS网络组成

三、MPLS的优势

四、MPLS的实际应用

一、MPLS技术产生背景

1、IP采用最长掩码匹配原则，需要多次查表，效率不高。

        上世纪90年代初，网络上的数据量日益增大，而当时由于硬件技术的限制，传统IP转发路由器日益成为限制网络转发性能的一大瓶颈。假设一台路由器的路由表里面有2万条路由信息，路由器每收到一个数据包就会用最长掩码匹配规则去遍历路由表，这样当网络中的数据量增大的时候，每个数据包都去查表会增加路由器的性能负担，导致路由器工作效率低下。

2、当时路由器多采用CPU 处理数据转发，性能有限。

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3、ATM技术（异步传输网络）采用唯一精确匹配，一次查表，效率高但协议复杂、成本高。

        ATM技术因为技术复杂，和现行的IP网络不兼容，例如它在编址方式、封装方式、信令控制等方面和IP网络完全不一样，这就意味着我们要使用ATM技术，必须将现行的网络设备全部替换成ATM设备，所以成本高昂让人望而却步，此技术也没普及，它取代IP网络的计划失败饿了。在这种情况下，急需要一种介于IP和ATM之间的技术，以适应网络发展的需要，这时MPLS技术就出现了。它和IP网络是兼容的，甚至可以说MPLS网络是基于IP网络的，也就是说，IP网络搞通后，才能运行MPLS网络。

        MPLS网络也有缺点，它虽然比ATM技术好用，但它出现的初衷是为了取代IP网络的，可是它没完全达到这个目的，原因是后来出现了三层交换技术，比如：快速转发技术、FIB表、IPFDB表、L3 Table表等等，极大的提高了路由器的查表效率。虽然MPLS技术没能取代IP技术，但却意外发现它是天然做VPN的一把好手，不会像IPSEC\GRE那么复杂。所以现在的MPLS可以说成为了一种VPN技术，但是我们要明白设计MPLS技术的初衷是为了让它彻底的取代IP网络，而不是让它做VPN。

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二、MPLS网络组成（基本概念）

1、MPLS技术简介：Multiprotocol Lable Switching，多协议标签交换技术

  • 它可承载在各种链路层协议上，如：PPP\ATM\帧中继\以太网等

  • 原理上各种报文也可以承载在MPLS之上，如IPV4\IPV6、也包括各种链路层报文如ATM等

  • 采用一个短而定长的标签来封装网络层，交换机或路由器根据标签转发数据

MPLS的转发数据的思想：

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备注：IN：代表进标签

        OUT：代表出标签

        INTERFACE：代表出接口

（1）在使用MPLS技术组成的网络中，假设：192.168.1.1要和192.168.2.1 去通信，在通信之前每个路由器上会形成去往192.168.2.1的标签表，这个表中记录了转发路径，数据从PC1来到AR1的时候，此时数据的样子应该是这样的（只考虑路由器的头部信息）：1500+D:192.168.1.1+S:192.168.2.1+数据，AR1收到这个带标签的数据会查下标签表，根据标签表和出接口，此时在IN为空，OUT为1500，将数据转发至AR2。

（2）数据进入AR2，此时数据的样子应该是这样的：1500+D:192.168.1.1+S:192.168.2.1+数据，AR2不会关心数据的目标IP，只会关心数据的标签值，路由器会查看标签表，根据标签表会将此数据的标签值修改为1600，此时数据的样子应该是这样的：1600+D:192.168.1.1+S:192.168.2.1+数据，再根据出接口，将重新封装后的数据发给AR3。

（3）数据进入AR3，此时数据的样子应该是这样的：1600+D:192.168.1.1+S:192.168.2.1+数据，AR3不会关心数据的目标IP，只会关心数据的标签值，路由器会查看标签表，根据标签表会将此数据的标签值修改为3，此时数据的样子应该是这样的：3+D:192.168.1.1+S:192.168.2.1+数据，再根据出接口，将重新封装后的数据发给AR4。

（4）数据进入AR4，此时数据的样子应该是这样的：3+D:192.168.1.1+S:192.168.2.1+数据，AR4不会关心数据的目标IP，只会关心数据的标签值，路由器会查看标签表，根据标签表会将此数据的标签值修改，但此时OUT值为空，就代表这个数据已经到达最后一跳了，所以数据离开AR4路由器的时候，应该是这样的：D:192.168.1.1+S:192.168.2.1+数据，直接被弹出发给192.168.2.1。

总结：在整个数据转发的过程中，所有路由器都不看目标IP地址，只关心标签，上一个路由器的出标签=下一个路由器的进标签，比IP网络查表转发快的多。

2、MPLS网络组成

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（1）基本概念：

  • 非MPLS网络：没有运行MPLS的网络，如;普通网络

  • MPLS网络：使用支持MPLS协议传输数据的网络设备（路由器）

注：MPLS网络和非MPLS网络可兼容，报文可在MPLS网络和非MPLS网络之间平滑过渡。

  • LSR：Lable Switching Router，标签交换路由，指运行了MPLS协议的网络设备，LSR具有标签分发和标签交换能力，是MPLS网络中的基本元素。

  • Transit LSR：中间节点LSR，根据标签沿着由一系列LSR构成的LSP将报文传送给出口LSR。

  • ingress LSR：入节点LSR，指数据报文的入口LSR，负责为进入MPLS网络的报文添加标签

  • Egress LSR：出节点LSR，负责报文中的标签，并转发至非MPLS网络

注意点：出入节点根据数据流的方向划分，边缘LSR可能既是入节点，也是出节点。

  • FEC：Forwarding Equivalence Class，转发等价类，MPSL将具有相同特征的报文归为一类，称FEC

例如： 一组按照同一LSP路径转发的数据流，他们去往同一目的IP地址，拥有相同的QOS优先级。

  • LSP：Lable Switching Path，标签交换路径，同一个报文在MPLS网络中经过的路径。

三、MPLS的优势

  • 转发数据唯一精确匹配，查询速度快

  • 支持多协议，无需改换专用设备

四、MPLS的实际应用

  • 随着硬件技术的进步，进行转发的高速路由和三层交换机得到了广泛的应用，使得IP转发性能大为提高，可以满足网络数据转发性能的需求，MPLS技术在提高转发性能应用上未能发挥优势。
  • 但MPLS支持多层标签嵌套和面向连接的特点，使得其在VPN、流量工程（TE）、QOS等方面得到广泛应用。

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