7.7 MPLS

由小而大的讲完了三种路由协议RIP、OSPF、BGP之后，我们来看在转发IP数据包时使用到的另外一种技术——标记交换技术。

路由技术基于IP地址中的最长匹配原则进行转发，而标记交换则对每个IP包都设定一个叫做“标记”的值，根据该标记进行转发。

标记交换技术中最具代表性的属于多协议标记交换技术(Multi Protocol Label Switching，MPLS)。

MPLS的标记不像MAC地址直接对应到硬件设备，他不需要具备以太网或者ATM等数据链路层协议的作用，而只需要关注它与下面一层IP之间的功能和协议即可。

由于基于标记的转发通常无法在路由器上进行，所以MPLS也就无法被整个互联网采用。如下图所示，其转发处理方式与IP也有所不同。

此图中第一个明显的不同之处在于“路由器”。MPLS网络中实现MPLS功能的路由器叫做标记交换路由器(LSR，Label Switching Router)，特别注意的是，与外部网络连接的那部分LSR叫做标记边缘路由器(LER，Label Edge Router)。MPLS正是在LER上对数据包进行追加标记和删除标记操作的。

在一个数据包上附加标记十分简单，如果数据链路本来就有一个相当于标记的信息，那么可以直接进行映射。如果没有携带任何相当于标记的信息（最典型的就是以太网），那么就需要追加一个全新的垫片头(Shim Header)，这个垫片头中就包含标记信息。

下图则展示了数据从以太网的IP网开始，经过MPLS网再发送给其他IP网的整个转发过程。数据包进入MPLS时，在其IP首部的前面被追加了32bits的垫片头（其中包含20bits的标记值）。MPLS网络内，根据垫片头中的标记进一步转发。当数据离开MPLS时，垫片头就被去除。

在这个过程中，附加标记转发的动作称为Push ，替换标记转发的动作为Swap，去掉标记转发的动作为Pop。

MPLS中目标地址和数据包（称为FEC，Forwarding Equivalence Class，指具有相同特性的报文）都要通过由标记决定的同一个路径，称作标记交换路径(LSP,Label Switch Path)。LSP可以划分为一对一连接的点对点LSP，和一对多绑定的合并LSP两类。

扩展LSP也有两种方式，一是通过各个LSR向自己邻接的LSR分配MPLS标记，二是由路由协议载着标记信息进行交互。LSP本身属于单方向的通路，如果需要双向的通信则需要两个LSP。

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听起来有些一头雾水，因为此前的知识中虽然有可能读者初次了解，但现实中接触的仍算是较多的，理解起来也容易，而对于这块内容，甚至连听说也没听说过。本书的宗旨，是以图解的形式介绍一些较为基本的内容，所以理解就好，

MPLS的优势可以归纳为两点。

一，转发速度快。通常，路由器转发IP数据包时，首先要对目标地址和路由控制表中可变长的网络地址进行比较，然后从中选取最长匹配的路径才能进行转发。MPLS则是使用固定长度的标记信息，略过了比较长度这一步，使得处理更加简单，可以通过高速的硬件实现转发。且由于MPLS只需要设置必要的几处信息，所要处理的数据量相较于主干路由器需要保存大量路由表而言，也大幅度减少。而且除了IPv4、IPv6以外，对于其他协议，MPLS仍然可以实现高速转发。

二，在于利用标记生成虚拟路径，在之上实现IP等数据包的通信。基于这些特点，被称为“尽力而为（Best-Effort）”的IP网也可以基于MPLS提供通信质量控制、带宽保证和VPN等功能。

本篇小结

本篇的内容为转发IP数据包时用到的另一种技术——标记交换技术。

标记交换对每个IP包都设定一个叫做“标记”的值，根据该标记进行转发，其中最具代表性的属于多协议标记交换技术(Multi Protocol Label Switching，MPLS)。但由于基于标记的转发通常无法在路由器上进行，所以MPLS也就无法被整个互联网采用。

MPLS网络中实现MPLS功能的路由器叫做标记交换路由器(LSR，Label Switching Router)，特别注意的是，与外部网络连接的那部分LSR叫做标记边缘路由器(LER，Label Edge Router)。

其转发操作依赖于在数据包上附加的标记，如果没有类似于以太网中数据链路的标记信息，就需要追加一个叫做垫片头(Shim Header)的东西。

以下图为例，垫片头为32位，标记值为20bits，附加标记转发的动作称为Push ，替换标记转发的动作为Swap，去掉标记转发的动作为Pop。

MPLS中需要标记交换路径(LSP,Label Switch Path)进行数据的转发。

其优势在于：1、转发速度快，因为缺少了比较网络地址的部分；2、在于利用标记生成虚拟路径，被称为“尽力而为（Best-Effort）”的IP网也可以基于MPLS提供通信质量控制、带宽保证和VPN等功能。