多协议标签交换（MPLS）已经存在了几年。这是一种流行的联网技术，它使用附加到数据包的标签来通过网络转发它们。本文从MPLS的定义开始。它还简要概述了MPLS网络解决方案，并介绍了MPLS的优势。
MPLS的定义
MPLS标签在路由器之间通告，以便它们可以建立标签到标签的映射。这些标签贴在IP数据包上，使路由器可以通过查看标签而不是目标IP地址来转发流量。数据包通过标签交换而不是IP交换转发。
标签切换技术不是新技术。 帧中继 和ATM使用它在整个网络中移动帧或信元。在帧中继中，帧可以是任意长度，而在ATM中，固定长度的信元由5个字节的标头和48个字节的有效载荷组成。ATM信元的标题和帧中继帧是指该信元或帧所在的虚拟电路。
帧中继和ATM之间的相似之处在于，在整个网络的每一跳上，标头中的“标签”值都会更改。这与IP数据包的转发不同。当路由器转发IP数据包时，它不会更改与数据包目标有关的值。也就是说，它不会更改数据包的目标IP地址。MPLS标签用于转发数据包而不再是目标IP地址这一事实导致了MPLS的普及。
MPLS的好处
本文的此部分简要说明了在网络中运行MPLS的好处。这些好处包括：
- 使用一个统一的网络基础架构
- 无边界网关协议（BGP）的核心
- 最佳流量工程
- 流量工程（TE）
使用一个统一网络基础架构
使用MPLS，其想法是根据入口数据包的目的地址或其他预配置的标准标记入口数据包，并在通用基础架构上交换所有流量。这是MPLS的巨大优势。IP成为主导网络世界的唯一协议的原因之一是因为可以通过它传输许多技术。不仅通过IP传输数据，而且还通过电话传输。
通过将MPLS与IP结合使用，可以扩展传输内容的可能性。通过在数据包中添加标签，您不仅可以通过启用了MPLS的第3层IP骨干网承载IP协议，还可以承载其他协议，这与以前仅通过帧中继或ATM第2层网络实现的协议类似。MPLS可以传输IPv4，IPv6，以太网，高级数据链路控制（HDLC），PPP和其他第二层技术。
跨MPLS骨干网承载任何第2层帧的功能称为MPLS上的任何传输（AToM）。交换AToM流量的路由器不需要知道MPLS有效负载；他们只需要能够通过查看其上方的标签来切换已标记的流量。实质上，MPLS标签交换是一种在一个网络中交换多种协议的简单方法。您需要有一个转发表，其中包含要由传出标签和下一跳交换的传入标签。
简而言之，与任何特定的非MPLS网络一样，AToM使服务提供商能够向客户提供相同的第2层服务。同时，服务提供商只需一个统一的网络基础架构即可承载各种客户流量。
无BGP核心
当服务提供商的IP网络必须转发流量时，每个路由器都必须查找数据包的目标IP地址。如果将数据包发送到服务提供商网络外部的目的地，则这些外部IP前缀必须出现在每个路由器的路由表中。BGP带有外部前缀，例如客户前缀或Internet前缀。这意味着服务提供商网络中的所有路由器都必须运行BGP。
但是，MPLS允许基于标签查找而不是IP地址查找转发数据包。MPLS使标签可以与出口路由器关联，而不是与数据包的目标IP地址关联。标签是附加在数据包上的信息，该信息告诉每个中间路由器必须将其转发到哪个出口边缘路由器。
核心路由器不再需要基于目的地IP地址的信息来转发数据包。因此，服务提供商网络中的核心路由器不再需要运行BGP。MPLS网络边缘的路由器仍然需要查看数据包的目标IP地址，因此仍然需要运行BGP。入口MPLS路由器上的每个BGP前缀都有一个与之关联的BGP下一跳IP地址。
BGP下一跳IP地址是出口MPLS路由器的IP地址。与IP数据包关联的标签是与此BGP下一跳IP地址关联的标签。因为每个核心路由器都基于与BGP下一跳IP地址关联的MPLS标签转发数据包，所以所有核心路由器都必须知道出口MPLS路由器的每个BGP下一跳IP地址。任何内部网关路由协议，例如OSPF或ISIS，都可以完成此任务。
下图仅显示了在边缘路由器上带有BGP的MPLS网络。
在其核心网络中具有200个路由器的Internet服务提供商（ISP）需要在所有200个路由器上运行BGP。如果在网络上实现MPLS，则仅边缘路由器（可能为50个左右的路由器）需要运行BGP。现在，网络核心中的所有路由器都在转发带标签的数据包，而无需进行IP查找，因此，它们摆脱了运行BGP的负担。由于完整的Internet路由表远远超过150,000条路由，因此不必在所有路由器上都运行BGP是一个认真的考虑。没有完整Internet路由表的路由器需要更少的内存。您可以运行核心路由器，而不必在核心路由器上运行BGP。
最佳流量工程
由于ATM或帧中继交换机纯粹是第2层设备，因此路由器通过它们之间创建的虚拟电路通过它们互连。为了使任何路由器将流量直接发送到边缘的任何其他路由器，必须在它们之间直接创建虚拟电路。手动创建虚拟电路非常繁琐。无论如何，如果要求是站点之间的任何对任何连接，则必须在站点之间具有完整的虚拟电路网格，这既麻烦又昂贵。如果站点仅如下图所示互连，则从CE1到CE3的流量必须首先通过CE2。
结果是流量两次穿过ATM骨干网并绕过路由器CE2。使用MPLS VPN时，流量直接在所有客户站点之间流动。在使用重叠VPN模型的情况下，为了使流量在站点之间最佳地流动，必须将所有站点互连，因此需要链路或虚拟电路的全网状设计。
流量工程
流量工程背后的基本思想是最佳地使用网络基础结构，包括未充分利用的链接，因为它们不在首选路径上。这意味着流量工程必须提供可能性，使流量在与首选路径（IP路由提供的成本最低的路径）不同的路径上通过网络引导流量。成本最低的路径是动态路由协议计算出的最短路径。
通过在MPLS网络中实现的流量工程，您可以沿着与最低成本路径不同的路径，以特定的前缀或特定的服务质量从A点流向B点的流量。结果是流量可以更均匀地分布在网络中的可用链路上，并更多地利用网络中未充分利用的链路。下图显示了一个示例。
作为启用了MPLS的流量工程网络的运营商，您可以通过底部路径（从A到B之间的最短路径而不是A和B之间的最短路径）引导A到B的流量（顶部路径上的四跳与三跳） ）。这样，您可以通过原本可能不常用的链接发送流量。您可以通过更改路由协议指标将该网络中的流量引导到底部路径。
如果此网络是仅IP网络，则不能让路由器C通过在路由器A上进行配置来沿底部路径发送流量。路由器C决定在顶部或底部路径发送流量的决定完全是它自己的决定。如果在此网络中启用MPLS流量工程，则可以让路由器A沿底部路径将流量发送到路由器B。MPLS流量工程强制路由器C将流量AB转发到底部路径上。
由于标签转发机制，可以在MPLS中完成此操作。流量工程路径的前端路由器（此处为路由器A）是路由器，它指定流量将通过MPLS网络的完整路径。因为是指定路径的是前端路由器，所以流量工程也称为基于源路由的一种形式。头端路由器附加到数据包的标签使数据包沿着头端路由器指定的路径流动。没有中间路由器将数据包转发到另一条路径。
