MPLS基础都有哪些需要了解的？

MPLS是什么？

从发展历史来看，MPLS并非是一个非常新的技术，最早可以追溯在1997年，相应的IETF工作组就成立。在2001年，相应的RFC3031就发布了。从字面意思来看，MPLS全称是Multi-ProtocolLabel Switching，直译过来就是多协议标签交换技术。维基百科是这么定义MPLS的：一种在通讯网络上的高性能数据传输技术。信息太少，没法理解，不要着急，往下看。

MPLS解决了什么问题？

传统的路由网络里面，当一个（无状态的）网络层协议数据包（例如IP协议报文）在路由器之间游荡时，每个路由器都是独立的对这个数据包做出路由决策。路由决策就是路由器决定数据包如何路由转发的过程。路由决策在后面会多次提到，在这里指，每个路由器都需要分析包头，根据网络协议层的数据进行运算，再基于这些分析和运算，独立的为数据包选择下一跳（next hop），最后通过next hop将数据包发送出去。以IP协议报文为例，路由决策是基于目的IP地址，路由器根据目的IP地址，选择路由条目，再做转发。路由决策可以认为是由两部分组成：

分类，将特定的数据包归属为一个等价转发类（Forwarding Equivalence Classes，FECs）查找，查找FEC对应的next hop对于同一个路由器来说，同一个FEC必然对应同一个next hop，那么属于同一个FEC的所有网络数据包必然会走同一条路径转发出去。（注，在多链路负载均衡的情况下，一个FEC也可能对应一组next hop，但是逻辑上还是能看成是一个next hop，因为殊途同归！）具体到IP协议报文，当多个IP协议报文的目的地址都对应路由器的一条路由，且这条路由是所有路由里面最长匹配（longest match）的路由，那么对于这个路由器来说，就会认为这两个IP协议报文属于一个FEC。因此，这两个数据包就会走同一条路径出这个路由器。这就是我们最常见到的路由转发。

需要注意的是，这里的FEC是针对路由器的，而不是全局的。举个例子，目的地址为192.168.31.1和192.168.31.100的两个IP协议报文，第一个路由器具有192.168.31.0/24这条路由，那么在第一个路由器它们属于同一个FEC，都会被转发到第二个路由器。第二个路由器具有192.168.31.0/26和192.168.31.0/24两条路由，并且两条路由的next hop不一样。因为192.168.31.0/26能更精确的匹配192.168.31.1，所以192.168.31.1匹配第一条路由，而192.168.31.100匹配第二条路由，最终，这两个IP协议报文在第二个路由器被认为是不同的FEC，从不同的路径出去。这就是每个路由器都需要独立的做路由决策的原因之一。

路由器的工作原理如下图所示：

由于每个路由器都需要独立的路由决策（虽然会有这样那样的缓存机制加速决策），而路由器的收发队列一旦满了，就会丢包。所以在一个高流量，高容量的网络里面，无疑对每个路由器的要求都很高（否则就会丢包了！）针对这个问题，MPLS提出了类似的，但是更简单的另外一种路由决策的方法。

传统的路由决策，路由器需要对网络数据包进行解包，再根据目的IP地址计算归属的FEC。而MPLS提出，当网络数据包进入MPLS网络时，对网络数据包进行解包，计算归属的FEC，生成标签（Label）。当网络数据包在MPLS网络中传输时，路由决策都是基于Label，路由器不再需要对网络数据包进行解包。并且Label是个整数，以整数作为key，可以达到O(1)的查找时间。大大减少了路由决策的时间。这里的Label就是MPLS里面的L。需要注意的是Label在MPLS网络里面，是作为网络数据包的一部分，随着网络数据包传输的。

也就是说，在MPLS网络里面，数据被封装在了盒子里，上面贴了标签，每个经手的人只需要读标签就知道盒子该送到哪。而传统的路由网络里面，每个经手的人都需要打开盒子，看看里面的内容，再决定送往哪。

这里提到了MPLS网络，这是一个由相连的，支持MPLS的设备组成的网络。打上MPLS标签的数据可以在这个网络里面传输。MPLS的核心就是，一旦进入了MPLS网络，那么网络数据包的内容就不再重要，路由决策（包括FEC归属的计算，next hop的查找）都是基于Label来进行的。

从目前看，MPLS带来的好处是，在MPLS网络里面，除了边界路由器，其他路由器可以由一些支持Label查找替换的低性能的交换机，或者路由器来完成。这一方面降低了组网的成本，另一方面提升了同样性能设备的转发效率。不过，随着路由器的发展，这方面的优势弱化了，而且，类似的问题，也不一定需要MPLS来解决。MPLS的价值更多的在于其他方面。不过初步理解MPLS，就先说这些。到目前为止，MPLS里面的M，P，L都介绍过，S其实也隐含的介绍过，S是Switching的意思，即基于Label做路由决策的意思，或者说标签交换里面的交换。相信大家也明白了为什么说MPLS是一种高效的数据传输的技术。

MPLS术语

相较于传统的路由交换技术，MPLS是一个全新的世界，因此有必要对MPLS中的一些术语和角色做一些解释。同时，为了表述简单，后面都用IP协议报文代替网络数据包来进行描述。

FEC（Forwarding Equivalence Class）：交换等价类，前面描述过，同样的转发路径的网络数据包的集合。

MPLS网络：由支持MPLS的，相连的设备的构成。

LSH（Label Switching hop）：IP协议报文从一个MPLS设备发送到另一个MPLS设备，区别于传统的路由交换，LSH是基于Label的转发。

NHLFE（Next Hop Label Forwarding Entry）：LSR中用来转发条目，相当于路由表之于路由器。包含了：

下一跳：nexthop

对数据包的当前label需要做的操作，包括了：

替换（SWAP）

LER（Label Edge Router）：有的地方也叫做 MPLS edge node。顾名思义，MPLS网络的边缘设备。

MPLS ingress node：进入MPLS网络的节点，也就是MPLS网络的入口路由器。该设备计算出IP协议报文归属的FEC，并把相应的Label放入IP协议报文。

MPLS egress node：出MPLS网络的节点，也就是MPLS的出口路由器。IP协议报文在这里回到传统的路由系统中。

LSR（Label Switching Router）：支持MPLS转发的路由器。如果一个LSR有一个邻接的节点在MPLS网络之外，那么这个LSR就是LER。注意，这里的MPLS网络之外可以是：1.传统路由网络，2.另一个MPLS网络。

LSP（Label Switching Path）：特定的FEC中的IP协议报文所经过的LSR的集合。LSP通常也被称为MPLS tunnel。

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