多協定標籤交換

多協定標籤交換（英語：Multi-Protocol Label Switching，縮寫為MPLS）是一種電信網路上利用標籤引導資料進行傳輸的路由技術。相較於傳統上利用網路位址來決定下一個節點，MPLS 則使資料沿著預定的路徑傳送，因此能減少在路由器上所花費的時間。多協定意指 MPLS 支援多種網路協定，並且也支援多種網路第二層的協定。

它的價值在於能夠在一個無連接的網路中引入連接模式的特性；其主要優點是減少了網路複雜性，相容現有各種主流網路技術，能降低網路成本，在提供IP業務時能確保QoS和安全性，具有流量工程能力。此外，MPLS能解決VPN擴充問題和維護成本問題。

MPLS屬於第三代網路架構，是新一代的IP高速骨幹網路交換標準，由IETF所提出，由Cisco、ASCEND、3Com等網路裝置大廠所主導。

採用MPLS的封包只須在OSI第二層（資料鏈結層）執行硬體式交換（取代第三層（網路層）軟體式路由），它整合了IP選徑與第二層標記交換為單一的系統，因此可以解決Internet路由的問題，使封包傳送的延遲時間減短，增加網路傳輸的速度，更適合多媒體訊息的傳送。因此，MPLS最大技術特色為可以指定封包傳送的先後順序。MPLS使用標記交換（Label Switching），網路路由器只需要判別標記後即可進行轉送處理。

產生的背景

網際網路迅猛發展對IP的承載網提出各種挑戰，比如路由問題、QoS保障問題等。網路的發展正向寬頻化、智慧化和一體化的方向發展。未來的業務以突發性資料業務為主，ATM對其顯得效率不足，傳輸和交換成本較高，而IP又顯得能力不足。各種IP與ATM融合的技術如LANE, IPOA, TAG SWITCH等只能解決局部問題。

發展歷史

1996年，Ipsilon公司提出的一種專門在ATM網上傳送IP分組的技術：IP Switching；Toshiba: cell switching router;
1996年，Cisco: Tag Switching;IBM: Aggregate Route-based IP Switching;
1997年，IETF: MPLS(Multiprotocol Label Switching)

工作原理

當一個未被標記的分組（IP包、訊框中繼或ATM信元）到達MPLS LER時，入口 LER根據輸入分組頭尋找路由表以確定通向目的地的標記交換路徑LSP，把尋找到的對應LSP的標記插入到分組頭中，完成端到端IP位址與MPLS標記的對映。

分組頭與label的對映規則不但考慮資料流目的地的資訊，還考慮了有關QoS的資訊；在以後網路中的轉發，MPLS LSR就只根據資料流所攜帶的標籤進行轉發。

技術特點

MPLS簡化了分組的轉發

基於定長短標籤定完全匹配，MPLS易製造高速路由器。

MPLS支援有效的顯式路由（explicit routing）

顯式路由在網路負荷調節，保證QoS要求等方面起著重要作用；傳統IP網路中，每個分組頭都攜帶顯式路由是不可能的；MPLS只是在LSP建立時使用嗎、，MPLS顯式路由可行。

MPLS有利於實現流量工程（Traffic Engineering）
MPLS支援QoS選路

QoS選路是指對特定的資料流，按其QoS要求來為它選擇路由的方法。

從IP分組到轉發等價類的對映

MPLS只需要在其域的入口進行一次從IP分組到FEC的對映，使得IP分組到FEC的複雜轉換得以簡化。

MPLS支援多網路功能劃分

MPLS引入了標記粒度的概念，使其能分層地將處理功能劃分給不同的網路單元，讓靠近使用者的網路邊緣節點承擔更多的工作；與此同時，核心網路則儘可能地簡單。

MPLS實現了使用者不同服務級別要求的單一轉發規範
MPLS提高了網路擴充性

Ethernet over MPLS

隨著乙太網路的不斷發展，乙太網路的效能、價格與ATM和其他的網路相比，具有巨大的優勢。純的乙太網路具有以下的不足：VLAN空間限制，沒有端點到端點的頻寬預留機制，沒有流量工程。

但是在和MPLS結合以後，乙太網路搖身一變，變成了面向連接的網路，有流量控制、有QoS保證、支援低延遲服務的網路。從而MPLS乙太網路受到了電信運營商的青睞，被大規模的部署在都會網路中，並正在向骨幹網路滲透。

MPLS在乙太網路中的實現分為L2和L3兩種，層次結構如下：

L2	實體層	乙太網路頭	MPLS頭	IP頭
L3	實體層	乙太網路傳輸	MPLS頭	乙太網路服務	IP頭

術語解釋

轉發等效類（Forwarding Equivalence Class,FEC）: 是一系列具有某些共性的資料流集合(目的地相同、使用的轉發路徑相同、具有相同的服務等級等)，這些資料在轉發的過程中被LSR以相同的方式進行處理;
標記（Tag或Label）: 簡短的、長度固定的、具有本地意義的識別碼，用以表徵轉發等價類（FEC）。
邊緣標記交換路由器（LER： Label Edge Router）: 根據LSP等因素給分組加標籤的路由器。
標記交換路由器（LSR：Label Switched Router）: 具有標記交換能力的路由器，它是標記交換的基本構成單元。
資料流（stream）: 沿著同一路徑、屬於同一FEC的一組包被視為一個資料流。
業務流（flow）: 一個應用到應用的資料流稱為業務流。
上游（upstream）和下游（downstream）: 「上游」和「下游」是根據資料流的流向而定的。
轉發資訊庫（FIB）: FIB用於存放下一跳的相關資訊。
流分類: 在業務流進入LSR時首先需要進行分類，也就是將業務流劃分為不同的FEC。
標記交換的封裝: 標記交換是一種支援多協定的技術，它可以在多種鏈路協定上執行。
流量工程（Traffic Engineering）: 根據使用者資料業務量及當前網路狀態選擇資料傳輸路徑的過程，主要用來平衡網路中的負荷；
標籤分發協定（LDP：Label Distribution Protocol ）: 控制LSR之間交換標籤與FEC繫結訊息，協調LSR之間工作的一系列規程。主要功能：讓LSR實現FEC與標籤的繫結，並將這種繫結通知給相鄰的LSR，使各LSR對收到的標籤繫結達成共識。
標籤堆疊: MPLS中分組可以攜帶多個標籤，這些標籤在分組中以「堆疊」的形式存在，對標籤堆疊的操作按照「後進先出」的原則。決定如何轉發分組的標籤始終是棧頂標籤。

重要應用

MPLS VPN是一種基於MPLS技術的IP-VPN，根據PE（Provider Edge）裝置是否參與VPN路由處理又細分為二層VPN和三層VPN。

參考文獻

《MPLS寬頻網路互聯技術》石晶林人民郵電出版社
《多協定標記交換技術》馮徑人民郵電出版社