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多协议标签交换的基本概念（邹静娴 吴征）
一、概述
近年来Internet以字前的速度发展，不仅原响的传统业务流量大大增加，而且出
现了许多新业务。各种业务，特别是宽带业务，对网络性能加转发速度、流量控制以
及网络的可扩展性等提出了较高的要求、随着主干网链路传输速度的不断提高，IP网
络中节点上的包转发成了网络的瓶颈。除了开发使用高速ASIC的路由器或采用新的高
效算法，人们还提出了新的转发模型，结合第二层交换的高速优势，实现高效的IP转
发，如IP交换、标记交换、多协议标签交换（MPLS）等。
IETF提出的MPLS是一种用于IP主干网的高效转发技术。与传统IP转发手段相比，
MPLS的主要优势在于：
（1）使用定长的端标签，简化的转发算法。
（2）可与任何现有的下层协议协同工作，使用通用的MPLS封装或嵌入到下层协议
中。
（3）可提供流量控制和QoS保证。
（4）可以充分利用现有的ATM网络硬件设备，以集成模型实现IP与ATM的融合。
传统的IP转发过程中，路由器通过路由选择协议维护一个地址前缀与下一跳转发
方向的映射表，路由器从收到的包头中取出目的地址，与路由表中的地址前缀进行最
长匹配运算，得到相应的转发方向，然后将包发向下一跳。在到达目的之前，包途经
的每一跳路由器都进行这样较为复杂的地址匹配算法，效率较低，造成转发性能瓶颈。
而MPIS网络环境中，标签交换路由器（LSR）只在包进入网络时分析目的地址，给
包打上一个短标签，其后各跳上的标签交换路由器只在根据包所携带的标签决定其转
发方向。由于只有一次地址分析，并且转发时只对短标签进行简单的定长匹配运算，
所以能够提高转发速度。
二、MPLS转发
MPLS根据标签来决定转发。标签是一个20bit的定长标识，只在一跳链路上具有本
地效力．标签所标识的是被称为转发等效类（FEC）的一组包，可以是到达同一目的地
址前缀的所有的包，也可以在其中引入QoS,使具有相向业务质量要求的包属于同一FEC。
属工同一FEC的包通过相同的转发策略转发。
当一个不带标签的包进入某个MPLS域时，边缘LSR将分析包头内携带的目的地址，
并根据QoS要求将包划归某个FEC,给包加上这个FEC对应的标签，然后向下一跳转发。
中间LSR维护一个人标签、出标签和转发方向的映射关系表，当它收到带有标签的包时，
将包所携带的入标签作为索引，在映射关系表中检索得到出标签以及转发方向，将包携
带的入标签替换成有效出标签后发往下一跳。在包离开这个MPLS域的边缘LSR上，标签
将被去掉，恢复成不带标签的包，发往域外的下一跳。
在转发过程中，标签也可以以栈的形式来处理。标签栈顶部的标签值为有效标签，
LSR根据栈顶标签转发包。包在进入某个MPLS域时，向标签栈中压入一个标签，占据栈
顶位置，这时栈深度增1；在这个MPLS域内的LSR只查看和替换栈顶的标签，对于栈中其
他的标签项则忽略；包离开这个MPLS域时，则执行出栈操作，标签栈恢复原来进入MPLS
域之前的深度。可以把不带标签的包看作标签栈为空，第一次进入MPLS网络环境时加上
标签也可以看成压栈操作。这样，MPLS就可以容易地实现网络分层，标签栈的深度表示
网络的层次：包通过tunnel或某个低一层MPLS网络的时候，标签栈的深度将增加；反之，
包回到上层网络时，深度减小。
三、MPLS标签发布
标签的分配和发布由标签分配协议（ LDP）完成。LDP负责标签的分配、绑定、发布
和回收。某个LSR上运行的LDP从空闲的标签中选定新的标签值，将它与某个FEC绑定在一
起，并向其对等节点发布这个绑定信息，在这个绑定无效时也要向相关的对等节点通告这
个标签和FEC的对应关系已经失效，在重新分配这个值的标签之前，该标签值是无效的。
MPLS中采用的是顺序的下游按需分配，即由上游节点向下游发出标签分配请求，由下
游节点分配这段链路上的标签。比如，针对某个FEC，路由器R1向其下游节点R2发出分配
标签的请求，R2在收到请求后分配一个本地空闲的标签L1作为入标签。然后R2再向其下游
节点R3发出请求，像这样直到目的节点或该MPLS域的出节点R。R收到请求同样分配一个本
地的入标签，并将这个标签发布给上游节点，作为上游节点的出标签，以这样的顺序向上
游回朔到胜。R2收到下游节点分配的标签L2后，将L2作为与L1对应的出标签，并把L1发布
到R1。R1就将L1作为与某个FEC对应的出标签。
四、MPLS与ATM的结合
由于MPLS的标签交换与ATM交换有十分相似的地方，因此在IP和ATM结合的模型中，
MPLS将标签填入到ATM信元的VPI／VCI域中，利用ATM交换网络的硬件实现转发。这样的模
型属于集成模型，标签的分配和发布与ATM网络路由协议相结合，不需要重叠模型中的ATM
和IP地址的映射解析，中间LSR上只根据ATM信元中VPI／VCI中的标签来转发，而不是重组
IP包后根据目的地址转发。这样要求ATM交换机和IP路由器设备合而为一，现在很多ATM厂
商采用在现有ATM交换机上加软件补丁的办法提供MPLS支持。
五、前景展望
随着Internet上各种宽带业务的引入，对Internet的带宽以及保证QoS的要求不断增加
，MPLS作为一种主干网转发技术在一定程度上满足了这些要求，它提供了高效的转发过程
、QoS保证以及对现有网络的可利用性，已经为业界认可为将来宽带IP网最具前途的主干网
技术之一。
摘自《现代通信》
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