MPLS(多協(xié)議標簽交換) 顧名思義，它不考慮協(xié)議(多協(xié)議)，使用標簽(標簽交換)在網(wǎng)絡(luò )中移動(dòng)數據包。多年來(lái)，MPLS 一直是網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商確保實(shí)時(shí)應用程序可靠連接的首選技術(shù)。 MPLS 通過(guò)將標簽應用于數據包的報頭來(lái)封裝傳入的數據包。MPLS 域中的每個(gè)路由器都會(huì )查看 MPLS 標簽以了解如何處理每個(gè)數據包，但其不查看或關(guān)心數據包中的內容，它只關(guān)心標簽。當數據包離開(kāi) MPLS 域時(shí)，標簽將被移除，由標準 IP 路由接管。 可以看出，MPLS技術(shù)的核心就是標簽交換。本文我們將從標簽入手，逐步了解什么是MPLS。
MPLS 為什么要使用標簽？MPLS 為什么要添加標簽？什么是標簽？參考MPLS-LDP標簽分發(fā)控制模式、通告模式及保留模式。 我們先看看VLAN 標簽是什么樣，大概就知道什么是 MPLS 標簽了。標簽本身基本上只是數字，如下圖所示，第 4 行寫(xiě)著(zhù)“Label：299776”。
在此數據包捕獲中，標簽被插入到“第 2 層”以太網(wǎng)報頭和“第 3 層”IP 報頭之間。這就是為什么有人說(shuō) MPLS 工作在“第2層半”。 這些數字，也就是這些標簽，只對接收數據包的路由器有意義。本質(zhì)上，標簽就像一條指令，這條指令通常做兩件事： 它告訴接收路由器如何轉發(fā)數據包或者，它告訴接收路由器該數據包是特定 VPN 的一部分 當一個(gè)標簽用于在特定方向轉發(fā)數據包時(shí)，我們稱(chēng)之為傳輸標簽。當一個(gè)標簽用于告訴路由器該數據包屬于一個(gè)特定的 VPN 時(shí)，它被稱(chēng)為服務(wù)標簽，有時(shí)也稱(chēng)為VPN 標簽。MPLS VPN 讓許多客戶(hù)都可以使用相同的私有 IP 范圍，因為接收路由器不會(huì )查看目標 IP 地址。相反，VPN 標簽會(huì )告訴路由器數據包屬于哪個(gè)客戶(hù)。
路由器如何學(xué)習這些標簽？IP 是一種尋址方案，需要其他協(xié)議在各處實(shí)際通告 IP。我們可以以類(lèi)似的方式考慮 MPLS：MPLS 是一種標簽方案，需要其他協(xié)議在各處實(shí)際通告這些標簽。 先說(shuō)說(shuō)如何通告MPLS傳輸標簽。有四種常見(jiàn)的方法，這四種協(xié)議以完全不同的方式工作，并且有不同的用例。 LDP(Label Distribution Protocol)代表標簽分發(fā)協(xié)議。這是一個(gè)非?；镜膮f(xié)議，并且易于配置。流量將始終遵循 OSPF/IS-IS 指定的最佳路徑。在 MPLS 網(wǎng)絡(luò )中，兩個(gè)標簽交換路由器（LSR）必須用在它們之間或通過(guò)它們轉發(fā)流量的標簽上達成一致。 RSVP 是資源預留協(xié)議。RSVP 相比LDP 需要手動(dòng)配置，但優(yōu)勢在于它提供了大量的流量工程功能，能夠按照路由協(xié)議的要求以不同的方式移動(dòng)流量，例如繞過(guò)帶寬問(wèn)題進(jìn)行路由，或明確避免網(wǎng)絡(luò )中的某些鏈路。 分段路由是一種在 OSPF 或 IS-IS 內部發(fā)布標簽的方法，這意味著(zhù)不需要運行額外的協(xié)議來(lái)通告標簽。它可以實(shí)時(shí)告訴路由器使用哪個(gè)標簽到達哪個(gè)目的地。通過(guò)將決策置于中央控制器中，可以獲得真正的網(wǎng)絡(luò )全局視圖，甚至在 OSPF 區域或 IS-IS 級別，以及不同的自治系統之間。 BGP-Labelled Unicast是一個(gè)特殊的 BGP 地址族，往往只用于一些非常特地的、更高級的場(chǎng)景。 MPLS VPN 標簽幾乎都是在 BGP 中通告的。畢竟，如果不能在兩個(gè)路由器之間傳輸數據包，就不能在它們之間運行 VPN。
路由器如何處理這些標簽？兩個(gè)路由器之間的對話(huà)可能是這樣的，路由器 B 對路由器 A 說(shuō)“如果你想讓我將數據包轉發(fā)給路由器Z，包裹寄給我的時(shí)候貼上標簽123456”。然后路由器 B 會(huì )對自己編程，如果數據包帶有標簽 123456，則該數據包會(huì )始終從特定接口發(fā)送出去。 路由器 B 并不知道這個(gè)傳出接口是不是通往路由器 Z 的“最佳”路徑。當路由器 B 將此數據包發(fā)送到路由器 C 時(shí)，路由器 C 也將根據標簽知道如何處理該數據包，路由器 D 和路由器 E 等也會(huì )如此，一直到終點(diǎn)目的地。只要從一端到另一端有一個(gè)標簽交換路徑，沿途的路由器就能夠成功地將數據包從 A 傳輸到 Z 。 路由器 B 甚至可能在發(fā)送標簽時(shí)將標簽更改為其他內容。在 LDP 和 RSVP 中，標簽通常只對路由器本身有意義，沿途的每個(gè)路由器都可以自己決定它希望前一跳使用什么標簽。當標簽沿途發(fā)生變化時(shí)，我們稱(chēng)之為“交換”標簽。例如，路由器 A 將標簽為 123456 的數據包發(fā)送到路由器 B ，路由器 B 在將其發(fā)送到路由器 C 之前可以將其“交換”為標簽 345678。 （相比之下，Segment Routing 中的某些標簽是全局的，因此它不是MPLS 的通用規則。參考MPLS Segment Routing） 上面的例子要理解的關(guān)鍵是，當路由器 B 收到數據包并將其轉發(fā)到路由器 C 時(shí)，路由器 B 根本沒(méi)有查看目標 IP。相反，是傳輸標簽告訴路由器 B 如何處理數據包。 因為沒(méi)有查看底層目標地址，所以協(xié)議可以是 IP、IPv6 或任何其他協(xié)議，所以說(shuō)是多協(xié)議標簽交換。
向數據包添加標簽有何意義？到目前為止所說(shuō)的一切聽(tīng)起來(lái)都非常像常規 IP 路由。如果沒(méi)有 MPLS，路由器也會(huì )查看目標 IP 地址，然后將數據包發(fā)送到下一跳。那么MPLS 有什么意義呢？ 如果將網(wǎng)絡(luò )設置為每個(gè)路由器都知道整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè) IP 地址，那么路由器 B 肯定可以從路由器 A 接收數據包，查看目標地址，檢查自己的路由表，找到“最佳”路線(xiàn)，然后發(fā)送數據包。 但這里有一個(gè)問(wèn)題：如果不想讓一切都發(fā)送到所謂的“最佳”路徑，會(huì )發(fā)生什么？ 例如，如果所有內容都沿著(zhù)一條“最佳”路徑發(fā)送，則該鏈接可能會(huì )開(kāi)始被大量使用，甚至可能達到極限。很可能會(huì )有其他根本沒(méi)有被使用的潛在路徑，最好將一些選擇性流量發(fā)送到次優(yōu)路徑，以充分利用網(wǎng)絡(luò )。 當存在另一條不太好且帶寬可用的路徑時(shí)，該如何解決鏈路飽和的問(wèn)題？ 如果從路由協(xié)議的角度來(lái)看，有兩條或多條到達目的地的路徑同樣“好”，那么可以利用ECMP 或等價(jià)多路徑，對流量進(jìn)行負載平衡，并充分利用鏈接。 SD-WAN可以根據目的 IP 地址以外的質(zhì)量，有選擇地將流量路由到不同的鏈路，也許是基于應用程序本身，也可能是源 IP 地址。這對分支機構來(lái)說(shuō)非常好，但對于每秒有很多千兆流量的服務(wù)提供商規模的網(wǎng)絡(luò )，以及數以萬(wàn)計的用戶(hù)前往數百萬(wàn)目的地的網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，很難真正的擴展。 我們需要的是某種可擴展的、功能豐富的協(xié)議，它允許以選擇的任何方式發(fā)送流量，而不總是遵循“最佳”路徑。 幾十年前，這個(gè)問(wèn)題正是服務(wù)提供商和大型企業(yè)面臨的問(wèn)題之一，而MPLS 就是解決答案。 標簽交換路徑基于標簽轉發(fā)數據包的系統的優(yōu)點(diǎn)在于，中轉路由器不需要知道，甚至不需要關(guān)心數據包上的 IPv4 或 IPv6 地址。它們只關(guān)心數據包進(jìn)入了帶有標簽 X 的接口，因此應該從帶有標簽 Y 的不同接口發(fā)送出去，以便路徑上的下一個(gè)路由器知道如何處理它。 我們稱(chēng)這個(gè)端到端標記路徑為L(cháng)SP，或標簽交換路徑，參考SR-MPLS：多協(xié)議標簽交換的段路由。 從路由器 1 開(kāi)始檢查 LSP ，一直到路由器 10。為了方便起見(jiàn)，我們假設它是通過(guò)RSVP創(chuàng )建的。給 RSVP LSP 一個(gè)名字和一個(gè)目的地，結果如下所示：
LSP 是單向的，如果要使流量在真實(shí)網(wǎng)絡(luò )中正常工作，需要在相反的方向上建立第二個(gè) LSP。但為了簡(jiǎn)單演示，我們只關(guān)注一個(gè) LSP 。 如上圖所示： 路由器 1 和路由器 10 是PE 路由器，或Provider Edge。路由器 2、3、4 和 5 都是中轉路由器，簡(jiǎn)稱(chēng)為P（Provider） 路由器。路由器 1 稱(chēng)為首端或入口路由器，將 LSP 想象成流量進(jìn)入的隧道。同樣，路由器 10 稱(chēng)為尾端或出口路由器。 假設R1 和 R10 正在進(jìn)行BGP，R10 對 R1 說(shuō)：“如果你想到達 69.69.69.0/24，請將流量發(fā)送給我?！敝?，R10 會(huì )將通告其環(huán)回為該前綴的下一跳。LSP 進(jìn)入R10 的環(huán)回。 路由器 2、3、4 和 5 不需要運行 BGP，它們只查看數據包上的標簽，不查看 IP 地址。然后計算出需要從哪個(gè)接口傳出，相應地交換標簽。
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