企业网络新选择：软件定义架构下的MPLS

随着现代企业园区网络和运营商级基础设施的不断发展，多协议标签交换 （MPLS） 已成为一项基础技术，这要归功于其高效的数据包转发、高级流量工程功能以及对多租户环境的强大支持。

什么是MPLS？

MPLS（多协议标签交换，Multiprotocol Label Switching）是一种基于标签的转发技术，结合了二层交换的简捷性与三层路由的灵活性。通过预分配的标签（Label）替代传统IP路由的逐跳查表，提升转发效率。

MPLS起源于IPv4（Internet Protocol version 4），其核心技术可扩展到多种网络协议，包括IPv6（Internet Protocol version 6）、IPX（Internet Packet Exchange）和CLNP（Connectionless Network Protocol）等。MPLS中的“Multiprotocol”指的就是支持多种网络协议。

由此可见，MPLS并不是一种业务或者应用，它实际上是一种隧道技术。这种技术不仅支持多种高层协议与业务，而且在一定程度上可以保证信息传输的安全性。

核心组件：LER（标签边缘路由器）、LSR（标签交换路由器）、FEC（转发等价类）。

工作原理

1. 标签分配：入口路由器（LER）为数据包分配标签，标签对应转发路径（LSP）。

2. 标签交换：中间路由器（LSR）根据标签转发表（LFIB）快速转发，无需解析IP头部。

3. 标签移除：出口路由器（LER）剥离标签，恢复原始IP数据包。

标签结构

MPLS 标签是一个紧凑的 32 位报头，包含四个关键字段：

• 标签 （20 位） — 标识通过 MPLS 网络的路径 （LSP）

• EXP（3 位）— 用于 QoS（服务质量）标记或流量优先级

• S （1 bit） – 堆栈标志的底部;指示这是否是堆栈中的最后一个标签

• TTL（8 位）– 生存时间;通过限制数据包的生命周期来防止路由循环

为什么需要MPLS？

在传统IP网络架构中，基于三层路由的转发机制逐渐暴露很多问题。

首先，转发效率低下的问题尤为突出，由于每台路由器都需要逐跳解析IP报文头部并查询路由表，这种反复查表的机制在大流量场景下会产生显著延迟，难以满足数据中心或运营商核心网的高吞吐需求。

其次，传统路由技术对路径控制能力薄弱，完全依赖OSPF、BGP等动态路由协议自动选路，既无法主动规避拥塞链路，也无法为特定业务指定优化路径，导致网络资源利用率低下。

更棘手的是多业务隔离难题，VLAN受限于4096个ID的规模上限，ACL策略管理复杂度随业务增长呈指数级上升，这种基于二层的隔离方案难以支撑跨地域、多租户的现代组网需求。

MPLS技术的核心功能

服务质量（QoS）

MPLS在QoS中的应用主要体现在其对网络流量优先级管理的精细化能力上，而EXP字段（Experimental Bits，后更名为Traffic Class字段）是两者结合的核心纽带。MPLS如何实现QoS保障？在MPLS网络入口（LER），根据业务类型（如语音、视频、普通数据）为流量分配EXP值，可通过手动配置或自动映射（如将IP层的DSCP值转换为EXP值）。LSR根据EXP值分为不同优先级队列，优先转发低延迟流量（SP）和按比例分配剩余带宽（WFQ）。当链路拥塞时，低EXP值的流量可能被丢弃（如TCP流量），而高EXP值的流量（如VoIP）始终保障带宽，此外，再结合RSVP-TE等协议实现关键业务（如语音、实时视频）的带宽保障和低抖动传输，构建起从转发效率到业务体验的全方位优化体系。

流量工程（TE）

TE通过MPLS技术解决了传统IP网络无法实现的精细化流量控制需求，通过显式路径（Explicit Path）手动或策略驱动流量走向，均衡负载或避开瓶颈链路，从而优化网络性能。

业务隔离与VPN

传统VPN一般是通过GRE（Generic Routing Encapsulation）、L2TP（Layer 2 Tunneling Protocol）、PPTP（Point to Point Tunneling Protocol）等隧道协议来实现私有网络间数据在公网上的传送，而MPLS LSP是通过标签交换形成的隧道，数据报文不再经过封装或者加密，因此，用MPLS实现VPN具有天然的优势。

基于MPLS的VPN通过LSP将私有网络的不同分支联结起来，形成一个统一的网络，如图所示。基于MPLS的VPN还支持对不同VPN间的互通控制。这对于企业和运营商网络至关重要。

• CE（Customer Edge）是用户边缘设备，可以是路由器，也可以是交换机或主机。

• PE（Provider Edge）是IP/MPLS骨干网的边缘设备。

• P（Provider）是IP/MPLS骨干网的骨干设备，不与CE直接相连。P设备只需要具备基本MPLS转发能力，不维护VPN信息。

如何基于业务场景与技术特性选择最优网络方案？

对比维度	MPLS	传统IP路由	SD-WAN	Segment Routing
转发效率	高（标签快速交换）	低（逐跳查表）	中（依赖隧道封装）	高（类似MPLS）
路径控制	支持显式路径和流量工程	依赖动态路由协议	动态智能选路	灵活源路由
多业务隔离	通过VPN实现逻辑隔离	VLAN/ACL，扩展性差	有限（依赖Overlay）	需结合其他技术（如VXLAN）
部署成本	高（依赖专用设备和运营商专线）	低	低（利用互联网链路）	中（需升级硬件支持）
适用场景	企业专网、运营商核心网	中小型园区网络	跨地域互联、云访问优化	数据中心、大规模骨干网
服务质量（QoS）	强（基于EXP/DSCP优先级标记）	弱	中（依赖链路质量监测）	中（需策略配合）

AsterNOS：软件定义架构下的MPLS转发技术革新

SONiC（Software for Open Networking in the Cloud） 是开源社区的网络操作系统，其核心目标是构建开放、解耦的云数据中心网络架构。作为全球首个完全开源的网络操作系统，SONiC基于Linux内核设计，支持标准化硬件（如白盒交换机）与容器化微服务架构，通过模块化组件（如SAI——交换机抽象接口）实现灵活的功能扩展。其开源特性吸引了全球云服务商、运营商及企业的广泛参与，逐步成为云原生网络的事实标准。

尽管社区版 SONiC 通过模块化设计为云数据中心提供了开放灵活的基础架构，但其在复杂协议支持上的短板始终制约着企业级场景的深度应用。以MPLS为例，社区版本需依赖第三方扩展或定制化开发，导致功能碎片化、性能不稳定，难以满足金融专网、跨云互联等高可靠性需求。

基于 SONiC 的开放式园区交换机的完整产品组合现在完全支持 MPLS，它提高了数据包转发速度，支持精细的流量控制，并支持多协议环境，使其成为电信、企业 WAN 和云数据中心中的大规模网络不可或缺的工具。这种“开源基因+商业级能力”的融合，使得AsterNOS既能继承开源生态的灵活性，又能以超前技术布局填补开源生态与商业需求间的鸿沟。

【参考文献】

https://www.fnetlink.com/hyzx/32732.html

https://wiki.mbalib.com/wiki/MPLS

https://info.support.huawei.com/info-finder/encyclopedia/zh/SR-MPLS.html