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MPLS 多协议标签交换

news 2025/7/6 10:04:08

前言：

多协议标签交换MPLS（Multiprotocol Label Switching）是一种IP（Internet Protocol）骨干网技术。MPLS在无连接的IP网络上引入面向连接的标签交换概念，将第三层路由技术和第二层交换技术相结合，充分发挥了IP路由的灵活性和二层交换的简捷性
MPLS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

基本概念

传统的IP转发采用的是逐跳转发，数据报文经过每一台路由器,都要被解封装查看报文网络层信息,然后根据路由最长匹配原则查找路由表指导报文转发。各路由器重复进行解封装查找路由表和再封装的过程,所以转发慢

MPLS是基于MPLS头部实现数据快速转发，节约了时间，所以转发速度快

定义：

MPLS（Multiprotocol Label Switching）是一种结合了第三层（网络层）路由和第二层（数据链路层）交换的高效转发技术。其核心思想是通过在数据包前添加标签（Label），实现基于标签的快速转发，从而提升网络性能并支持多种高级功能（如VPN、流量工程等）

组成：

MPLS域(MPLS Domain)：一系列连续的运行MPLS的网络设备构成了一个MPLS域
LSR(Label Switching Router,标签交换路由器)：进行MPLS标签交换和报文转发的网络设备。位于MPLS域边缘、连接其它网络的LSR称为边沿路由器LER(Label Edge Router)，区域内部的LSR称为核心LSR(Core LSR)

LSR分类：

入站LSR(Ingress LSR)：是向IP报文中压入MPLS头部并生成MPLS报文的的入口路由器
中转LSR(Transit LSR)：是将MPLS报文进行标签置换等操作,并将该报文继续在MPLS域中转发的中间路由器
出站LSR(Egress LSR)：是将MPLS报文中MPLS头部移除,还原为IP报文的出口路由器

FEC和LSP：

FEC：

概念： 将具有相同特征的报文归为一类，称为转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class），属于相同FEC的报文在转发过程中被LSR以相同方式处理

FEC可以根据源地址、目的地址、源端口、目的端口、VPN等要素进行划分。例如，在传统的采用最长匹配算法的IP转发中，到同一条路由的所有报文就是一个转发等价类

最常见的 FEC 就是目的 IP 地址前缀（由 IGP 路由决定），LSR 会为每个 FEC 分配标签

LSP:

IP报文在MPLS网络中经过的入站，中转，出站路径称为标签交换路径LSP（Label Switched Path）。LSP是一个单向路径，与数据流的方向一致

同一个FEC的报文通常采用相同的LSP穿越MPLS域 , 所以对同一个FEC,LSR用相同的标签转发

一条LSP可以有0个、1个或多个中间节点，但有且只有一个入节点和一个出节点

标签栈：

标签栈（Label Stack）是指标签的排序集合(同时存在多个标签头部)

当标签栈存在多个标签时：

最靠近二层头部的标签是栈顶标签,标签中的s字段为0
最靠近IP头部的标签是栈底标签,标签中的s字段为1

MPLS标签的处理：

标签操作类型包括标签压入（Push）、标签交换（Swap）和标签弹出（Pop），它们是标签转发的基本动作

Push：当IP报文进入MPLS域时，MPLS边界设备在报文二层首部和IP首部之间插入一个新标签；或者MPLS中间设备根据需要，在标签栈顶增加一个新的标签（即标签嵌套封装）
Swap：当报文在MPLS域内转发时，根据标签转发表，用下一跳分配的标签，替换接收搭配的MPLS报文的栈顶标签
Pop：当报文离开MPLS域时，将MPLS报文的标签剥掉

问题：当MPLS报文到达最后一跳（Egress LER）时，标签已完成使命（下一步需转发原始IP包）。若Egress LER仍需执行撕标签+查IP路由表两步操作，效率较低

解决方案：让倒数第二跳（Penultimate Hop）提前撕掉标签，使Egress LER直接收到原始IP包，省去撕标签动作，最后一跳节点直接进行IP转发或者下一层标签转发，转发速度更快

注释：华为设备默认开启PHP，支持PHP的Egress节点分配给倒数第二跳节点的标签值为3。标签3，代表 "直接撕掉我的标签，不用替换新标签"