MPLS的基础知识和工作原理
MPLS是一种在IP骨干网上利用标籤来指导资料包文高速转发的协议，由IETF （Internet Engineering Task Force，网际网路工程服务组）提出。相对于传统的IP路由方式，MPLS提供了一种新的网路交换方式，它将IP位址映射为简短且长度固定、只具有本地意义的标籤，以标籤交换替代IP查表，从而显著提升转发效率。
MPLS的定义
MPLS位于TCP/IP协定栈中的链路层和网路层之间，用于向IP层提供连接服务，同时又从链路层得到服务。MPLS以标籤交换替代IP转发，标籤是一个短而定长的、只具有本地意义的连接识别字，与ATM的VPI/VCI以及Frame Relay的DLCI类似。
MPLS不局限于任何特定的链路层协定，能够使用任意二层介质传输网路分组。MPLS起源于IPv4（Internet Protocol version 4），其核心技术可扩展到多种网路通讯协定，包括IPv6（Internet Protocol version 6）、IPX（Internet Packet Exchange）、Appletalk、DECnet、CLNP（Connectionless Network Protocol）等。MPLS中的“Multiprotocol”指的就是支持多种网路通讯协定。
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，在一定程度上可以保证资讯传输的安全性。
MPLS的工作原理
MPLS个工作原理主要包含两部分内容：
1：MPLS的体系结构是指运行MPLS的单个设备内部的独立工作原理。
1：MPLS的网路结构是指运行MPLS的多个设备互连的联合工作原理。
MPLS的体系结构:
MPLS的体系结构由控制平面（Control Plane）和转发平面（Forwarding Plane）组成：
1：控制平面是不需连线的，主要功能是负责标籤的分配、LFIB（标籤转发表，Lable Forwarding Information Base）的建立、 LSP（标籤交换路径，Label Switched Path）的建立、拆除等工作。
2：转发平面也称为资料平面（Data Plane），是连线导向的，可以使用ATM、Ethernet等二层网路承载，主要功能是对IP包进行标籤的添加和删除，同时依据标籤转发表对收到的分组进行转发。
MPLS的体系结构如图1-1所示。
A：IP路由式通讯协定建立邻居，交互路由资讯，生成IP路由表。
B：标籤切换式通讯协定从IP路由表中获取路由资讯。IP路由表中的路由首码匹配了FEC（转发等价类，Forwarding Equivalence Class），在传统的採用最长匹配演算法的IP转发中，到同一条路由的所有报文就是一个FEC。
C：IP路由表中启动的最优路由生成IP转发表。
D：标籤转换协定建立邻居，为FEC分配标籤并发佈给邻居，同时获取邻居发佈的标籤，生成标籤转发表。
MPLS转发平面建立以后，设备中已经生成了IP转发表和标籤转发表，就可以对于接收到的资料包进行转发，
其过程如图1-2所示。
图1-1 MPLS体系结构示意图使用
图1-2 MPLS转发资料包过程示意图
MPLS的网路结构
MPLS网路的典型结构如图1-3所示：
MPLS网路的基本组成单元是标籤交换路由器LSR（Label Switching Router）：
位于MPLS域边缘、连接其它网路的LSR称为边沿路由器LER（Label Edge Router），如果一个LSR有一个或多个不运行MPLS的相邻节点，那麽该LSR就是LER。
区域内部的LSR称为核心LSR（Core LSR），如果一个LSR的相邻节点都运行MPLS，则该LSR就是核心LSR。
图1-3 MPLS网路结构示意图
MPLS的实现原理
MPLS的实现原理是指：为FEC（转发等价类，Forwarding Equivalence Class）分配标籤来建立LSP（标籤交换路径，Label Switched Path）。
MPLS LSP
IP包在MPLS网路中经过的路径称为MPLS的LSP，即标籤交换的路径，如图1-4所示。
图1-4 MPLS LSP
MPLS LSP是一个单向路径，与资料流程的方向一致。
LSP的起始节点称为入节点（Ingress）：LSP的起始节点，一条LSP只能有一个Ingress。
Ingress的主要功能是给报文压入一个新的标籤，封装成MPLS报文进行转发。
位于LSP中间的节点称为中间节点（Transit）：LSP的中间节点，一条LSP可能有0个或多个Transit。
Transit的主要功能是查找标籤转发资讯表，通过标籤交换完成MPLS报文的转发。
LSP的末节点称为出节点（Egress）：LSP的末节点，一条LSP只能有一个Egress。
Egress的主要功能是弹出标籤，恢复成原来的报文进行相应的转发。
其中Ingress和Egress既是LSR，又是LER；Transit是LSR。
根据资料传送的方向，LSR可以分为上游和下游。
上游：以指定的LSR为视角，根据资料传送的方向，所有往本LSR发送MPLS报文的LSR都可以称为上游LSR。
下游：以指定的LSR为视角，根据资料传送的方向，本LSR将MPLS报文发送到的所有下一跳LSR都可以称为下游LSR。
MPLS标籤
标籤是一个短而定长的、只具有本地意义的识别字，用于唯一标识一个分组所属的FEC。在某些情况下，例如要进行负载分担，对应一个FEC可能会有多个入标籤，但是一台LSR上，一个标籤只能代表一个FEC。
标籤长度为4个位元组，封装结构如图1-5所示。
图1-5 MPLS报文首部结构
标籤共有4个域：
1：Label：20bit，标籤值域。
2：Exp：3bit，用于扩展。现在通常用做CoS（Class of Service），其作用与Ethernet802.1p的作用类似。
3：BoS：1bit，栈底标识。MPLS支持多层标籤，即标籤嵌套。S值为1时表明为最底层标籤。
4：TTL：8bit，和IP分组中的TTL（Time To Live）意义相同。
标籤封装在链路层和网路层之间。这样，标籤能够被任意的链路层所支持。标籤
在分组中的封装位置如图1-6所示。
图1-6 标籤在分组中的封装位置
标籤栈（Label stack）也称为多层标籤，是指标籤的排序集合，如图1-7所示。靠近二层首部的标籤称为栈顶标籤或外层标籤；靠近IP首部的标籤称为栈底标籤，或内层标籤。理论上，MPLS标籤可以无限嵌套。
图1-7 标籤栈
标籤栈按后进先出（Last In First Out）方式组织标籤，从栈顶开始处理标籤。
标籤的操作类型包括标籤压入（Push）、标籤交换（Swap）和标籤弹出（Pop），它们是标籤转发的基本动作，是标籤转发资讯表的组成部分。
· Push：指当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籤；或者MPLS中继装置根据需要，在标籤栈顶增加一个新的标籤（即标籤嵌套封装）。
· Swap：当报文在MPLS域内转发时，根据标籤转发表，用下一跳分配的标籤，替换MPLS报文的栈顶标籤。
· Pop：当报文离开MPLS域时，将MPLS报文的标籤去掉；或者MPLS倒数第二跳节点处去掉栈顶标籤，减少标籤栈中的标籤数目。
在最后一跳节点，标籤已经没有使用价值。这种情况下，可以利用倒数第二跳弹出特性PHP（Penultimate Hop Popping），在倒数第二跳节点处将标籤弹出，减少最后一跳的负担。最后一跳节点直接进行IP转发或者下一层标籤转发。PHP在Egress节点上配置，通过分配特殊的标籤值3来实现。标籤值3表示隐式空标籤（implicit-null），这个值不会出现在标籤栈中。当一个LSR发现自己被分配了隐式空标籤时，它并不用这个值替代栈顶原来的标籤，而是直接执行Pop操作。Egress节点直接进行IP转发或下一层标籤转发。
分配标籤来建立LSP
MPLS需要为报文事先分配好标籤，建立一条MPLS LSP，才能进行报文转发。标籤由下游分配，按从下游到上游的方向分发。
如图1-8所示，由下游LSR在IP路由表的基础上进行FEC的划分，并将标籤分配给特定FEC，再通过标籤发佈协议通知上游LSR，以便建立标籤转发表和LSP。
图1-8 MPLS LSP的建立
LSP分为静态LSP和动态LSP两种：静态LSP由手工配置，动态LSP则利用路由式通讯协定和标籤发佈协定动态建立。
LDP是专为标籤发佈而制定的协定，也是其中使用较广的一种。LDP规定了标籤分发过程中的各种消息以及相关的处理过程。LSR之间将依据转发表中对应于一个特定FEC的入标籤、下一跳节点、出标籤等资讯联繫在一起，从而形成标籤交换路径LSP。
MPLS可以使用多种标籤发佈协定，例如LDP（Label Distribution Protocol）、RSVP-TE（Resource Reservation Protocol Traffic Engineering）和MP-BGP（Multiprotocol Border Gateway Protocol）。