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多协议标志交换基本原理

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摘 要：就当前网络发展趋势，阐述了多协议标志交换（MPLS）技术的起因，原理及其优势 。
要害词 IP ATM Routing 路由 Switching 交换 MPLS 多协议标志交换 LSR 标志交换路由器 LSP 标志交换路由
MPLS的特点
传统的IP数据转发是基于逐跳式的，每个转发数据的路由器都要根据IP包头的目的地址查找路由表来获得下一跳的出口，这是个繁琐又效率低下的工作，主要的原因是两个：1、有些路由的查询必须对路由表进行多次查找，这就是所谓的递归搜索；2、由于路由匹配遵循最长匹配原则，所以迫使几乎所有的路由器的交换引擎必须用软件来实现，用软件实现的交换引擎和ATM交换机上用硬件来实现的交换引擎在效率上无法相抗衡 。
MPLS技术的提出主要是为了更好地将IP与ATM的高速交换技术结合起来，发挥两者的优势，充分利用目前ATM网络的各种资源，实现IP分组的快速转发交换；对传统的IP动态路由进行一些扩展，基于控制的动态路由（Constraint-Based Routing）实现IP业务流量控制、虚拟专网应用（BGP/MPLS VPN）及IP级的服务质量(IP Cos) 。
多协议标志交换（MPLS）技术与其它技术相比具有三个特点：
（1） MPLS交换与传统IP路由不同，它是基于一种显式的路由交换（eXPlicit routing），源地址路由方式 。
（2）MPLS中所使用的标志（label）没有固定的格式，随着下层媒体的变化而变化，对于ATM媒体，标志是ATM的VCI/VPI，对于帧中继为DLCI，对于X.25为LCN 。
（3）MPLS的路由控制治理是一种面向网络拓扑的实现，网络拓扑驱动（topo-driven），只有当整个网络拓扑发生变化时，MPLS的路由转发表才会发生变化，而不且随网络中某个应用服务、某台工作站的改变而变化 。
在基于ATM的MPLS交换技术中，“标签包装”的原型与ATM交换机转发信元非常相似；从另一角度看，在一个标志交换的环境中，ATM交换机将更像是一台快速的路由器 。MPLS的典型方法是，为第3层路由表中的路由前缀分配一个特定含义的标签 。这种拓扑驱动（topology-driven）的标志分配技术有别于其它基于流驱动(flow-driven)的分配技术，在MPLS中所分配的标签仅随路由前缀的变化而变化，其变化频率相对会低得多 。显然，因为这种技术实现独立于数据流，而采用目的地地址，因此具有很强的可扩展性 。在某种程度上，标志交换有些类似于帧中继采用数据链路连接标志符（DLCI）来执行高速的交换功能 。当被标志的分组最终到达标志网络的出口时，就被移去标志，分组由传统的第3层路由进行转发 。
MPLS协议和功能
（2）标志交换转发部件
标志与分组的绑定有若干种方式 。对一些网络可以将标志嵌入到链路层的头端（ATM VCI/VPI，和帧中继的DLCI） 。有时也可以将它嵌入至位于数据链路头端和数据链路协议数据单元（PDU）之间的小标志头端（如，位于第二层头端与第三层数据负载之间），称为“Shim” 。这种标志信息能够在链路层进行承载，“shim”结构可以用于Ethernet, IEEE802.3, 或点对点（PPP）链路上，其中一个是为单目广播（Unicast），另一个是为多目广播（Multicast） 。
在MPLS骨干网络边缘，边界LSR对进来的无标志分组（正常情况下）按其IP头端进行归类划分（Classification）及转发判决，这样IP分组在边界LSR被打上相应的标志，并被传送至到达目的地地址的下一跳 。在后续的交换过程中，由LSR所产生的固定长度的标志替代IP分组头端，大大简化了以后的节点处理操作 。后续节点使用这个标志进行转发判决 。一般情况下，标志的值在每个LSR中交换后改变，这就是标志转发 。

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