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1.MPLS的起源
前些年，在计算机网络界内存在两个发展方向：一个是IP网络技术，另一个是ATM技术。究其两个方向的利弊：
IP技术的优点是有灵活的路由选择体系，采用非面向连接的"尽力而为"的服务方式，适合于非实时性的信息传输，但IP技术对时延、带宽等QoS，由于标准不容易统一和其他等原因无法保证，也就不能满足语音和视频等对实时性要求很高的应用的传输要求。
ATM是宽带通信网的核心技术，是一种面向连接的传输技术，它综合了分组交换和电路交换的优点，具有良好的服务质量的保证，支持语音、数据和图像通信。但其技术难度，如连接建立信令过于复杂，路由灵活性不高，在传输较短的一般数据时，其效率不高，开销大。
如何把IP和ATM的优点结合起来，在满足新的业务需求的同时，维护现有的投资，MPLS于是应运而生了。
MPLS （Multi-Protocol Label Switching-多协议标签交换技术）是目前网络界最流行的一个名词。它是继IP技术以来的下一代广域网传输技术。它是一种充分利用数据标签引导数据包在开放的通信网络上高速、高效传输的新技术。它是在一个无连接的网络中引入连接模式从而减少了网络复杂性，并且兼容现有各种主流网络技术，能大大降低网络成本。在提高IP业务性能的同时，能确保网络通信的服务质量和数据传输的安全性。
2.MPLS的发展
1997年IETF提出MPLS以后，到目前为止，有关MPLS技术的协议标准草案和规范已经约有140个，并且在 1999年就有厂商推出MPLS设备。这种进展速度是以前任何一种技术所没有的。目前主要有几个小组对MPLS技术进行标准化。
（1）互联网络工程组（IETF）
在2000年以前，MPLS的标准化制定工作仅由IETF MPLS工作组完成。MPLS工作组成立于1997年3月，当时的主要任务和工作重点是研究制定MPLS技术的实现规范，使得这种新的网络技术能够达到：
* 灵活的网络层路由选择；
* 高效的分组交换转发(QoS保障)；
* 有效的网络管理；
* 强大的网络扩展能力；
* 有效的增值服务提供能力；
* 兼容性好。
这些目标现在看来由MPLS技术实现已基本没有问题。目前，MPLS工作组的工作重点已从原来技术的基本实现转移到MPLS技术的应用上来。主要是MPLS如何更有效地提供增值服务、MPLS在局域网中的应用、MPLS与光纤传输网（OTN）的融合、MPLS网流量工程的具体应用等。
（2）国际电信联盟（ITU-T）
IP技术到现在已经在Internet上占了绝对的领导地位，MPLS技术的提出又使得IP可以为用户提供如语音传输、视频会议、多媒体等实时业务，并且其QoS保障可以达到电信级；因此，ITU-T各研究组在1999年底的总结会上进行了未来研究工作的战略转移，全面开展有关IP标准化方面的研究工作，其中作为全球信息基础设施（GII）和B-ISDN的主导研究组--ITU-T SG13小组将MPLS列为2000～2003年的重点研究课题,并一致同意将LDP/CR-LDP作为公网传输标准信令。
（3）MPLS论坛
为了更好地研究发展MPLS技术，协调各厂商之间的利益和统一思想，2000年3月以Lucent公司为首的有关机构联合成立了MPLS论坛。论坛的基本成员为计算机网络及电信通信软件、设备制造商和 ISP及研究开发机构。论坛的工作重点主要在以下四个方面：
* 流量工程；
* 服务等级（CoS）；
* 服务质量（QoS）；
* 虚拟专用网（VPN）。
到目前为止，MPLS还在处于不断的发展之中，MPLS技术涉及的面广，内容多，而且很多技术和业务本身也在不断的发展中，因此，MPLS技术也将是不断发展和改进的。
3.MPLS 基本原理
3.1MPLS原理
MPLS引入了转发等价类FEC(Forwarding Equivalence Classes)的概念，所有需要做相同转发处理、并转发到相同下一跳的分组属于同一转发类。在传统的IP Forwarding中，按照"最长匹配"的原则查找路由表，以确定下一跳的地址，这一原则可能导致多次查找匹配，因而在一定程度上影响路由器的性能。在MPLS中，每个数据包都带有标签，每个数据包根据其标签被转发，不需要将数据包分析到网络层，而且，由于数据包使用的标签具有转发的唯一性，降低了转发表的查找次数，因而MPLS提高了包的转发速度。
3.2 MPLS的技术特点
MPLS 有如下的技术特点：
（1）充分采用原有的IP路由，在此基础上加以改进；保证了MPLS网络路由具有灵活性的特点；
（2）采用ATM的高效传输交换方式，抛弃了复杂的ATM信令，无缝地将IP技术的优点融合到ATM的高效硬件转发中；
（3）MPLS网络的数据传输和路由计算分开，是一种面向连接的传输技术，能够提供有效的QoS保证；
（4）MPLS不但支持多种网络层技术，而且是一种与链路层无关的技术，它同时支持X.25、帧中继、ATM、PPP、SDH、DWDM等，保证了多种网络的互连互通，使得各种不同的网络传输技术统一在同一个MPLS平台上；
（5）MPLS支持大规模层次化的网络拓扑结构，具有良好的网络扩展性；
（6）MPLS的标签合并机制支持不同数据流的合并传输；
（7）MPLS支持流量工程、CoS、QoS和大规模的虚拟专用网；
3.3 MPLS 的分类
MPLS 可以按照标签分发分为两大类。
（1）动态路径MPLS
动态MPLS基于路由协议分发标签，标签的分发协议依据不同的应用，可以是LDP，BGP或PIM等。本文档中主要讨论LDP。（BGP 和 PIM主要用于MPLS VPN 和 Multicast的标签分发）。
（2）静态路径MPLS
静态路径MPLS分发标签时是按照预先配置好的路径进行，该路径又称为Label Switched Path (LSP) 。静态路径MPLS使用的标签分发协议是扩展的RSVP协议。静态路径MPLS的第一个应用是流量工程，即MPLS TRAFFIC ENGINEERING。
4 MPLS 的应用
MPLS 从应用上目前主要有两大类，一种是MPLS VPN，另一种就是MPLS TE（Traffic Engineering）。特别是MPLS VPN，目前无论是在电信运营商和设备制造商中，都是一个热点，目前全球很多电信运营商都开通了MPLS VPN业务；MPLS TE也有很多运营商开展或试验。下面就分别对这两项业务进行简单介绍。
4.1 MPLS VPN
目前MPLS VPN技术可以说是一项最热门的技术和应用。它又可以分为二层MPLS VPN和三层MPLS VPN两类。
4.1.1 二层MPLS VPN
IETF现在有两个Draft，称为Kompella Draft和Martini Draft，它们定义了两种大同小异的L2 MPLS VPN的实现方式。Juniper公司支持Kompella Draft（据称现在也支持Martini Draft），Cisco公司支持Martini Draft。
L2 MPLS VPN的目的是在IP网络上提供类似ATM和FR的专用连接。服务提供商只为用户提供传统的二层链路（如ATM、FR、以太网等），并将相应的链路标识（ATM VPI/VCI、FR DLCI、以太网的VLAN ID）映射到一条MPLS LSP上穿越运营商的核心网络。用户在这样的专有连接上自己组织路由结构（这一点和BGP/MPLS VPN截然不同）。如图1所示：
图1 二层MPLS VPN网络结构图
4.1.2 三层MPLS VPN
三层MPLS VPN是一种基于MPLS技术的IP VPN，是在网络路由和交换设备上应用MPLS(Multiprotocol Label Switching,多协议标记交换 )技术，简化核心路由器的路由选择方式，利用结合传统路由技术的标记交换实现的IP虚拟专用网络。MPLS VPN适用于实现对于服务质量、服务等级划分以及网络资源的利用率、网络的可靠性有较高要求的VPN业务。
图2给出了实现MPLS IP VPN的通用网络结构图。
图2 MPLS IP VPN的通用网络结构
从MPLS IP VPN网络的结构可以看到，MPLS IP VPN网络中的主角虽然是边缘路由器，但是它需要公共IP网内部的所有相关路由器都能够支持MPLS，所以这种技术对网络有较为特殊的要求。一个站点可以同时属于多个VPN，依据一定的策略，属于多个VPN的站点既可以在两个VPN之间提供一定的转发能力，也可以不提供这种能力。当一个站点同时属于多个VPN时，它必须具有一个在所有VPN中唯一的地址空间。
MPLS是目前唯一能够实现IP网中的QoS与流量工程的网络技术，所以，当所需建立的网络对于这些功能有所要求时，尤其是当面向的是对服务质量有较高要求的实时业务时，则应当选用MPLS作为实现IP VPN的隧道协议。
4.2 MPLS TE
4.2.1 MPLS TE的含义
MPLS TE（MPLS TRAFFIC ENGINEERING）是指为了平衡网络设备的流量，根据数据流量进行路径选择的过程，主要用于提高网络运作效率与可靠性，并优化网络资源利用和流量性能。MPLS TE通过将流量倒入指定的路径来实现其功能。
4.2.2 MPLS TE的应用
目前MPLS流量工程的应用主要集中在以下几个方面：流量统计分析、流量优化、网络保护和提供服务质量。
(1) 流量分析统计：
网络的运行情况和业务流量矩阵的获得以往都是采用探针等方式，实施起来非常麻烦，采用MPLS技术之后，每个LSP就成为一个流量统计单位，路由器将对进出这条LSP的流量进行记录，通过SNMP就可以将这些数据提取出来，从而可以方便地获得业务流量矩阵。具体的实现方法是在路由器之间建立无带宽约束的双向的LSP，使metric降低。利用相关的LSP统计功能来收集POP点路由器之间的流量统计信息，这种方式简单并且可以实现双向的统计。
(2) 流量优化
MPLS流量工程最核心的实现方法是利用约束路由计算显式路径、利用显式路径建立标记交换路径（LSP）、利用标记交换路径进行流量分配。
通过流量工程的网络流量统计分析，我们可以根据网路流量的状况，在不通的节点间建立不同的显式路径LSP，引导流量按照规划的路径进行传递，将原本流经负担较重设备及较为拥塞链路的流量分担到相对空闲的设备和链路上，优化网络流量。
(3) 网络链路保护
MPLS自愈恢复是MPLS流量工程的一种重要应用特性。自愈恢复是指在网络发生故障时，如何及时进行故障切换，保障网络应用不受影响。传统的SONET/SDH恢复时间量级在50ms，而传统IP路由的恢复时间量级在几十秒；MPLS自愈恢复则在避免SONET/SDH 50%开销的情况下提供了高性能恢复的新选择，目前MPLS自愈恢复的恢复时间量级大致处于IP路由恢复和SONET/SDH APS/MSP恢复时间量级之间，在特定情况下甚至获得比SONET/SDH APS/MSP自愈恢复更好的性能。MPLS流量工程的链路保护与SONET/SDH的保护是类似的。它采用的技术是MPLS快速重路由（Fast Reroute）。在这种情况下，为每个链路和节点提供单独的迂回路由进行保护，在建立标记交换路径时，每个节点负责为每条链路或节点计算保护路径，一旦某个链路或节点发生故障，立即由其直接上游节点检测到，然后在该路由器上把流量立即切换到迂回路径。这种方法的优点是切换速度快，但缺点是需要很多备份资源，并且路由器需要维护的状态也比较多。在实际应用中我们可以对关键路径实现保护，减少对网络的影响。目前，MPLS流量工程主要用在业务比较重要和繁忙的核心部分。
5.结束语
MPLS 技术是目前最热门、发展最快的一项技术之一，很多相关技术的标准也还在不断的发展和完善之中，因此，对于MPLS 技术，我们既要在实际中大胆地尝试运用它，作为对新技术和新业务的跟踪；同时，在运用过程中，又要特别注意MPLS 技术的一些缺陷：比如有些技术还没有正式的标准，有些技术缺乏普遍的互操作性等等。
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