MPLS原理與配置
傳統IP路由轉發：
傳統的IP轉發采用的是逐跳轉發。數據報文經過每一台路由器，都要被解封裝查看報文網絡層信息，然后根據路由最長匹配原則查找路由表指導報文轉發。各路由器重復進行解封裝查找路由表和再封裝的過程，所以轉發性能低。
傳統IP路由轉發的特點：
所有路由器需要知道全網的路由。
IP頭部不定長，處理效率低。
傳統IP轉發是面向無連接的，無法提供較好的端到端QoS保證。
MPLS基本概念：
MPLS位於TCP/IP協議棧中的數據鏈路層和網絡層之間，可以向所有網絡層提供服務。
通過在數據鏈路層和網絡層之間增加額外的MPLS頭部，基於MPLS頭部實現數據快速轉發。
MPLS起源於IPv4（Internet Protocol version 4），其核心技術可擴展到多種網絡協議，包括IPv6（Internet Protocol version 6）、IPX（Internet Packet Exchange）、Appletalk、DECnet、CLNP（Connectionless Network Protocol）等。MPLS中的“Multiprotocol”指的就是支持多種網絡協議。
MPLS以標簽交換替代IP轉發。標簽是一個短而定長的、只具有本地意義的標識符。
MPLS術語介紹 - LSR與MPLS域
MPLS域（MPLS Domain）：一系列連續的運行MPLS的網絡設備構成了一個MPLS域。
LSR（Label Switching Router，標簽交換路由器）：支持MPLS的路由器（實際上也指支持MPLS的交換機或其他網絡設備）。位於MPLS域邊緣、連接其它網絡的LSR稱為邊沿路由器LER（Label Edge Router），區域內部的LSR稱為核心LSR（Core LSR）。
MPLS術語介紹 - LSR分類
除了根據LSR在MPLS域中的位置進行分類之外，還可以根據對數據處理方式的不同進行分類：
入站LSR（Ingress LSR）：通常是向IP報文中壓入MPLS頭部並生成MPLS報文的LSR。
中轉LSR（Transit LSR）：通常是將MPLS報文進行例如標簽置換操作，並將報文繼續在MPLS域中轉發的LSR。
出站LSR（Egress LSR）：通常是將MPLS報文中MPLS頭部移除，還原為IP報文的LSR。
MPLS術語介紹 - FEC
FEC（Forwarding Equivalence Class，轉發等價類）是一組具有某些共性的數據流的集合，這些數據流在轉發過程中被網絡節點以相同方式處理。
在MPLS網絡中，FEC可以通過多種方式划分，例如基於目的IP地址及網絡掩碼、DSCP等特征來划分。
數據屬於哪一個LSP，由數據進入MPLS域時的Ingress LSR決定。
MPLS標簽通常是與FEC相對應的，必須有某種機制使得網絡中的LSR獲得關於某FEC的標簽信息。
在傳統的采用最長匹配算法的IP轉發中，匹配到同一條路由的所有報文就是一個轉發等價類。
在MPLS中，關於FEC最常見的例子是：目的IP地址匹配同一條IP路由的報文被認為屬於同一個FEC。
MPLS術語介紹 - LSP
LSP（Label Switched Path，標簽交換路徑）是標簽報文穿越MPLS網絡到達目的地所走的路徑。
同一個FEC的報文通常采用相同的LSP穿越MPLS域，所以對同一個FEC，LSR總是用相同的標簽轉發。
一條LSP包含一台入站LSR、一台出站LSR以及數量可變的中轉LSR，因此LSP也可以看做是這些LSR的有序集合。
LSP需要在數據轉發開始前建立完成，只有這樣報文才能順利穿越MPLS域。
LSP可通過靜態和動態兩種方式建立。
需要注意的是，LSP是一個從“起點”到“終點”的單向路徑，若需要雙向數據互通，則需要在雙方之間建立雙向的LSP。
MPLS標簽
IP報文進入MPLS域之前，會被入站LSR壓入MPLS頭部（又叫MPLS標簽），形成一個MPLS標簽報文。一個標簽報文可以包含一個或多個MPLS標簽。
標簽（Label）：用於攜帶標簽值，長度20bit。
EXP（Experimental Use）：主要用於CoS（Class of Service），長度3bit。
S（Bottom of Stack）：棧底位，用於指示該標簽頭部是否為最后一層標簽，長度1bit。如果該字段為1，則表示當前標簽頭部為棧底；如果該字段為0，則表示當前標簽頭部之后依然還有其他標簽頭部。
TTL（Time To Live）：用於當網絡出現環路時，防止標簽報文被無限制轉發，與IP報文頭部中的TTL具有相同的意義，長度8bit。
EXP字段在早期的MPLS標准中被定義，意為試驗性的字段，但實際上該字段主要被用於CoS。為了避免歧義，RFC5462重新定義了該字段，命名為流分類（Traffic Class）。
MPLS標簽棧
MPLS支持一層或多層標簽頭部，這些標簽頭部的有序集合被稱為標簽棧（Label Stack）。
當標簽棧中存在多個標簽時，這些標簽的順序是非常講究的：
最靠近二層頭部的標簽是棧頂標簽，標簽中的S字段為0。
最靠近IP頭部的標簽是棧底標簽，標簽中的S字段為1。
當上層為MPLS標簽棧時，以太網頭部中的Type字段為0x8847，PPP頭部中的Protocol字段為0x8281。
標簽空間
標簽是一個短而定長的、只具有本地意義的標識符。標簽空間就是指標簽的取值范圍。標簽值的范圍及規划如下：
只具有本地意義說明每一台LSR之間的標簽空間是相互獨立的，即每台路由器都可以使用完整的標簽空間。
MPLS標簽的處理
LSR對標簽的操作類型包括標簽壓入（Push）、標簽交換（Swap）和標簽彈出（Pop）。
MPLS轉發概述
MPLS轉發的本質就是將數據歸到對應的FEC並按照提前建立好的LSP進行轉發。
對於整個MPLS域，LSP是某一給定的FEC進入域和離開域的路徑，可以看成是LSR的有序集合。
對於單台LSR，需要建立標簽轉發表，用標簽來標識FEC，並綁定相應的標簽處理和轉發等行為。
同一個FEC，若進入MPLS域的Ingress LSR（入站LSR）不同，轉發時的LSP也不相同。
同一個FEC，LSR的處理方式相同，不論這個FEC來自哪里（進入設備的接口）。
LSR的轉發動作決定了LSP，而標簽轉發表確定轉發動作，所以建立標簽轉發表也可以理解為建立LSP。
如圖所示，因為有着相同的目的地，所以這三份數據屬於同一個轉發等價類FEC1。同時由於入站LSR不同，這些數據將分別在LSP1、LSP2和LSP3上被轉發。因為標簽僅具有本地意義，所以每台LSR上給同一FEC分配的標簽，可以相同，也可以不同。
MPLS體系結構：
MPLS的體系結構由控制平面 (Control Plane)和轉發平面 (Forwarding Plane)組成。
控制平面：
控制平面是無連接的，主要功能是負責產生和維護路由信息以及標簽信息。
控制平面包括：
路由信息表RIB（Routing Information Base）：由IP路由協議（IP Routing Protocol）、靜態路由和直連路由共同生成，用於選擇路由。
標簽信息表LIB（Label Information Base）：用於管理標簽信息，LIB中的表項可由標簽交換協議（LDP、RSVP等協議）或靜態配置生成。
轉發平面：
轉發平面也稱為數據平面，是面向連接的， 主要功能是負責普通IP報文的轉發以及帶MPLS標簽報文的轉發。
轉發平面包括：
轉發信息表FIB（Forwarding Information Base）：從RIB提取必要的路由信息生成，負責普通IP報文的轉發。
標簽轉發信息表LFIB（Label Forwarding Information Base）：簡稱標簽轉發表，負責帶MPLS標簽報文的轉發。
控制平面與轉發平面
LSP建立原則
當網絡層協議為IP協議時，FEC所對應的路由必須存在於LSR的IP路由表中，否則該FEC的標簽轉發表項不生效。
LSR用標簽標識指定FEC，所以該FEC的數據被發送至LSR時，必須攜帶正確的標簽，才能被LSR正確的處理。
LSP建立方式
MPLS需要為報文事先分配好標簽，建立一條LSP，才能進行報文轉發。LSP分為靜態LSP和動態LSP兩種。
靜態LSP
基本概念：
靜態LSP是用戶通過手工為各個FEC分配標簽而建立的。
靜態LSP不使用標簽發布協議，不需要交互控制報文，因此消耗資源比較小。
通過靜態方式建立的LSP不能根據網絡拓撲變化動態調整，需要管理員干預。
應用場景：
適用於拓撲結構簡單並且穩定的小型網絡。
標簽分配原則：
前一節點出標簽的值等於下一個節點入標簽的值。
動態LSP
基本概念：
動態LSP通過標簽發布協議動態建立。
標簽發布協議是MPLS的控制協議（也可稱為信令協議），負責FEC的分類、標簽的分發以及LSP的建立和維護等一系列操作。
常用標簽發布協議：標簽分發協議 (LDP)
全稱：Label Distribution Protocol。
定義：LDP是多協議標簽交換MPLS的一種控制協議，負責轉發等價類FEC的分類、標簽的分配以及標簽交換路徑LSP的建立和維護等操作。LDP規定了標簽分發過程中的各種消息以及相關處理過程。
應用場景：LDP廣泛地應用在VPN服務上，具有組網、配置簡單、支持基於路由動態建立LSP、支持大容量LSP等優點。
靜態LSP：
由於靜態LSP各節點上不能相互感知到整個LSP的情況，因此靜態LSP是一個本地的概念。
動態LSP：
其他標簽分布協議：
RSVP-TE：Resource Reservation Protocol Traffic Engineering，它是對RSVP的擴展，用於建立基於約束的LSP。它擁有普通LDP LSP沒有的功能，如發布帶寬預留請求、帶寬約束、鏈路顏色和顯式路徑等。
MP-BGP：Multiprotocol Border Gateway Protocol，MP-BGP是在BGP協議基礎上擴展的協議。MP-BGP支持為MPLS VPN業務中私網路由和跨域VPN的標簽路由分配標簽。
MPLS標簽轉發
LSR處理報文時主要根據FTN、 NHLFE和ILM。
Tunnel ID：為了給使用隧道的上層應用（如VPN、路由管理）提供統一的接口，系統自動為隧道分配了一個ID，也稱為Tunnel ID。該Tunnel ID的長度為32比特，只是本地有效。在MPLS轉發過程中，FIB、ILM和NHLFE表項是通過Tunnel ID關聯的。
Ingress LSR的處理
在Ingress LSR，通過查詢FIB表（得到FTN信息）和NHLFE表指導報文的轉發。
當IP報文進入MPLS域時，首先查看FIB表，檢查目的IP地址對應的Tunnel ID值是否為0x0。
如果Tunnel ID值為0x0，則進入正常的IP轉發流程。
如果Tunnel ID值不為0x0，則進入MPLS轉發流程。
Transit LSR的處理
在Transit LSR，通過查詢ILM表和NHLFE表指導MPLS報文的轉發。
Egress LSR的處理
在Egress LSR，通過查詢ILM表指導MPLS報文的轉發。
MPLS詳細轉發過程
MPLS基本配置命令：
1、配置LSR ID
[Huawei] mpls lsr-id lsr-id
mpls lsr-id命令用來配置LSR的ID。LSR ID用來在網絡中唯一標識一個LSR。LSR沒有缺省的LSR ID，必須手工配置。為了提高網絡的可靠性，推薦使用LSR某個Loopback接口的地址作為LSR ID並在配置前對網絡中所有LSR的LSR ID進行統一規划。
2、使能MPLS
[Huawei] mpls
mpls命令用來使能本節點的全局MPLS能力，並進入MPLS視圖。
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] mpls
在接口視圖下，使能當前接口的MPLS功能。需先使能全局MPLS能力后才能執行接口下的MPLS使能命令。
靜態LSP配置命令 (1)：
1、Ingress LSR配置
[Huawei] static-lsp ingress lsp-name destination ip-address { mask-length | mask } { nexthop next-hop-address | outgoing-interface interface-type interface-number } * out-label out-label
static-lsp ingress命令用來為入口節點配置靜態LSP。
推薦采用指定next-hop的方式配置靜態LSP，確保本地路由表中存在與指定目的IP地址精確匹配的路由項，包括目的IP地址和下一跳IP地址。如果LSP出接口為以太網類型，必須配置nexthop next-hop-address參數以保證LSP的正常轉發。
out-label的取值范圍為16~1048575。
2、Transit LSR配置
[Huawei] static-lsp transit lsp-name [ incoming-interface interface-type interface-number ] in-label in-label { nexthop next-hop-address | outgoing-interface interface-type interface-number }* out-label out-label
static-lsp transit命令用來為中間轉發節點配置靜態LSP。
下一跳和出接口的配置規則和Ingress LSR保持一致。
in-label的取值范圍為16~1023。
out-label的取值范圍為16~1048575。
out-label占用的是下游LSR的標簽空間，而下游空間采用的標簽分發方式不確定，所以out-label的標簽空間為16~1048575。
in-label占用的是當前LSR的標簽空間，采用靜態LSP時，標簽空間為16~1023。
靜態LSP配置命令 (2)：
3、Egress LSR配置
[Huawei] static-lsp egress lsp-name [ incoming-interface interface-type interface-number ] in-label in-label
static-lsp egress命令用來在出口節點配置靜態LSP。
in-label的取值范圍為16~1023。
4、查看靜態LSP配置
[Huawei] display mpls static-lsp [ lsp-name ] [ { include | exclude } ip-address mask-length ] [ verbose ]
display mpls static-lsp命令用來查看靜態LSP信息。
MPLS最初是為了解決傳統IP路由器查表轉發速度慢而被提出的，是一種通過標簽頭部實現快速轉發的技術。
MPLS標簽是一個短而定長的、只具有本地意義的標識符，用於唯一標識一個分組所屬的FEC。LSR對標簽的操作類型包括標簽壓入、標簽交換和標簽彈出。
MPLS包含控制平面和數據平面，控制平面主要負責路由信息的傳遞和標簽的分發，數據平面主要負責數據的轉發。
隨着技術的發展，MPLS在數據轉發速度上的優勢逐漸弱化，但其特性使其在VPN領域得到廣泛應用。