在正式學習MPLS之前，我們先復習一下在NA、NP中反復學習的IP轉(zhuǎn)發(fā)原理。

在上圖中，關(guān)于PC-A和PC-B之間互相訪問的過程中：

• 所有三層網(wǎng)絡設備形成源和目的的路由條目
• PC-A發(fā)出報文，source-IP為A，destination-IP為B
• R1收到報文后，根據(jù)目的IP檢查自己的路由表，查詢得到出接口，將數(shù)據(jù)包從出接口發(fā)出
• R2、R3同樣如此，一直講數(shù)據(jù)包傳遞到PC-B
• PC-B做出回包，沿反方向傳回數(shù)據(jù)

其中省略了二層mac地址的ARP查詢和重寫數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容。

簡而言之：IP數(shù)據(jù)報文在傳遞的過程中，根據(jù)目的IP地址，查詢路由表，得到出接口將數(shù)據(jù)發(fā)出，源目的IP地址保持不變，mac地址逐跳改寫。

上面這個是我們耳熟能詳?shù)腎P轉(zhuǎn)發(fā)原理。

其中我們?yōu)榱朔奖憷斫?，隱藏了其在轉(zhuǎn)發(fā)過程中真實的一幕，即路由器收到IP報文時，查詢的其實并不是路由表(RIB)，而是轉(zhuǎn)發(fā)表(LIB)。

我們需要復習一下在NP交換部分所講過的交換工作原理。

最早期，交換機在交換數(shù)據(jù)幀時采用的交換方式我們稱之為進程交換，所有的報文在交換時都需要經(jīng)過CPU查詢處理，導致交換效率一直無法提升。隨后，新一代交換方式出現(xiàn)，即采用數(shù)據(jù)流的交換方式，我們將源目的IP、源目的mac、源目的端口及入接口都相同的流量稱為同一個數(shù)據(jù)流，交換機在處理這些數(shù)據(jù)時，只需要對第一個報文使用CPU進行查詢，后續(xù)的所有報文全都按照第一個報文的交換方式進行處理，大大提高了交換效率。

而cisco根據(jù)數(shù)據(jù)流交換方式推出了自己獨有的交換方式，在進程交換中，存在一個問題，即只有有流量觸發(fā)后才會產(chǎn)生出對應的交換緩存，如果是處理大量不同數(shù)據(jù)流時，其實交換效率和進程交換一樣慢;為了解決這個問題，cisco將其優(yōu)化改進，利用交換機的閑時資源，提前計算出可能會收到的數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)信息，將其載入緩存，當收到數(shù)據(jù)流時，直接使用預先緩存的轉(zhuǎn)發(fā)信息處理報文，實現(xiàn)了正真的基于硬件的交換方式，cisco把這種方式成為思科特快轉(zhuǎn)發(fā)(CEF)。

正是由于CEF的高效，cisco在新的路由產(chǎn)品中也移植了這個功能，所以現(xiàn)在大家所能接觸到的思科設備都具備CEF功能。

而我們所謂的轉(zhuǎn)發(fā)表其實就是CEF表，CEF表示根據(jù)路由表產(chǎn)生的，其不像路由表有大量的遞歸內(nèi)容，CEF表中顯示的就是一個數(shù)據(jù)包如果匹配中其下一步應該從哪個接口發(fā)出，簡單高效。

比如下面的這個路由表(RIB)：

路由就會出現(xiàn)需要遞歸查詢的情況。

而我們?nèi)タ匆幌翪EF表(FIB)：

路由器在閑時會根據(jù)路由表的信息，提前計算好轉(zhuǎn)發(fā)信息，收到去往4.4.4.4的數(shù)據(jù)包直接從出接口F0/0發(fā)出。

• 這張表我們就叫做FIB：轉(zhuǎn)發(fā)信息庫。
• 而FIB是根據(jù)路由表產(chǎn)生的，路由表我們稱為RIB：路由信息庫
• 設備在收到IP報文時，其查詢的其實是FIB并不是RIB，如果將CEF功能關(guān)閉，這是才會查詢RIB即路由表

以上是我們在NA、NP中所學的IP轉(zhuǎn)發(fā)原理的內(nèi)容，做一些補充。

下面，我們開始揭開MPLS的神秘面紗，來看一看內(nèi)里乾坤。

MPLS(Multiprotocol Label Switch)最初是用來提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)速度而提出的一個協(xié)議,但隨著技術(shù)發(fā)展，設備轉(zhuǎn)發(fā)性能越來越強，其加快轉(zhuǎn)發(fā)速度的優(yōu)勢逐漸弱化，而多層MPLS報頭嵌套的設計成為了其最出彩的地方。

目前用得比較多的場景主要是解決BGP路由黑洞問題和MPLS VPN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

首先，我們需要對MPLS有個大概的認識，MPLS在傳遞報文時會在二層幀頭和三層報頭中間插入MPLS報頭，所以很多人叫它2.5層。

他的報文結(jié)構(gòu)比IP報頭簡單得多，也小地多，只有4個字節(jié)(32bits)。

結(jié)構(gòu)如下：

• 前20位位標簽位，用于表示當前的標簽
• EXP協(xié)議中未作定義，一般用作COS
• S為棧底位，用于表示該MPLS報頭是否為最后一個MPLS報頭

TTL相信不用解釋了

如此簡單的接口我相信你看過一次就能記住，同樣，設備在處理MPLS報文時也會比IP報文處理效率更高。

在MPLS中有一些專業(yè)術(shù)語必須要了解。

• FEC：Forwarding Equivalence Class，F(xiàn)EC(轉(zhuǎn)發(fā)等價類)，是在轉(zhuǎn)發(fā)過程中以等價的方式處理的一組數(shù)據(jù)分組?？梢酝ㄟ^地址、隧道、COS等來標識創(chuàng)建FEC，目前看到的MPLS中只是一條路由對應一個FEC。通常在一臺設備上，對一個FEC分配相同的標簽。
• 標簽(Label)：是一個比較短的，定長的，通常只具有局部意義的標識(類似mac地址)，這些標簽通常位于數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)鏈路層封裝頭和三層數(shù)據(jù)包之間，標簽通過綁定過程同F(xiàn)EC相映射，即一個FEC對應一個標簽。
• LSP：標簽交換通道。一個FEC的數(shù)據(jù)流，在不同的節(jié)點被賦予確定的標簽，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)按照這些標簽進行。數(shù)據(jù)流所走的路徑就是LSP。
• LSR：Label Switching Router，LSR是MPLS的網(wǎng)絡的核心交換機，它提供標簽交換和標簽分發(fā)功能。
• LER：Label Switching Edge Router,在MPLS的網(wǎng)絡邊緣，進入到MPLS網(wǎng)絡的流量由LER分為不同的FEC，并為這些FEC請求相應的標簽。它提供流量分類和標簽的映射、標簽的移除功能。

了解了上面這些專業(yè)術(shù)語，那么我們研究一下數(shù)據(jù)是如何通過MPLS進行傳遞的，和IP之間有什么區(qū)別：

在上圖中，我們需要解決幾個問題：

• 標簽是怎么產(chǎn)生的?
• IP報文是怎么變成MPLS報文的?
• 報文是如何從源傳遞到目的的?

(1)標簽是怎么產(chǎn)生的?

• 為每一條路由產(chǎn)生一個唯一標簽(local標簽，也叫 in標簽)
• 將這些標簽傳遞給MPLS的鄰居(remote標簽，也叫out標簽)

(2)IP報文是怎么變成MPLS報文的?

在LER上，壓入標簽(根據(jù)IP報文的目的IP地址所對應的路由的標簽)

(3)報文是如何從源傳遞到目的的?

• A發(fā)出IP報文，R1收到后查詢FIB，得知需要壓入標簽
• R1將報文轉(zhuǎn)發(fā)給R2，R2收到MPLS報文，查詢LFIB表中in標簽，將原有的標簽替換成現(xiàn)在這個in標簽對應的out標簽值
• 到達R3后，查詢in標簽，發(fā)現(xiàn)對應out標簽為pop，則彈出最頂層標簽，還原成IP報文，轉(zhuǎn)發(fā)給R4
• R4收到IP報文后，查詢FIB表，將報文轉(zhuǎn)發(fā)給B

其中涉及到幾個動作：

• push壓入：為報文添加MPLS報頭
• swap替換：根據(jù)in標簽查詢的結(jié)果，將標簽替換成out標簽的值
• pop 彈出：將最頂層的MPLS報頭移除
• untag 彈出：將所有MPLS報頭都移除
• PHP機制：倒數(shù)第二跳彈出，減少最后一條設備的查表次數(shù)

如果沒有倒數(shù)第二跳彈出機制，在最后一條設備上才彈出標簽，則在最后一條設備上首先需要查詢LFIB表，得知需要彈出標簽，彈出標簽后變成IP報文，需要再次查詢FIB表，共需要查詢2次，而在倒數(shù)第二跳設備上彈出，變成IP報文后，最后一條設備就只需查詢FIB表即可，只查一次。

這些就是MPLS的原理部分，下次我們再繼續(xù)研究MPLS的協(xié)議。