MPLS究竟是什么？

本文编译自networkfuntimes，作者Juniper Network网络工程师Chris。

编者按：尽管 MPLS 技术已经相当成熟，有关它的文章数不胜枚举，涵盖了从基本原理到 SR-MPLS 等方方面面。然而，令人意外的是，实际上大多数网络工程师并没有真正理解 MPLS。Juniper Network网络工程师Chris通过他的个人经历对此进行了阐述。

失败的 MPLS 面试

大约13年前，我在一家ISP公司从事二线支持工作。每天，我都在处理被称作“MPLS电路”的客户问题。当时，我并不明白这究竟意味着什么，但我清楚自己每天都在解决这些问题。于是，我决定参加一次与MPLS相关的工作面试。

我至今仍记得我的第一次面试。第一个问题是：“如何使用MPLS构建BGP-free core”。

我一头雾水。

我对面试官的问题毫无头绪，接下来又被问及流量工程和RSVP等问题……整个面试过程让我感到十分困惑。原来我对“MPLS”的理解完全错了。

那次面试让我认识到，当人们谈论“购买MPLS电路”时，实际上是在使用MPLS这个术语来特指MPLS的一个具体用例，而非更广泛的技术概念。

根据我多年来的经验，你现在也很有可能正在犯这个错误。

认知错误

MPLS在实质上是支撑几乎所有互联网服务提供商的技术。它并非一种会很快被取代的技术，事实上，它每年都在不断改进。

然而，每当提到MPLS时，总会有人声称“SD-WAN将取代MPLS”。但事实上，他们所指并非真正的MPLS，而是MPLS VPN，尤其是第三层MPLS VPN。接下来，我们将详细探讨这一误解的含义，以及两者之间的区别。

正是因为这种误解，很多人不再深入学习MPLS。他们听说这是一种即将被“SD-WAN取代”的技术，于是错失了MPLS背后实际、更广泛含义的技术。

那么，MPLS 究竟是什么？

这个问题的答案很长。

MPLS 是一种服务提供商用来管理网络流量的技术。

通常，路由器会根据目标 IP 地址来转发数据包。然而，在大型网络中，特别是互联网服务提供商的网络中，这种简单的方式就不够用了。

首先，这些网络需要处理大量的路由信息，每个路由器都必须知道整个互联网的路由信息，以便能够正确地转发数据包。此外，服务提供商可能希望为不同的流量指定不同的路径，而不是总是选择最短路径。

为了实现这一点，我们可以在网络的两端设置两台路由器，并通过一个隧道来传输数据。这个隧道可以沿着我们指定的路径，或者根据路由器的约束条件计算出的路径传输数据包。

隧道传输数据包的一种方式是在数据包上添加一个标签，该标签告诉下一个路由器该数据包应该如何转发。这种标签的好处是接收路由器不需要查看目标 IP 地址，只需要根据标签来进行转发。

例如，下图中有十个路由器，R1 和 R5 之间有两条隧道。蓝色隧道采用最短路径，可以专用于最重要的流量。红色隧道采用较长的路径，可以用于不妨碍最重要流量的best-effort流量。

MPLS（多协议标签交换）就是通过标签交换来实现这一点的技术。

它允许在数据包上添加标签，并根据这些标签来转发数据包，而不是根据目标 IP 地址。这样一来，我们就可以在大型网络中更有效地管理流量，并为不同的流量分配不同的路径。

看到这里有人想问，为什么需要隧道？

原因有很多，以下是 MPLS 隧道的一些潜在用例：

1. BGP-free core：在核心路由器上运行时，不需要存储完整的互联网路由表，只需根据标签来转发数据包。

2. 优先级隧道：创建采用最佳路径的高优先级隧道，以及采用较长路径到达目的地的低优先级隧道，通过将流量映射到这些隧道，可以将高优先级和低优先级的流量分开。

3. 动态路径调整：可以在检测到网络拥塞问题时动态更改路径。

4. 资源优化：自动将低优先级隧道移动到不同的路径，以确保重要隧道能够访问最佳资源。

5. IPv4 到 IPv6 隧道：在 IPv4 核心上传输 IPv6 流量。

6. 多播隧道：在核心中运行多播隧道，如为客户提供 IPTV。

7. VPN 隧道：通过核心网对客户的三层或二层 VPN 流量进行隧道传输。

8. 连接服务提供商站点：大型服务提供商可以将较小服务提供商的两个站点连接在一起，使两个站点看起来像是合二为一，而较大的服务提供商则充当这些站点之间的隐形隧道。

这些只是 MPLS 在现代服务提供商网络中的一小部分基本用例。

标签交换路径

在前面的讨论中，我们提到了许多关于“隧道”的内容，实际上，“隧道”的另一个名称就是“标签交换路径”，而创建隧道的协议有很多种。

其中之一是LDP标签分发协议（Label Distribution Protocol）。LDP可以创建遵循最佳路径度量的隧道，同时也可以执行IPv6隧道、客户VPN隧道以及无BGP核心等操作。

此外，还有RSVP源预留协议（Resource Reservation Protocol），它以其流量工程功能而闻名。

另一种较新的方法是分段路由（Segment Routing），特别是SR-MPLS，它也提供了上述许多功能。

MPLS允许在数据包上添加标签，然后根据这些标签来转发数据包。MPLS与BGP的结合可以为整个互联网赋能，因此MPLS将在很长一段时间内继续存在。

“网络总是在变化，没有人知道未来会发生什么，但如果一个18岁的年轻人今天开始在服务提供商行业工作，并在退休后仍然使用MPLS，那一点也不令人惊讶。这正显示了MPLS对现代互联网的重要性！”

人们认为 MPLS 意味着什么？

MPLS的一个用例是通过核心网隧道传输客户VPN流量。

想象一下，一个客户在全国各地有数十个站点。每个站点都有至少一个私有IP地址范围的LAN，并且需要连接到其他站点的各个LAN。这种连接可以是全网状的，每个站点都可以访问其他所有站点，也可以只是在几个选定的站点之间，或者只是从总部中心向外扩展。

由于运行 MPLS 的服务提供商只查看数据包上的标签，而不是 IP 本身，这使得服务提供商能够使用 MPLS 为此类客户提供 VPN 服务。客户流量可以使用唯一的 MPLS VPN 标签进行标记，然后通过标签交换路径进行隧道传输。隧道另一端的接收服务提供商路由器将该 VPN 标签映射到特定客户，从而使该客户的流量在逻辑上与任何其他客户（甚至是使用完全相同的私有 IP 的客户）分开。

一般来说，MPLS VPN 有两种“类型”。

一种是“三层VPN”（有时称为L3VPN、IPVPN或VPNv4），服务提供商了解每个站点的LAN范围，并在自己的网络中发布它们，将它们标记为属于特定客户VPN。不论是用BGP、OSPF，或者可能只用静态路由，服务提供商的边缘路由器都有一个用于该客户VPN的三层路由表。

另一种是“二层VPN”，服务提供商不学习第三层IP范围，而是执行以下两项操作之一：

1）可以充当将两个站点连接在一起的虚拟线路，以便从一端进入的帧通过隧道传输到另一端。服务提供商不需要在这里学习MAC地址，因为从一端进入的所有流量都会在另一端发出。

2）充当虚拟交换机，服务提供商实际上可以在其中学习MAC地址。对于托管WAN电路的现场客户设备而言，它可以直接获知其他站点设备的MAC地址。但实际上，就像物理交换机一样，服务提供商正在无形地检查流量，了解所有MAC地址的位置，并相应地转发和洪泛流量。VPLS（虚拟专用LAN服务）和EVPN（以太网VPN）是实现这一目的的两种不同方式。

“MPLS 电路”

不知道从什么时候开始，MPLS电路（MPLS circuits）这个词被用来代指MPLS VPN。

有趣的是，通过这些所谓的MPLS电路传输的数据包实际上并不携带任何MPLS标签！标签只出现在网络的服务提供商部分。客户现场路由器根本不支持MPLS。相反，WAN电路的服务提供商端的接口将从公共互联网中取出，并放置到客户的私有路由实例中。然后，服务提供商使用MPLS在其网络中传输VPN流量。

因此，严格来说，MPLS电路并不涉及任何MPLS技术。

这种误用的结果是，许多网络工程师错误地认为“MPLS”这个术语只有MPLS VPN 和 L3VPN一个含义。他们也不了解标签、标签交换路径、LDP 或 RSVP等相关概念。

“SD-WAN 是 MPLS 杀手？”

自2010年代以来，关于“SD-WAN是MPLS的杀手”的言论层出不穷。

很多人只熟悉MPLS L3VPN，就宣称MPLS即将退出历史舞台，因为他们没有意识到MPLS一词还有另一个更广泛的含义。

我已经记不清我写过多少篇关于MPLS流量工程或BGP-free core的文章，但还是有很多人评论“我不认为MPLS有未来”或“我认为SD-WAN将取代MPLS”。

然而，MPLS不会很快消失。

就其价值而言，我不认为SD-WAN会“杀死”MPLS VPN。SD-WAN和MPLS VPN都有各自的用例，各有优缺点。只能说随着时间的推移，一种解决方案可能会比另一种更受欢迎。

审核编辑 ：黄飞