mpls怎样标签交换

本文目录导读：

1. 场景假设
2. 第一步：标签压入（Push）—— Ingress 路由器
3. 第二步：标签交换（Swap）—— Transit 路由器
4. 第三步：标签弹出（Pop）—— Egress 路由器
5. 关键概念与补充说明
6. 标签交换的本质

MPLS（多协议标签交换）的核心思想是通过短而固定的标签来指导数据包的转发，而不是像传统IP路由那样依赖最长前缀匹配，它的标签交换过程可以概括为“压入、交换、弹出”。

下面用一个具体的例子来详细拆解这个过程。

场景假设

• 网络中有一个MPLS域，包含三台路由器：Ingress（入口）、Transit（中转）、Egress（出口）。
• 数据包要从网络A发往网络B，路径是 Ingress → Transit → Egress。
• 在MPLS域内部，为到达网络B的FEC（转发等价类）预先建立了一条LSP（标签交换路径），分配的标签如下：
  • Ingress 告诉 Transit：发送给我的数据，标签用 100。
  • Transit 告诉 Egress：发送给我的数据，标签用 200。

第一步：标签压入（Push）—— Ingress 路由器

1. 收到原始IP包：Ingress路由器收到一个普通的IP数据包,目标IP是网络B。
2. 分类：基于目标IP地址，它匹配到一个FEC（所有去往网络B的流量”）。
3. 查找标签转发表：根据这个FEC，它查到对应的出站标签（Out Label）是 100,并且出接口是通往Transit路由器的接口。
4. 执行动作：
   • 在IP数据包前面压入（Push）一个MPLS头部，其中Label=100。
   • 将带有标签100的包从对应接口转发给Transit路由器。

数据包的样子： [MPLS Label=100] [IP头] [负载]

第二步：标签交换（Swap）—— Transit 路由器

1. 收到带标签的包：Transit路由器从Ingress路由器收到一个带有标签 100 的MPLS包。
2. 查找标签转发表：Transit路由器查看自己的LFIB（标签转发信息表），找到对应 入标签 = 100 的表项，表项内容通常为：
   • 入标签：100
   • 出标签：200 （这是下一跳Egress要求的标签）
   • 出接口：通往Egress路由器的接口
   • 下一跳：Egress路由器的IP
3. 执行动作：
   • 将MPLS头部中的标签从 100 交换（Swap）为 200。
   • （如TTL、CoS）可能根据策略修改,但标签是核心替换项。
   • 将带有新标签200的包从出接口转发给Egress路由器。

数据包的样子： [MPLS Label=200] [IP头] [负载]

第三步：标签弹出（Pop）—— Egress 路由器

1. 收到带标签的包：Egress路由器从Transit路由器收到一个带有标签 200 的MPLS包。
2. 查找标签转报表：Egress路由器查找自己的LFIB，找到 入标签 = 200 的表项，它发现自己是LSP的终点（倒数第二跳通常已弹出，这里假设是Egress弹出，更常见的是PHP——倒数第二跳弹出，见下方补充）。
   • 表项通常显示：出标签为 Pop 或 Implicit-Null（隐式空标签）。
3. 执行动作：
   • 弹出（Pop）MPLS头部,直接露出原始的IP数据包。
4. 继续IP转发：Egress路由器得到的是一个普通的IP数据包，它根据目标IP地址查询普通的路由表，将数据包转发给最终的设备（如网络B的交换机或PC）。

数据包的样子： [IP头] [负载] （恢复了原始形态）

关键概念与补充说明

1. 转发等价类（FEC）

   在上面的例子中，“去往网络B的所有流量”就是一个FEC，MPLS将具有相同转发行为（例如去往同一目的地、同优先级）的流聚合到一个FEC，并分配相同标签,简化了处理。

2. 标签分配与分发

   • 上面的例子假设标签已经预配好（例如通过LDP、RSVP-TE或BGP-LU协议），实际网络中，下游路由器（如Transit、Egress）会通过标签分发协议主动向上游路由器通告“你发给我去往网络B的包时，应该用标签X”。
   • 下游标签分发：Egress告诉Transit用标签200；Transit告诉Ingress用标签100。

3. PHP（倒数第二跳弹出）

   • 在上面的例子中，如果Egress是直接弹出了标签，它还需要查一次IP路由表，为了优化，通常使用PHP：
     • Egress会告诉上一跳（Transit）：“你不需要给我带标签，直接给我IP包就行，我自己查IP表更快。” Egress分配的标签是 隐式空标签（Implicit Null，值为3）。
     • 在Transit上，当它查到入标签=100时，出标签会执行 Pop 动作，直接去掉MPLS头部,将原始IP包发给Egress。
     • 这样，Egress就不需要再查标签表了，它直接收到IP包进行IP转发,这就是标准的MPLS转发流程。

4. 标签栈（Label Stack）

   • MPLS允许在数据包前压入多层标签，最内层标签用于标识目的地，外层标签用于引导数据包通过特定的隧道（例如MPLS TE或L3VPN），在转发过程中，只有栈顶标签被用于转发决策，当外层标签弹出后，内层标签暴露出来,继续指导下一跳转发。

标签交换的本质

• 数据层面：MPLS交换过程就是压入、交换、弹出三个基本操作的组合。
• 控制层面：标签的分配和分发由标签分发协议完成，确保每个路由器都知道“收到标签X后，应该换成标签Y并发给谁”。
• 核心优势：基于短标签的精确匹配转发，比基于最长前缀匹配的IP路由查找更快（硬件实现简单）,并且天然支持流量工程和VPN多租户隔离。

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