5.5.2 多协议标签交换的工作原理
1.MPLS网络的组成
在MPLS网络中，节点设备分为两类，即标签边缘路由器LER和标签交换路由器LSR。LER构成MPLS网的接入部分，LSR构成MPLS网的核心部分。MPLS路由器之间的物理连接可以采用SDH网、以太网等。
重点难点讲解
(1)LER的作用
LER包括入口LER和出口LER。其中，入口LER的作用主要包括:
(a)为每个IP数据报打上固定长度的“标签”，打标签后的IP数据报称为MPLS数据报;
(b)在LDP的控制下，建立LSP连接，在MPLS网络中的路由器之间，MPLS数据报按LSP转发;
(c)根据LSP构造转发表;
(d)IP数据报的分类。
出口LER的作用则主要包括:
(a)终止LSP;
(b)将MPLS数据报中的标签去除，还原为无标签IP数据报并转发给MPLS域外的一般路由器。
(2)LSR的作用
LSR的作用主要包括:
(a)根据LSP构造转发表;
(b)根据转发表完成数据报的高速转发功能，并替换标签(标签只具有本地意义，经过LSR标签的值要改变)。
2.MPLS的工作原理
MPLS网络对标签的处理过程如图5-14所示(为了简单，图中LSR之间、LER与LSR之间的网络用链路表示)。
图5-14 MPLS网络对标签的处理过程
(a)来自MPLS域外一般路由器的无标签IP数据报，到达MPLS网络。在MPLS网的入口处的边缘标签交换路由器LER A给每个IP数据报打上固定长度的“标签”(假设标签的值为1)，并建立标签交换通道LSP(图5-14中的路径A-B-C-D-E)，然后把MPLS数据报转发到下一跳的LSR B中去。(注:路由器之间实际传输的是物理帧(如以太网帧)，为了介绍简便，我们说成是数据报)
(b)LSR B查转发表，将MPLS数据报中的标签值替换为6，并将其转发到LSR C。
(c)LSR C查转发表，将MPLS数据报中的标签值替换为3，并将其转发到LSR D。
(d)LSR D查转发表，将MPLS数据报中的标签值替换为2，并将其转发到出口LER E。
(e)出口LER E将MPLS数据报中的标签去除还原为无标签IP数据报，并传送给MPLS域外的一般路由器。
综上所述，归纳出以下两个要点:
(a)MPLS的实质就是将路由功能移到网络边缘，将快速简单的交换功能(标签交换)置于网络中心，对一个连接请求实现一次路由、多次交换，由此提高网络的性能。
(b)MPLS是面向连接的。在标签交换通道LSP上的第一个路由器(入口LER)就根据IP数据报的初始标签确定了整个的标签交换通道，就像一条虚连接一样。而且像这种由入口LER确定进入MPLS域以后的转发路径称为显式路由选择。
3.MPLS数据报的格式
MPLS数据报(即打标签后的IP数据报)的格式如图5-15所示。由图5-15可见，“给IP数据报打标签”其实就是在IP数据报的前面加上MPLS首部。
由图5-16可见，MPLS可以使用多个标签，这些标签都放在标签栈。这里以图5-17为例说明标签栈的作用。图5-17中假设有两个城市，每个城市内又划分为A、B、C、D等多个区域。每个区域有一个路由器，各区域之间的IP数据报利用MPLS网(构建成MPLS域1)传输，城市1和城市2之间也利用MPLS网(构建成MPLS域2)传输。
图5-15 MPLS数据报(打标签后的IP数据报)的格式
图5-16 MPLS数据报封装成以太网帧
图5-17 MPLS标签栈的使用
若IP数据报只是在城市1或城市2内部各区域之间传输(如A和B之间)，则IP数据报只携带一个标签;若IP数据报需要在城市1与城市2之间传输，则这个IP数据报就要携带两个标签。例如，城市1中的A要和城市2中的D通信。在MPLS域1中标签交换通道LSP是“A→B→C→D”，IP数据报在到达入口LER A时被打入一个标签(记为标签1);当到达MPLS域2入口LER B时被打入另一个标签(记为标签2)，在MPLS域2中标签交换通道LSP是“B→C”。此时，MPLS首部标签栈中有两个标签，最先入栈的放在栈底，最后入栈的放在栈顶。标签出栈的顺序则相反。当IP数据报到达LER C时先去除标签2，IP数据报到达LER D时再去除标签1。