传统IP路由依赖路由器查询路由表，硬件性能限制导致查表转发成为网络数据转发的瓶颈，MPLS在网络内部采用更高效的标签（Label）转发，节约了处理时间。 现今硬件性能提升。MPLS在提高数据转发速度上的优势逐渐弱化，但其支持多层标签嵌套和设备内转控分离的特点，使其在VPN、QoS等新兴技术中有了广泛应用。
::: tip 私网在公网转发时不能直接封装，私网信息需要通过隧道转发重新封装。 MPLS在IP之上进行数据封装，MPLS在数据链路层和网络层之间增加MPLS头部，向网络层给提供服务。 数据的封装可以使用多种隧道的实现，MPLS的封装只是隧道的一种形式。 :::
MPLS结构
MPLS domin：运行了MPLS的设备组成的区域。
LSR：标签交换设备（支持MPLS的设备）。
Ingress LSR（LER）：入节点 设备报文处理动作：向IP报文中压入MPLS头部并生成MPLS报文 设备标签处理动作：push（压入标签） Transit LSR（Core LSR）：中间节点 设备报文处理动作：将MPLS报文进行例如标签置换操作，并将报文继续在MPLS域中转发 设备标签处理动作：swap（替换标签） Egress LSR（LER）：出节点 设备报文处理动作：将MPLS报文中MPLS头部移除，还原为IP报文 设备标签处理动作：pop（弹出标签）
::: tip
上下游出入节点通过流量方向判断，上游为流量发起，下游为流量接收，即入节点是出节点的上游。
位于MPLS域边缘、连接其它网络的LSR称为边沿路由器LER，区域内部的LSR称为核心LSR。
:::
3. FEC：转发等价类。MPLS作为一种分类转发技术，FEC是将具有相同转发处理方式的分组归为一类。相同FEC的分组在MPLS网络中将获得完全相同的处理。 如到同一个目的地址的所有报文就是一个FEC。
使用标签唯一标识一个分组所属的FEC，一台设备上一个标签只能代表一个FEC。 进行负载分担等时，对应一个FEC可能会有多个入标签。
FEC可以通过源地址、目标地址、源端口、目标端口、VPN、DSCP等要素判断是否为同一组流量，对于同一条流量，有固定的处理动作。 4. LSP：标签交换路径。 LSP是标签报文穿越MPLS网络到达目的地所走的路径，由一个入节点和一个出节点组成，是单项路径。 参考IP网络负载分担浮动路由等概念，在MPLS中称为负载、浮动LSP（FEC作为流量匹配方式，判断负载分担情况下LSP路径的选择）。 入标签确定后即可确定一个FEC的唯一转发路径。LSP由各LSR为一条FEC唯一分配的入标签（由各LSR分段建立）和由下游节点为本地节点分配FEC出标签映射组成。 LSP路径上可以存在0个或多个中间节点，但一定要有入节点和出节点。 ::: tip 同一个FEC的报文通常采用相同的LSP穿越MPLS域，即对同一个FEC，LSR总是用相同的标签转发。
::: 5. MPLS的体系结构：
如上FIB表的生成需要通过RIB和LDP同时生成。 如OSPF协议生成路由，LDP学习到OSPF的路由后，再生成LIB。
FIB需要融合RIB和LDP的信息。 入节点设备接收到IP报文后，根据FIB进行数据处理时，需要判断数据是通过IP转发还是MPLS转发。
控制平面：负责产生和维护路由信息以及标签信息
路由信息表RIB：由IP路由协议（IP Routing Protocol）生成，用于选择路由
标签分发协议LDP：负责标签的分配、标签转发信息表的建立、标签交换路径的建立、拆除等工作
标签信息表LIB：由标签分发协议生成，用于管理标签信息
转发平面：即数据平面，负责普通IP报文的转发以及带MPLS标签报文的转发
转发信息表FIB：从RIB提取必要的路由信息生成，负责普通IP报文的转发
标签转发信息表LFIB：简称标签转发表，由标签分发协议在LSR上建立LFIB，负责带MPLS标签报文的转发MPLS标签
MPLS标签长度为32bit：
::: tip
可以生成标签协议：
- LDP协议
- MP-BGP协议
- RSVP-TE协议
上述协议产生的标签都由MPLS转发。 :::
Label：携带标签值，长度20bit，范围0-20bit，即标签值的取值范围：0-2^20。
1.特殊标签 0-15：每一个标签都存在独立作用 3号标签：隐式空标签。倒数第二跳设备将数据转发至最后一跳设备时，标签封装的值为3（存在特殊含义：PHP），倒数第二跳设备不封装标签信息（即将3号标签解封装），发送没有标签的空IP报文给最后一跳设备，供最后一跳设备直接按照IP转发。 2.静态标签 16-1023：是一段管理员手工配置的MPLS标签 3.动态标签 1024-最大：是一段通过动态协议自动获取的标签值
- EXP：用于流分类，长度3bit，范围21-23bit。 用于QoS的服务调度，通过EXP字段对数据进行标识。 EXP只在MPLS头部中存在，不能完成QoS端到端的调度。
- S：长度1bit，即24bit。 标识该标签是否为栈底位标签（紧挨着IP头部的MPLS标签）。 S = 1，表示该MPLS头部是栈底标签；S = 0，表示下面封装的还是MPLS头部，该MPLS头部不是栈底标签 （MPLS可以封装一个或者多个）。
- TTL：长度8bit，范围25-32bit。 和IP报头中的TTL作用相等，每经过一台设备-1，用于防止环路。
::: tip 标签栈：多个MPLS标签头部的集合。 标签栈的第一个称之为栈顶标签。标签栈的最后一个称之为栈底标签。 :::
MPLS的生成依赖路由，标签的转发不依赖路由。
静态方式：管理员手工配置静态标签，设备不需要存在路由信息。即AR1上不需要有到达AR4的静态路由。
上述拓扑路由器只配置接口IP不配置IGP协议。
以下操作表示设备开启支持MPLS能力：
[AR1]mpls lsr-id 1.1.1.1 供LDP使用
[AR1]mpls
Info: Mpls starting, please wait... OK!
接口使能MPLS功能：
[AR1-GigabitEthernet0/0/0]mpls配置静态标签交换路径（针对一条FEC）
[AR1]static-lsp ?
egress Egress node
ingress Ingress node
transit Transit node
[AR1]static-lsp ingress AR1 destination 4.4.4.4 32 outgoing-interface gi 0/0/0 nexthop 10.1.12.2 out-label ?
INTEGER<16-1048575> Out label
[AR1]static-lsp ingress AR1_AR4 destination 4.4.4.4 32 outgoing-interface gi 0/0/0 nexthop 10.1.12.2 out-label 102
如上配置后，AR1到AR4的数据会加上102的标签发到AR2
[AR2]static-lsp transit AR1_AR2_AR4 incoming-interface gi 0/0/0 in-label 102 outgoing-interface gi 0/0/1 nexthop 10.1.23.3 out-label 203
[AR3]static-lsp transit AR1_AR2_AR3_AR4 incoming-interface gi 0/0/0 in-label 203 outgoing-interface gi 0/0/1 nexthop 10.1.34.4 out-label 304
[AR4]static-lsp egress AR4 incoming-interface gi 0/0/0 in-label 304 AR4只需要做入方向的接收查看AR1的FIB表：
[AR1]ip route-static 4.4.4.4 32 10.1.12.2
[AR1]ping -a 1.1.1.1 4.4.4.4配置静态后AR1的转发表出现4.4.4.4的表项，标示走隧道转发：
::: warning
tunnel ID为0时表示走IP转发，不为0时表示走隧道转发。
:::
配置静态后可以查看到路由被打上标签：
AR2上不需要配置到AR4的静态路由，也可以替换标签后继续向下发送：
::: tip
AR1是入节点ingress，连接了IP网络，后续中间节点AR2、AR3是MPLS网络，不需要存在路由。
AR1上需要存在路由以便于判断该流量走IP网络还是MPLS网络。
:::
查看静态LSP信息：
::: warning
上图中查看AR1的LSP，AR1去往AR4的FEC只在入节点AR1上可以判断，这条FEC的入方向是空的，在出方向封装标签102，AR1认为去往4.4.4.4的FEC发出后下一跳就是AR4，而实际上下一跳发给AR2。
AR2收到后，查看LSP信息如下：
严格对应接口和标签，如果入接口和标签对应不上，则认为是错误信息。 R2认为封装203标签从GE0/0/1发出，下一跳为AR4。
AR2上没有FEC，只按照标签转发。如果要实现AR2访问AR4，需要把AR2当成入节点，新建静态路由将流量送入隧道，使用新的FEC匹配类，打标签向后转发。AR3会认为AR1和AR2发来的两条FEC都是去往AR4的相同的类。
:::
配置AR1-AR4的回程标签：
[AR4]static-lsp ingress AR4_AR1 destination 1.1.1.1 32 outgoing-interface gi 0/0/0 nexthop 10.1.34.3 out-label 403
[AR3]static-lsp transit AR4_AR3_AR1 incoming-interface gi 0/0/1 in-label 403 outgoing-interface gi 0/0/0 nexthop 10.1.23.2 out-label 302
[AR2]static-lsp transit AR4_AR3_AR2_AR1 incoming-interface gi 0/0/1 in-label 302 outgoing-interface gi 0/0/0 nexthop 10.1.12.1 out-label 201
[AR1]static-lsp egress AR1 incoming-interface gi 0/0/0 in-label 201
[AR4]ip route-static 1.1.1.1 32 10.1.34.3 回程时AR4变为入节点，需要存在路由。配置完成后AR1和AR4通过MPLS网络通信：
MPLS转发过程
MPLS使用的重要参数
- tunnel id：系统分配的隧道ID。表示是否需要进行隧道转发。
- NHLFE：下一跳标签转发表项。包含tunnel id、出接口、下一跳、出标签、标签动作。
- ILM：入标签映射表。包含tunnel id、入接口、入标签、标签动作。
报文转发过程：
IP报文进入MPLS域时：
1.入节点查看FIB表，检查目的IP地址对应的Tunnel ID值是否为0x0（如果Tunnel ID值为0x0，则进入正常的IP转发流程）
2.如果Tunnel ID值不为0x0，根据FIB表的Tunnel ID找到对应的NHLFE表项，将FIB表项和NHLFE表项关联起来
3.查看NHLFE表项，可以得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型
4.在IP报文中压入出标签，同时处理TTL，然后将封装好的MPLS报文发送给下一跳
MPLS报文在MPLS域转发时：
5.中间节点根据MPLS的标签值查看对应的ILM表，得到Tunnel ID
6.根据ILM表的Tunnel ID找到对应的NHLFE表项
7.查看NHLFE表项，得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型，标签操作类型为Swap，则交换标签
MPLS报文需要离开MPLS域时：
8.出节点根据ILM查询到该标签对应的操作为Pop，说明需要剥离该标签
9.根据当前标签头部的下一层报文头部进行下一步处理::: tip 管理员视角：入节点收到数据后，通过Tunnel ID判断数据走IP还是MPLS隧道。Tunnel ID不为0走MPLS，通过Tunnel ID找到NHLFE表项，将NHLFE表中的出接口、下一跳、出标签、标签动作等封装在标签信息内发给中间节点，中间节点收到后根据标签值（ILM表的入标签）找到Tunnel ID，根据Tunnel ID找到NHLFE表，再根据NHLFE表中的出接口、下一跳、出标签、标签动作等封装在标签信息内发给下一个节点，如此反复。
MPLS转发过程中，FIB、ILM和NHLFE表项是通过Tunnel ID关联，设备内处理时为索引值。 :::
MPLS对于TTL的处理
MPLS的TTL和IP报文的TTL作用相同，两种TTL的关联：
- MPLS的TTL只在MPLS域中存在，进入IP网络还需要使用IP的TTL进行防环。
- 在MPLS域中，MPLS的封装优先于IP报文，如果出现了环路，IP报文的TTL不能实现防环。
MPLS中TTL的作用
处理模式
1.Uniform（统一模式） IP网络中报文进入MPLS网络时，TTL通过CE设备传递给PE设备，IP的TTL值-1，并将该值映射给MPLS的TTL。在MPLS网络中每经过一台设备，MPLS的TTL值-1。MPLS网络的报文进入IP网络时，将MPLS的TTL值-1映射给IP的TTL （MPLS网络中最后一跳虽然会剥离MPLS标签，但实际上也会TTL-1） 即相当于IP的TTL值在MPLS网络中每经过一台设备也-1，如此处理IP网络中的设备可以知道报文在MPLS隧道中转发经过的设备数量 2.Pipe（管道模式） IP网络中报文进入MPLS网络时，TTL通过CE设备传递给PE设备，IP的TTL值-1，MPLS的TTL和IP的TTL没有关系。在MPLS网络中每经过一台设备，MPLS的TTL值-1。MPLS网络的报文进入IP网络时，将MPLS的TTL值-1后直接弹出标签栈，IP的TTL值-1 （MPLS网络对于IP网络来说只是一台设备，经过MPLS网络，IP的TTL值-1） 即相当于IP网络的设备不关心报文在MPLS隧道中转发经过的设备数量， MPLS网络架构会更安全Uniform模式下入方向TTL的处理：
Pipe模式下入方向TTL的处理：
响应报文
在MPLS网络中，LSR设备收到TTL=1的报文需要向源地址回复TTL超时消息，回包的源地址是接收tracert报文LSR设备的接口地址，目标地址是发送tracert报文的源地址。
tracert route回复的信息有两种处理动作：
1.中间设备都存在源地址的路由信息
如果中间设备收到TTL值等于1的消息，则向源地址回复TTL超时，使用IP报文进行封装
2.中间设备不存在源地址的路由信息（涉及MPLS VPN）
如果中间设备收到TTL=1的消息，并且设备不存在去往源地址的路由信息，中间设备不会直接丢弃该报文，而是将报文重新封装，按照原有信息的替换动作，替换信息的标签，新的MPLS TTL赋值255（也可能是其他值），报文内携带ICMP的TTL超时消息，向下一个节点转发，直至转发到出节点，出节点弹出标签后，根据目标IP地址将TTL值超时的消息回复给源设备（出节点有路由）::: tip MPLS报文中TTL传播模式为uniform统一模式。 ::: 修改MPLS TTL的处理模式：
[AR1-mpls]ttl propagate ?
public Public network 默认是公网下的统一模式
vpn Virtual private network
[AR1-mpls]undo ttl propagate public 公网下的管道模式::: warning 一定是在入节点配置MPLS TTL的处理模式。 配置修改MPLS TTL的处理模式只影响此后新建立的LSP，如果需要对之前建立的LSP也生效，应执行reset mpls ldp命令重建LSP。 :::
