什么是 MPLS?

多协议标签交换 (MPLS) 是现代电信常用的一种网络技术。MPLS 是一种通过标签而非 IP 地址在电信网络中路由网络流量的方式,可与任何网络协议配合使用,包括以太网、ATM 和帧中继。

MPLS 的释义

MPLS 开发于 20 世纪 90 年代,用于加速网络流量。与使用源地址和目标地址路由流量的传统网络协议不同,MPLS 会为网络流量添加标签,然后沿着预定的网络路径发送数据包,使路由器无需再针对每个数据包执行耗时的路径查找,从而实现更快的数据包转发。
MPLS 不仅支持大量的网络节点,还可与各种网络协议配合使用,因此具有极高的可扩展性。MPLS 通常用于分支机构和企业数据中心之间的连接。该技术运行于 OSI 层,介于第 2 层(数据链路层)和第 3 层(网络层)之间,所以常被称为第“2.5”层。
An MPLS label is 32 bits in length

MPLS 如何发挥作用?

通常,数据包会根据源地址和目标地址进行路由,这就需要路由器首先查找数据包的目标 IP 地址,然后才能参考其路由表将数据包转发到下一跳。为了消除这一耗时过程,MPLS 会在两个端点之间创建名为标签交换路径 (LSP) 的虚拟电路,实现同样的功能。转发等价类 (FEC) 会将具有相似特征且可使用相同路径转发的数据包归为一类,设定标准,从而相应地确定路径。

根据每个 MPLS 数据包上所附加的标签来识别 LSP。然后,根据标签交换 MPLS 数据包,在这一过程中,标签会充当参考点,帮助网络确定如何将数据包路由到目标地址。

MPLS 电路会用到两种类型的路由器:一种是位于网络中间的标签交换路由器 (LSR) 或中转路由器;另一种是位于网络边缘的标签边缘路由器 (LER),作为入口点(入口路由器)或出口点(出口路由器)。

MPLS 路由器执行三种类型的操作:

  • 推送:向数据包推送新标签。
  • 交换:用新标签替换旧标签。
  • 弹出:从数据包中删除标签。

在进入 MPLS 网络后,数据包会遵循以下步骤:

  1. 入口路由器确定数据包的转发等价类 (FEC),并在包头添加标签。
  2. 网络中的中转路由器替换标签,沿着 LSP 将数据包转发给下一个路由器。
  3. 出口路由器删除标签,将数据包发送到目标地址。

MPLS 数据包根据所附标签路由至目标地址
MPLS 数据包根据所附标签路由至目标地址

MPLS 不受协议限制,因为中转路由器在转发数据包时只会用到标签所含信息。它可与任何协议配合使用,包括以太网、IP 传输、ATM 或帧中继。

尽管其链路未加密,但在安全性上,MPLS 还是优于传统网络技术,与 VPN 相似。MPLS 虚拟电路与其他网络流量相互隔离,因此未经授权的用户更难访问网络。

MPLS 的优点和缺点

与传统网络技术相比,MPLS 具有以下优点:

  • 不受协议限制:MPLS 不依赖于特定协议,可与各种协议配合使用,如以太网、ATM 和帧中继。
  • 业务驱动型:网络管理员可借助 MPLS,根据业务需求和 SLA 定义 LSP,使语音和视频等特定类型的流量优先于电子邮件或文件传输等其他类型的流量。
  • 可扩展性:MPLS 具有高度可扩展性,可用于构建支持数千个端点的大型复杂网络。

MPLS 虽然有诸多优点,但也存在一些缺点,网络管理员应加以注意:

  • 僵化:要在新的分支机构部署全新 MPLS 服务,需要配置一条全新 MPLS 线路,这一过程可能需要 60 到 120 天的时间,而宽带互联网服务通常只需几天即可完成配置。此外,企业环境日益分散,很难在每个地点都安装一条 MPLS 线路。
  • 成本高昂:MPLS 价格昂贵,对于不需要高性能网络的小型组织来说,尤其如此。特别是随着语音和视频应用的使用日益广泛,组织需要不断增加带宽和连接速度,这往往会导致 MPLS 电路的扩展费用过于昂贵,超出组织的承受能力。
  • 云应用性能:在基于 MPLS 的传统网络架构中,IT 管理员必须将 SaaS 应用流量回传到数据中心进行安全检查,这严重影响了应用性能,而将 SaaS 流量直接从分支机构路由到云则更为高效。

MPLS 与 SD-WAN

与传统网络相比,MPLS 在开发之初具有诸多优势。然而,在数字时代,MPLS 却无法满足现代云架构和混合办公人员的灵活性和安全性需求。由于带宽需求不断增长,而带宽成本却居高不下,许多组织难以在使用 MPLS 网络的分支机构维持高水平的服务。此外,将关键业务应用迁移到云时也遇到了瓶颈,因为必须将互联网流量路由回数据中心进行安全检查。

通过虚拟化网络连接,SD-WAN 可以绑定多个链路,包括 MPLS、宽带互联网和 5G,从而增加网络带宽。SD-WAN 在整个结构中使用加密 IPsec 隧道,确保数据传输安全。该解决方案还能实时监控网络状况,进行快速调整。如果发生降压或停电,它会自动切换到其余链路,从而提高可靠性。

高级 SD-WAN 甚至可以用宽带互联网取代原有的 MPLS 线路,减少宽带链路中的抖动和丢包影响,进而降低成本。这是通过 FEC(前向纠错)自动重建丢失的数据包来实现的。该解决方案还可以通过 TCP 协议加速和数据缩减技术进行广域网优化,克服地理距离造成的延迟影响。

借助应用首包识别技术,SD-WAN 可以自动分离互联网流量,实现对云架构的支持,无需将互联网流量回传到企业数据中心。在 SASE 架构中,受信任的 SaaS 流量被直接发送到云,而不受信任的流量则被定向送往云安全服务(安全服务边缘,即 SSE)。SD-WAN 的虚拟实例也可直接部署到 AWS、Microsoft Azure 和 Google Cloud 等云提供商,从而创建从边缘到云的全面解决方案,提供可预测的应用性能。最后,除 SD-WAN 外,高级 SD-WAN 还可提供各种功能,如集成路由器、下一代防火墙、广域网优化,从而帮助组织淘汰分支机构的原有设备。高级 SD-WAN 采用集中式编排,可以通过零接触配置在几分钟内自动配置和更新网络和安全策略,大大简化了运营。

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