- ATM (Asynchronous Transfer Mode)：是面向连接的、信令驱动的技术，是过去宽带综合业务数字网的核心，试图统一承载语音、数据和视频，它像一个极其精密的“铁路系统”，每列火车（信元）必须走固定轨道（虚电路）。
- IP (Internet Protocol)：是无连接的、尽力而为的“数据报”技术，是互联网的基石，它像一个极其灵活的“公路系统”，每个包裹（数据包）自己决定路线,但可能会堵车或丢失。
- MPLS (Multiprotocol Label Switching)：是介于两者之间的“多协议标签交换”技术，它吸收了ATM的面向连接和快速转发的优点，但又运行在IP等无连接的网络之上，为IP数据包打上“标签”，像在“高速公路”上行驶，实现了高速、智能的转发。
ATM (Asynchronous Transfer Mode) 交换技术
ATM 是一种面向连接的、信令驱动的、采用固定长度信元（Cell）的交换技术。
（图片来源网络，侵删）
核心特点：
- 面向连接：在数据传输之前，必须通过信令协议（如 Q.2931）在源和目的之间建立一条虚电路，这条虚电路在整个传输过程中是独占的,保证了服务质量。
- 固定长度信元：所有数据都被分割成 53字节 的固定长度信元。5字节是信头，48字节是载荷。
- 优点：这使得硬件交换可以非常快速和简单，因为交换机只需根据固定的信头位置进行查找和转发，无需处理变长数据包,大大降低了交换延迟和复杂性。
- 缺点：对于短小的数据包（如一个TCP ACK），也会占用一个完整的信元，造成巨大的填充开销（Payload Overhead）。
- 统计复用：多条虚电路可以共享同一物理链路，ATM交换机通过信头中的 VPI/VCI (Virtual Path Identifier / Virtual Channel Identifier) 来区分不同的连接,实现动态带宽分配。
- 服务质量 保证：由于是面向连接的，ATM可以为不同的业务类型（如CBR、VBR、UBR）分配不同的带宽和优先级，非常适合对延迟、抖动敏感的语音和视频业务。
工作原理：
- 建立连接：发送端通过信令协议请求建立到接收端的虚电路。
- 分配标签：网络中的每个交换机为这条虚电路分配一个入标签和出标签，形成标签交换路径。
- 数据传输：数据被打包成信元，每个信元的信头都带有VPI/VCI标签。
- 交换转发：交换机收到信元后，只需快速查找VPI/VCI表，确定出端口和新的VPI/VCI值，然后转发出去，整个过程非常快,类似于硬件二层交换。
地位与现状：
ATM技术非常成熟和可靠，但其复杂的信令、高昂的设备成本和针对IP的低效性，使其在20世纪90年代末逐渐被更简单、更便宜的IP技术所取代，ATM已基本退出核心网络，只在一些特定的、遗留的运营商网络或DSLAM接入设备中还能看到其身影。
IP (Internet Protocol) 技术
IP 是互联网的基石，是一种无连接的、数据报型的网络层协议。
核心特点：
- 无连接：IP数据报（Packet）是独立传输的，每个数据报都包含完整的源地址和目的地址，路由器为每个数据报独立选择下一跳,同一个会话的多个数据包可能走不同的路径。
- 尽力而为：IP协议本身不保证数据包的顺序、不丢失、不重复也不保证延迟,可靠性由上层的TCP协议或应用层来保证。
- 变长数据包：IP数据包的长度是可变的，从几十字节到几万字节不等。
- 优点：传输效率高,没有填充浪费。
- 缺点：路由器处理变长数据包比处理固定长度信元要复杂,转发延迟相对较高。
- 三层路由：IP工作在网络层（OSI第三层），路由器通过查询路由表（基于IP地址）来决定数据包的转发路径。
工作原理：
- 封装：上层协议（如TCP）的数据段被封装到IP数据包中。
- 路由查找：路由器收到IP数据包后,需要解析出目的IP地址。
- 最长前缀匹配：路由器在庞大的路由表中查找与目的IP地址最长匹配的路由条目，以确定下一跳地址和出接口,这是IP转发性能的瓶颈。
- 转发：将数据包从指定的接口转发出去。
地位与现状：
IP技术是当今网络世界的绝对主宰，它的简单、灵活和可扩展性使其构建了庞大的全球互联网，其“尽力而为”的特性和对性能路由的依赖,使其在提供有保障的QoS和高速转发方面存在天然挑战。
MPLS (Multiprotocol Label Switching) 多协议标签交换
MPLS 是一种“2.5层”或“多层”技术,它将IP路由的灵活性与ATM交换的高效性结合起来。
（图片来源网络，侵删）
核心特点：
- 控制平面与数据平面分离：
- 控制平面：使用标准的IP路由协议（如OSPF, BGP）来建立网络拓扑和路由表。
- 数据平面：使用标签进行转发,与IP路由协议无关。
- 面向连接的转发：在MPLS网络中，数据包的转发路径被称为标签交换路径，LSP是在数据传输前通过信令协议（如LDP, RSVP-TE）预先建立好的。
- 标签交换：MPLS路由器（称为标签交换路由器 LSR）不再根据复杂的IP地址进行最长前缀匹配，而是根据短小、定长的标签进行精确匹配和快速转发，这极大地提高了转发速度,甚至可以用硬件实现线速转发。
- 集成多种服务：MPLS本身不提供QoS，但它可以轻松承载具有QoS要求的流量（如通过MPLS流量工程TE或差分服务DiffServ），它还能承载多种网络层协议，故称“多协议”。
- 关键应用：
- MPLS VPN：利用标签为不同客户的流量在公共网络上建立逻辑上完全隔离的虚拟专网,是企业互联的黄金标准。
- 流量工程：通过RSVP-TE等信令协议，可以精确地规划LSP路径，绕开拥塞链路，实现负载均衡,优化网络资源利用率。
- 服务质量：通过不同的标签或EXP字段（现改为TC字段）来标记数据包的优先级,实现有差别的服务。
工作原理：
- 入节点：网络边缘的标签交换路由器在进入MPLS网络时，为IP数据包打上一个或多个标签，形成标签栈。
- 核心节点：核心LSR收到标签数据包后，只需根据最外层标签查找标签转发信息库，得到新的标签和出端口，然后弹出旧标签，压入新标签（标签交换），直接转发出去，整个过程非常快,无需查看IP包头。
- 出节点：在MPLS网络的出口，LSR弹出最后一个标签，恢复成普通的IP数据包,继续进行IP路由转发。
| 特性 | ATM (异步传输模式) | IP (互联网协议) | MPLS (多协议标签交换) |
|---|---|---|---|
| 工作层次 | 数据链路层 & 网络层 | 网络层 (OSI Layer 3) | 介于2-3层，常被称为2.5层 |
| 连接方式 | 面向连接 | 无连接 | 面向连接（通过LSP） |
| 转发单元 | 固定长度信元 (53B) | 变长数据包 | 标签数据包（IP包+标签） |
| 寻址方式 | VPI/VCI (虚路径/虚信道标识符) | IP地址 | (Label) |
| 转发基础 | VPI/VCI交换 | IP路由表最长前缀匹配 | 标签转发信息库精确匹配 |
| QoS能力 | 天生强大，通过CBR/VBR等参数 |
（图片来源网络，侵删）
