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VPLS（Virtual Private LAN Service，虛擬專用局域網服務）是在公用網絡中提供的一種點到多點的L2VPN業務。VPLS使地域上隔離的用戶站點能通過MAN（Metropolitan Area Network，城域網）或WAN（Wide Area Network，廣域網）相連，並且使各個站點間的連接效果像在一個LAN中一樣。
VPLS也稱TLS（Transparent LAN Service，透明局域網服務）或Virtual Private Switched Network Service（虛擬專有交換網絡服務）。
VPLS提供二層VPN服務。在VPLS中，用戶是由多點網絡連接起來，不同於傳統VPN提供的P2P（Point to Point，點到點）的連接服務。VPLS實際上就是在PE上創建一係列的虛擬交換機租借給用戶，虛擬交換機的組網和傳統交換機完全相同，這樣，用戶就可以通過MAN（Metropolitan Area Network，城域網）或WAN（Wide Area Network，廣域網）來實現自己的LAN（Local Area Network，局域網）。
l CE（Custom Edge）
直接與服務提供商相連的用戶邊緣設備。
l PE（Provider Edge）
服務提供商網絡上的邊緣設備，與CE相連，主要負責VPN業務的接入。它完成報文從私網到公網隧道，並從公網隧道到私網的映射與轉發。PE可以細分為UPE和NPE。
l UPE（User facing-Provider Edge）
靠近用戶側的PE設備，主要作為用戶接入VPN的彙聚設備。
l NPE（Network Provider Edge）
網絡核心PE設備，處於VPLS網絡的核心域邊緣，提供在核心網之間的VPLS透明傳輸服務。
l VSI（Virtual Switch Instance）
虛擬交換實例，通過VSI，可以將VPLS的實際接入鏈路映射到各條虛鏈接上。
l PW（Pseudo Wire）
虛鏈路，在兩個VSI之間的一條雙向的虛擬連接，它由一對單向的MPLS VC（Virtual Circuit，虛電路）構成。
l AC（Attachment Circuit）
接入電路，指連接CE與PE的鏈路，對應的接口可以是實際的物理接口，也可以是虛擬接口。AC上的所有用戶報文一般都要求原封不動的轉發到對端Site（站點）去，包括用戶的二、三層協議報文。
l QinQ（802.1Q in 802.1Q）
一種基於802.1Q封裝的隧道協議，能夠提供點到多點的L2VPN服務機製。它將用戶私網VLAN Tag封裝在公網VLAN Tag中，最終報文帶著兩層Tag穿越服務提供商的骨幹網絡，從而為用戶提供一種較為簡單的二層VPN隧道。
l Forwarders
轉發器，PE的一種。PE收到AC上送的數據幀，由轉發器選定轉發報文使用的PW，轉發器事實上就是VPLS的轉發表。
l Tunnel
隧道，用於承載PW，一條隧道上可以承載多條PW，一般情況下為MPLS隧道。隧道是一條本地PE與對端PE之間的直連通道，完成PE之間的數據透明傳輸。
l Encapsulation
封裝，PW上傳輸的報文使用標準的PW封裝格式和技術。PW上的VPLS報文封裝有兩種模式：Raw和Tagged模式。
l PW Signaling
PW信令協議，VPLS實現的基礎，用於創建和維護PW。PW信令協議還可用於自動發現VSI的對端PE設備。目前，PW信令協議主要有LDP和BGP。
圖 1為VPLS典型組網示意圖，圖中簡單顯示出以上所涉及的各基本概念。
圖 1 VPLS典型組網示意圖
VPLS通過MAC地址學習來提供可達性。每個PE設備會維護一張橋MAC地址表。
(1) 源MAC地址學習
MAC地址學習過程包含兩部分：
l 與PW關聯的遠程MAC地址學習
PW是由一對單向的VC LSP組成（隻有兩個方向的VC LSP都up才被認為PW是up的）。當在入方向的VC LSP上學習到一個原來未知的MAC地址後，需要PW將此MAC地址與出方向的VC LSP形成映射關係。
l 與用戶直接相連端口的本地MAC地址學習
對於CE上傳送的報文，需要將報文中的源MAC地址學習到VSI的對應端口上。
PE的MAC地址學習與泛洪過程如圖 2所示。
圖 2 PE的MAC地址學習與泛洪過程
(2) MAC地址回收
動態學習到的MAC地址必須有刷新和重學習的機製。在VPLS相關草案中提供一種動態學習的方法，即使用地址回收消息。地址回收消息中攜帶MAC TLV，收到這個消息的設備根據TLV中指定的參數進行MAC地址的刪除或者重新學習這些MAC地址。如果TLV中指定的MAC地址為NULL，則刪除此VSI下所有MAC地址，但不刪除收到這個消息的PW上學習到的MAC地址。
在拓撲結構改變時為了能快速移除MAC地址，可以使用地址回收消息。地址回收消息分為兩類：帶有MAC地址列表的和不帶MAC地址列表的。
如果在一條備份鏈路變為活動狀態後，收到帶有重學習MAC表項的通知消息，PE將更新VPLS實例的FIB表中對應的MAC表項，並將此消息發送給其他相關的LDP會話直連的PE。如果通知消息中包含空的MAC地址TLV列表，表示告知PE移除指定VSI中的所有MAC地址（從發送此消息的PE處學習到的MAC地址除外）。
(3) MAC地址老化
PE學習到的與VC標簽相關但是不再使用的遠程MAC地址需要有老化機製來移除。老化機製使用了MAC地址對應的老化定時器。在接收到報文並處理時，根據報文中的源MAC地址，如果這個源地址啟動了相應的老化定時器，則PE重置該老化定時器。
為了避免環路，一般的二層網絡都要求使能STP（Spanning Tree Protocol，生成樹）協議。但是對使用VPLS的用戶來說，不會感知到ISP的網絡，因此在私網側使能STP的時候，不能把ISP的網絡考慮進來。VPLS中，使用全連接和水平分割轉發來避免在ISP上使用VPLS私網側的STP協議。
VPLS環路避免的方法如下：
l PE之間邏輯上全連接（PW全連接），也就是每個PE必須為每一個VPLS轉發實例創建一棵到該實例下的所有其他PE的樹。
l 每個PE設備必須支持水平分割策略來避免環路，即PE不能在具有相同VSI的PW之間轉發報文（由於在同一個VSI中每個PE直連），也就是說，從公網側PW收到的數據包不再轉發到其他PW上，隻能轉發到私網側。
l 對於同一個VSI內的PE設備，可以通過手工配置來指定遠程PE地址，也可以通過其他的自動發現機製。目前，可以通過LDP和BGP來自動發現VSI對端PE，同時LDP和BGP這兩種協議也可以作為PW信令協議來創建PW。
l PW主要工作是分配一個多路複用分離標記（VC標簽），並將分配的VC標簽通告給對端PE。除了標簽的分發，PW信令協議還用於通告VPLS係統相關參數，例如PW ID、控製字和接口參數等。通過PW信令協議，可以在各PE之間建立全連接的PW，用於VPLS服務。
AC上的報文封裝方式由用戶的VSI接入方式決定。用戶接入方式可以分為兩種：VLAN接入和Ethernet接入。其含義如下：
l VLAN接入：CE發送給PE或PE發送給CE的以太網幀頭帶有一個VLAN Tag，該Tag是一個服務提供商網絡為了區分用戶而要求用戶壓入的“服務定界符”。我們把這個作為服務定界符的Tag稱為P-Tag。
l Ethernet接入：CE發送給PE或PE發送給CE的以太網幀頭中沒有服務定界符，如果此時幀頭中有VLAN Tag，則說明它隻是用戶報文的內部VLAN Tag，對於PE設備沒有意義。這種用戶內部VLAN的Tag稱為U-Tag。
至於用戶的VSI接入方式，可以使用配置的方式來指定。
PW上的報文封裝方式也可以分為兩種：Ethernet模式和VLAN模式。
l Ethernet模式下，P-Tag不在PW上傳輸：對於CE側的報文，如果收到帶有服務定界符的報文，則將其去除後再壓入兩層MPLS標簽後轉發；如果收到不帶服務定界符的報文，則直接壓入兩層MPLS標簽後轉發。對於PE側的下行報文，根據實際配置選擇添加或不添加服務定界符後轉發給CE，但是它不允許重寫或移除已經存在的任何Tag。
l VLAN模式下，PW上傳輸的幀必須帶P-Tag：對於CE側的報文，如果收到帶有服務界定符的報文，保留P-Tag，或者將P-Tag改寫為對端PE期望的VLAN Tag或者空Tag（Tag值為0），再壓入PW標簽和隧道標簽後轉發；如果收到不帶服務界定符的報文，則添加一個對端PE期望的VLAN Tag或空Tag後，再壓入PW標簽和隧道標簽後轉發。對於PE側的下行報文，根據實際配置選擇重寫、去除或保留服務界定符後轉發給CE。
根據協議規定，缺省情況下PW使用VLAN模式對報文進行封裝。
H-VPLS（Hierarchy of VPLS，分層VPLS），延伸服務提供商的VPLS接入範圍和降低成本。
l H-VPLS對MTU-s（(Multi-Tenant Unit switch，彙聚設備)的要求比較低，層次鮮明，分工明確。
l H-VPLS能夠減少PE全連接帶來的邏輯複雜度和配置管理的複雜度。
l H-VPLS的LSP方式接入
圖 3 H-VPLS的LSP方式接入
如圖 3所示，UPE作為彙聚設備MTU-s，它隻跟NPE1建立一條虛鏈接接入鏈路U-PW，跟其他所有的對端都不建立虛鏈接。
數據轉發流程如下：
(1) UPE負責將CE上送的報文發給NPE1，同時打上U-PW對應的多路複用分離標記（MPLS標簽）；
(2) NPE1收到報文後，先根據多路複用分離標記判斷報文所屬的VSI，再根據該報文的目的MAC壓入N-PW對應的多路複用分離標記，然後轉發該報文；
(3) NPE1從N-PW側收到報文後，打上U-PW對應的多路複用分離標記將報文發送給UPE，UPE再將報文轉發給CE。
如果CE1與CE2之間的數據交換為本地CE之間交換，由於UPE本身具有橋接功能，UPE將直接完成兩者間的報文轉發，而無需將報文上送給NPE1。不過對於目的MAC未知的第一個數據報文或廣播報文，UPE在將數據通過橋廣播到CE2的同時，仍然會通過U-PW轉發給NPE1，由NPE1來完成報文的複製並轉發到各個對端CE。
l H-VPLS的QinQ方式接入
圖 4 H-VPLS的QinQ方式接入
如圖 4所示，MTU為標準的橋接設備，數據轉發流程如下：
(1) 在CE接入端口使能QinQ，為收到的報文添加壓入VLAN Tag作為多路複用分離標記，在MTU與PE1之間通過QinQ隧道將報文透明傳輸到PE1上；
(2) PE1先根據報文攜帶MTU壓入的VLAN Tag判斷所屬的VSI，再根據該報文的目的MAC為其壓入PW對應的多路複用分離標記（MPLS標簽），然後將其轉發；
(3) PE1從PW側收到報文後，根據多路複用分離標記（MPLS標簽）判斷報文所屬的VSI，再根據用戶報文的目的MAC打上VLAN Tag通過QinQ隧道將報文轉發給MTU，由MTU將報文轉發給CE。
如果CE1與CE2之間的數據交換為本地CE之間交換，由於MTU本身具有橋接功能，MTU將直接完成兩者間的報文轉發，而無需將報文上送給PE1。不過對於目的MAC未知的第一個數據報文或廣播報文，MTU在通過橋廣播到CE2的同時，仍然會通過QinQ隧道轉發給PE1，由PE1來完成報文的複製並轉發到各個對端CE。
UPE與NPE之間隻有單條鏈路連接的方案具有明顯的弱點：一旦該接入鏈路出現故障，彙聚設備連接的所有VPN都將喪失連通性。所以，對於H-VPLS的兩種接入方式，都需要有冗餘備份鏈路存在，如圖 5和圖 6所示。
圖 5 LSP接入方式的冗餘保護
圖 6 QinQ接入方式的冗餘保護
在正常情況下，設備隻使用一條鏈路（主鏈路）接入。當主鏈路出現故障，即出現下列情況時，將啟用備用鏈路繼續提供VPN業務：
l PW經過的隧道被刪除，導致此PW的狀態變為down；
l 利用BFD協議等鏈路檢測機製，檢測到鏈路故障；
l PW對應的對等體間LDP會話down導致PW刪除。
Hub-Spoke是VPLS的一種組網應用方式。在這種組網方式下，存在一個中心節點（Hub站點）和多個接入節點（Spoke站點）。VPLS的Hub-Spoke組網中，Spoke-CE站點之間的數據必須通過Hub-CE站點進行交換，而不允許各個Spoke-CE站點之間直接進行數據交換。與中心站點或者接入站點相連的PE設備相應稱作Hub-PE或者Spoke-PE。
Hub-Spoke組網方式下所有接入站點之間的數據流量都需要通過中心站點，便於中心站點對數據流量的統一管理。
典型的Hub-Spoke組網如圖 7所示，其數據轉發流程如下：
(1) Spoke-PE 1接收到從接入站點Spoke-CE 1接收的數據報文，根據所屬的VSI，為報文壓入多路複用分離標記（MPLS標簽）然後轉發給指定的Hub-PE；
(2) Hub-PE從PW側收到報文後，根據多路複用分離標記（MPLS標簽）判斷報文所屬的VSI，將報文直接轉發給Hub-CE；
(3) Hub-CE具有二層轉發功能，將報文處理後重新轉發給Hub-PE；
(4) Hub-PE從AC側收到報文後，根據VLAN Tag判斷所屬的VSI，再根據該報文的目的MAC為其壓入PW對應的多路複用分離標記（MPLS標簽），然後將其轉發給Spoke-PE 2；
(5) Spoke-PE從PW側收到報文後，根據多路複用分離標記（MPLS標簽）判斷報文所屬的VSI，將報文轉發給對應的Spoke-CE 2。
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