为了解决目前以Internet为主的IP主干网络所面临的问题，由IETF提出了多协议标记交换(MPLS)。MPLS能在主干网上大大提高IP的转发性能，并提供业务分类(CoS)以及QoS保证。MPLS可以用在现有的相当一部分主干ATM网上，在这些网络上实现高性能的IP业务。
IETF提出的多协议标记交换与标记交换相似，它给数据包加上标签，通过定长短标签与转发方向的映射关系来进行数据包的转发。与传统IP转发不同，MPLS不需要对数据包头中的目的地址进行最长匹配，只需用较为简单的算法对标签进行匹配检索，从而可以提高转发效率，这种标签的匹配运算也可以使用具有类似功能的交换硬件来完成，如ATM交换网络。当MPLS用于ATM网络时，可以实现高效的IP转发，并不需要传统IPoA的地址解析过程，它属于IP和ATM融合的集成模型。

MPLS网络结构示意图

MPLS是属于第三层交换技术，在引入了基于标记机制后，它把选路和转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径。MPLS网络是由核心部分的标签交换路由器(LSR)、边缘部分的标签边缘路由器(LER)组成。LSR的作用可以看作是ATM交换机与传统路由器的结合，由控制单元和交换单元组成；LER的作用是分析IP包头，用于决定相应的传送级别和标签变换路径(LSP)。MPLS网络如图所示。
LSR就是实现MPLS功能的ATM交换机，LER可以是具有MPLS功能的ATM交换机，也可以是具有MPLS功能的路由器。标记交换的工作过程分三步进行，一是由LDP(标记分布协议)和传统路由协议(OSPF等)一起，在LSR中建立路由表和标记映射表。二是LER接收IP包，完成第三层功能，并给IP包加上标记；在MPLS出口的LER上，将分组中的标记去掉后继续进行转发。三是LSR对分组不再进行任何第三层处理，只是依据分组上的标记通过交换单元对其进行转发。