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MPLS --- 多协议标签交换
包交换
影响包交换效率的因素
标签交换
包交换的优化过程
MPLS --- 多协议标签交换
包交换
数据组成数据包,在网络中的各个节点传递,最终到达目标 ---路由转发的过程
影响包交换效率的因素
1,查两张表 --- 路由表和ARP缓存表
2,路由表的匹配原则 --- 最长匹配原则
3,递归查找
4,IP包头可边长 --- 则只能通过软件进行处理
标签交换
在二层封装和三层封装之间,添加一个和路由条目存在映射关系的标签,之后,维护一张记录对应关系和转发接口的表,之后,携带标签的数据来到设备上,将先看到标签,之后基于维护的表进行转发,而不再看三层发IP数据。--- 因为标签本身短小且定长,所有,转发效率会高于包交换。 --- 但是,由于标签交换过程需要由压入标签和弹出标签的动作,所以,整体对包交换效率的提升并不明显。
包交换的优化过程
1,进程交换:最早期的包交换 --- 就是每个数据包来到设备都需要去基于目标IP查看路由表及ARP缓存表来进行转发。
2,快速包交换:基于流的包交换 --- 一次路由多次交换 --- 只有第一个数据包需要执行包交换的过程
3,思科的特快交换(Cisco Express Forwading)--- CEF --- 对路由表和ARP缓存表中的内容进行预读取(路由表中需要递归查找的先递归好)记录在CEF表中。并且这个CEF表可以支持硬件处理。
虽然CEF是思科的私有技术,但是,各个厂商结合原理也都开发出了自己的特快交换技术。华为设备在进行数据转发时,就查看的不是路由表,而是FIB表(转发信息数据库),该表支持硬件处理转发。
mpls其实就是和包交换结合共同发展的标签交换技术。 --- 因为标签生成需要识别三层协议,而MPLS称为多协议标签交换,因为他可以识别和兼容多种三层协议。
MPLS主要应用的领域:
1,用来解决BGP的路由黑洞
2,MPLS VPN
3,MPLS TE --- 流量工程 --- 可以简单理解为控制流量转发的路径。
MPLS域。域中所有运行MPLS的设备都可以被称为LSR(标签交换路由器)。
这个标签是每台路由器基于自己路由表中的路由条目生成的,是路由器的个人行为。
FEC --- 等价转发类
LIB表 --- 标签信息表
LFIB表 --- 标签信息转发表 --- LIB表和FIB表结合的产物 --- 主要记录的就是标签编号和出接口及下一跳的对应关系。
在整个过程中,所有MPLS域中的LSR除了自己针对某个FEC生成的标签外还需要获取其他LSR对相同FEC分配的标签。
包交换
控制层面:路由协议的数据流的流动方向,目的是为了获取未知网段的路由信息,生成路由表。
数据层面:基于设备已完善的路由表(FIB),来转发具体的数据到达目标网段。其方向正好和控制层面相反。
标签交换
控制层面:基于FEC分配标签,并且获取其他LSR对相同FEC分配的标签。记录在本地LIB表中,再结合FIB表生成LFIB表。(控制层面的功能可以通过静态手工配置来完成,也可以通过动态协议来完成 --- LDP协议:标签分发协议。)
数据层面:设备基于LFIB表,根据标签进行转发。
结合上面的图来分析:
R1这台设备为进入MPLS域中的数据压入标签,所以,这样的设备我们称为 --- 入站LSR(Ingress LSR)
在这个过程中,R2完成了一次标签的置换动作,这样的LSR我们称为 --- 中转LSR(transit LSR)
R4是MPLS域的一个边界,完成的是标签的弹出动作,这样的LSR我们称为 --- 出站LSR(egress LSR)
整个数据层面数据流动的路径为R1 - R2 - R3 - R4,我们把这条路径称为LSP --- 标签交换路径
LSP是分方向的,如果需要实现数据的双向互通,则必须搭建两个方向的LSP才行。LSP的搭建方法 --- 静态,动态LDP
LABEL --- 20位 --- 取值范围为0 ~ 2 的20次方。我们把标签的取值范围称为标签空间,每台设备的标签空间是独立了。
0 ~15 --- 特殊标签值,我们在分配时一般不用这些标签,因为他们具有特殊含义
16 ~ 1023 --- 一般用于静态LSP搭建使用
1023 ~ 2 的20次方 --- LDP等可以动态分配标签的协议使用的标签号的范围
EXP --- 占3位 --- 主要做策略用的。一般情况下为 000 ,可以理解为优先级,数值越大,优先级越高,可以优先转发。
S --- 占1位 --- 栈底位 --- 我们把标签头部组成有序序列称为标签栈 --- 该位为1,则代表是最后一个标签,为0,则代表还有后续标签需要处理。
TTL --- 占8位 --- 相当于讲TTL值换了个位置进行计数,作用和目的都是一样的。