文章目录

  • 前言
  • MPLS概述
  • MPLS基本网络结构
  • MPLS体系结构
  • MPLS包头结构
  • 抓包现象
  • LSP建立过程
  • LSP建立方式
  • 静态LSP
  • 动态LSP
  • LSP会话建立
  • LDP邻居发现
  • LDP邻居建立
  • 标签的发布方式
  • 标签的分配方式
  • 标签的保存方式
  • LDP建立LSP过程
  • MPLS数据转发过程
  • 特殊标签
  • 实验配置


前言

  在90年代中期，当时路由器技术的发展远远滞后于网络的发展速度与规模，主要表现在转发效率低下、无法提供QOS保证。原因是：当时路由查找算法使用最长匹配原则，必须使用软件查找；而IP的本质就是“只关心过程，不注重结果”的“尽力而为”。当时江湖上流行一种论调：过于简单的IP技术无法承载网络的未来，基于IP技术的因特网必将在几年之后崩溃。
  在各种方案中，IETF确定MPLS协议作为标准的协议。MPLS采用短而定长的标签进行数据转发，大大提高了硬件限制下的转发能力；而且MPLS可以扩展到多种网络协议（如IPv6，IPX等）。

MPLS概述

mpls协议格式 mpls协议配置_数据


  MPLS协议从各种链路层协议（如PPP、ATM、帧中继、以太网等）得到链路层服务，又为网络层提供面向连接的服务。MPLS能从IP路由协议和控制协议中得到支持，路由功能强大、灵活，可以满足各种新应用对网络的要求。

我们将分为以下两部分讲解MPLS协议：
  MPLS的基本结构；
  MPLS LSP的建立过程和数据的转发过程。

MPLS基本网络结构

mpls协议格式 mpls协议配置_网络_02


在MPLS网络中，路由器的角色分为两种：

  LER（Label Edge Router）： 在MPLS网络中，用于标签的压入或弹出，如上图中的RTB，RTD。

  LSR（Label Switched Router）：在MPLS网络中，用于标签的交换，如图中的RTC。

根据数据流的方向，LSP的入口LER被称为入节点（Ingress）；位于LSP中间的LSR被称为中间节点（Transit）；LSP的出口LER被称为出节点（Egress）。
  MPLS报文由Ingress发往Transit，则Ingress是Transit的上游节点，Transit是Ingress的下游节点；同理，Transit是Egress的上游节点，Egress是Transit的下游节点。
  MPLS作为一种分类转发技术，将具有相同转发处理方式的报文分为一类，称该类报文为一个FEC（Forwarding Equivalent Class）。
  FEC的划分方式非常灵活，可以是以源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议类型或VPN等为划分依据的任意组合。

MPLS体系结构

mpls协议格式 mpls协议配置_数据_03


控制平面：负责产生和维护路由信息以及标签信息。

  路由信息表RIB（Routing Information Base）：由IP路由协议（IP Routing Protocol）生成，用于选择路由。

  标签分发协议LDP（Label Distribution Protocol）：负责标签的分配、标签转发信息表的建立、标签交换路径的建立、拆除等工作。

  标签信息表LIB（Label Information Base）：由标签分发协议生成，用于管理标签信息。

转发平面：即数据平面（Data Plane），负责普通IP报文的转发以及带MPLS标签报文的转发。
  转发信息表FIB（Forwarding Information Base）：从RIB提取必要的路由信息生成，负责普通IP报文的转发。
  标签转发信息表LFIB（Label Forwarding Information Base）：简称标签转发表，由标签分发协议建立LFIB，负责带MPLS标签报文的转发。

MPLS路由器上，报文的转发过程：
  当收到普通IP报文时，查找FIB表，如果Tunnel ID为0x0，则进行普通IP转发；如果查找FIB表，Tunnel ID为非0x0，则进行MPLS转发。
  当收到带标签的报文时，查找LFIB表，如果对应的出标签是普通标签，则进行MPLS转发；查找LFIB表，如果对应的出标签是特殊标签，如标签3，则将报文的标签去掉，进行IP转发。

MPLS包头结构

mpls协议格式 mpls协议配置_mpls协议格式_04

MPLS标签封装在链路层和网络层之间，可以支持任意的链路层协议，MPLS标签的长度为4个字节，共分4个字段：
  Label：20bit，标签值域；
  Exp：3bit，用于扩展。现在通常用做CoS（Class of Service），当设备发生阻塞时，优先发送优先级高的报文；
  S：1bit，栈底标识。MPLS支持多层标签，即标签嵌套。S值为1时表明为最底层标签；
  TTL：8bit，和IP报文中的TTL（Time To Live）意义相同。
标签空间是指标签的取值范围。标签空间划分如下：
  0～15：特殊标签。如标签3，称为隐式空标签，用于倒数第二跳弹出；
  16～1023：静态LSP和静态CR-LSP（Constraint-based Routed Label Switched Path）共享的标签空间；
  1024及以上：LDP、RSVP-TE（Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering）、MP-BGP（MultiProtocol Border Gateway Protocol）等动态信令协议的标签空间。

抓包现象

mpls协议格式 mpls协议配置_网络_05

LSP建立过程

LSP建立方式

mpls协议格式 mpls协议配置_数据_06

  静态LSP：用户通过手工方式各个转发等价类分配标签建立转发隧道；
  动态LSP：通过标签发布协议动态建立转发隧道；

静态LSP

特点:

  1）不使用标签发布协议，不需要交互控制报文，资源消耗较小；

  2）通过静态建立的LSP不能根据网络拓扑变化动态调整，需要管理员干涉；

  3）静态LSP适用于拓扑结构简单并且稳定的网络;

mpls协议格式 mpls协议配置_IP_07


  如图所示拓扑，MPLS网络中有一个100.1.1.1/32的用户，静态为该路由建立一条LSP，配置过程如下：

  配置LSR ID用来在网络中唯一标识一个MPLS路由器。缺省没有配置LSR ID，必须手工配置。为了提高网络的可靠性，推荐使用LSR某个Loopback接口的地址作为LSR ID。

mpls lsr-id lsr-id 			//配置本节点的LSR ID

  如果要修改已经配置的LSR ID，必须先在系统视图下执行undo mpls命令。
  执行undo mpls命令会删除所有MPLS配置，导致MPLS业务中断。因此，请配置前对网络中每个LSR的LSR ID进行统一规划，避免出现修改LSR ID的情况。

使能MPLS

system-view
 mpls	//进入MPLS视图
 	interface interface-type interface-number 	//配置需要转发MPLS报文的接口
    	mpls 		//使能接口的MPLS，默认情况下，接口的MPLS能力处于未使能状态

动态LSP

  动态LSP：动态LSP通过LDP协议实现对FEC的分类、标签的分配及LSP的建立和维护等操作；

特点：

  1）、组网配置简单，易管理与维护；

  2）、支持基于路由动态建立LSP，网络拓扑变化时，可以及时反映网络情况；

mpls协议格式 mpls协议配置_mpls协议格式_08

如图所示拓扑：
  1）、Egress路由器RTD为本地存在的路由分配标签，并将路由和标签的绑定关系主动发送给上游邻居路由器RTC；
  2）、路由器RTC收到下游邻居路由器RTD的路由和标签的绑定关系后，将其记录到LIB中，并将自己分配的标签和路由的绑定关系发送给上游邻居路由器RTB；
  3）、RTB执行相同的动作将标签和路由的绑定关系发送给上游邻居路由器RTA，RTA为Ingress路由器，没有上游邻居，因此动态的LSP完成建立；

LSP会话建立

LDP邻居发现

mpls协议格式 mpls协议配置_mpls协议格式_09


  当两台设备使能了MPLS和MPLS LDP后，LSR通过周期性（5S）地发送Hello消息表名自己的存在，这个消息是封装在UDP报文中，源目端口都为646，该消息的目的IP地址为组播IP地址224.0.0.2（224.0.0.2是所有路由器或者三层交换机都会监听的）。

  LDP的Hello消息中，携带有Transport Address字段，该字段与设备配置的LSR ID一致，利用Hello里面的Transport ID来建立三次握手。

  传输地址较大的一方作为主动方，发起TCP连接。RTB作为主动方发起TCP连接，RTA作为被动方等待对方发起连接。

LDP邻居建立

LDP协议主要使用四类消息：
  发现（Discovery）消息：用于通告和维护网络中邻居的存在，如Hello消息。
  会话（Session）消息：用于建立、维护和终止LDP对等体之间的会话，如Initialization消息、Keepalive消息。
  通告（Advertisement）消息：用于创建、改变和删除FEC的标签映射，如Address消息、Label Mapping消息。
  通知（Notification）消息：用于提供建议性的消息和差错通知。

mpls协议格式 mpls协议配置_IP_10

LDP邻居建立过程如图所示：
  1）、两个LSR之间互相发送Hello消息，Hello消息中携带传输地址，双方使用传输地址建立LDP会话。
  2）、传输地址较大的一方作为主动方，发起TCP连接，如图所示，RTB作为主动方发起TCP连接，RTA作为被动方等待对方发起连接。
  3）、TCP连接建立成功后，由主动方RTB发送初始化消息，协商建立LDP会话的相关参数。LDP会话的相关参数包括LDP协议版本、标签分发方式、Keepalive保持定时器的值、最大PDU长度和标签空间等。
  4）、被动方RTA收到初始化消息后，如果RTA接受相关参数，则发送初始化消息，同时发送Keepalive消息给主动方RTB。如果被动方RTA不能接受相关参数，则发送Notification消息终止LDP会话的建立。
  5）、主动方RTB收到初始化消息后，接受相关参数，则发送Keepalive消息给被动方RTA。如果主动方RTB不能接受相关参数，则发送Notification消息给被动方RTA终止LDP会话的建立。
  6）、当双方都收到对端的Keepalive消息后，LDP会话建立成功。LDP会话建立成功后，进行FEC的创建与标签的分发。

标签的发布方式

  1）、DU（Downstream Unsolicited，下游自主方式）华为设备默认采用DU的方式发布标签；
  DU方式可以直接向邻居分配标签。在网络拓扑发生变化时，采用DU方式可以快速反应为新的拓扑分发标签，收敛时间相对于DoD方式较短；

  2）、DoD（Downstream on Demand，下游按需方式）配置DoD的标签发布方式 ；

  DoD方式需要邻居发送请求标签后，才会为其分发标签；

mpls协议格式 mpls协议配置_数据_11


如图所示拓扑：

  采用DU方式分发标签，对于目的地址为100.1.1.1/32的分组，下游RTD（Egress）通过标签映射消息主动向上游RTC（Transit）通告自己主机路由100.1.1.1/32的标签；

  采用DoD方式分发标签，对于目的地址为100.1.1.1/32的分组，上游RTC（Transit）向下游发送标签请求消息，下游RTD（Egress）收到标签请求消息后，才会向上游发送标签映射消息；

标签的分配方式

  1）、Independent（独立标签分配控制方式）：本地LSR可以自主地分配一个标签绑定到某个IP分组，并通告给上游LSR，而无需等待下游的标签；

  2）、Ordered（有序标签分配控制方式）：只有当该LSR已经具有此IP分组的下一跳的标签，或者该LSR就是该IP分组的出节点时，该LSR才可以向上游发送此IP分组的标签。目前设备只支持Ordered；

mpls协议格式 mpls协议配置_封装_12

如图所示拓扑：
采用Independent方式：
  如果标签发布方式为DU，且标签分配控制方式为Independent，则RTC（Transit）无需等待下游RTD（Egress）的标签，就会直接向上游RTB分发标签。
  如果标签发布方式为DoD，且标签分配控制方式为Independent，则发送标签请求的RTB（Transit）的直连下游RTC（Transit）会直接回应标签，而不必等待来自下游RTD（Egress）的标签。

采用Ordered方式：
  如果标签发布方式为DU，且标签分配控制方式为Ordered，则RTC（Transit）只有收到下游RTD（Egress）的标签，才会向上游RTB分发标签。
  如果标签发布方式为DoD，且标签分配控制方式为Ordered，则发送标签请求的RTB（Transit）的直连下游RTC（Transit）只有收到下游RTD（Egress）的标签，才会向上游RTB分发标签。

标签的保存方式

标签的保持方式：
  Liberal（自由标签保持方式）：对于从邻居LSR收到的标签映射，无论邻居LSR是不是自己的下一跳都保留。
  Conservative（保守标签保持方式）：对于从邻居LSR收到的标签映射，只有当邻居LSR是自己的下一跳时才保留。

当网络拓扑变化引起下一跳邻居改变时：

  使用自由标签保持方式，LSR可以直接利用原来非下一跳邻居发来的标签，迅速重建LSP，但需要更多的内存和标签空间。

  使用保守标签保持方式，LSR只保留来自下一跳邻居的标签，节省了内存和标签空间，但LSP的重建会比较慢。

mpls协议格式 mpls协议配置_封装_13


  如图所示：路由表中，RTB通过RTD到达100.1.1.1/32的路径最优，RTB从RTC收到分配给100.1.1.1/32的标签处理方式有以下两种：

  一是RTB保留从RTC收到的标签信息，二是RTB不保留从RTC收到的标签信息，前者称为Liberal方式，后者称为Conservative方式。

LDP建立LSP过程

  IGP协议负责实现MPLS网络内路由可达，为FEC的分组提供路由；

  LDP协议负责实现对FEC的分类、标签的分配以及LSP的建立和维护等操作；

mpls协议格式 mpls协议配置_封装_14

如图所示拓扑，LDP动态建立LSP的过程如下：
  1）、RTD上存在100.1.1.1/32的主机路由，因为RTD是Egress节点，所以直接向自己上游邻居RTC发布100.1.1.1/32与标签的绑定关系；
  2）、RTC收到下游邻居RTD分配的100.1.1.1/32与标签的绑定关系后，将标签记录在自己的LIB表中，并向上游邻居RTB发布100.1.1.1/32与标签的绑定关系，同时RTC查看自己IP路由表中到达100.1.1.1/32的下一跳是否为RTD，如果IP路由表中的下一跳为RTD，则RTC使用RTD分配的标签封装到达100.1.1.1/32的数据；如果IP路由表中的下一跳不是RTD，则RTC保留RTD分配的标签作为备用标签；
  3）、RTB收到下游邻居RTC分配的100.1.1.1/32与标签的绑定关系后，执行与RTC相同的动作；
  4）、RTA收到下有邻居RTB分配的100.1.1.1/32与标签的绑定关系后，查看自己IP路由表中到达100.1.1.1/32的下一跳是否为RTB，如果IP路由表中的下一跳为RTB，则RTA使用RTB分配的标签封装到达100.1.1.1/32的数据；如果IP路由表中的下一跳不是RTB，则RTA保留RTB分配的标签作为备用。因为RTA为Ingress，最终到达100.1.1.1/32的LSP完成建立。

基本配置

mpls lsr-id lsr-id 		//配置本节点的LSR ID
mpls 					//使能全局MPLS功能，并进入MPLS视图；
	mpls ldp 				//使能全局的LDP功能，并进入MPLS-LDP视图；
		interface interface-type interface-number 		//进入需要建立LDP会话的接口视图；
			mpls  				//使能接口的MPLS能力；
			mpls ldp 			//使能接口的MPLS LDP能力。

MPLS数据转发过程

  在MPLS网络中，数据包在每台路由器上根据已分配的标签进行标签的封装和转发；

  分析数据包到达Egress节点RTD上怎么处理？如果MPLS网络中业务量很大，Egress节点的处理方式有何不妥？

mpls协议格式 mpls协议配置_封装_15

如图所示拓扑，MPLS数据转发过程如下：
  1）、RTA上收到访问100.1.1.1/32的数据包，如果数据包为普通的IP报文，则查找FIB表，因为Tunnel ID为非0x0，封装已分配的标签1027进行MPLS转发；如果数据包为带标签的报文，查找LFIB表，封装已分配的标签1027进行MPLS转发；
  2）、RTB收到RTA发送的带标签1027的报文，查找LFIB表，封装已分配的出标签1026进行MPLS转发给RTC；
  3）、RTC收到RTB发送的带标签1026的报文，查找LFIB表，封装已分配的出标签1025进行MPLS转发给RTD；
  4）、RTD收到RTC发送的带标签1025的报文，查找LFIB表，出标签为Null，表明数据包已经到达Egress节点，所以路由器将数据包的标签信息去掉，并对数据包进行三层处理，查找IP路由表发现100.1.1.1/32的路由为自己本地的路由，根据IP路由表中的出接口进行IP数据的封装并转发。
  如果MPLS网络中的业务量很大，则每次数据包在Egress节点都要进行两次处理才能进行正确的路由转发，这样会导致Egress节点的处理压力增加，路由器的处理性能降低。我们希望在Egress节点上只处理一次就能将数据包正确转发，以提高Egress的转发性能，所以提出了PHP技术。

特殊标签

3标签：别名为PHP（Penultimate Hop Popping，倒数第二跳弹出），具体过程如下：
  RTC收到RTB发送的带标签1026的报文，查找LFIB表，发现分配的出标签为隐式空标签3，于是执行弹出标签的动作，并将IP数据包转发给下游路由器RTD；
  RTD收到RTC发送的IP报文，直接查找自己的FIB表，根据FIB表中的出接口进行IP数据的封装并转发；

0标签
  0标签：别名IPv4 Explicit NULL Label（显示空标签0）表示该标签必须被弹出（即标签被剥掉），且报文的转发必须基于IPv4；

实验配置

本实验模拟BGP路由黑洞，用MPLS解决黑洞问题；

mpls协议格式 mpls协议配置_mpls协议格式_16


1）、AS200内部配置OSPF，进程1，区域0，RID手动配置L0地址，宣告接口地址，使用通配符0.0.0.0；

#
R2
#
ospf 1 router-id 2.2.2.2
	area 0
		network 2.2.2.2 0.0.0.0
		network 23.1.1.2 0.0.0.0
#
R3
#
ospf 1 router-id 3.3.3.3
	area 0
		network 3.3.3.3 0.0.0.0
		network 23.1.1.3 0.0.0.0
		network 34.1.1.3 0.0.0.0
#
R4
ospf 1 router-id 4.4.4.4
	 area 0
	 	network 34.1.1.4 0.0.0.0
#

2)、建立BGP邻居关系；
R2/4使用L0建立ibgp关系；
R1/2，R4/5分别使用物理接口建立ebgp邻居；
R1宣告1.1.1.1/32，R5宣告5.5.5.5/32，起源属性‘i’；

R1

bgp 100
	peer 12.1.1.2 as-number 200
	network 1.1.1.1 255.255.255.255

R 2

bgp 200
	peer 4.4.4.4 as-number 200
	peer 4.4.4.4 connect-interface loopBack0
	peer 12.1.1.1 as-number 100
	peer 4.4.4.4 enable
	peer 4.4.4.4 next-hop-local

R5

bgp 300
	peer 45.1.1.4 as-number 200
	network 5.5.5.5 255.255.255.255

3)、配置MPLS LDP
AS200为MPLS域，在R2/3/4上配置LDP；
R2

mpls lsr-id 2.2.2.2.2
mpls
mpls ldp
interface g 0/0/1
	mpls
	mpls ldp

R3

mpls lsr-id 3.3.3.3
mpls
mpls ldp
interface g 0/0/1
	mpls
	mpls ldp
interface g 0/0/0
	mpls 
	mpls ldp

R4

mpls lsr-id 4.4.4.4
mpls
mpls ldp
interface g 0/0/0
	mpls
	mpls ldp

4）、R2/4上配置命令，使得BGP路由可以‘借用’下一跳地址的标签
route recursice-lookup tunel
5）、在R1ping -a 1.1.1.1 5.5.5.5 使用 display mpls lsp 查看R2/4lsp