MPLS

Multi Protocol label switching 多协议标签交换

 

MPLS最早由思科公司设计，是为了提高路由器的转发效率。因为早期没有硬件转发技术。

 

MPLS通过在IP包中插入一个标签，利用标签在路由器上转发IP包，而不再是查路由表转发，提高了转发效率。

 

MPLS可以支持非IP的技术，并且由于它是在二层和三层头之间插入一个标签，所以被称为2.5层技术

 

 

MPLS的其它应用：

1、MPLS-VPN

2、MPLS-TE

3、MPLS-QOS

 

MPLS的本质---MPLS实际上是一种分类转发的技术，它将具有相同转发处理方式（目的地相同、使用的转发路径相同、有相同的服务等级）的分组归为一类，这种类别就叫转发等价类。同一类的数据包在路由器上有相同的转发决定。

 

FEC（forwarding equivalence class 转发等价类）------就是具有相同特性的一类报文。其实就是一组按相同方式、经相同路径、每跳转发处理行为均一致的IP包。

 

FEC的缺点：要求所有的路由器上去往特定目的地的路由必须相同，prefix和mask必须完全一致。当然就不能在网络内做汇总了。

 

注意：在思科路由器上启用MPLS必须先启用CEF，因为要在CEF的FIB表中插入标签

 

 

几个名词：

Label Assign-------路由器为自已FIB中的路由分配标签

Label Distribute-------路由器将自已产生的标签分发给自已的邻居

 

LSP--------标签交换路径

 

LSR(标签交换路由器)-------只要路由器运行了MPLS，就成为LSR路由器

边界LSR路由器---------边界LSR路由器负责压标签和弹标签

 

 

MPLS分帧模式和信元模式(ATM中使用)两种

 

帧模式的MPLS就是在基于帧封装的接口上使用的MPLS

 

标签控制模式：

independent control(独立控制)：LSR出现FEC，立即与Label关联，不等待下游的LSR的Label,以最快速度建立LSP。

ordered control（有序控制）：上游LSR要等待下游LSR的Label，才能建立LSP。

 

标签分配模式：

downstream-on-demand（自主分发）:上游LSR通过Lable request向下游的LSR请求Label

unsolicited downstream（按需分发）:下游LSR自动将Label通知给邻居

 

标签保留方式：

Liberal Retention（自由保留）：LSR会保留所有LSR分配的Label

Conseviative Retention（保守保留）：LSR只保留下游LSR(最优的)分配的Label

 

MPLS的两种模式：

 

帧方式的MPLS使用"独立控制/自主分发/自由保留"，帧模式中一个标签32bit。

 

ATM（信元模式）的MPLS使用"有序控制/按需分发/保守保留"

 

per-platform

per-interface

 

标签字段的构成：

 

MPLS的标签共32bit，分为四个字段

 

Label     EXP      S    TTL

1~19    20~22     23   24~31

 

Label---------------------------------0~15号标签被保留，最小的可用标签是16

EXP(实验/优先级位)-----------类似Qos

S(栈底位)--------------------------MPLS可以打几层标签,此位置0表示本标签不是最后一个标签，置1表示本标签是最后一个标签

TTL----------------------------------这个一看就知道啦，就是将IP包头中的TTL移到这里

 

标签是打在二层帧头和三层IP包之间，所以MPLS也被称为2.5层技术

 

正常情况下，二层帧的TYPE字段是0x0800，表示上层是IP

在MPLS中，二层帧的TYPE字段是0x8847(单播包)，0x8848（组播包）

 

在以太帧中：type类型为ox8847 表示这是一个单播的标签帧

           type类型为0x8848  表示这是一个组播的标签帧

 

 

LSR（标签交换路由器）

 

LSR就是能够根据打在数据包上的标签进行3层包转发的MPLS节点

 

LSR必须能同时工作于控制层面和数据层面。控制平面主要负责交换路由选择信息，数据平面主要负责实际的包转发操作。在MPLS中，包转发操作基于标签。虽然每台LSR都有路由表，但路由表并不用来做常规的路由选择操作。

 

LSR分为两种：

1、内部LSR

2、边缘LSR

 

对标签的处理有四种方法--

1、PUSH         //压入，当数据进入MPLS Domain时压入标签

2、SWAP         //当MPLS Domain内的路由器由到打了标签的数据包时，交换标签  

3、POP          //弹出，当数据离开MPLS Domain时弹出标签

4、untagged     //表示弹出所有标签

 

LSP--label switching path    //标签交换路径

 

用户的边界网关通常标注为CE

SP的边界网关通常标注为PE，内部的路由器标注为P

 

 

传递标签所用的协议：

要实现标签交换，首先就要产生标签，并且在网络中将标签分发出去，用来产生标签，分发标签的协议有两种：

 

TDP---cisco专有标准,以广播地址发包，使用UDP711端口

LDP---标签分发协议，业界标准，基本上就是TDP一样的东东

 

 

两者的特点与区别：

 

TDP和LDP只能基于FIB表中的条目来打标签

只对IGP路由分标签，不对BGP路由分标签

 

TDP发现邻居用UDP-711端口，源目都是，建邻居用TCP-711，目的端口，源端口随机，以后发包都是TCP

LDP发现邻居用UDP-646端口，源目都是，建邻居用TCP-646，目的端口，源端口随机，以后发包都是TCP

 

TDP的hello包是发向广播地址

LDP的hello包是发向组播地址224.0.0.2

 

 

以下几个协议也可以分标签：

BGP：

   是对BGP路由分标签

MP-BGP：

   是对MPLS-VPN路由分标签

RSVP-TE：

   是对MPLS TE分标签

 

 

MPLS的运作过程

 

1、在MPLS区域中，每一台LSR首先要运行路由协议，形成路由表

2、接着运行LDP，之后LSR会为路由表中的每一个目的地分配一个标签，这些标签只有本地意义，并被存在LIB库中。

3、接着每一个LSR会向其邻接对等体通告自已的标签。

4、每一个LSR根据收到的标签（出标签）与自已发出的标签（出标签）关联起来，构成LFIB

5、收到的标签还会被插入FIB表，与目的网络关联起来。

 

注意：MPLS只为IGP路由分标签，不为BGP路由分标签，BGP路由使用下一跳地址的IGP标签来传递数据。

 

LIB-FIB-LFIB

 

注意LIB与FIB、LFIB的区别，重要

 

FIB                                              //CEF技术自动生成的表项，在MPLS中，FIB表会为每个目的地对应上标签。

LIB（标签信息库）                //路由条目和自已为路由所分配标签的对应表，还有邻居分配给我的标签。

LFIB（标签转发信息库）     //每一个入标签和下一跳以及出标签的对应表，是标签的转换表，所以叫标签转发表。

 

 

路由器会把LIB表中给每个路由条目分配的标签告诉自已的每一个邻居

同时路由器会把别人给的标签也放入LIB表

 

由此得出以下定理：

自已的入标签是分配给别人用的，自已的出标签是别人给我用的。

路由器会信任路由条目的下一跳给自已分配的标签,其实就是FIB表中的下一跳标签

 

        FIB on B

network     next-hop      interface

X                     C               47       去一个网络的下一跳

 

      LIB  on   B

network  LSR  label 

X                 C       47         自已分配出去的标签以及其它路由器给我的标签

 

   LFIB   on B

label    action    next-hot

  25        47          C          标签的转换表

      POP|PUSH

 

边界第一跳LSR路由器会查LIB表，最后一跳LSR路由器会查路由表进行转发。

内部的LSR路由器只会查LFIB表

 

上游和下游的概念是针对数据来说的：

数据包的源：upstream  上游

数据包的目地：downstream 下游（数据包的目地一定是路由的始发地）

 

MPLS网络的转发过程：

 

分三步：

 

1、在网络的入口边缘LSR（标签交换路由器）收到IP分组后，将分组归为某个转发等价类（FEC），并使用该FEC对应的出站标签标记该分组。对于基于目标的单播IP路由选择，FEC对应于一个目标子网，分组分类工作是对转发表执行传统的第三层查找。

 

2、核心LSR收到带标签的IP分组，并根据标签转发表，用相同的FEC对应的出站标签代替输入IP分组中的入站标签，也就是做标签交换。

 

3、当该FEC的出口边缘LSR收到标签分组后，它删除标签并对得到的IP分组执行传统的第三层查找。

 

PHP:倒数第二跳弹出

一个优化技术

在倒数第二跳就不再打标签，直接发给最后一个路由器，省得它再去查标签，去标签

最后一个路由器会发一个值为3（保留）的标签给自已的邻居，就是POP的意思

注意这个倒数第二跳是一个绝对的概念

实际上PHP就是---路由器对自已的直连路由，会向自已的邻居发送一个POP标签。

 

 

MTU值的修改

修改二层的MTU会影响三层的MTU（实际上以太网的MTU固定的，改不了）

修改三层的MTU不会影响二层的MTU

 

int s0

  mtu 2000        //修改二层的MTU，以太口的二层MTU是固定的，改不了

 

int e0

  ip mtu 1496    //修改三层MTU，不能超过二层的MTU

 

int e0

  mpls mtu 1504    //在以太网上用这一命令指定二层帧大小，=TAG标签+三层包的字节数，其实应该就是开启了对小巨帧的支持，这时允许二层的MTU超过1500

 

 

LDP介绍：

LDP协议很类似于动态路由协议，它会让路由器之间先建立邻居关系，然后针对路由条目产生标签，再将标签分发出去。

 

LDP的工作过程分几个阶段：

1、LDP的第一阶段：Discovery     //LDP发现邻居用UDP-646端口，源目端口一样

2、LDP的第二阶段：Sessions      //建邻居时目的端口用TCP-646，源端口随机，以后通信都是TCP

3、Keeplive                    //邻居建立好以后，只要发keeplive维持TCP连接即可

4、Notification

 

 

router-id

路由器运行LDP后，会自动产生一个router-id ,产生的规则如下：

 

router-id产生的顺序：

1、手工指定

2、如果没有手工指定，会自动选择IP最大的环回接口

3、如果没有环回接口，会自动选择IP最大的物理接口

 

 

transport-address  

 

transport-address类似于BGP中的更新源地址，在建立LDP的TCP连接时，是用双方的transport-address来建立的

 

当一台路由器运行LDP后，每个接口都会自动选择一个transport-address地址，然后使用这个地址去和邻居建立联系，两个邻居之间的transport-address必须可达，否则建立不了邻居关系。默认情况下，transport-address是使用LDP router-id。你也可以为接口指定一个transport-address。

 

LDP对等体之间建邻居关系时，一定是由地址大的一方去向地址小的一方发出连接来建立。

 

注意：transport-address每个接口可以不同，并且被用作transport-address的接口可以不运行LDP，只需UP即可，但必须peer可达。

 

在手工改动transport-address时，有可能还要把原来的接口down掉，否则可能改不过来

 

在hello包中有一个optional TLV:

Optional TLV:

   transport-address

 

 

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实验：配置MPLS

 

配置MPLS的几个步骤：

1、启用CEF

2、指定使用的标签分发协议    (可选)

3、MPLS LDP router-id lo0  （可选）

4、MPLS label range 200 299  （可选）

5、运行LDP

6、修改MTU值   (可选)

 

 

基本命令：

ip cef

int s0/0

  mpls ip               //在接口下启用MPLS

 

 

扩展命令：

rouer(config)#mpls label protocol ldp  //指定起用LDP(国际标准)

rouer(config)#mpls ldp router-id lo0

rouer(config)#mpls label range 200 299  //指定路由器分配标签的范围,需要重新建立TCP连接

int s1/1

  mpls ldp discovery transport-address interface //指定用自已接口IP做transport-address，这个地址是用来和邻居建邻居关系的地址，也可以指定用别的接口，默认每个接口会使用router-id的接口IP去做transport-address，来建邻居关系。

 

 

查询命令：

show mpls interfaces       //查看启用MPLS的接口

 

show mpls ldp neighbor     //查看LDP的邻居表

 

show mpls ldp bindings     //查看LIB表，LIB(TIB) 这里的TIB是cisco自已的叫法，其实就是LIB

 

show mpls forwarding-table    //查看标签转发表LFIB(TFIB)

 

show ip cef detail         //查看详细信息

 

 

注意：LFIB表中第二列显示POP tag表示只弹出顶层标签， untagged 表示弹出所有标签

                     

只会显示最优下一跳路由器分配的标签

 

 

show mpls ip binding       //可以直接看到一条路由的入标签和出标签 LIB

show mpls forwarding-table  查看LFIB

show ip cef                //查看FIB表

show ip cef 2.2.2.0        //查看FIB表中一条明细

show ip cef detail         //查看详细信息

show adjacency             

show adjacency detail

show mpls ldp discovery detail      //可看到transport-address

show mpls forwarding-talbe labels 304 detail

show mpls ldp parameters           //查看LDP的配置参数

show tag-switching tdp neighbor  原来在TDP中使用的命令

show mpls ldp neighbor 查看MPLS邻居