深入理解MPLS，和你一起详谈MPLS标签和动作！
写在前面：本人是一名计算机系大二的学生，正在备考HCIE R&S,会不定时的将我的学习笔记分享给大家！如果需要更多的学习资源可以通过我的GitHub自行下载！
MPLS
-
使用标签的进行数据转发
-
ATM技术是虽然没有成功，但还是
-
label大师，吸取了ATM的精华，定义在
2.5层
-
multi-protocol label switching，多协议标签交换 -
一种根据
标签转发的技术 -
可以承载在各种链路层协议上，如ppp、ATM、帧中继、以太网
-
可以承载各种网络层报文，如ipv4、ipv6
-
采用
无连接的控制平面，实现路由信息的传递和标签的分发（类似于tcp、udp） -
采用
面向连接的数据平面。实现报文在建立标签转发路径上传送（有lsp）
应用场景
vpn（virtual private network，虚拟专用网）TE（traffic engineering，流量工程）QOS（quality of service ，服务质量）
MPLS VPN应用
- 基于mpls vpn，将不同私有网络的不同分支联结起来，形成一个统一的网络。网络时延降到最低。
MPLS TE应用
- 动态控制网络的流量和网络单元的负载，实时调整管理参数，路由参数和资源约束。优化网络，避免不均的拥塞。
网络及体系架构
| 属于 | 备注 |
|---|---|
| LER | label edge router，标签边缘路由器，入门弟子。负责标签的压入和弹出 |
| LSR | label switch router，标签转发路由器，入室弟子，负责标签的交换 |
| LSP | label switch path，标签交换路径，到达同一目的地的地址在mpls网络中经过的路径，lsp是一个单向路径，与数据流方向一致 |
| FEC | forwarding equivalentclass，转发等价类，具有相同特征的报文，在转发过程中被lsp以相同的方式处理。fec划分灵活，可以是sip\dip\smac\dmac\protocol-type\vpn等划分的任意组合 |
入接点、中间节点和出节点
- lsp是一个单向节点路径，lsp中的lsr可以分为
| 术语 | 备注 |
|---|---|
入节点，ingress |
lsp的起始节点，一条lsp只能有一个ingress，压入一个新的标签，封装成mpls报文进行转发 |
中间节点，transit |
lsp的中间节点，一条lsp可能有多个transit，，查找标签转发信息表，通过标签交换完成mpls转发 |
出节点，egress |
lsp的为节点，一条只能有一个。弹出标签，恢复原来的io报文进行相应的转发 |
体系架构
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控制平面
产生和维护路由信息以及标签信息- 路由信息表（RIB）：有ip路由协议生成，用于选择路由
- 标签分发协议（LDP)：负责标签的分配、转发信息表的建立、标签交换路径的建立、拆除
- 标签信息表（LIB）：由标签分发协议生成，用于管理标签信息。
数据平面
- 转发信息表FIB：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）：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。
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报文结构
-
routed：被路由，ip、http包
-
routing：路由，ospf（ip=89）、bgp（tcp 179）
-
相辅相成
字段
| 字段 | 备注 |
|---|---|
label |
20bit，用于报文转发 |
exp（experimental use） |
3bit，用于承载ip报文中的优先级（qos） |
s （bottom of stack） |
1bit，栈底，表明是否多个，（标签可以多层嵌套） |
TTL |
8bit，类似于ip头部的ttl，用于防止环路 |
-
标签（label）：较短，定长，只偶遇本地有意义，用于标识去往同一目的地址的报文
标签空间 备注 0-15 特殊保留标签，如3（隐式空标签，用于PHP） 16-102 静态lsp和静态CR-LSP共享标签空间 1024以上 LDP、REVP-TE\MP-BGP等动态协议的标签空间
**标签多嵌套：对于一个lsr来说，只处理第一个（最顶层）便签**
标签转发行为
- push、SWAP、POP
lsp的建立
-
mpls需要为报文实现分配好标签，建立一条lsp，才能进行报文转发
-
lsp仅本地有效，lsp和数据流方向一致，lsp和便签分配方向相反
| 方式 | 备注 |
|---|---|
| 静态 | 同归手动方式为各个FEC分配标签建立转发隧道 |
| 动态 | 通过标签发布协议动态建立转发隧道 |
静态LSP
-
适用于结构简单稳定的小心网络
-
上游节点出标签=下游节点入标签
动态LSP
- 标签由下游lsp分配，按下游到上游的方向分发
转发过程
-
tunnel id：为了给使用隧道的上层应用（如vpn、路由管理）提供统一的接口、系统自动为隧道分配了一个id，也成为tunnel id，长度2 bit，只是本地有效。
-
LNHFE ：
next hop label forwarding entry，下一跳标签转发项- 用于指导mpls报文的转发
- 包括：tunnel id、出接口、下一跳、出标签、标签操作类型等信息
- fec到一组NHLFE的映射成为FTN(FEC-TO-NHKFE)
- FIB表中tunnel id值不为
0x0的表项，能够获取FIN的详细信息 - FIN只在lngreess存在
-
ILM：
incoming label map，入标签映射- 入标签到一组下一跳标签转发表项的映射
- 包括：tunnel id、入标签、出标签、标签操作类型等信息
- ILM在transit节点的作用是将标签和NHLFE绑定
- 通过标签索引ILM表，就相当于使用目的的io地址查询FIB，能够得到所有的标签转发信息
环路检测机制
| 机制 | 备注 |
|---|---|
| igp环路检测机制 | rip、odpf各自的防环机制 |
TTL环路检测机制 |
帧模式的mpls中使用TTL，信元模式的mpls中无TTL，使用ldp环路检测机制 |
| ldp环路检测机制 | 距离向量法，最大跳数法 |
mpls对TTL的处理模式
| 术语 | 备注 |
|---|---|
| uniform | mpls TTL 和ip TTL相互同步，中间节点只处理mpls tll |
| pipe | mpls TTL设置为固定值，ip TTL只在入节点和出节点分别减1 |
- pipe可以隐藏mpls ip ttl的内部细节
TTL环路检测
- 递减
LDP环路检测
| 机制 | 备注 |
|---|---|
| 距离向量法 | lsr发送标签请求时添加自己的lsr id，如果收到的lsr发现了袭击的lsr id，丢弃 |
| 最大跳数法 | lsr发送标签请求时，更新hop count，如果到达预设的最大值，丢弃 |
静态LSP配置
- vrp没有缺省的lsr id，必须手工配置，保证唯一。推荐使用loopback接口ip，如果要修改lsr id ，必须执行
undo mpls（会导致mpls业务中断）
配置命令
| 命令 | 备注 |
|---|---|
mpls lsr-id x.x.x.x |
配置lsr id |
mpls |
开启mpls，全局和接口 |
static -lsp ingress lsp1 \ destination x.x.x.x xx \ nethop x.x.x.x out-label xxx \ static transit lsp1 |
配置节点静态lsp |
static -lsp transit lsp1 \ incoming-interface xxx int-label xx \ nexhop x.x.x.x out-label xxx |
配置中间节点静态lsp |
static-lsp egress lsp1 \ incoming-interface g0/0/0 \ in-label xxx |
配置出节点静态lsp |
dis mpls static-lsp |
验证今天lsp |
ping lsp ip x.x.x.x xx |
测试静态lsp |
静态lsp实验
- 开启出接口需要开启代理arp
- 抓包看包头
LDP
-
标签的产生
-
label distribution protocol，标签分发协议，RFC5036 -
在LSR之间建立
LDP session（LDP会话） -
建立了LDP session的两台设备称为
LDP PEERS（ldp邻居\对等体）
消息类型
- 封装在UDP或TCP之上，
端口号=646
| 类型 | 备注 | 协议 |
|---|---|---|
discovery |
发现，发现、维护邻居（hello） | UDP |
session |
会话，会话的建立、维护、终止（lnitialization、keepalive） | TCP |
advertisement |
宣告，创建、改变、删除fec的标签映射（address、label mapping） | TCP |
notification |
通知，告警和错误消息、。 | TCP |
LDP发现机制
| 机制 | 备注 |
|---|---|
| LDP基本发现机制 | 发现直连邻居，使用组播，周期性的发送ldp link hello，建立本地ldp会话 |
| LDP扩展发现机制 | 发现非直连邻居，使用单播，周期性的发送ldp target hello，建立远端ldp会话 |
LDP邻居发现过程
- hello消息中，携带有
transport address（传输地址）字段，该字段默认与设备配置的lsr id 一致，表明与对端建立邻居关系所使用的ip地址（保证路由可达）
便签发布和管理
| 术语 | 备注 |
|---|---|
| 标签发布方式 | DU\DOC |
| 标签分配控制方式 | odered、independent |
| 标签保持方式 | liberal、conservative |
上游和下游
- 针对转发方向而言
标签发布方式
label advertisement mode，
| 类型 | 备注 |
|---|---|
| DU | downstream unsolicited，下游自主。 |
| DOD | distribution on demand，下游按需 |
| PS | 华为思科默认是采用DU，因为topo变化时，可以快速反应为新的topo分发标签 |
标签分配控制方式
label distribution control mode，为路由前缀邓培标签的前提条件。标签设备自动随机生成
| 类型 | 备注 |
|---|---|
| independent | 独立，lsr可以主动分配，无需等下游标签 |
| ordered | 有序，lsp只有收到下游的标签后才能分配标签 |
| ps | 华为默认使用ordered，cisco默认 independent |
标签保持模式
-
label retention mode如何保留从邻居收到的标签 -
liberal：自由
- 保留邻居所有的标签，无论自己还是下一跳
-
conservative:保守
- 只保留来自下一跳邻居的标签
-
PS:华为和cisco摩尔恩都采用liberal
组合
- DU+ORD+LIB，缺省方式
- DOD+ORD+CON
- DU+IND+LIB
- DOD+IND+CON
PHP
-
倒数第二跳弹出，penultimate hop popping -
在最后一条节点，标签没有使用价值，这种情况下，在倒数第二条节点处标记弹出，减少诸侯一跳的负担
特殊保留标签
| 标签 | 备注 |
|---|---|
| 标签3 | 隐式空标签，implicit-null，通知倒数第二跳路由移除顶层标签（注意：标签3永远不会出现在mpls报文的标签栈中） |
| 标签0 | 显式空标签，explicit-null，通知路由器直接弹出标签 |
| os | 在实施qos是，最后一跳必须携带exp位，因此标签不能被弹出，需要配置显式空标签，此时分配给特定路由器的标签值为0并传递给ldp邻居 |
LDP命令
LDP配置（华为）
| 命令 | 备注 |
|---|---|
| mpls lsr-id xxxx | 配置lsr id |
| mpls | 开启mpls，全局和接口 |
| mpls ldp | 开启ldp，全局和接口 |
| mpls ldp remote-peer | 创建亚UNDAU你邻居 |
| remote-ip xxxx | 配置远端邻居ip |
| mpls ldp transport-address interface \ 接口 | 配置传输地址 |
| label advertise explicit-null、implicit-null、non-null | 配置PHP，默认支持PHP |
| mpls ldp advertisement dod、du | 配置标签发布模式，默认为DU |
| undo ttl propagate | 配置mpls ttl的处理模式为pipe模式 |
| lsp-trigger all、host、ip-prefix名称 | 配置LSP触发策略，默认host即 32位主机路由 |
| reset mpls ldp | 重启LDP |
| dis mpls ldp \ dis mpls ldp peer \ dis mpls ldp remote-peer \ dis mpls ldp interface \ dis mpls ldp sesion | 检查命令 |
问题
问题一
mpls环境下的bgp路由
- mpls默认不会为bgp路由分配标签，但是会为bgp路由的下一跳分配标签
- bgp中的路由条目是相当多的，因此通过mpls，可大大简化路由器的性能损耗，bgp的transit AS 的路由黑洞也得到了很好的解决。
问题二：路由汇总对mpls的影响
- 路由汇总将原先的LSP分割成两段
- 看似没有问题，但是在LSP环境下就有问题，入 mpls vpn ，TE
问题三：LDP与IGP同步
- igp和ldp都认可某条链路为待转发报文的出站链路
由于LDP的收敛依赖于IGP的收敛，即LDP的收敛速度比IGP的收敛速度慢，存在主备链路汇总的问题- 主链路故障，lsp流量丢失
- igp正常运行，但主节点ldp会话发生故障，lsp流量丢失
解决方法
开启LDP和IGP同步
- 原理：预支igp发布正常路由，保证ldp和igp同步完成收敛
- 定义了3个定时器，5个状态
命令（华为）
| 命令 | 备注 |
|---|---|
| ospf/isis ldp-sync | 接口模式下开启 |
| ospf timer ldp-sync hold-down value | 配置同步保持时间 |
命令（cisco）
| 命令 | 配置 |
|---|---|
| mpls ldp sync | 路由协议模式下开启 |
| no mpls ldp igp synv | 接口模式下单独关闭 |
| mpls ldp igp sync holddown msecs | 配置同步保持时间 |
口模式下开启 |
| ospf timer ldp-sync hold-down value | 配置同步保持时间 |
命令（cisco）
| 命令 | 配置 |
|---|---|
| mpls ldp sync | 路由协议模式下开启 |
| no mpls ldp igp synv | 接口模式下单独关闭 |
| mpls ldp igp sync holddown msecs | 配置同步保持时间 |
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