BGP之MPLS

一、出现背景

MPLS是一种多协议标签交换技术，和帧中继网络是同一个时代的产物，在网络发展初期，路由器交换数据并不像现在那么快，流量每次进入路由器都必须查询路由表，进行递归查询和最长匹配，这就需要花费大量的CPU内存去查找，耗费时间。

后来思科提出了CEF的概念，将原有的路由表中数据转换为FIB表，已经完成递归，可以被芯片直接调用，然后再产生一张ADJ表将出接口信息和ARP表进行结合直接转化为一张二进制表，我们知道，二进制是可以直接被硬件识别的，这样就大大提高了数据交换的速度。

CEF解决了数据转发速度的问题正是借鉴交换机的工作原理，交换机就是将目标信息直接对应到出接口进行转发，可以被硬件识别，CEF也是将路由信息直接对应到出接口，使得硬件可以直接转发。

现在我们来看BGP的路由黑洞问题，产生的根本原因是因为路由在传递过程中，BGP可以非直连建邻，路由可以在数据层面传递，但找不到控制层面回复的路由，所以导致不可达现象。那么仅依靠数据的正常转发肯定无法解决上述问题，所以MPLS提出了标签交换的概念：
通过启动CEF之后，该表可以直接被ASIC芯片调用，CEF解决了递归问题，MPLS在数据封装的时候，在IP报头和MAC报文之间再添加一层标签号，通过压入和弹出标签进行数据转发；

二、MPLS工作过程

控制层面：通过IGP或EGP交互路由条目，生成路由表，然后CEF基于路由表生成FIB表；MPLS使用TDP/LDP基于FIB表中的每一条信息(本地所有的路由条目)生成一个标签号，然后告知所有邻居；
该工作完成后路由器上生成：
0）路由表
1）FIB表—转信息数据库= CEF基于路由表生成
2）LIB表—标签信息数据库（本地和邻居关于所有学习到的路由条目生成的标签号）
3）LFIB表–标签转发信息数据库----将FIB表和LIB进行结合

数据层面：普通的数据包将基于FIB表转发；若数据包中存在标签号基于LFIB进行转发；标签的压入和弹出也是在数据层面完成的；

MPLS的工作过程：
当控制层面使用路由协议传递路由条目后，路由器上使用TDP/LDP为本地FIB表中每一条存在的路由条目均分配一个标签号，装载于LIB表中，同时传递给邻居，LIB中还记录邻居传递到本地标签号；之后路由器基于本地的FIB和LIB表生成LFIB—标签转发表—标签号的最佳路径对应；

LDP分配标签参考CEF表，把CEF表中所有的路由都会分配一个标签，形成一个叫binding表，标中有路由前缀以及本地分配的local binding，还会把从邻居收到的该路由的标签添加进去（remote-binding，邻居及邻居分配给该路由的标签）；

数据层面工作时，第一跳路由器负责标签的压入，中间路由器基于标签号转发流量，进行标签号的替换，最后一跳路由器负责标签的弹出；

注：入标签号为本地分配的标号，出标签为下一跳（下游）分配的标签号；
存在上下游路由器概念，基于数据层面定义；
最后一跳路由器在默认情况下需要查看LFIB表后再查看FIB表，然后转发数据；PHP可以使倒数第二跳在已知出接口、下一跳等信息时便将标签号弹出，然后基于出接口转发流量；导致最后一跳路由器仅查看FIB表；

最后一跳路由器，将本地直连路由传递给邻居时使用标号来告知对方为倒数第二跳；
非直连路由正常分配标签号；针对域外的非直连路由，域内的最后一跳路由器需要查询两张表；建议PE路由器直接连接用户，不再连接其他路由器；

注意：使用标签交换在查表时，路由前缀是严格匹配一致性的，且MPLS路由在传递过程中不能汇总，不能改变其位数（掩码长度），如果底层是ospf，那么ospf回环地址最好是32位的主机地址。

三、配置

1、r1(config)#interface s1/1
r1(config-if)#mtu ?
<64-17940> MTU size in bytes 修改接口MTU值，mpls为1504，mpls 为1508；

2、开启MPLS ----在标签号所有需要经过的接口上配置
r2(config)#interface s1/1
r2(config-if)#mpls ip 开启某个接口的MPLS协议

MPLS协议在工作时，存在两种封装：
1、TDP cisco私有 TCP/UDP 711 hello包基于UDP传输，标签信息基于TCP传输；
2、LDP 公有 TCP/UDP 646 hello包基于UDP传输，标签信息基于TCP传输；
Cisco ios 版本12.4（3）以下设备默认使用TDP，以上使用LDP；

r2(config)#mpls label protocol ? 修改封装协议
ldp Use LDP
tdp Use TDP (default)

协议开启后，邻居间使用hello包建立邻居关系，生成邻居表：
r2#show mpls ldp neighbor 存在RID，RID的选举规则同OSPF一致
注：RID同时作为了建立TCP会话的源目ip地址；若存在环回，那么默认使用环回作为RID，此时就必须将环回宣告到路由协议中–必须可达；
r2(config)#mpls ldp router-id serial 1/1 ? 修改RID为S1/1口的地址
force Forcibly change the LDP router id 立即生效

当邻居关系建立后，邻居间会将基于FIB表生成的标签号传递给邻居，保存于LIB表中：
r2#show ip cef detail 查看FIB表
r2#show mpls ldp bindings 查看LIB表

之后将LIB表和FIB表进行结合，生成LFIB表，基于该表格进行标签流量转发；
r2#show mpls forwarding-table