解决BGP的路由黑洞之BGP-MPLS解决方案(一)
BGP-MPLS解决方案
1.MPLS 发展-原理概述
- 1.1 MPLS 发展历程 -> 初试锋芒-加快转发速率
- 1.2 MPLS 发展历程 -> 风波再起-CEF
- 1.3 MPLS 发展历程 -> 重回巅峰-解决BGP路由黑洞
- VRF技术
2.MPLS的标签交换前提-LDP
- 2.1 LDP状态机
- 2.2 LDP标签分发机制
3.BGP-MPLS解决方案(原理版)
BGP-MPLS 是运营商最常用的一种手段，用于解决BGP的路由黑洞问题
MPLS类似一种专线，解决了大型企业在公司各站点间通过运营商进行通信的问题
本文主要通过分享一个案例来给大家详细的介绍BGP-MPLS
首先我们要知道MPLS是如何工作的->
1.MPLS发展-原理概述
1.1 MPLS 发展历程 -> 初试锋芒-加快转发速率
MPLS最初研发出来时不是用于解决BGP的路由黑洞问题的，而是用来解决TCP/IP路由器转发速率慢的问题
我们都知道路由表是通过多次匹配、递归查找，最长匹配原则来匹配相应的路由条目，这种查找是通过路由器CPU来进行计算查找，比较耗费时间，且CPU处理的不仅仅是查找路由条目这一个工作，而要达到快速的目的必须依靠其他硬件芯片，之后以CISCO代表的厂商研究出来一种芯片，但时间晚于MPLS
MPLS定义的一种标签转发规则，随着分配标签协议发展，现在出现一种共用的协议LDP
LDP： 主要工作就是分配标签，MPLS决定转发，MPLS协议本身比较简单，没有对路由路径进行多少判断，它的判断是根据其他协议的结果来做的，选路不是MPLS的强项，MPLS的强项在于转发机制，来弥补路由表的缺点
1.2 MPLS 发展历程 -> 风波再起-CEF
当MPLS发展正兴时：
以CISCO代表的厂商发明了一种东西叫做：
CEF(优化的路由表)
CEF=ARP表+路由表最长匹配结果+路由表递归结果
多次->一次 三元匹配原则，由TCAM芯片完成
当CEF表研发出来后，英雄无用武之地，CEF替代了MPLS实现了快速转发机制
1.3 MPLS 发展历程 -> 重回巅峰-解决BGP路由黑洞
但是MPLS提供的一种新形式的转发路径，基于标签转发，每一条路由条目都有一条独特的标签路径->符合隧道的一切特征(封装+洞口与洞尾)，用标签来形成一条隧道，此时人们发现BGP和MPLS是绝配，MPLS依据标签隧道很好的解决了BGP的黑洞问题，且MPLS没有算法，它只是一套转发机制，相对于路由协议来说，MPLS只是占用一定比例的带宽资源，对路由器几乎没有计算上的压力
VRF
之后又出现一种技术，又将MPLS推上顶峰，这种技术叫做VRF(Virtual Routing Forwarding,虚拟路由转发)
我们都知道在交换网络中，有一种技术叫做VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)，它的作用是划分广播域，可以说用来分割CAM表，而VRF产生出来是为了划分路由表，也可以说是划分路由器，一个路由器中可以存在多个VRF，每个VRF中都有自己独立的VRF路由表，这样就将路由器的路由表分割开来，而彼此之间不互相影响
VLAN间通信使用Trunk干道，那么VRF间通信使用什么呢？
2. MPLS的标签交换前提-LDP
MPLS只负责标签交换的过程，而LDP协议是为MPLS服务的，它为路由条目分发标签，供MPLS进行交换，接下来我们介绍一下LDP-标签分发协议
2.1 LDP状态机
因为MPLS是建立在LDP之上的，所有我们首先先了解LDP，路由器要分配标签，那么路由器之间必然存在关系，LDP与大多数路由协议类似，需要建立邻居关系，建邻必然存在状态机(规定每个阶段完成什么样的任务)
- init： UDP 646端口，组播地址224.0.0.2，组播发送hello，收集对端Router-id参数
- Open-sent/Recived： Open-sent是主动发出hello进入的状态，Open-Recived是接收到对端的hello进入的状态，在此状态，通过TCP 646端口建立TCP连接，发送keeplive报文
- Operational： TCP连接完成，进入保活状态，邻居关系建立
- Non-Existent： TCP连接超时、收到init之外其他消息，超时发送NAK消息都会进入该状态
识别对端Router-id，通过TCP 646端口建立TCP连接，启用LDP协议，底层必须有着路由协议的支撑，且Router-id必须为回环口
之后通过Update报文，将为路由条目所分配的标签发送给各邻居
2.2 LDP标签分发机制
上游对下游分发标记，及控制层里面的路由通告的方向最佳标签产生过程
LDP分配标签时参考的为CEF表，CEF表中所有的路由都分配一个标签，形成一个binding表(Cisco通过show mpls ldp binding查看)
- Binding表 = 路由前缀 + 本地分配标签(local binding) + 从邻居收到的关于该路由的标签(remote binding)
- Remote binding表 = 邻居的Router-id + 邻居为该路由条目分配的标签
该binding可以理解为LDP的数据库，类似于EIGRP/OSPF路由协议的拓扑表
标签断裂
在此处路由前缀一定是严格匹配一致性的
10.1.1.0/24
10.1.1.1/24
10.1.1.0/24 包含了10.1.1.1/24，但是在LDP中，完全不一样，在此处，会分配不同的标签
比如在OSPF，当我们将回环口起为/24位时，会出现问题，因为在OSPF中，其他路由器学到的路由条目是打O /32位的，此时如果启用LDP协议，本地为/24为分配标签，邻居为/32为分配标签，此时在邻居binding表中，会存在两条掩码不同的路由前缀的binding表，不会产生标签交换的过程，进而不能进行通信，所以在启用LDP时，我们底层如果使用回环口建邻，回环口必须定义成/32位
也就是说MPLS中路由在传递过程中不能汇总，不能该表其位数(掩码)，如果底层为OSPF的回环地址最好写成32位主机地址
3.BGP-MPLS解决方案(原理版)
如下图所示，这是我们来简单的介绍一下MPLS是如何打破BGP黑洞的一个案例，这个案例只为了说明怎样去解决黑洞问题，在之后的博文中，会为大家介绍更为复杂、更趋于真实环境的案例
R1路由器
- R1底层OSPF，使用环回地址建邻，loopback 0口1.1.1.1/32
- R1 BGP，BGP AS100，使用环回0口与R4建立IBGP邻居关系，宣告环回1口10.1.1.1/32
- R1 LDP，定义标签分发范围100-199
- R1 启用MPLS
**loopback 0口**
R1(config)#interface loopback 0
R1(config-if)#ip address 1.1.1.1 255.255.255.255
R1(config-if)#exit
**loopback 1口**
R1(config)#interface loopback 1
R1(config-if)#ip address 10.1.1.1 255.255.255.255
R1(config-if)#exit
**R1-R2直连**
R1(config)#interface s3/0
R1(config-if)#ip address 10.1.12.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shutdown
R1(config-if)#exit
**底层OSPF**
R1(config)#router ospf 1
R1(config-router)#router-id 1.1.1.1
R1(config-router)#exit
R1(config)#interface loopback 0
R1(config-if)#ip ospf 1 area 0
R1(config-if)#exit
R1(config)#interface s3/0
R1(config-if)#ip ospf 1 area 0
R1(config-if)#exit
**BGP**
R1(config)#router bgp 100
R1(config-router)#bgp router-id 1.1.1.1
R1(config-router)#neighbor 4.4.4.4 remote-as 100
R1(config-router)#neighbor 4.4.4.4 update-source loopback 0
R1(config-router)#neighbor 4.4.4.4 next-hop-self
R1(config-router)#network 10.1.1.1 mask 255.255.255.255
R1(config-router)#exit
**定义标签分发范围**
R1(config)#mpls label range 100 199
**定义LDP建邻Router-id**
R1(config)#mpls ldp router-id loopback 0 force
**启用MPLS**
R1(config)#interface s3/0
R1(config-if)#mpls ip
R1(config-if)#exit
R1(config)#
R2路由器
- R2底层OSPF，使用环回地址建邻，loopback 0口2.2.2.2/32
- R2 LDP，定义标签分发范围200-299
- R2 启用MPLS
**loopback 0口**
R2(config)#interface loopback 0
R2(config-if)#ip address 2.2.2.2 255.255.255.255
R2(config-if)#exit
**R1-R2直连**
R2(config)#interface s3/1
R2(config-if)#ip address 10.1.12.2 255.255.255.0
R2(config-if)#no shutdown
R2(config-if)#exit
**R2-R3直连**
R2(config)#interface s3/0
R2(config-if)#ip address 10.1.23.1 255.255.255.0
R2(config-if)#no shutdown
R2(config-if)#exit
**OSPF**
R2(config)#router ospf 1
R2(config-router)#router-id 2.2.2.2
R2(config-router)#exit
R2(config)#interface loopback 0
R2(config-if)#ip ospf 1 area 0
R2(config-if)#exit
R2(config)#interface s3/1
R2(config-if)#ip ospf 1 area 0
R2(config-if)#exit
R2(config)#interface s3/0
R2(config-if)#ip ospf 1 area 0
R2(config-if)#exit
**定义标签分发范围**
R2(config)#mpls label range 200 299
**定义LDP建邻Router-id**
R2(config)#mpls ldp router-id loopback 0 force
R2(config)#exit
**启用MPLS**
R2(config)#interface s3/1
R2(config-if)#mpls ip
R2(config-if)#exit
R2(config)#interface s3/0
R2(config-if)#mpls ip
R2(config-if)#exit
R2(config)#
R3路由器
- R3底层OSPF，使用环回地址建邻，loopback 0口3.3.3.3/32
- R3 LDP，定义标签分发范围300-399
- R3 启用MPLS
**loopback 0口**
R3(config)#interface loopback 0
R3(config-if)#ip address 3.3.3.3 255.255.255.255
R3(config-if)#exit
**R2-R3直连**
R3(config)#interface s3/1
R3(config-if)#ip address 10.1.23.2 255.255.255.0
R3(config-if)#no shutdown
R3(config-if)#exit
**R3-R4直连**
R3(config)#interface s3/0
R3(config-if)#ip address 10.1.34.1 255.255.255.0
R3(config-if)#no shutdown
R3(config-if)#exit
**OSPF**
R3(config)#router ospf 1
R3(config-router)#router-id 3.3.3.3
R3(config-router)#exit
R3(config)#interface loopback 0
R3(config-if)#ip ospf 1 area 0
R3(config-if)#exit
R3(config)#interface s3/1
R3(config-if)#ip ospf 1 area 0
R3(config-if)#exit
R3(config)#interface s3/0
R3(config-if)#ip ospf 1 area 0
R3(config-if)#exit
**定义标签分发范围**
R3(config)#mpls label range 300 399
**定义LDP建邻Router-id**
R3(config)#mpls ldp router-id loopback 0 force
R3(config)#exit
**启用MPLS**
R3(config)#interface s3/1
R3(config-if)#mpls ip
R3(config-if)#exit
R3(config)#interface s3/0
R3(config-if)#mpls ip
R3(config-if)#exit
R3(config)#
R4路由器
- R4底层OSPF，使用环回地址建邻，loopback 0口4.4.4.4/32
- R4 BGP，BGP AS100，使用环回0口与R1建立IBGP邻居关系，宣告环回1口10.4.4.4/32
- R4 LDP，定义标签分发范围400-499
- R4 启用MPLS
**loopback 0口**
R4(config)#interface loopback 0
R4(config-if)#ip address 4.4.4.4 255.255.255.255
R4(config-if)#exit
**loopback 1口**
R4(config)#interface loopback 1
R4(config-if)#ip address 10.4.4.4 255.255.255.255
R4(config-if)#exit
**R3-R4直连**
R4(config)#interface s3/1
R4(config-if)#ip address 10.1.34.2 255.255.255.0
R4(config-if)#no shutdown
R4(config-if)#exit
**底层OSPF**
R4(config)#router ospf 1
R4(config-router)#router-id 4.4.4.4
R4(config-router)#exit
R4(config)#interface loopback 0
R4(config-if)#ip ospf 1 area 0
R4(config-if)#exit
R4(config)#interface s3/1
R4(config-if)#ip ospf 1 area 0
R4(config-if)#exit
**BGP**
R4(config)#router bgp 100
R4(config-router)#bgp router-id 4.4.4.4
R4(config-router)#neighbor 1.1.1.1 remote-as 100
R4(config-router)#neighbor 1.1.1.1 update-source loopback 0
R4(config-router)#neighbor 1.1.1.1 next-hop-self
R4(config-router)#network 10.4.4.4 mask 255.255.255.255
R4(config-router)#exit
**定义标签分发范围**
R4(config)#mpls label range 400 499
**定义LDP建邻Router-id**
R4(config)#mpls ldp router-id loopback 0 force
**启用MPLS**
R4(config)#interface s3/1
R4(config-if)#mpls ip
R4(config-if)#exit
R4(config)#
测试
以上配置完成之后，BGP的路由黑洞打通，10.1.1.1 和 10.4.4.4 之间可以互相通信
在R1上我们可以看到，4.4.4.4与10.4.4.4的CEF表中，下一跳出接口和标签都一致，意味着，此时R1与10.4.4.4进行通信使用的为4.4.4.4的标签路径，也就是说4.4.4.4和10.4.4.4共用一条标签路径，而在启用MPLS之后，R2与R3值通过标签交换进行数据转发，不去看路由表，当数据到达R4之后，脱去标签查本地路由表从而到达10.4.4.4
同理R4与10.1.1.1通信原理一致，那么此时就用MPLS解决了BGP的路由黑洞问题
