MPLS:多协议标签交换

MPLS:多协议标签交换—基于标签进行路由—ISP使用
包交换：依赖报文中的IP地址进行数据转发
标签交换：基于2.5层的标签号进行数据转发；
MPLS—多协议—无论网络层运行何种协议，2.5均可运行标签交换；

包交换的技术：
1、原始的路由-----流量进入路由器后，路由器基于目标IP地址查询路由表，再基于目标ip
或下一跳ip查询ARP来获取对端mac
2、natflow -----一次路由多次交换-----传统的路由；当流量进入路由器后查询完路由表及ARP后，生成cache；再之后相同IP间的互访仅基于cache查询；
3、CEF—快速交换—cisco私有—无需路由直接交换----将路由器表和ARP表转换为FIB（路由表）和ADJ（ARP）表，FIB和ADJ均为二进制表，实际使用时被结合；
FIB—转发信息数据库-----目标ip地址及出接口—解决递归
ADJ—邻居表-----源目MAC
当下的主要应用：
1）解决BGP的路由黑洞问题 2）MPLS VPN 3）MPLS TE（流量工程）

使用MPLS的前提是设备基于CEF工作：
1）启动CEF后，表格可以被ASIC（硬件芯片）直接调用
2）CEF解决了递归的问题，便于MPLS生成标签转发表格
3）CEF工作后生成FIB表，只有FIB可以存储标签表，路由器的普通路由不能插入其他任何参数；

控制层面：交互路由信息；进行标签号的分发；
数据层面：根据路由表转发用户数据报文；基于标签号进行数据转发；

控制层面：通过IGP或EGP交互路由条目，生成路由表和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：
1）FIB表—转信息数据库
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；

MPLS的数据封装于2层和3层间，故称为2.5层

MPLS的数据包格式：

前20位为标签号：存在2^20个号码，其中0-15号保留；
21-23位为8个优先级，用于QOS；
25-32位TTL----当标签号被压入时，将复制3层报头的TTL值，然后每经过一个路由器减1，当标签号弹出时，复制回IP报头中；

第24位为栈底位—为1标示本信息为最后一层标签信息；最多可以存在3层标签；

一层标签为普通MPLS，主要用于解决BGP的路由黑洞；
二层标签为MPLS VPN使用；
三层标签为MPLS TE使用；

使用MPLS后，二层若依然为以太网封装，那么类型号将变化：
0x8847 MPLS单播
0x8848 MPLS 多播

名词注解：
1.MPLS domain–MPLS工作的范围
2.LSR（P路由器）：标签交换路由器 查看数据包中的标签号然后基于LFIB表进行转发
3.Edge LSR（PE路由器）：边界标签路由器；在数据层面时，MPLS 域的第一跳路由器负责标签的压入，最后一跳负载弹出；
4.CE 客户端路由器，不工作于MPLS域，使用FIB表转发流量；

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；
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，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；

MPLS的优化： PHP次末跳 -----倒数第二跳；默认执行
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3来告知对方为倒数第二跳；
非直连路由正常分配标签号,故非直连路由在域内的最后一跳路由器上依然需要查询两张表；

注：pop 标示仅弹出最上层标签—仅仅只是倒数第二跳； untagged 弹出所有标签—意味了离开MPLS domain；

配置：
1、单播路由协议–RIP/EGRP/OSPF、ISIS
2、CEF
3、开启MPLS ----在标签号需要经过的接口上
4、（可选，建议配置）–修改MTU值； 链路两端一致；
普通MPLS–1504 MPLS VPN–1508 MPLS TE-1512
r1(config)#interface s1/1
r1(config-if)#mtu ?
<64-17940> MTU size in bytes 修改接口MTU值

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
重启设备后生效

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 本地及所有邻居分配的标签号

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

使用普通的MPLS来解决BGP的路由黑洞问题：
MPLS将为FIB表中的路由条目分配标签号；但通过BGP学习的条目不分配；而是在访问BGP目标时，压入到达下一跳地址的标签号，来通过中间未运行BGP协议的网络到达下一跳处；

MPLS VPN：
VPN：虚拟专用网络
MPLS VPN：ISP配置，客户端透明；通过公网来传递私网路由和信息；

1、CE端和PE端传递路由
2、如何区分不同CE端相同的路由条目—依赖RD值
RD–路由区分器—一个64位的16进制数—X:X —一个CE端一个RD值对应一个接口
3、ISP路由器不能将CE端的路由条目装载到本地普通路由表中，存储于VRF空间内
VRF：虚拟路由转发 基于每个RD和接口一个空间
4、VRF空间内的路由不是普通的路由条目，必须使用MP-BGP路由协议来传递
普通的路由协议负责传递公网路由表中条目
VRF内的路由被称为 VPNV4路由==IPV4路由+RD值+RT值
5、RT值，用于区分不同目标接收者；RT值和RD值的编写格式一致；
RD值仅仅是一个参数，RT值是BGP的一种社团属性；
6、使用MPLS可以解决BGP的路由黑洞问题；CE1端将流量传递给PE1端口，PE1通过查看该CE1所绑定的VRF空间内路由条目将流量转发到PE2，PE2直连CE2，但PE2可能同时连接其他CE端，那么将出现无法定义该查看那张VRF空间路由表；故PE1在将流量传递给PE2时，封装两层标签，外标签用于穿越P路由器；内层标签用于告知PE2所查询的VRP表格；
配置：
1）ISP的部分
【1】单播路由表—IGP路由协议
【2】CEF
【3】MPLS,建议同时修改MTU
【4】定义VRF空间，同时关联所连接的CE端接口，再同时定义RD/RT值
r2(config)#ip vrf xian 创建空间，名为xian
r2(config-vrf)#rd 1:1 RD值
r2(config-vrf)#route-target 1:1 RT值
r2(config-vrf)#exit
r2(config)#interface s1/0 进入关联接口
r2(config-if)#no ip address 默认该接口ip地址所在直连路由处于普通路由表中，现需转移到
VRF空间内，故先将地址清洗
r2(config-if)#ip vrf forwarding xian 关联空间
r2(config-if)#ip address 12.1.1.2 255.255.255.0 重新定义地址
注：此时普通路由表中将不再存在该接口的直连路由，而是装载到了绑定的VRF空间内
r2#show ip route vrf xian
默认ping时，使用普通路由表，若需要基于VRF空间内的条目通讯
r2# ping vrf xian 12.1.1.1

【5】MP-BGP—在两个PE端配置
r2(config)#router bgp 1
r2(config-router)#b router-id 2.2.2.2
r2(config-router)#neighbor 4.4.4.4 remote-as 1
r2(config-router)#neighbor 4.4.4.4 update-source loopback 0 先建立IPV4邻居关系
r2(config-router)#address-family v4 进入MP-BGP家族模式
r2(config-router-af)#neighbor 4.4.4.4 activate 建立MP-BGP邻居关系
r2(config-router-af)#neighbor 4.4.4.4 send-community 必须开启社团属性的传递性；

【6】CE端将私网路由传递到PE端
1）静态
CE端，正常配置静态路由皆可
PE端配置到CE私网的静态路由，必须配置到VRF空间内
r2(config)#ip route vrf xian 192.168.1.0 255.255.255.0 serial 1/0 12.1.1.1
出接口下一跳必须同时编写

r2(config)#router bgp 1
r2(config-router)#address-family ipv4 vrf xian 将该空间的静态、直连路由重发布到BGP中
r2(config-router-af)#redistribute static
r2(config-router-af)#redistribute connected

r2#show ip bgp v4 vrf xian
BGP table version is 9, local router ID is 2.2.2.2
Status codes: s suppressed, d damped, h history, * valid, > best, i - internal,
r RIB-failure, S Stale
Origin codes: i - IGP, e - EGP, ? - incomplete

Network Next Hop Metric LocPrf Weight Path
Route Distinguisher: 1:1 (default for vrf xian)
*> 12.1.1.0/24 0.0.0.0 0 32768 ?
*>i45.1.1.0/24 4.4.4.4 0 100 0 ?
*> 192.168.1.0 12.1.1.1 0 32768 ?
*>i192.168.2.0 4.4.4.4 0 100 0 ?

2）RIP
CE端正常启动和宣告RIP协议即可
PE端配置：启动后进行双向重发布即可
r2(config)#router rip
r2(config-router)#version 2
r2(config-router)#no auto-summary
r2(config-router)#address-family ipv4 vrf xian
r2(config-router-af)#network 12.0.0.0
r2(config-router-af)#redistribute bgp 1 metric 1

r2(config)#router bgp 1
r2(config-router)#address-family ipv4 vrf xian
r2(config-router-af)#redistribute rip

3）EIGRP
CE端正常启动和宣告即可
PE端配置：启动后进行双向重发布即可
r4(config)#router eigrp 1 启动时必须配置该设备所在真实的AS号
r4(config-router)#no auto-summary
r4(config-router)#address-family ipv4 vrf beijin
r4(config-router-af)#autonomous-system 90 申明邻居使用的AS号
r4(config-router-af)#network 45.0.0.0
r4(config-router-af)#redistribute bgp 1 metric 1544 100 255 1 1500

r4(config)#router bgp 1
r4(config-router)#address-family ipv4 vrf beijin
r4(config-router-af)#redistribute eigrp 90 重发布时，使用私有的AS号

4）OSPF
CE端正常配置即可
PE端配置
r2(config)#router ospf 1 vrf xian
r2(config-router)#router-id 2.2.2.2
r2(config-router)#network 12.1.1.2 0.0.0.0 a 0
r2(config-router)#redistribute bgp 1 subnets

r2(config)#router bgp 1
r2(config-router)#address-family ipv4 vrf xian
r2(config-router-af)#redistribute ospf 1