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

• （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 ，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\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

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、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 ，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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