华为MPLS多协议标签交换

一、MPLS 概述

1、MPLS 协议从各种链路层协议得到链路层服务，为网络层提供面向面向连接的服务。
2、MPLS 属于MAC和IP之间，2.5层。

二、MPLS 中的术语

1、LER、LSR（路由器的分类） LER：标签边界路由器 LSR：标签交换路由器
2、push、swap、pop（对标签的处理动作）
push：标签压入
swap：标签交换
pop ：标签弹出
3）Ingress、transit、Egress（路由器的角色，不同角色对应不同的处理方式，以数据 方向进行判断，标签的分配是以路由的方向判断，刚好相反）
Ingress：第一个压入标签的路由器。
Transit：只负责传输标签，标签交换。
Egress：标签弹出的路器（不考虑次未跳）

三、MPLS 基本网络结构

1、在MPLS网络中，路由器角色分为两种：
①、LER：(Label Edge Router)标签边界路由：在MPLS网络中，用于标签的压入或弹出，如RTB、RTD。、
②、LSR：(Label Switched Router)标签交换路由：在MPLS网络中，用于标签交换。如RTC
2、根据数据流的方向，LSP的入口LER被称为入节点（Ingress），位于LSP中间的LSR称为 中间节点（Transit），LSP的出口LER称为出节点（Egress）。
3、MPLS的下游路由器会为上游路由器分配标签。
4、FEC：转发等价类。

四、MPLS 体系结构

1、控制平面

1.1、控制平面：负责生产和维护路由信息以及标签信息
①、路由信息表RIB：由 IP 路由协议生成，用于选择路由。
②、标签分发协议LDP：负责标签的分配、标签转发信息表的建立、标签交换路径的建立、拆除的工作。
③、标签信息表LIB：由标签分发协议生成，用于管理标签信息。

2、转发平面

2.1、转发平面：即数据平面，负责普通IP报文的转发以及带MPLS标签报文的转发。
①、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
②、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。

3、MPLS路由器上报文转发过程

3.1、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。
3.2、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。

3.3、详述 MPLS 数据包的转发过程
1）LIB：标签信息表
2）NHLFE：下一跳标签转发条目
3）ILM：入接口的标签映射

在报文转发过程中：
1）在 Ingress，通过查询 FIB 表和 NHLFE 表指导报文的转发。
2）在 Transit，通过查询 ILM 表和 NHLFE 表指导 MPLS 报文的转发。
3）在 Egress，通过查询 ILM 表指导 MPLS 报文的转发或查询路由表指导 IP 报文转发。 在 MPLS 转发过程中，FIB、ILM 和 NHLFE 表项是通过 Tunnel ID 关联的。

Ingress 的处理
1）查看 FIB 表，根据目的 IP 地址找到对应的 Tunnel ID。
2）根据 FIB 表的 Tunnel ID 找到对应的 NHLFE 表项，将 FIB 表项和 NHLFE 表项关联起 来。
3）查看 NHLFE 表项，可以得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型，标签操作 类型为 Push。
4）在 IP 报文中压入出标签，并根据 QoS 策略处理 EXP，同时处理 TTL，然后将封装好 的 MPLS 报文发送给下一跳。

Transit 的处理
1）根据 MPLS 的标签值查看对应的 ILM 表，可以得到 Tunnel ID。

2）根据 ILM 表的 Tunnel ID 找到对应的 NHLFE 表项。
3）查看 NHLFE 表项，可以得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型。
4）MPLS 报文的处理方式根据不同的标签值而不同。
◼ 如果标签值>＝16，则用新标签替换 MPLS 报文中的旧标签，同时处理 EXP 和 TTL， 然后将替换完标签的 MPLS 报文发送给下一跳。
◼ 如果标签值为 3，则直接弹出标签，同时处理 EXP 和 TTL，然后进行 IP 转发或下一 层标签转发。

Egress 的处理
如果 Egress 收到 IP 报文，则查看路由表，进行 IP 转发。
如果 Egress 收到 MPLS 报文，则查看 ILM 表获得标签操作类型，同时处理 EXP 和 TTL。
◼ 如果标签中的栈底标识 S=1，表明该标签是栈底标签，直接进行 IP 转发。
◼ 如果标签中的栈底标识 S=0，表明还有下一层标签，继续进行下一层标签转发。

五、MPLS 数据报文结构

5.1、标签共有 4 个字段：
Label：20bit，标签值域。
Exp：3bit，用于扩展。现在通常用做 CoS（Class of Service），其作用与 Ethernet802.1p
的作用类似。
S：1bit，栈底标识。MPLS 支持多层标签，即标签嵌套。S 值为 1 时表明为最底层标签。
TTL：8bit，和 IP 分组中的 TTL（Time To Live）意义相同

5.2、标签的范围：
0~15 为特殊标签，3 号标签标示隐式空标签，0 号标签标示显示空标签
16~1023 为静态分配标签的范围
1024 以上为动态分配标签，动态分配标签的方式有三种：LDP，MP-BGP，RSVP-TE

六、LSP 建立方式

1、建立LSP的方式有两种

①、静态LSP：通过手工方式为各个转发等价类分配标签建立转发隧道
②、动态LSP：通过标签发布动态建立转发隧道

2、静态LSP

2.1、静态LSP的特点：
①、不使用标签发布协议，不需要交互控制报文，资源消耗比较小；
②、通过静态方式建立的LSP不能根据网络拓扑变化动态调整；
③、静态LSP适用于拓扑结构简单并且稳定的网络。
2.2、配置静态LSP遵循的原则： 前一节点出标签的值等于下一个节点入标签的值

3、动态LSP

3.1、动态LSP通过LSP协议实现对FEC的分类、标签的分配及LSP的建立和维护等操作。
3.2、动态LSP的特点：
①、组网配置简单，易于管理和维护
②、支持基于路由动态建立LSP，网络拓扑发生变化时，能及时反映网络状况

七、LDP 的邻居发现与建立

1、LDP 邻居发现

MPSL 路由器通过周期性的发送LDP链路Hello消息（LDP Link Hello ），实现LDP邻居的发现，并建立本地LDP会话。
为使开启LDP协议的设备快速发现邻居，LDP的Hello消息使用UDP封装。端口号为646。

发现阶段：发现对端的 LSR-id LDP 有两种发现机制：
1）基本发现机制： 用于发现链路上直连的 LSR。
• LSR 通过周期性的发送 LDP Hello 报文，实现 LDP 基本发现机制，建立本地 LDP 会话。 Hello 消息使用 UDP 报文，目的地址是组播地址（224.0.0.2），目的端口是 LDP 端口（646）。Hello 报文中携带 LDP Identifier 及一些其他消息（例如：hold time、transport address）。如果 LSR 在特定接口接收到 LDP Hello 消息，表明该接口存在 LDP 对等体。
transport address 默认为 LSR-ID，LSR-ID 必须手动配置，且必须为路由器上某个接口（物理接口或 loopback）地址，且必须宣告进底层路由协议进程中。
hello 默认 5S，holdtime 默认 15S

2）扩展发现机制： 用于发现链路上非直连 LSR。
• LSR 周期性的发送 Targeted Hello 消息到指定地址，实现 LDP 扩展发现机制，建立远 端 LDP 会话。
• Targeted Hello 消息使用 UDP 报文，目的地址是指定地址，目的端口是 LDP 端口（646）。 Targeted Hello 消息同样携带 LDP Identifier 及一些其他信息（例如：hold time、transport address）。如果 LSR 在特定接口接收到 Targeted hello 消息，表明该接口存在 LDP 对等体。
transport address 地址同上。
hello 默认 15S，holdtime 默认 45S

2、LDP 邻居建立

2.1、LDP 协议的消息类型

（1） 发现（Discovery）消息：用于通告和维护网络中 LSR (邻居)的存在。
（2） 会话（Session）消息：用于建立、维护和终止 LDP 对等体之间的会话。如：Initialization消息、Keepalive消息。
（3） 通告（Advertisement）消息：用于创建、改变和删除 FEC 的标签映射。
（4） 通知（Notification）消息：用于提供建议性的消息和差错通知。

2.2、LDP 标签的发布方式（Label Advertisement Mode）

在 MPLS 体系中，由下游 LSR 决定将标签分配给特定 FEC，再通知上游 LSR，即标签由下游指定，标签的分配按从下游到上游的方向分发。

标签发布方式 --------------------------------------------------------- 含义
下游自主方式 DU（Downstream Unsolicited）：对于一个特定的 FEC，LSR 无需从上游获得标签请求消 息即进行标签分配与分发。
下游按需方式 DoD（Downstream on Demand）：对于一个特定的 FEC，LSR 获得标签请求消息之后才进 行标签分配与分发。

2.3、LDP 标签分配控制方式（Label Distribution Control Mode）

标签分配控制方式是指在 LSP 的建立过程中，LSR 分配标签时采用的处理方式。

标签分配控制方式--------------------------------------------------- 含义
独立标签分配控制方式（Independent） ：本地 LSR 可以自主地分配一个标签绑定到某个 FEC，并通告给上游 LSR，而无需等待下游的标签。
有序标签分配控制方式（Ordered）：对于 LSR 上某个 FEC 的标签映射，只有当该 LSR 已经具有此 FEC 下 一跳的标签映射消息、或者该 LSR 就是此 FEC 的出节点时，该 LSR 才可 以向上游发送此 FEC 的标签映射。

华为默认采用有序标签分配控制方式（Ordered）分配标签。

2.4、标签保持方式（Label Retention Mode）

标签保持方式是指 LSR 对收到的、但目前暂时不需要的标签映射的处理方式。LSR 收到的标签映射可能来自下一跳，也可能来自非下一跳。

标签保持方式-------------------------------------------------------- 含义
自由标签保持方式（Liberal）：对于从邻居 LSR 收到的标签映射，无论邻居 LSR是不是自己的下一跳都保留。
保守标签保持方式（Conservative）：对于从邻居 LSR 收到的标签映射，只有当邻居 LSR是自己的下一跳时才保留。

目前设备支持如下组合方式：
下游自主方式(DU) ＋ 有序标签分配控制方式（Ordered）＋ 自由标签保持方式（Liberal），该方式为缺省方式。
下游按需方式(DoD) ＋ 有序标签分配控制方式（Ordered）＋ 保守标签保持方式(Conservative）。

3、PHP 次末跳弹出