MPLS（多协议标签交换）

多协议：可以基于多种不同的3层协议来生成2.5层的标签信息

包交换：包为网络层的的PDU，包交换是基于IP地址进行数据转发，就是路由信息的路由行为。

原始的包交换：数据包进入路由器后，路由器需要查询本地的路由表（FIB路由信息数据库），再基于下一跳或者目标IP查询本地的ARP表，才能进行数据的转发。

快速的包交换：一次路由，多次交换；每个流中的第一个数据包将被基于原始包交换规则转发；过程中生成缓存列表，记录整个过程，该数据流剩余数据包仅查询缓存记录即可。

特快的包交换：无需路由，直接交换；CEF—Cisco的特快交换（私有技术），其他厂商均存在相同的技术。路由表、ARP表---转换为FIB（转发信息数据库）表；流量的转发过程仅查询FIB表即可。FIB表：在将路由器表转换过程中，存储递归查询的结果；同时将新封装的二层地址进行绑定。

标签交换：数据包在进入到MPLS的域后，将在第二层和第三层中间压入标签号；使得域内的路由器在转发数据包时，仅基于2.5层的标签号查询本地的LFIB（标签转发信息数据库）即可。

最初的包交换仅支持原始交换时，标签的意义在于更快的查询；但随着包交换的加速，使标签交换失去了快速查表的优势。

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 控制平面：IP路由协议->RIB（路由表）、LDP、LIB表

       RIB（路由信息表）：路由表有IP路由协议生成，用于选择路由。

       LDP（标签分发协议）：负责标签的分配、标签转发信息表的建立、标签路径的建立和拆除等工作。

       LIB（标签信息表）：由标签分发协议生成，用于管理标签信息。

过程：

1）在没有MPLS时控制层面仅生成RIB（路由表）和FIB（转发信息数据库）；FIB是基于RIB生成。

2）MPLS协议会启动TDP（cisco私有）或LDP（公有），直连设备间将建立邻居关系；LDP--  基于UDP和TCP的646端口工作；先使用udp发送组播hello包发现邻居，获取邻居ip地址，再和该直连邻居建立TCP的会话；邻居关系建立后；为了邻居关系间的稳定，一般使用设备的环回地址来建立tcp会话；建议设置环回地址为mpls协议的route-id，该id值将携带在组播收发的hello报文中，之后自动进行tcp会话建立；

总结：MPLS协议需要在直连邻居间使用router-id地址来进行TCP的会话；故前提条件为，route-id必须为设备真实使用的ip地址，建议为环回地址（稳定）；组播hello包在直连的物理接口上收发，来获取对端的router-id，自然也要求router-id值间路由可达；

因此正常在建立LDP的邻居关系间，路由协议已经收敛完成，RIB和FIB表已经生成；

3）MPLS在建立邻居关系后，生成邻居表；LDP协议再基于FIB表中学习到的路由条目生成标签号；cisco设备默认基于FIB表中所有学习到的路由条目生成标签号，华为设备默认仅基于FIB表中32位掩码的主机路由生成标签号；原因在于正常32位主机路由为ospf学习的环回接口，正常工程中只有BGP和MPLS  VPN才会基于环回通讯，使用标签转发；其他普通流量还是基于特快包交换来进行；反观cisco在启动mpls以后，所有流量将基于标签转发，降低了转发效率（默认）

4）标签号生成后，将存储于本地的LIB表-标签信息数据库；LIB表将在邻居间共享；LIB表中装载本地及邻居为每条路由分发的标签号；

5）运行MPLS协议的设备，将LIB和FIB进行结合，将标签号和最佳路径的关系映射生成LFIB表（标签转发信息数据库）

注：控制层面生成的表格

RIB—》FIB---》LIB---》LFIB   前两张表为路由协议工作后生成，后两张表为MPLS的LDP协议生成；

转发平面：（即数据平面）FIB表、LFIB表

       FIB（转发信息表）：从RIB（路由信息表）中提取必要的路由信息生成，负责普通IP报文的转发。

       LFIB（标签转发信息表）：简称标签转发表，由标签分发协议建立LFIB，负责转发带MPLS标签报文的转发。

 MPLS路由器上，报文的转发过程：

过程：

1）当收到普通的IP报文时，查找FIB表，，如果tunnel ID为0×0，则进行普通IP转发；当收到报文后，查找FIB表，Tunnel ID为非0×0，压入标签，进行MPLS转发。

2）当收到带有标签的报文时，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。

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 LSP（标签交换路径）的建立：

1、静态LSP：用户通过手工方式为各个转发等价类分配标签建立转发隧道。

需要管理员为各路由器手工分配标签，原则：前一节点出标签等于下一个节点入标签的值。

2、动态LSP：通过标签发布协议动态建立转发隧道。

Egress路由器RTD为本地存在的路由分配标签，并将路由和标签的绑定关系主动发送给上游邻居路由器RTC；RTC收到下游邻居的路由和标签的绑定关系后，将其记录到LIB中，并将自己分配的标签和路由的绑定关系发送给上游邻居路由器RTB；RTB执行相同的动作将标签和路由的绑定关系发送给上游邻居路由器RTA，RTA为ingress路由器，没有上游邻居，因此动态LSP完成建立。

注：MPLS报文由Ingress发往Transit，则Ingress是Transit的上游节点，Transit是Ingress的下游节点；同理，Transit是Egress的上游节点，Egress是Transit的下游节点。 

LDP（标签分发协议）邻居发现：

LDP的hello消息使用UDP封装，周期发送（5s），使用组播224.0.0.2为目的IP地址（发送给网络中的所有路由器）；hello消息中有transport address字段，该字段与设备配置的LSD-ID一致，表面对端建立邻居关系时使用的IP地址。如果该字段为直连接口IP地址，则直接建立邻居关系；如果该字段地址是loopback接口地址，则需要保证接口IP地址路由可达性。

LDP邻居的建立：

1.两个LSR之间互相发送hello消息，双方使用传输地址建立LDP会话。

2.传输地址较大的一方作为主动方，发起TCP连接。

3.TCP连接建立后，有主动方发送初始化消息协商建立LDP会话的相关参数。包括LDP协议版本、标签分发方式、Keepalive保持定时器的值、最大PDU长度和标签空间等。

  1）被动方收到初始化消息后，如果接受相关参数，则发送初始化消息，同时发送Keepalive消息给主动方。

  2）如果被动方不能接受相关参数，则发送Notification消息终止LDP会话的建立。

  3）主动方收到初始化消息后，接受相关参数，则发送Keepalive消息给被动方RTA。               

  4）如果主动方不能接受相关参数，则发送Notification消息给被动方终止LDP会话的建立。

  5）当双方都收到对端的Keepalive消息后，LDP会话建立成功。LDP会话建立成功后，进行FEC的创建与标签的分发。

标签的发布方式：

1、DU（下游自主方式）：无需等待上游的消息，直接向邻居分配标签。收敛时间相对于DOD方式较短。 （华为默认使用）

2、DOD（下游按需方式）：上游向下游发送标签请求消息，下游收到消息后，才会向上游发送标签映射消息。

标签的分配控制：

1、independent（独立标签分配控制方式）

本地可以自主地分配一个标签绑定到某个IP分组，并通告给上游，无需等待下游的标签。

2、ordered（有序标签分配控制方式）

只有当本地已经具有此IP分组的下一跳的标签时，该LSR才可以向上游发送此IP分组的标签。（华为默认使用）这样做是为了避免下游IP分组的标签还未分配，上游已经分配，数据开始转发会造成丢失。

标签的保持方式：

1、liberal（自由标签保持方式）

从邻居接收到的标签映射关系，无论邻居是不是自己的下一跳都保留。（华为默认使用）

2、conservative（保守标签保持方式）

从邻居接收到的标签映射关系，只有邻居是自己的下一跳才保留。

MPLS数据的转发过程：

当流量进入到第一台PE设备时，在没有特快交换之前，路由器基于目标IP地址查询本地的RIB；之后还要在LIB表中对应才能确定是否压入标签，需要查询两张表。在有特快交换之后，流量进入第一台PE设备时，直接查询FIB表，表中关联标签号，将直接确定是否压入标签。

RTA收到访问100.1.1.1的数据包时，若进入时为普通的IP报文，查询FIB表，对应的tunnel ID 为非0×0，确定压入标签，封装已分配的标签号1027进行MPLS转发。若进入时为带标签的数据包，则查询LFIB表，封装已经分配的1027标签号进行转发。

注意：进入路由器时，入标签应该为本地路由器分配的编号，出标签因为下游设备分配的标签号。

问题：当数据包传到Egress节点时还是需要查询两次表才能进行真确的路由转发，有什么方法改进吗？

PHP（倒数第二跳弹出）默认执行，Egress路由器将本地直连网段传递给MPLS域，LDP分配的标签号为3（也称为隐式空标签3），来告知倒数第二跳设备；当报文来到倒数第二跳设备，查询LFIB表，已知转发路径后，弹出标签，使得Egress路由器只需查询FIB即可。否则最后一台路由器在查询LFIB表后，弹出标签还需要查询FIB表。

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MPLS目前的应用：

1、使用MPLS解决BGP的路由黑洞。（华为设备）

普通的MPLS在解决纯BGP路由黑洞时需要手动开启递归，route recursive-lookup tunnel在没有开启递归时，路由器会查FIB表（路由表），找到出接口发送报文，对端收到报文由于没有运行BGP，不知道下一跳是谁，就会丢弃报文；当配置递归命令后，路由会优先递归到LSP隧道，这样路由就会进入，MPLS的隧道中，当报文传递到未运行BGP的路由器上，会在MPLS的隧道中依靠标签号来进行转发。

2、MPLS VPN 技术。

https://blog.csdn.net/weixin_43997530/article/details/106022733