MPLS LDP原理

我自风情万种与世无争？

一、LDP协议

LDP协议就是其中最重要的一个标签分发协议。LDP协议在RFC3036中被定义，在MPLS网络中，路由器通过运行LDP协议为每条内部路
由映射一个标签，然后再将标签信息通告给所有邻居，路由器之间通过这种方式来建立标签转发表，最终形成LSP，当网络拓扑发生变化时，LDP还会实时地响应这种变化，动态建立LSP。

二、LDP的基本概念

1、标签空间

LDP分配标签的空间有两种。
一种是基于接口的标签空间：每个接口通告的标签范围是唯一的，LER1为同一条FEC在不同接口通告的标签是不同的。
二是基于平台的标签空间：标签分配时并不是在每个接口下唯一，而是从整台LSR中来分配标签的，LER1 为同一条FEC通告一个标签。

2、上游 LSR/下游LSR

上游和下游是根据数据报文的流向来定义的，数据流总是由上游发往下游,对于网络45.1.1.0/24来说，AR5是最后一跳路由器， 其上游是AR4,而AR4同时又是AR3的下游。标签的通告方向可以是下游通告给上游，上游也可以将其标签通告给下游。

3、PHP(倒数第二跳弹出)

在MPLS网络的出站LER处，首先需要对接收的报文进行标签移除(通过查找标签转发表)，然后再进行FIB表的查找并转发，由于进行了两次查表操作，所以过程比较耗时。如果到达出站LER的流量较大，会对设备性能造成一定的影响。为减轻出站LER的负担，标签在到达出LER之前就被弹出，这样在报文到达出站LER时已经是IP报文了，只需要查找IP转发表就转发出去，这样提高了出站LER的工作效率。

为使标签在到达出站LER之前就被弹出，使用了-一个特殊的标签一“3”， 这个标签也叫隐式空标签，

4、LDP报文简要

① Hello-----发现邻居，提供LSR-ID
② Initialization----初始化协议报文----协商的LDP标签分发方式，邻居超时时间，版本信息
③ Address----描述自身所运行MPLS+LDP的接口
④ Lable Mapping----描述自身对每个FEC标签的定义
⑤ keepalive----维持邻居
⑥ Notification----错误通告报文----描述或者中断邻居的原因

三、拓扑

四、基础配置

1、全网设备运行OSPF，开启MPLS和LDP，各设备的环回口0为各协议的R-ID并且宣告进OSPF协议

2、AR-1与AR-5建立基于各自的环回口0建立IBGP邻居，AR-5的5.5.5.2/32 宣告进BGP协议

AR1

[AR-1]ospf 1 router-id  1.1.1.1
[AR-1-ospf-1]a 0
[AR-1-ospf-1-area-0.0.0.0]net 12.1.1.1 0.0.0.0
[AR-1-ospf-1-area-0.0.0.0]net 1.1.1.1 0.0.0.0
[AR-1-ospf-1-area-0.0.0.0]quit
[AR-1-ospf-1]quit
[AR-1]mpls  lsr-id 1.1.1.1
[AR-1]mpls
[AR-1-mpls]mpls ldp
[AR-1-mpls-ldp]quit
[AR-1]int g0/0/0
[AR-1-GigabitEthernet0/0/0]mpls 	
[AR-1-GigabitEthernet0/0/0]mpls ldp
[AR-1-GigabitEthernet0/0/0]quit 
[AR-1]bgp 100
[AR-1-bgp]peer  5.5.5.5 as 100
[AR-1-bgp]peer  5.5.5.5 connect-interface  LoopBack 0

AR5类似配置

AR3

[AR-3]mpls lsr-id 3.3.3.3
[AR-3]mpls
[AR-3-mpls]quit
[AR-3]mpls ldp
[AR-3-mpls-ldp]quit
[AR-3]int g0/0/0
[AR-3-GigabitEthernet0/0/0]mpls 
[AR-3-GigabitEthernet0/0/0]mpls ldp
[AR-3-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[AR-3-GigabitEthernet0/0/1]mpls
[AR-3-GigabitEthernet0/0/1]mpls ldp 
[AR-3-GigabitEthernet0/0/1]quit
[AR-3]ospf 1 router-id 3.3.3.3
[AR-3-ospf-1]a 0
[AR-3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 23.1.1.3 0.0.0.0
[AR-3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 34.1.1.3 0.0.0.0
[AR-3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 3.3.3.3 0.0.0.0

AR2、AR4配置类似

dis mpls ldp interface

AR2的g0/0/0、g0/0/1接口启用了LDP，并且标签分发方式为DU方式；

AR2与AR1、AR3之间的LDP会话状态为Operational，表示会话已成功建立。

dis mpls ldp session

dis mpls lsp

在AR1上验证去往5.5.5.5/32的mpls报文所经过的路径。

tracert lsp ip 5.5.5.1 32

报文在AR1发出时被赋予了标签1027，经过AR4时，标签被代替为3。

测试连通性

ping lsp ip 5.5.5.5 32

已通

五、观察与描述

1、通观察LDP邻居建立，请分别描述LDP协议常用数据包的内容与作用

LDP协议主要使用四类消息：

发现（Discovery）消息：用于通告和维护网络中邻居的存在，如Hello消息。
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。
通告（Advertisement）消息：用于创建、改变和删除FEC的标签映射，如Address消息、Label Mapping消息。
通知（Notification）消息：用于提供建议性的消息和差错通知。

LDP邻居建立过程（路由器A、B）：

两个LSR之间互相发送Hello消息。
Hello消息中携带传输地址，双方使用传输地址建立LDP会话。
传输地址较大的一方作为主动方，发起TCP连接。
B作为主动方发起TCP连接，A作为被动方等待对方发起连接。
TCP连接建立成功后，由主动方B发送初始化消息，协商建立LDP会话的相关参数。
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。

2、MPLS标签----分发，传递，撤销（AR-5的环回口5.5.5.1宣告进ospf后再undo宣告）

5.5.5.1宣告进ospf

Label Mapping Message用于标签分发与更新；

Undo net 5.5.5.1 0.0.0.0

Label Withdrawal Message用于标签撤销；
Label Release Message用于标签撤销确认。

① MPLS域上游为IP数据进入方向，下游为基于MPLS转发的数据离开MPLS域，进入IP转发方向

② 路由始发地为下游，路由和Lable由下游向上游传递；数据由上游向下游传递

③ LSR向上游邻居通告自身对于FEC定义的标签，期望来自邻居上游数据携带此标签进入本设备。

④ Lable本地有效，不同LSR对同一FEC分配的标签不受邻居约束，lable可能一样，也可以不一样

⑤ 默认情况下：

Label Mapping Message用于标签分发与更新；
Label Withdrawal Message用于标签撤销；
Label Release Message用于标签撤销确认

基于以上特性，请描述和标识AR-5----5.5.5.1/32主机路由的更新与撤销过程中的报文和标签，并简要描述5.5.5.1/32

（1）基于IGP学习到此主机路由的LSR对于5.5.5.1/32此等价类分配的Lable为多少？又是如何通告邻居的？

IGP-----路由标签触发标签
LDP----标签撤销

IN-------------------OUT
本地------IGP------LDP

① 本地下发IN方向标签
Out方向----邻居通告获得

② 向所有邻居通告自身自身对于FEC下发的标签
a.是否存在此FEC
b.FEC在IP路由表的下一跳 是否匹配address报文的地址

（2）此主机路由的下游设备感知到此FEC撤销后，是如何通知上游邻居的？上游邻居收到通知后做出何种响应？

AR5下游设备感知5.5.5.1路由挂了之后，发起撤销报文（通告上游撤销报文），AR4上游设备收到报文之后，回AR5 Label Release Message报文。

（3）利用现行LSP隧道 解决AR-1访问5.5.5.2/32互通问题，不带源ping
请试分析AR-1去往5.5.5.2数据发送与回程分别给予何种方式转发，并解释在此次通信中BGP与MPLS的作用（路由控制与数据转发）

[AR-1]route recursive-lookup  tunnel 

[AR-1]ping 5.5.5.2

LDP--------BGP
① hello----发现邻居（UDP----646）
② Address----向邻居通告

六、LDP报文详解

1、Hello

作用：发现和维持LDP邻居
发送：默认时间为5S一发送
内容：保持时间（默认15S）,传输地址（默认为LSP-ID）

2、Initialization

作用：协商LDP邻居会话参数，标签分发方式，防环机制和标签空间
发送：发送建立LDP邻居时发送
内容：版本，Keepalive保存时间（默认45S），标签分发方式，是否开启防环，PDU长度

3、Address

作用：向邻居通告本端所有的接口地址，邻居通过IP转发表的下一跳地址来决定出站标签
发送：初次建立LDP邻居时发送
内容：LSR的地址簇和接口地址

4、Lable Mapping

作用：向LDP 邻居发布FEC和标签绑定内容(一个标签通告报文可以发布多个标签信息)
发送：触发更新
内容：每一条FEC对应的标签(报文里以16进制体现)标签通告，标签请求，标签撤销，标签释放

5、keepalive

作用：TCP 会话的保活检测)
发送：默认15S周期发送，45S保持时间
内容：持时间(默认15S)，传输地址(默认为LSR-ID)

6、Notification

作用：错误通知或者查询通知
发送：触发更新
内容：数据包格式错误，无法识别的ILV， 会话超时等具体差错类型

七、LDP会话状态机

1、Non Existent

LDP的初始状态(类似BGP的Idle状态) ;发送hello, 选择主被动，建立TCP连接)

2、Initialized

完成TCP连接

（1）主动方先发送Initialized报文，发送后进入0pensent状态，等待对方回应Initialized

（2）被动方等待主动方的Init报文，收到后如果Int报文类参数协商一致回送主动方Int报文可以Keepalive报文进入0penrec状态

3、Opensent

主动方发送Init报文后等待被动方的Int与Keepalive报文

（1）与邻居的Int报文参数协商一致回送Keepalive报文并转至0penrec状态
（2）与邻居Int协商失败或者邻居回应int超时或者收到Notification则断开TCP会话转至Mon Existent

4、Openrec

主被方在收到协商一 致Int报文后己向对方发送Keepalive报文等待对方回应Keepalive

（1）收到对方回应的Keepalive报文，转至0perational
（2）回应超时或者收到Notif icat ion断开ICP会话转至Non Existent

5、Operational

LDP会话尽力成功，最终状态，周期发送Keepalive报文维持会话，超时或者收到Notification报文端口LDP会话转至Non Existent。

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