MPLS转发原理

MPLS vs IP

IP转发原理：
1.利用路由协议生成路由表
2.根据目的IP地址进行转发
3.在IP报文转发的过程中，源和目的IP地址保持不变，只是重新封装数据帧头

MPLS转发原理
数据包从IP域进入MPLS域的时候，插入MPLS的报头，在MPLS网络中，路由器收到带有MPLS报头的数据包，查看标签，根据标签转发表来转发数据，从相应的接口发送出去。
所以不论是IP转发还是MPLS转发，真正重要的是如何生成路由表或者标签转发表。

MPLS包头格式
32bit，4字节，相比ip报头简洁。
20bit用作标签label
3bit的EXP，支持QOS
1bit的S，栈底位，用于标记是否是栈底位，这也说明了MPLS的标签是可以嵌套的，靠近二层报头为栈顶，靠近IP报头为栈底，存在多个先查看栈顶位。
8bit的TTL，防环

MPLS报头结构

MPLS术语
标签label：只具有本地意义，位于数据链路层的数据链路层封装报头和三层数据包之间，通过绑定过程同FEC相映射。
FEC：forwarding equivalence class，转发等价类，是在转发过程中以等价的方式处理的一组数据分组。
可以通过地址，隧道，COS等来标识创建FEC，目前看到的MPLS中只是一条路由对应一个FEC，在一台设备上，对一个FEC分配相同的标签。
LSP：标签交换通道，一个FEC的数据流，在不同的节点被赋予确定标签，数据转发按照这些标签进行，数据流所走的路径就是LSP。
LSR：label switching router，LSR是MPLS网络的核心交换机，提供标签交换和标签分发功能。
LER：label switching edge router，在MPLS的网络边缘，进入到MPLS网络的流量由LER分为不同的FEC,并为这些FEC请求相应的标签。提供流量分类和标签的压入与弹出功能。

MPLS域如何生成标签转发表项？
解：类比于路由表学习，有直连，通过路由协议传递路由
路由与标签之间需要存在映射关系FEC
LDP协议：需要IGP协议配合
in方向是自己分配的，out方向是别人传递的，比如

从IP域进入MPLS域，怎样插入MPLS标签头？
解：push动作，在边缘设备上根据FIB表向IP报文中插入MPLS报文头。

在MPLS域内，如何进行报文转发？
解：swap动作，收到标签报文后，按照MPLS转发表中相关表项对报文的标签进行替换。收到带有标签的报文，若是与自己的LIB表的in方向，如果相同，替换为out方向的标签，从相应接口转发出去。
pop动作，收到标签报文后，按照MPLS转发表中相关表项对报文中的标签进行弹出。
PHP：倒数第二跳弹出。（为了提高效率，不然边缘路由器查IP路由表和FIB表，倒数第二跳弹出后倒数第一跳路由器直接查看IP路由表即可）
问题：倒数第二跳怎么就知道自己就该弹出呢？
解：倒数第一跳连接的是IP域，那么为其分配的标签就是POP标签，特殊标签3，那么倒数第二跳路由器学习到的out方向就是pop，就知道自己是倒数第二跳了。

LSR如何判断自己收到的报文是MPLS标签报文？
解：根据二层协议字段记性判断承载的是不是MPLS报文
以太网0x8847单播 0x8848组播
PPP：0x8281 MPLSCP,一种新的NCP协议

IP的hop-by-hop逐跳转发
IP的逐跳转发，在经过的每一跳数，必须进行路由表的最长匹配查找，速度缓慢。
label switched path（LSP）
MPLS的标签转发，通过事先分配好的标签，为报文建立一条标签转发通道LSP，在通道经过的每一个设备处，只需要进行快速的标签交换即可，一次查找。

FEC的精妙之处：
不同目的地址（属于相同的网段）的IP报文，在LER处被划分为相同的FEC，具有相同的标签，这样在LSR处，只需要根据标签快速的交换即可。对于传统的IP路由，在每一跳处实际上都是一次重新划分FEC的过程，如果一台路由器对于IP路由和标签交换同样使用了cache功能，由于对于路由来说，在cache中只能记录主机路由，条目十分有限，而标签对应的是FEC，有可能是网段，可以做到很少的条目匹配大量的报文。

FEC的缺陷
对于一条FEC来说，沿途的所有设备都必须具有相同的路由（前缀和掩码相同）才可以构建一条LSP，换句话说，使用MPLS转发的所有沿途设备上，对于要使用标签转发的路由，都不能做路由聚合的操作。