带你了解MPLS技术

MPLS

技术背景

• IP转发采用最长匹配，需多次查表，效率不高
• 当时路由器多采用CPU处理数据转发，性能有限
• ATM技术采用唯一精确匹配，一次查表，效率高，但协议复杂，成本高

MPLS定义

• 多协议标签交换，采用一个短而定长的标签来封装网络层分组，交换机或路由器根据标签转发报文

MPLS优势

• 转发数据唯一精确匹配，查询速度快
• 支持多协议，几乎可运行在任何现有协议之上，无需更换专用设备

MPLS网络组成

• 非MPLS网络：没有运行MPLS的网络，如普通IP网络

• MPLS网络：使用MPLS协议传输数据的网络

• LSR：标签交换路由器，指运行了MPLS的网络设备

• Ingress LSR：入节点LSR，指数据报文的入口LSR，负责为进入MPLS网络的报文添加标签

• Transit LSR：传输节点LSR，MPLS网络内部的中间LSR，根据标签沿着一系列LSR构成的LSP将报文传送给出口LSR

• Egress LSR：出节点LSR，负责弹出报文中的标签，并转发至非MPLS网络

  注意：入节点和出节点根据数据流的方向划分，边缘LSR可能即是入节点，也是出节点

• FEC：转发等价类，MPLS将具有相同特征的报文归为一类，成为FEC，一组按照同一LSP路径转发的数据流

• LSP：标签交换路径，同一组FEC的报文在MPLS网络中的转发路径

MPLS标签

定义

• 一个短而定长的标识，通常只具有局部意义
• MPLS标签通常封装于二层和三层的头部之间
• LSR根据MPLS标签决定如何转发数据

标签结构

Label：标签值，16以下为保留标签，3为最后一个标签

TC：标识QOS优先级

S：栈底标识
	S置位1，该标签为最后一个标签
	S置位0，该标签后续还有标签

TTL：存活时间，每经过一次标签交换，TTL值-1

MPLS标签识别

• 以太网帧中，通过TYPE字段对MPLS进行识别
• TYPE=8847，代表承载的是MPLS报文

标签分配协议LDP

定义

• 标签分配协议，简单可靠，使用最广泛的MPLS协议之一

LDP报文

属性	描述
Discovery messages	发现消息，用于LDP邻居建立和维持
Session messages	会话消息，用于LDP邻居会话建立、维持和中止
Advertisement messages	通告消息，用于向邻居通告标签值、地址等信息
Notification messages	通知消息，用于向LDP邻居报告事件或错误

LDP会话建立和维护

1. 邻居发现
2. 建立TCP连接
3. 建立会话
4. 会话维护

上游与下游

• 设备的上下游与数据转发的方向相对应
• 数据先到达的设备是上游，数据后到达的设备是下游

标签转发表

• LDP会话建立完成后，路由器根据路由表进行标签分配，形成MPLS标签转发表

• 标签转发表包含入标签、出标签和出接口

• 入标签：接收到的报文携带的标签

• 出标签：转发数据把入标签替换为出标签

• 出接口：数据报文发出的接口

LSP建立流程

1.出节点LSR收到上游标签分配请求后，建立LSP
	出标签为空
	入标签设置为3
	出接口为IP路由表中目的网段的出接口

2.出节点LSR向上游LSR发布标签映射消息，通告本LSR的入标签

3.上游LSR根据标签映射消息建立LSP
	出标签为下游LSR通告的标签映射消息中的入标签
	入标签随机产生
	出接口为收到标签映射消息的接口

4.LSR继续向上游发布标签映射消息，直到入节点

5.入节点LSR建立LSP
	出标签为下游LSR通告的入标签
	入标签为空
	出接口为收到标签映射消息的接口

标签通告模式

• DOD：下游按需标记分配。上游LSR先向下游LSR发送标签请求消息，下游LSR收到标签请求消息后，为此FEC分配标签，并向上游逐层通告。
• DU：下游自主标记分配。下游LSR在LDP会话建立后，主动向上游LSR通告标签映射消息，无需等待上游请求。

标签控制模式

• 有序：只有从最下游的LSR开始建立标签后，才逐层通告
• 无序：不管有没有收到下游的标签映射消息，都立即向上游发送标签映射消息

标签保持方式

• 保守

  只保留来自IP路由表中最优下一跳发来的标签
  特征：
  	节省内存和标签空间
  	LSP收敛慢
  

• 自由

  保留所有邻居的标签
  特征：
  	LSP收敛快
  	需要更多的内存和标签空间
  

MPLS转发流程

1. 报文进入MPLS网络，入节点检查标签转发表，进行标签PUSH操作：打上出标签
2. 报文在Transit LSR中传输时，路由器检查标签，并在标签转发表中匹配，并进行标签SWAP操作：匹配成功则把标签替换为对应的出标签
3. 报文到达出节点，路由器弹出（POP）标签，并按照普通数据报文进行转发