MPLS LDP：标签分发协议

定义

是MPLS的控制协议，类似于传统网络中的信令协议，负责FEC分类、标签分发以及LSP的建立和维护等一系列操作

MPLS可以使用多种标签分发协议

LDP
MP-BGP
RSVP-TE

LDP的工作原理

发送hello报文发现邻居
建立TCP连接，基于TCP连接交互LDP会话消息，建立LDP会话
基于LDP会话交互标签分配信息，建立和维护LSP

术语解释

邻接体：交互hello报文后，邻接体关系建立成功
对等体：交互LDP会话消息后，LDP对等体关系建立成功
LSR ID：4B，在MPLS域中唯一标识一台运行了MPLS的路由器，通常采用loopback口地址（稳定）
LDP ID：6B，标识一台运行了LDP协议的LSR，由32bit的LSR id和16bit的label space id（标签空间标识符）组成
- 表示形式：LSR ID:label space id
  - label space id
    - 决定本设备的入标签空间如何分配，是基于平台还是基于接口
      1. 基于平台（设备）标签空间：取值为0
        
        标签分配时不是在每个接口为唯一，对于同一条FEC从不同接口发布出去时，分配相同的标签
        
        帧模式下使用
        
        缺省情况下使用该模式，本课程也只是用该模式
      2. 基于接口标签空间：取值为非0
        每个接口通告的标签是唯一的，LSR为同一条FEC在不同接口通告的标签是不同的，极小概率会出现相同的情况
        
        信元模式下使用（如cell协议）

LDP报文格式

Ethernet-II头部	IP头	UDP/TCP头	LDP头部	LDP消息

LDP头部参数
1. version：2B，版本号，此处为1
2. PDU length：2B，表示除了LDP头部信息以外的LDP消息的长度
3. LDP id：6B，用来标识LDP路由器，由LSR id和label space id组成
LDP消息报文参数
1. u：1bit，unkno message，标识LDP路由器对于未知类型的LDP消息的处理方式
  - u=1时，对发送者发送通知报文
  - u=0时，忽略且不发送通知报文
2. message length：2B，表示携带的参数的长度
3. message id：4B，标识LDP报文
4. mandatory parameters：可变长度的必须携带的参数
5. optional parameters：可变长度的可选参数
6. message type：2B，消息类型
  - 根据报文功能分类
    1. 发现报文
      - hello：用于邻居发现机制
        
        参数
        
        lsr-id：本MPLS路由器的标识
        
        label space id：当前必为0，表示基于平台标签空间
        
        hello hold time（死亡间隔）：15s
        
        target hello
        基本发现机制取值为0
        
        扩展发现机制取值为1
        
        transport address：传输地址
        用于建立TCP连接的IP地址，默认为lsr-id
        
        注意：配置时需要保证传输地址可达，否则TCP无法建立

两种发现机制

基于发现机制
- 用于发现直连的LSR，通过周期发送hello消息，建立本地LDP邻接关系，采用UDP封装，目的端口号646，目的IP地址224.0.0.2.如果LSR在特定接口接收到LDP hello消息，则表明该接口存在LDP对等体
- hello间隔：5s
- hello死亡间隔：15s
扩展发现机制
- 用于发现非直连的LSR，周期发送LDP target hello消息，建立远端的LDP会话，采用UDP封装，端口号646，目的地址为指定的IP地址。如果LSR接收到target hello消息，则认为粗在LDP对等体
- hello间隔：15s
- hello死亡间隔：45s

会话报文

initialization：初始化报文，用于协商建立会话参数
keepalive：表示协商成功和用于周期性维护TCP会话连接

通告报文

address：用来宣告接口IP地址
address withdraw：用来撤销接口IP地址
label mapping：用来通告FEC和标签的映射关系
label request：用来请求FEC和标签的映射关系
label abort request：用来终止未完成的标签请求
label withdraw：用来插销FEC和标签的映射关系
label release：用来释放标签

差错报文

notification：通知LDP对等体错误信息

总结

此处除了hello报文使用UDP封装，实现邻居的快速发现
其他LDP报文都采用TCP封装，为了标签信息交互的可靠性

LDP的状态机

non-existent：LDP最初状态
- 在该状态下发送hello报文，建立TCP连接
initialized：感知到TCP建立完成，进入该状态。传输地址大的一方成为主动方，主动方发送初始报文，用于协商参数（LDP协议版本、标签分发方式、keepalive定时器、最大的PDU长度、标签空间ID等）
opensent：发送初始化报文后进入该状态
openrec：当接收到初始化报文且认同携带的参数，发送keepalive报文后进入该状态
operational：接收到keepalive报文后进入该状态，表示LDP会话建立完成，在该状态下才可以交互LDP其他报文

LDP会话建立过程

non-existent状态下
1. 两台LSR之间互相发送hello报文触发LDP会话建立
  1. hello携带传输地址，用于建立TCP连接
  2. 传输地址大的一方作为主动发，主动发起TCP连接
2. TCP连接建立完成后，进入initialized状态，由主动方主动发送初始化报文，协商建立LDP会话的相关参数，进入opensent状态
3. 被动方接收到初始化报文后，如果接受相关参数，则恢复keepalive报文，同时发送自己的初始化报文，状态置为openrec；如果不接受参数，则发送notification报文，终止LDP会话的建立
4. 主动方接收到被动方发送的初始化报文后
  - 如果接收则回复keepalve报文，状态置为openrec
  - 如果不接收则回复notification报文，终止LDP会话建立
5. 当双方都收到对方的keepalive报文后，LDP会话建立完成，状态置为operational
计时器
- hello间隔
  - 基本：5s
  - 扩展：15s
- hello死亡间隔
  - 基本：15s
  - 扩展：45s
- keepalive：用于维护LDP会话和TCP连接
  - 发送间隔：15s
  - 死亡间隔：45s

上游和下游

MPLS根据数据传输的方向确定上游设备和下游设备
上游：数据的起源方向的设备
下游：数据目的方向的设备
对于同一FEC,下游设备分配的入标签会作为上游设备的出标签

分配和发布

分配
- 运行了LDP的LSR从自身的标签空间中为FEC提取出一个空闲的标签，形成映射关系
发布
- 将自己为FEC分配好的标签映射信息形成映射表项通过label mapping消息通告给LDP对等体（上游设备）

★标签的发布和管理

标签的发布和管理由标签的发布方式、标签的分配管理方式和标签的保持方式决定
1. 标签的发布方式
  1. 下游自主方式：DU，华为默认的发布方式
    - 对于—特定FEC，下游设备无需等待上游设备的label request报文，主动将FEC和标签的映射信息通过label mapping消息通告给上游设备
  2. 下游按需方式：DOD，downstream on demand
    - 对于—特定FEC，由上游设备向下游设备发送标签请求消息（label request），下游设备接收到后才会向上游设备发送标签映射消息（label mapping）
    - label request消息由对特定FEC的访问需求触发
2. 标签的分配管理方式
  1. 独立模式：independent
    - 对于一特定FEC，LSR在没有接收到下游设备给自己发送的标签映射信息的情况下，独立完成标签的分配
  2. 有序模式：order，华为默认
    - 对于一特定FEC。LSR只有在接收到下游设备发布的标签映射信息后本设备才会为该FEC分配标签
  3. 标签的保持方式
    1. 自由保持方式：liberal，华为默认
      - 所有下游设备通告给本设备的标签映射信息，本设备都会接收并保持在LIB表中
      - 优点
        当IP路由收敛或下一跳改变时，减少LSP的收敛时间
      - 缺点
        占用更多的设备内存资源和标签空间
    2. 保守保持方式：conservative
      - 只保留下一跳对等体给本设备发送的标签映射信息
      - 优点
        节约内存资源和标签空间
      - 缺点
        当IP路由收敛或者下一跳改变时，LSP收敛时间变慢，需要发送标签请求报文，重新建立LSP
3. 缺省情况下
  - 如果发布方式为DU，那么保持方式为自由
  - 如果发布方式为DOD，那么保持方式为保守
- 总结
  - 华为设备默认，DU+ordered+liberal
- 注意
  - LDP缺省情况下只为32位主机路由分配标签，如果想要为所有的IGP路由和静态路由分标签，可以通过手工配置实现，命令如下
    - ```
    lsp-trigger all
    //不建议开启，一旦开启，需要占用更多的内存和消耗更多的标签空间
```

MPLS数据转发的过程

当IP报文进入MPLS域中
1. ingress：入节点接收到IP报文后，先查FIB表项，找到对应的tunnel id
  - 如果tunnel id为非0，查LFIB表项进行标签压入操作，形成MPLS报文并转发
  - 如果tunnel为全0，则IP转发
2. transit：中转节点收到MPLS报文后，查找LFIB表对应的表项，执行swap动作，重新封装成MPLS报文并转发
3. egress：出节点接收到MPLS报文后，先查LFIB表项，找到对应表项发现出标签为null，则执行pop动作，清除标签，再查FIB表，进行IP转发
问题
- 在出节点上，需要查两次表项，对出节点造成负担
解决方法
- 采用PHP特性减轻出节点的工作压力
  - PHP：次末跳弹出
    - 由于最后一跳LDP设备收到MPLS报文后，需要先查LFIB再查FIB，执行的工作过多，造成最后一跳路由器压力过大，可能影响业务转发效率，于是通过次末跳弹出缓解最后一跳LSR的压力
      - 实现原理
        
        最后一跳LSR产生标签值为3的标签，将其通告给次末跳设备，当次末跳设备发现标签为3时，执行标签弹出的动作

隐式空标签：3，默认通告

当LSR发现出标签是3时，直接执行弹出动作
导致的问题
- 在部署了QOS的场景中，标签弹出会导致丢失标签信息中的EXP（优先级）字段
解决的方法：
- 使用显示空标签
  - 0：IPv4路由
  - 2：IPv6路由
- 当次末跳设备发现出标签为0/2时，正常封装成MPLS报文转发给最后一跳LSR
- 当出节点接收到MPLS报文中携带的标签为0/2时，无需查找LFIB表，直接执行弹出动作，因此既减轻了最后一跳LSR的压力，也不会因为次末跳弹出导致QOS信息丢失

MPLS防环机制

控制平面防环
- IGP防环
转发平面
- TTL防环，有两种模式：uniform模式和pipe模式
  1. uniform：统一模式
    - 当IP报文进入MPLS域时，将TTL值减1并粘贴仅MPLS头部中
    - 在MPLS域中转发时，MPLS头部中的TTL值递减，IP头部中的TTL不减
    - 当MPLS报文离开MPLS域时，MPLS头部中的TTL值减1并粘贴仅IP头部中
    - 优点：便于排障
    - 缺点：安全性低
  2. pipe模式：隧道模式
    - 当IP报文进入MPLS域时，将TTL减1并粘贴仅MPLS头部中
    - 在MPLS域中转发时，MPLS头部中的TTL递减，IP头部中的TTL值不减
    - 当MPLS报文离开MPLS域时，不会将MPLS头部中的TTL值粘贴到IP头部中，之江IP头部中的TTL值减1再转发
    - 优点：安全性高
    - 缺点：不易于排障

MPLS LDP的配置步骤

配置IGP，保证全网IGP可达
配置MPLS lsr-id,确保lsr-id唯一且全域IGP可达
全局使能MPLS
全局使能MPLS LDP
接口上使能MPLS
接口使能MPLS LDP

查看命令

dis mpls ldp lsp//查看LDP的LIB
dis mpls lsp//查看MPLS的LFIB
dis mplp ldp session//查看MPLS LDP会话信息
在接口视图下指定传输地址mpls ldp transport-address g/lo 0/null/intg:指定一个物理接口IP地址为传输地址lo 0：指定传输地址为换回测试接口IP地址null：指定传输地址为空int：指定传输地址为本接口IP地址
在接口视图下指定标签发布方式，默认为DUmpls ldp adverti DU\DOD
配置扩展邻居发现机制，建立远程LDP会话系统视图下配置mpls ldp rempte-peer name//创建远端对等体视图并命名remote-ip 1.1.1.1//指定远端对等体的传输地址为1.1.1.1（hello报文的目的IP地址）检测LSP转发路径的连通性ping lsp ip 目的地址 掩码（FEC）ping lsp ip 6.6.6.6 32

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两种发现机制

会话报文

通告报文

差错报文

总结

LDP的状态机

LDP会话建立过程

上游和下游

分配和发布

★标签的发布和管理

MPLS数据转发的过程

隐式空标签：3，默认通告

MPLS防环机制

MPLS LDP的配置步骤

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