MPLS(多协议标签交换)
- 1.1 概念
- - 1.1.1 MPLS出现的背景
  - 1.1.2 工作原理
  - 1.1.3 使用场景
- 2. MPLS体系结构
- - 2.1 术语
  - 2.2 标签操作类型
- 3. MPLS的封装格式
- 4. MPLS的转发
- - 4.1 转发表
  - 4.2 转发流程
- 5. 配置静态LSP
- 6. 动态LSP
- - 6.1 LDP标签分发协议
  - 6.2 LDP的报文类型
  - - 6.2.1 ldp头部
    - 6.2.2 LDP的消息类型
  - 6.3 LDP的邻居发现机制
  - 6.4 LDP的邻居状态机
  - 6.5 LDP的标签管理
  - - 6.5.1 标签分发模式
    - 6.5.2 标签控制模式
    - 6.5.3 标签分发和控制组合
    - 6.5.4 标签保留模式
    - 6.5.5 标签通告原则
- 7. MPLS-VPN
- - 7.1 MPLS-VPN基本模型构成
  - 7.2 控制层面路由传递问题
  - 7.3 数据层面数据转发问题
  - 7.4 CE-PE之间运行的路由协议
  - 7.5 ospf sham-link（伪链路，后门链路）
  - 7.6 MPLS-VPN的DOWN位防环
- 8. MPLS解决BGP的路由黑洞

MPLS(多协议标签交换)

1.1 概念

1.1.1 MPLS出现的背景

解决早期IP转发效率的低效，在近代因为基于硬件ANSI等芯片的出现，速度非常快，MPLS的快速转发体现不出来了。
现在主要解决路由黑洞问题，和无法形成流量分担的问题。

1.1.2 工作原理

1. 生成标签转发表。
2. 根据标签查找标签转发表进行数据转发。

1.1.3 使用场景

在MPLS TE（流量工程）中可以使用。
在MPLS VPN中承担数据转发作用。

2. MPLS体系结构

控制层面路由选择协议通过交换路由信息生成IP路由表，在路由表中选出一条最优路由加入到IP转发表中，当数据层面收到IP报文时，查IP转发表进行转发。
控制层面运行LDP协议，通过相互交换标签形成标签转发表。当数据层面收到带有标签的报文是查标签转发表进行转发。

2.1 术语

LER（标签边缘路由器）负责标签的压入（push）与弹出（pop）
LSR（标签交换路由器）主要负责标签的交换。
LSP（标签交换路径）
- 静态LSP：管理员手工配置。手工分配标签需要遵循的原则是：上游节点出标签的值就是下游节点入标签的值。
- 动态LSP：LDP、RSVP-TE、MP-BGP
FEC（转发等价类）：为某一类属性相同的数据分配相同的标签。LSR认为具有相同转发处理方式的报文，使用同一个标签来标记这些报文。如：匹配相同目的IP前缀的多个IP报文可属于一个FEC。

上游下游的概念：

在控制层面传路由的时候，下游设备收到5.5.5.5的路由给其分配标签告知上游邻居，上游邻居收到下游分配的标签形成标签转发表，并同下游设备一样给其路由分配标签通告给自己的上游邻居。上游设备形成标签转发表，依次到边界路由器。
数据层面数据的源为上游，数据的目的为下游

2.2 标签操作类型

标签由下游分配，标签压入压入的是下游传递来的标签。标签分发基于路由表。

push压入标签
swap替换标签
POP弹出标签,

标签交换路径LSP是一个单向路径，LSP中的LSRs可以分为：

入节点（Ingress）：LSP的起始节点，一条LSP只能有一个Ingress。
Ingress的主要功能是给报文压入一个新的标签，封装成MPLS报文进行转发。
中间节点（Transit）：LSP的中间节点，一条LSP可能有多个Transit。
Transit的主要功能是查找标签转发信息表，通过标签交换完成MPLS报文的转发。
出节点（Egress）：LSP的末节点，一条LSP只能有一个Egress。
Egress的主要功能是弹出标签，恢复成原来的报文进行相应的转发。

3. MPLS的封装格式

封装在L2之上，L3之下。

Ethernet类型值为0x0800为IPV4，0x8847为MPLS单播报文，8848MPLS多播报文
P2P类型值0x8021为IPv4，0x8281为MPLS单播报文，0x8283MPLS多播报文。

头部长度4B

标签长度20bit：标签个数位2^20。
0-15为保留标签
16-1023为静态LSP标签和静态CR-LSP共享的标签空间
1024-2^20为动态标签，LDP、RSVP-TE、MP-BGP等动态协议
特殊标签：0：ipv4显示空标签，2：ipv6显示空标签，3为隐式空标签，用于倒数第二跳弹出。
EXP位：实验位3bit。用于qos
S位：栈低位1位。标识是否为最后一个标签。1代表是，0代表否。意味着可以打多层标签
TTL：用来防环。长度8bit

4. MPLS的转发

4.1 转发表

RIB（路由表）：用于路由的选路，并将最优的路由下发到FIB
FIB（转发信息库）：用于指导数据报文的转发
- tunnel-id：系统自动为隧道分配的编号，本地有效
- token：用于索引tunnel–id的。
LIB（标签信息库）：保存标签的信息
LFIB（标签转发信息库）：用于标签的转发，有出接口下一跳等。
NHLFE（下一跳标签转发表项）：用于指导MPLS报文的转发，包括tunnel-ID，出接口，下一跳，出标签标签操作类型。
ILM（入标签映射）：入标签与NHLFE的映射称为ILM，包括tunnel-id，入接口，入标签，标签操作类型等
FTN（FEC To NHLFE）：FEC到一组NHLFE的映射，通过查看FIB表中tunnel-id不为0的表项。只在ingress节点中才有。

4.2 转发流程

当IP报文进入MPLS域时，首先查看FIB，检查目的IP地址对应的Tunnel id的值是否为0，
如果为0，则进入正常的IP转发流程
如果不为0，则进入MPLS转发流程。
在Ingress节点，通过查询FIB表和NHLFE表指导报文的转发。
查看FIB表的tunnel ID，通过Token找到对应的NHLFE。将FIB和NHLFE关联起来。
display fib

通过查看Tunnel-id为0xd，然后去查看与之匹配的token所在的NHLFE表
查看NHLFE表，得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型。

压入获得的标签，根据QOS处理EXP，同时处理TTL，封装MPLS报文发送给下一跳
在Transit节点，通过查看ILM表和NHLFE表指导MPLS报文的转发。
根据MPLS标签值查看对应的ILM表，可以得到Token

根据token可以找到对应的NHLFE表，得到出接口，下一跳，出标签，类型等。

根据不同的标签处理方式进行处理。
在Egress节点，通过查询ILM表指导MPLS报文的转发。
根据ILM表获得标签操作类型，同时处理EXP和TTL。
如果标签中s=1，表示此标签是栈低标签，进行IP转发。
如果标签中s=0，表示还有下一层标签，进行标签转发。

5. 配置静态LSP

在静态LSP环境中，只需要ingress节点上存在到达FEC目的地址的路由即可，transit和egress节点无需存在到达FEC目的地址的路由。
此时在 ingress节点上去往FEC目的地址的 tunnel ID 不为0x0，所以进行MPLS转发.

6. 动态LSP

6.1 LDP标签分发协议

LDP支持TPC/UDP646端口。
LDP只能为IGP分配标签，不能为BGP分配标签，MP-BGP能为BGP分配标签。RSVP协议也能分配标签。

LDP的特点：倒数第二跳弹出

标签对于最后一跳路由器来说已经没有用了，需要查多次表，为了减少最后一跳路由器的压力，最后一跳路由器为其直连的路由分配标签都为3。
当倒数第二跳收到标签报文进行查表转发时，看到出标签为3，弹出标签转发给最后一跳路由器，最后一跳路由器收到报文之后进行ip层面路由转发。

生成标签转发表：

运行LDP协议，为每条路由产生标签。建立LDP邻居关系。
下游向上游传递标签。
根据IP路由表找出最优的路由加入标签转发表。

6.2 LDP的报文类型

6.2.1 ldp头部

version：版本1
pdu length：长度
lsr-id：由lsr-id地址大的一方发起TCP连接
label space ID：标签空间，默认为0，表示支持全局标签空间，为每一个接口分配相同的标签。为1表示支持接口标签空间，为每一个接口分配不同的标签。

6.2.2 LDP的消息类型

discovery message：发现消息，用来发现网络中LSR的存在
- Hello报文：LDP发现机制中宣告本LSR并发现邻居。带有LSR-ID字段。基于UDP，其他报文都是TCP。5s周期，15s超时。目的地址224.0.0.2
Session message：会话消息，建立、维护和终止LDP Peers之间的LDP Session
- Initialization报文：初始化消息。进行参数的协商。类似BGP的open
  协商keepalive老化时间等。
- KeepAlive报文：用来维护邻居关系。
Advertisement：通告消息，生成、改变和删除FEC的标签映射。
- address：宣告接口地址
- address withdraw：撤销接口地址
- Label Mapping：来宣告FEC/Lable映射信息，
- Label Request：请求FEC的标签映射
- label abort request：终止未完成的label request报文
- label withdraw：标签撤销
- label release ：释放标签

Notification message：错误消息，宣告告警和错误信息。
Notification：错误通告。

6.3 LDP的邻居发现机制

本地邻居建立
通过hello报文与直连的邻居建立
源端邻居建立
通过手工建立与非直连的设备建立邻居

全局视图下
mpls ldp remote-peer huawei    #和huawei建立远端邻居
remote-ip 3.3.3.3              #远端地址为3.3.3.3
display mpls ldp session all   #查看邻居是否建立成功，状态为Operational成功。

6.4 LDP的邻居状态机

1、non-existent：开始由地址大的一方发起进行TCP连接。连接成功进入initialized状态
2、initialized：选举主动方和被动方。比较两端的LSR-ID越大越优先主动方发送init消息进入opensent状态。被动方收到init消息协商成功进入openrec状态。并发送init和KeepAlive消息。
3、opensent：主动方收到被动方的init消息和keepalive消息进入openrec状态。
4、openrec：收到对方的KeepAlive回应消息直接进入Operational状态。
5、Operational：邻居建立成功。

期间收到Notification消息都会返回non-existent状态

6.5 LDP的标签管理

6.5.1 标签分发模式

DU（下游自主）有标签就往上游传递。缺省工作在DU
DOD（下游按需）上游请求下游标签，下游回复标签。有需求才会发送。

6.5.2 标签控制模式

independent：独立的标签控制方式。不管下游有没有回复标签，都给上游回复标签。
Ordered：有序的标签控制方式。只有从下游收到标签才能给上游回复标签。

6.5.3 标签分发和控制组合

DOD+Ordered：向下游请求标签，下游必须通过它的下游邻居获得标签才能发送标签给上游传递。
DOD+independent：向下游请求标签，下游邻居不管有没有从它的下游邻居收到标签，都会回复标签。
DU+Ordered：只有收到下游通告的标签才会向上游通告标签。默认
DU+Independent：即使没有获得下游通告的标签，也会给上游通告标签。

6.5.4 标签保留模式

Conservative保守保留模式：保守的标签保持方式。从多个方向收到下游标签只保留最优标签。对拓扑响应慢，节约标签LSR-A工作在保守保留模式，对于LSR-B通告的FEC为172.16.1.0/24的标签生成下一跳为LSR-B的LSP，来此LSR-C的标签通告不被保留，当RA和RB之间链路Down掉之后，RA不会很快生成下一跳为RC的FEC为172.16.1.0/24的LSP
Liberal自由保留模式：自由的标签保持方式。从多个方向收到下游标签都保留。对拓扑响应较快，浪费标签。默认
LSR-A工作在自由保留模式，对于LSR-B通告的FEC为172.16.1.0/24的标签生成下一跳为LSR-B的LSP，来此LSR-C的标签通告将被保留，当RA和RB之间链路Down掉之后，RA重新生成下一跳为RC的FEC为172.16.1.0/24的LSP

6.5.5 标签通告原则

路由器默认只会为32位的主机路由分配标签。
- 通过在MPLS视图下，敲 lsp-target all 给所有路由分配标签，也可以跟策略。
设备产生标签和FEC的映射都会通告给自己的所有LDP邻居

7. MPLS-VPN

7.1 MPLS-VPN基本模型构成

CE：连接用户站点的设备
PE：运营商边缘设备
P：负责MPLS转发的运营商设备
site：用户站点，通过CE连接

7.2 控制层面路由传递问题

多个CE背后的site–本地PE出现地址重叠问题，就是运营商如何为不同客户且客户内网IP网段相同的提供转发服务，即如何在同一台PE区分不同VPN的相同路由？
解决方法：通过VPN实例与接口绑定解决，将来自不同CE的私网路由放到不同的vrf表。VRF（VPN路由转发表）=VPN实例，这样PE拥有公网路由表和多个vrf表。
配置 ip vpn-instance 1
本端PE—对端PE之间传递路由，将多个CE传递来的私网路由引入到BGP中出现路由传播的问题，传播过程中无法区分重叠的路由。
解决方法： PE之间使用MP-BGP（Multiprotocol Extensions for BGP-4，BGP-4的多协议扩展）来发布VPN路由，并使用VPN-IPv4地址族来解决是BGP无法区分不同VPN中相同的IP地址前缀的问题。
BGP的UPdate消息
path attributes：为BGP增加新属性MP_Reach_NLRI
支持VPNV4地址族：用64bit的RD+ipv4地址构成VPNV4的地址=96bit
RD用于区分使用相同地址空间的IPv4前缀

#配置
ip vpn-instance 1ipv4-familyroute-distinguisher 100:1     #用于传播路由时打上该RD区分重叠路由。
interface e0/0/0ip binding vpn-instance 1    #在连接CE的接口下绑定该vpn instance
bgp 100ipv4-family vpn-instance 1import-route ospf 10   #然后在将CE私网路由引入BGP时为其打上RD构成VPNV4地址在MPBGP中传递

对端PE–对端CE无法区分VPNV4路由装入哪个VRF表，即无法区分vpn路由对应对端哪个分部CE上。
解决方法：使用32位的BGP扩展团体属性－VPN Target（也称为Route Target）来控制VPN路由信息的发布。

RT：每个VPN实例关联一个或多个VPN Target属性。有两类VPN Target属性

Export Target：本地PE从直接相连site学到IPv4路由后，转换为VPN IPv4路由，并为这些路由设置Export Target属性。Export Target属性作为BGP的扩展团体属性随路由发布。
Import Target：PE收到其它PE发布的VPN-IPv4路由时，检查其Export Target属性。当此属性与PE上某个VPN实例的Import Target匹配时，PE就把路由加入到该VPN实例的路由表。

为什么使用VPN Target而不直接用RD作为BGP扩展团体属性的原因在于:

一条VPN-IPv4路由只能有一个RD，但可以关联多个VPN Target属性；BGP如果携带多个扩展团体属性，可以提高网络的灵活性和可扩展性。
VPN Target用于控制同一PE上不同VPN之间的路由发布。即，同一PE上的不同VPN之间可以设置相同的VPN Target来实现路由的互相引入。

配置：

ip vpn-instance 1ipv4-familyroute-distinguisher 100:1vpn-target 100:10 export-extcommunityvpn-target 100:10 import-extcommunity
interface Ethernet0/0/0ip binding vpn-instance 1ip address 13.1.1.3 255.255.255.0
bgp 100ipv4-family vpnv4policy vpn-target           #bgp中默认有此命令，表示检查对应的RT，如果undo这条命令则不收vpnv4路由。

7.3 数据层面数据转发问题

环境：路由都已经学习完成，骨干也运行了MPLS。为什么运行MPLS？因为bgp的路由黑洞。

当R1 ping -a 1.1.1.1 6.6.6.6时，下一跳为R3的接口地址13.1.1.3，R3收到IP包之后目的地址为6.6.6.6，下一跳5.5.5.5进行标签转发。R4收到报文进行转发出标签为3，执行倒数第二跳弹出，传递给R5，R5收到去往6.6.6.6的数据，默认查单播路由表，没有6.6.6.6的表项，丢弃该报文。
解决方法：双重标签
mp-bgp也会为其对应fec分配一个单独的标签和vrf（vpn-instance）进行关联，封装在UPdate消息中MP_Reach_NLRI属性中发送给IBGP邻居（对端PE），对端PE有流量访问本端的fec时，压入本端通告的标签。本端当收到该标签时，弹出标签，查对应的vrf表转发。

过程分析

R3通告的update消息中，对于1.1.1.1的前缀FEC分配的标签为1025。
当R6 ping -a 6.6.6.6 1.1.1.1时，报文交给R5，R5先进行1025标签的封装，然后再封装R3通告的标签进行封装。

3.报文到达R4进行倒数第二跳弹出，发送给R3

4.R3收到报文之后根据in label查对应的vrf表进行转发。

实验拓扑

链接：https://pan.baidu.com/s/1bC8fddxsVgTOUHCR_VRmjA
提取码：cvwg

7.4 CE-PE之间运行的路由协议

运行多实例OSPF，，都是区域0
当CE-R1上将11.11.11.11路由引入到OSPF产生5类LSA，1.1.1.1是正常的ospf内部路由，当R3将这两条路由通过MP-IBGP邻居传递给R5并引入到ospf多实例20的时候，将产生2条5类的LSA通告给公司A分部的设备。在此，无法将1.1.1.1的内部路由和11.11.11.11外部路由进行区分。所以为了使路由的其他属性在MP-IBGP进行传递时不丢失，就必须在MP-BGP中携带更多属性。
display bgp vpnv4 all routing-table 6.6.6.6 32 查看详细属性

可以看到，OSPF的一些属性被放到扩展团体属性里携带。
1、ospf domain-id 0.0.0.0：0
如果两边domainID一样，会认为MPLS域是区域0，超级骨干区域，
ospf三级架构

超级骨干区域
骨干区域
非骨干区域

修改domain-id配置
ospf 2 进程下
domain-id 2
domain-id不一样，PE会将ospf路由以5类方式注入到CE。

cisco domainID默认是进程号
华为默认doamin-id都是0.
封装在扩展团体属性中。

2、ospf RT（router type）：
0.0.0.0：1：0 对应
区域号：lsa类别：度量类型

1类LSA，类别是1。根据类别还原到对应的LSA。最多还原成3类LSA

3、ospf router-id：可携带也可不携带，因为3类LSA通告者也是这台PE。

多实例OSPF

CE与PE之间运行OSPF，进程不一样，都是区域0。
按照正常逻辑来讲，R1学到6.6.6.6的路由是R3通过将BGP引入到OSPF而学到的。学到的路由应该是o_ase的
但是在路由表中却是普通的OSPF路由。
什么原因呢？

在MPLS-VPN网络中，连接MPLS骨干网的CE与PE之间运行OSPF并且都是area 0的情况下，MPLS区域会被认为是一个超级骨干区域。超级骨干区域只是由MP-IBGP负责传递路由。R5和R3称为ABR，发送3类LSA。
通过在ospf 20中有关6.6.6.6的1类LSA，引入到vpn-instance 1中进行传递，即使两个站点的OSPF配置成了一个区域，也无法沟通拓扑，只能沟通路由，在ospf中直接沟通路由的只有3类LSA和5类LSA，也就是说通过MP-IBGP传递的路由最多能还原成3类LSA。

当收到的domain-id不一样的时候，以5类LSA注入

什么时候是三类LSA，和5类LSA？

domain-id一样的情况下，认为mpls区域是超级骨干区域，以三类形式
domain-id不一样，以5类形式注入，
从ce收到5类LSA时，以5类注入。
当连接CE区域是NSSA区域时，以7类形式注入

7.5 ospf sham-link（伪链路，后门链路）

通过在CE之间拉一条低速的专线，用于当运营商网络down掉之后走低俗链路。但是A总和A分建立邻居之后选路会直接走低速链路，因为通过R3传递而来的是3类LSA，R1通过R6直接获得了1类LSA。

需求：当运营商DOWN之后再走低俗链路。通过sham-link解决。类似于虚连接，将R3和R5也宣告进ar 0。然后修改CE之间的cost值大于运营商。
shamlink的作用就是抑制ospf路由而使bgpvpnv4路由生效。

首先R1和R6配置接口地址
R1将其宣告进OSPF10 area 0，R6将其宣告进ospf 20 area 0。邻接建立成功
然后在R3和R5上配置sham-link地址，必须是32位。
然后将其绑定到vrf表中。
然后将sham-link地址network进bgp的vpn-instance实例中。通过MP-BGP传递Sham-link地址给对方。
配置伪连接时，伪连接端点地址的路由不能通过私网的OSPF进程发布到对端PE上。如果伪连接端点地址的路由通过私网的OSPF进程发布到对端PE上，则对端PE将同时存在两条到该伪连接端点地址的路由。其中一条是通过私网OSPF学习到的，另一条是通过MP-BGP学习到的。OSPF路由比BGP路由优先级高，对端PE错误地选择了OSPF路由，所以伪连接无法建立成功。
查看vrf表获得对端sham-link地址。
R3在ospf进程10的area 0下启动sham-link，R5在ospf进程20的area 0下启动sham-link
查看邻居状态
R1和R6修改ospfcost值大于运营商。此时在tracert 测试R1走运营商，当运营商接口down之后，直接走R6。

7.6 MPLS-VPN的DOWN位防环

R4会将R5的5.5.5.5的路由通过MP-IBGP传递给R1和R2，R1和R2都会以3类LSA形式注入到OSPF10的区域0中。那么R1和R2会相互收到对方传递的3类LSA并且接受计算。当运营商down掉之后，R1会走R2，R2会走R1。
通过在3类LSA的option中设置down位置位，如果PE接收到的3类LSA中携带了Down位，则不计算。

此时当R5引入了一条直连路由，R4将5类LSA通过MP-IBGP传递给R1和R2，R1和R2以5类LSA形式注入。那么R1和R2都会相互收到对方发送的5类LSA。也可能产生环路，通过PE在将MP-IBGP路由还原成ASE LSA时，产生一个VPN tag携带在ASE LSA 的tag字段中，如果PE收到的ASE LSA中tag字段和本地tag一样则不计算。

8. MPLS解决BGP的路由黑洞

首先正常情况下R3会出现路由黑洞，所以在AS200内做MPLS转发域。
R2和R4使用环回口建立IBGP邻居
当R1的1.0流量去往R5的5.0的流量通过R2，R2去往5.0的路由下一跳为4.4.4.4，通过查LFIB查看out label为1024，压入1024标签发送给R3，R3收到之后看到1024标签是本地为4.4.4.4的路由分发的int label，其对应的out label是3，原因是R4为其直连的4.4.4.4分发的PHP倒数第二跳标签。R3执行第二跳弹出，将纯IP包发送给R4，R4收到之后查看其目的地址为5.5.5.5，查路由表进行转发。
R2收到R3分配的标签

R3收到R4分配的标签
BGP路由黑洞，中间3台路由器.
两端通过物理接口建立IBGP邻居，做MPLS还是会有问题。
首先正常情况下R3会出现路由黑洞，所以在AS200内做MPLS转发域。因为R3和两端都直连，R2和R4使用互联R3的接口建立的IBGP邻居关系，那么当R1的1.0流量去往R5的5.0的流量通过R2，R2去往5.0的路由下一跳为34.1.1.4，因为R4的34.1.1.4的网段是24位的，不是32位的，并且R3与34.1.1.0/24网段是直连的，路由器会为其直连的路由分配PHP倒数第二跳标签3。R2看到下一跳34.1.1.4的out label标签为3，则执行标签弹出发送给R3，R3收到之后是纯ip包，查路由表没有R5的5.5.5.5的路由则丢弃。此时路由和没做MPLS一样
R2收到R3分发的标签