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MPLS（多协议标签交换）

包交换

标签交换

包交换的优化过程

MPLS（多协议标签交换）

包交换

数据组成数据包，在网络中的各个节点传递，最准到达目标，即路由转发的过程。

1、查两张表，即路由表和ARP缓存表。

2、路由表的匹配原则（最长匹配原则）。

3、递归查找。

4、IP包头可变长，即只能通过软件进行处理。

控制层面：路由协议中的数据流的流动方向，目的是为了获取未知网段的路由信息，生成路由表。

数据层面：基于设备已完善的路由表（FIB），来转发具体的数据到达目标网段。其方向正好和控制层面相反。

标签交换

在二层封装和三层封装之间，添加一个和路由条目存在映射关系的标签，之后维护一张记录对应关系和转发接口表，之后携带标签的数据来到设备上，将先看到标签，之后基于维护的表进行转发，二不再看三层发的IP数据。因为标签本身短小且定长，所以转发效率会高于包交换。但是由于标签交换过程需要由压入标签和弹出标签的动作，所以整体对包交换效率的提升并不明显。

控制层面：基于FEC分配标签，并且获取其他LSR对相同FEC分配的标签。记录在本地LIB表中，再结合FIB表生成LFIB表。（控制层面的功能可以通过静态手工配置来完成，也可以通过动态协议来完成 --- LDP协议：标签分发协议。）

数据层面：设备基于LFIB表，根据标签进行转发。

包交换的优化过程

1、进程交换：最早期的包交换，就是每个数据包来到设备都需要去基于目标IP查看路由表及ARP缓存表来进行转发。

2、快速包交换：基于流的包交换，一次路由多次交换 --- 只有第一个数据包需要执行包交换的过程。

3、思科的特快交换（Cisco Express Forwading）：即CEF，对路由表和ARP缓存表中的内容进行预读取（路由表中需要递归查找的线递归好）记录在CEF表中。并且这个CEF表可以支持硬件处理。

虽然CEF是思科的私有技术，但是各个厂商结合原理都开发出了自己的特快交换技术。护卫设备在进行数据转发时，就查看的不是路由表，而是FIB表（转发信息数据库），该表支持硬件处理转发。

MPLS其实就是和包交换结合共同发展的标签交换技术。因为标签生成需要识别三层协议，而MPLS称为多协议标签交换，因为他可以识别和兼容多种三层协议。

MPLS主要应用的领域：

1、用来解决BGP的路由黑洞

2、MPLS-VPN

3、MPLS-TE（流量工程），可以简单理解为控制流量转发发路径。

运行MPLS设备组成的网络，我们可以称为是一个MPLS域。域中所有运行MPLS的设备都可以被称为LSR（标签交换路由器）。

这个标签是每台路由器基于自己路由表中的路由条目生成的，是陆运器的个人行为。

在MPLS中，我们把具有相同特征的数据包称为FEC（等价转发类），简单理解为匹配到同一个条路由条目的所有数据报文都属于同一个FEC，一个FEC分配一个标签。

LIB表（标签信息表）

LFIB表（标签信息转发表），是LIB表和FIB表结合的产物，主要记录的就是标签编号和出接口及下一跳的对应关系。

在整个过程中，所有MPLS域中的LSR处理自己针对某个FEC生成的标签外还需要获取其他LSR对相同FEC分配的标签。

结合上面的图来分析：

R1这台设备为进入MPLS域中的数据压入标签，所以这样的设备我们称为：入站LSR（Ingress LSR）

在这个过程中，R2完成了一次标签的置换动作，这样的LSR我们称为：中转LSR（transit LSR）

R4是MPLS域的一个边界，完成的是标签的弹出动作，这样的LSR我们称为：出战LSR（egress LSR）

整个数据层面数据流动的路径为R1-R2-R3-R4，我们把这条路径称为LSP（标签交换路径）

一般一个FEC会对应一条LSP。特别注意：LSP是分方向的，如果需要实现数据的双向互通，则必须搭建两个方向的LSP才行。LSP的搭建方法：静态、动态LDP

LABEL：20位，取值范围为0-2的20次方。我们把标签的取值范围称为标签空间，每台设备的标签空间是独立的。

0-15，特殊标签值，我们在分配时一般不用这些标签，因为他们具有特殊含义

16-1023，一般用于静态LSP搭建使用

1023-2的20次方，LDP等可以动态分配标签的协议使用的标签号的范围

EXP：占3位，主要做策略用的。一般情况下为000，可以理解为优先级，数值越大，优先级越高，可以优先转发。

S：占1位（栈底位），我们把标签头部组成有序序列称为标签栈。该位为1，则代表是最后一个标签，为0，则代表还有后续标签需要处理。

TTL：相当于将TTL值换了个位置进行计数，作用和目的都是一样的。