华为NP课程笔记16-MPLS(上)

1 MPLS

1.1传统IP转发存在的问题

（1）传统IP转发，一台路由器收到数据帧后，分析报文头，根据具体类型，上传到网络层处理，网络层读取路由信息，进行相应的处理，或者直接上传到传输层继续处理，或者按照路由表打包封装进行转发，数据经过每一个路由器，都要进行这些操作，导致整个转发速率和处理速率较慢，而且每台路由器都要有全局的路由条目或者一条缺省路由条目

（2）传统IP转发时面向无连接的，无法保障QoS服务质量。在传统IP转发中，仅根据转发路径根据IGP开销来的，会导致最优路径的拥塞和次优路径的空载状态。

1.2MPLS是基于标签进行转发的。

在数据转发层面，MPLS是面向连接的，会在数据转发前，源和目的间建立一条转发通路，所以在MPLS域内节点，路由器不需要查看每个IP报文的IP地址，只需要根据报文头部的标签进行标签转发即可，这样大大提高了转发速率。

1.3MPLS网络基本结构

（1）LSP（label switched path）:标签交换路径，即到达同一目的地址的报文在MPLS网络中经过的路径。

（2）FEC（Forwarding Equivalent Class）转发等价类：MPLS作为一种分类转发技术，将具有相同转发处理方式的报文分为一类，称该类报文为一个FEC。在MPLS网络中，到达同一目的地址的所有报文就是一个FEC。FEC的划分方式非常灵活，可以是以源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议类型或VPN等为划分依据的任意组合。

（3）在MPLS网络中，路由器的角色分为两种：

LER（label edg router）:在MPLS网络中，用于标签的压入或弹出，如上图中的RTB、RTD。

LSR（label switched router）:在MPLS网络中，用于标签的交换，如图中的RTC。

（4）根据数据流的方向，LSP的入口LER被称为节点（Ingress）；位于LSP中间的LSR被称为中间节点（Transit）；LSP的出口LER被称为出节点（Egress）。MPLS报文由Ingress发往Transit，则Ingress是Transit的上游节点，Transit是Ingress的下游节点；同理，Transit是Egress的上游节点，Egress是Transit的下游节点。

（5）NHLFE:NEXT HOP label forwarding entry（下一跳标签转发表项）

MPLS体系结构

（1）控制平面：负责产生和维护路由信息以及标签信息。

路由信息表RIB（Routing Informaition Base）:由IP路由协议生成，用于选择路由

标签分发协议LDP（Lable Distribution Protocol）:负责标签的分配、标签转发信息表的建立、标签交换路径的建立、拆除等工作。

标签信息表LIB（Label information base）：由标签分发协议生成，用于管理标签信息。

（2）转发平面：即数据平面（data plane），负责普通IP报文的转发以及带MPLS标签报文的转发。

转发信息表FIB（Forwarding information base）:从RIB提取必要的路由信息生成，负载普通IP报文的转发。

标签转发信息表（label forwarding information base）:简称标签转发表，由标签分发协议建立LFIB，负载带MPLS标签报文的转发。

（3）MPLS路由器上，报文的转发过程：

当收到普通IP报文时，查找FIB表，如果Tunnel ID为0x0，则进行普通IP转发；如果查找FIB表，Tunnel ID为非0x0，则进行MPLS转发。当收到带标签的报文时，查找LFIB表，如果对应的出标签是普通标签，则进行MPLS转发；查找LFIB表，如果对应的出标签是特殊标签，如标签3，则将报文的标签去掉，进行IP转发。

1.4MPLS数据报文结构

MPLS分为帧模式和信源模式，AT网络使用信源模式，以太网和帧中继使用帧模式，在帧模式中，MPLS会在报文2层头和IP头间增加MPLS头部，总长度4bytes（32bits）

（1）标签（label）是一个短而定长的、只有本地意义的标识，用于唯一标识去往同一目的地址的报文分组。

（2）MPLS标签封装在链路层和网络层之间，可以支持任意的链路层协议。

（3）MPLS标签的长度为4个字节，共分为4个字段：

label：20bit，标签值域；

EXP：3bit，用于扩展。现在通常用作CoS（class of service），当设备发生阻塞时，优先发送优先级高的报文；

S：1bit，栈底标识。MPLS支持多层标签，即标签嵌套。S值为1时表明为最底层标签；

TTL：8bit，和IP报文中的TTL意义相同；

（4）标签空间是指标签的取值范围。标签空间划分如下：

0～15：特殊标签。如标签3，称为隐式空标签，用于倒数第二跳弹出；

16～1023：静态LSP和静态CR-LSP（constraint-based routed label switched path）共享的标签空间；

1024及以上：LDP、RSVP-TE（Resource reservation protocol-traffic engineering）、MP-BGP（Multiprotocol border gateway protocol）等动态信令协议的标签空间。

LSP建立方式

建立LSP的方式有两种：

静态LSP:用户通过手工方式为各个转发等价分类标签建立转发隧道；

动态LSP:通过标签发布协议动态建立转发隧道

1.5LDP邻居

LDP邻居发现

LDP发现机制分为两类：

LDP基本发现机制：发现直连在同一链路上的LSR邻居，hello地址为组播224.0.0.2

LDP扩展发现机制：发现非直连的LSR邻居，hello地址为特定单播地址

MPLS路由器通过周期性地发送LDP链路Hello消息（LDP Link Hello），实现LDP邻居的发现，并建立本地LDP会话：

为了能使开启LDP协议的设备快速发现邻居，LDP的Hello消息使用UDP封装。UDP是无连接的协议，为了保证邻居的有效性和可靠性，Hello消息周期发送，发送周期为5s，使用组播224.0.0.2作为目的的IP地址，意思是“发送给网络中的所有路由器”。

LDP的Hello消息中，携带有Transport address字段，该字段与设备配置的LSR ID一致，表明与对端建立邻居关系时所使用的IP地址。如果该字段IP地址是直连接口IP地址，则直接建立邻居关系；如果该字段地址是Loopback接口IP地址，保证该接口IP地址路由可达，才能建立邻居关系。

LDP邻居建立

1）LDP协议主要使用四类消息：

发现消息（discovery）:用于通告和维护网络中邻居的存在，如hello消息

会话消息（session）：用于建立、维护和终止LDP对等体之间的会话，如initalizationn、keepalive消息

通告消息（advertisement）：用于创建、改变和删除FEC的标签映射，如Address消息，label mapping消息。

通知消息（notification）：用于提供建议性的消息和差错通知。

2）LDP邻居建立过程

LDP邻居建立过程如上图所示：

两个LSR之间互相发送hello消息，hello消息中携带传输地址，双方使用传输地址建立LDP会话。

传输地址较大的一方作为主动方，发起TCP连接，如图所示，RTB作为主动方发起TCP连接，RTA作为被动方等待对方发起连接

TCP连接建立成功后，主动方RTB发送初始化消息，协商建立LDP会话的相关参数。

被动方RTA收到初始化消息后，如果RTA接受相关参数，则发送初始化消息，同时发送keepalive消息给主动方RTB，如果被动方RTA不接受相关参数，则发送Notification消息中止LDP会话的建立。

主动方RTB收到初始化消息后，接受相关参数，则发送keepalive消息给被动方RTA，如果主动方RTB不接受相关参数，则发送Notification消息给RTA，中止LDP会话的建立。

当双方都接收到对端的Keepalive消息后，LDP会话建立成功。LDP会话建立成功后，进行FEC的创建于标签的分发。

1.6静态LSP

静态LSP特点

不使用标签发布协议，不需要交互控制报文，资源消耗比较小；

通过静态方式建立的LSP不能根据网络拓扑变化动态调整，需要管理员干预。

静态LSP适用于拓扑结构简单并且稳定的网络。

配置静态LSP

配置静态LSP时，管理员需要为各路由器手工分配标签，需要遵循的原则是：前一节点出标签的值等于下一个节点入标签的值。

如上图所示，MPLS网络中有一个100.1.1.1/32的用户，静态为该路由建立一条LSP，配置过程如下：

1)配置LSR ID用来在网络中唯一标识一个MPLS路由器。缺省没有配置LSR ID，推荐手工配置loopback接口地址作为LSR ID，配置命令：

mpls lsr-id 1.1.1.1

2)在MPLS域的所有节点与相应的接口上开启MPLS协议。

配置命令：

sys

mpls

int g0/0/1

mpls

在Ingress进行一下配置：

static-lsp ingress lsp-name destination ip-address {mask-length|mask} {nexthop next-hop-address|outgoing-interface interface-type interface-number} * out-lable out-label

在Transit进行一下配置：

static-lsp transit lsp-name [ incoming-interface interface-type interface-number ] in-label in-label {nexthop next-hop-address|outgoing-interface interface-type interface-number} * out-lable out-label

在Egress进行一下配置：

static-lsp egress lsp-name [incoming-interface interface-type interface-number} * in-lable in-label [lsrid ingress-lsr-id tunnel-id tunnel-id]

完成上述配置后，只是完成了RTA到RTD的单挑LSP，RTD返回RTA的LSP路径也需要配置才能实现RTA正常访问RTD 100.1.1.1/32的路由。

具体配置命令如下：

RTA：

int lo0

static-lsp ingress huawei destination 100.1.1.1 32 outgoing-interface g0/0/0 out-label 100

static-lsp egress huawei2 incoming-interface g0/0/0 in-label 100

RTB:

static-lsp transit huawei incoming-interface g0/0/0 in-label 100 outgoing-interface g0/0/1 out-label 200

static-lsp transit huawei2 incoming-interface g0/0/1 in-label 200 outgoing-interface g0/0/0 out-label 100

RTC:

static-lsp transit huawei incoming-interface g0/0/1 in-label 200 outgoing-interface g0/0/0 out-label 300

static-lsp transit huawei2 incoming-interface g0/0/0 in-label 300 outgoing-interface g0/0/1 out-label 200

RTD:

static-lsp egress huawei incoming-interface g0/0/0 in-label 300

static-lsp ingress huawei2 destination 100.1.1.2 32 outgoing-interface g0/0/0 out-label 300

1.7动态LSP

动态LSP的特点

组网配置简单，易于管理和维护；

支持基于路由动态建立LSP，网络拓扑发生变化时，能及时反映网络状况。

如上图所示拓扑：

Egress路由器RTD为本地存在的路由器分配标签，并将路由和标签的绑定关系主动发送给上游邻居路由器RTC；

路由器RTC收到下游邻居路由器RTD的路由和标签的绑定关系后，将其记录到LIB中，并将自己分配的标签和路由的绑定关系发送给上游邻居路由器RTB；

RTB执行相同的动作将标签和路由的绑定关系发送给上游邻居路由器RTA，RTA为Ingress路由器，没有上游邻居，动态LSP完成建立

配置举例

内部路由要使用IGP协议，保证路由间可达

mpls lsr-id 1.1.1.1 //配置lsr-id

mpls //进入mpls

mpls ldp //配置ldp模式

int g0/0/0

mpls //在端口开启mpls

mpls ldp //配置为ldp模式

mpls ldp transport-address g0/0/0 //配置使用接口地址建立TCP连接，默认是使用lsr-id，可选配置项

dis mpls ldp peer //查看ldp邻居信息

dis mpls ldp session //查看mpls会话建立情况

dis mpls ldp session verbose //查看会话详细情况

对于远端LDP进行如下额外配置：

mpls ldp remote-peer test

remote-ip 3.3.3.3 //指定远端LDP地址

1.8标签

标签的发布方式

标签的发布方式：

DU（downstream unsolicited，下游自主方式）：对于一个到达同一目的地址报文的分组，LSR无需从上游获得标签请求消息即可进行标签分配与分发。

DoD（Downstream on demand，下游按需方式）：对于一个到达同一目的地址报文的分组，LSR获得标签请求消息后才进行标签分配与分发。

int g0/0/0

mpls ldp advertisement dod

mpls

lsp-trigger host

如图所示拓扑：

采用DU方式分发标签，对于目的地址为100.1.1.1/32的分组，下游RTD通过标签映射消息主动向上游RTC通告自己主机路由100.1.1.1/32的标签。

采用DoD方式分发标签，对于目的地址为100.1.1.1/32的分组，上游RTC向下游发送标签请求消息，下游RTD收到标签请求消息后，才会向上游发送标签映射消息。

华为设备默认采用DU的方式发布标签。DU无需等待上游的请求信息，可以直接向邻居分配标签。在网络拓扑发生变化时，采用DU方式可以快速反应为新的拓扑分发标签，收敛时间相对于DoD方式较短。

标签的分配控制方式

Independent（独立标签分配控制方式）：本地LSR可以自主地分配一个标签绑定到某个IP分组，并通告给上游LSR，而无需等待下游的标签。

mpls

lsp-trigger all

mpls ldp

label-distribution independent

Ordered（有序标签分配控制方式）：只有当该LSR已经具有此IP分组的下一跳的标签，或者该LSR就是该IP分组的出节点时，该LSR才可以向上游发送IP分组的标签。

mpls

lsp-trigger all

mpls ldp

label-distribution ordered

如图所示拓扑：

采用Independent方式：

如果标签发布方式为DU，则RTC无需等待下游RTD的标签，就会直接向上游RTB分发标签。

如果标签发布方式为DoD，则发送标签请求的RTB的直连下游RTC会直接回应标签，而不必等待来自下游RTD的标签。

采用Ordered方式：

如果标签发布方式为DU，则RTC只有收到下游RTD的标签，才会向上游RTB发布标签。

如果标签发布方式为DoD，则发送标签请求的RTB的直连下游RTC只有收到下游RTD的表情，才会向上游RTB分发标签。

华为设备默认采用Ordered的方式分配标签。采用Ordered方式，只有当该LSR已经具有此IP分组的下一跳的标签时，才能向上游分发标签，这样是为了避免下游IP分组的标签未分配或收敛时间较长，上游的标签已分配，数据开始转发造成的数据丢失。

标签的保持方式

路由表中，RTB通过RTD到达100.1.1.1/32的路径最优，RTB从RTC收到分配给100.1.1.1/32的标签处理方式有以下两种：

一是RTB保留从RTC收到的标签信息，二是RTB不保留从RTC收到的标签信息，前者称为Liberal方式，后者称为Conservative方式。

标签的保持方式：

liberal（自由标签保持方式）：对于从邻居LSR收到的标签映射，无论邻居LSR是不是自己的下一跳都保留。华为设备默认采用自由标签保持方式保存标签。

conservative（保守标签保持方式）：对于从邻居LSR收到的标签映射，只有当邻居LSR是自己的下一跳时才保留。

mpls ldp

label-retention conservative

当网络拓扑变化引起下一跳邻居改变时：

使用自由标签保持方式，LSR可以直接利用原来非下一跳邻居发来的标签，迅速重建LSP，但需要更多的内存和标签空间。

使用保守标签保持方式，LSR只保留来自下一跳邻居的标签，节省了内存和标签空间，但LSP的重建会比较慢

1.9LDP建立LSP过程

IGP协议负责实现MPLS网络内路由可达，为FEC的分组提供路由；

LDP协议负责实现对FEC的分类、标签的分配以及LSP的建立和维护等操作。

如图所示拓扑，LDP动态建立LSP的过程如下：

RTD上存在100.1.1.1/32的主机路由，因为RTD是Egress节点，所以直接向自己上游邻居RTC发布100.1.1.1/32与标签的绑定关系；

RTC收到下游邻居RTD分配的主机路由与标签绑定关系后，将标签记录在自己的LIB表中，并向上游RTB发布这一绑定关系，同时RTC查看自己IP路由表中到达100.1.1.1/32的下一跳是否为RTD，如果IP路由表中的下一跳为RTD，则RTC使用RTD分配的标签封装到达100.1.1.1/32的数据；如果IP路由表中的下一跳不是RTD，则RTC保留RTD分配的标签作为备用标签；

RTB收到下游RTC的绑定关系后，执行与RTC相同的动作；

RTA收到下游RTB的绑定关系后，查看自己IP路由表到达100.1.1.1/32的下一跳是否为RTB，如果IP路由表中的下一跳为RTB，则RTA使用RTB分配的标签封装到达100.1.1.1/32的数据；如果IP路由表中的下一跳不是RTB，则RTA保留RTB分配的标签作为备用。因为RTA为Ingress，最终到达100.1.1.1/32的LSP完成建立。

LDP的基本配置命令如下：

mpls lsr-id 1.1.1.1 //配置本节点的LSR ID，一般使用回环口地址

mpls //全局使能mpls，并进入MPLS视图

int g0/0/1

mpls //使能接口的MPLS能力

mpls ldp //使能接口的MPLS LDP能力

1.10MPLS数据转发过程

在MPLS网络中，数据包在每台路由器上根据已分配的标签进行标签的封装和转发；

上图所示，MPLS数据转发过程如下：

RTA上收到访问100.1.1.1/32的数据包，如果数据包为普通的IP报文，则查找FIB表，因为Tunnel ID为非0x0，封装已分配的标签1027进行MPLS转发；如果数据包为带标签的报文，查找LFIB表，封装已分配的标签1027进行MPLS转发；

RTB收到RTA发送的带标签1027的报文，查找LFIB表，封装已分配的出标签1026进行MPLS转发给RTC；

RTC收到RTB发送的带标签1026的报文，查找LFIB表，封装已分配的出标签1025进行MPLS转发给RTD；

RTD收到RTC发送的带标签1025的报文，查找LFIB表，出标签为Null，表明数据包已经到达Egress节点，所以路由器将数据包的标签信息去掉，并对数据包进行三次处理，查找IP路由表发现100.1.1.1/32的路由为自己本地的路由，根据IP路由表中的出接口进行IP数据的封装并转发。

如果MPLS网络中的业务量很大，则每次数据包在Egress节点都要进行两次处理才能进行正确的路由转发，这样会导致Egress节点的处理压力增加，为了解决这个问题，提出了PHP技术，让Egress节点只处理一次技能将数据包正确转发。

1.11 Penultimate hop popping

PHP，倒数第二跳弹出：

RTC收到RTB发送的带标签1026的报文，查找LFIB表，发现分配的出标签为隐式空标签3，于是执行弹出标签的动作，并将IP数据包转发给下游路由器RTD；

RTD收到RTC发送的IP报文，直接查找自己的FIB表，根据FIB表中的出接口进行IP数据的封装并转发。

mpls

label advertise implicit-null //表示隐式空标签，标签值为3，是默认参数；参数为explicit-null时，标签值为0；参数为non-null时，标签为正常值，即关闭php。

2 MPLS环路检测

2.1MPLS环路检测包含内容

（1）IGP环路检测机制

（2）TTL环路检测：帧模式的MPLS中使用TTL，信元模式的MPLS中无TTL

（3）LDP环路检测机制：距离向量法；最大跳数法

MPLS对TTL的处理

MPLS收到正常IP报文后，会在IP TTL前面加入Label TTL，Label TTL可以直接拷贝IP TTL，或者两者被同时重置为255。对于前一种方式，在MPLS域中传递时，只是处理Label TTL，IP TTL保持不变，在倒数第二跳弹出标签时，IP TTL会拷贝回 Label TTL。这个是默认处理方式。

对于后一种方式，IP TTL在MPLS传递过程中保持不变，最后弹出标签时，IP TTL还是保持不变。配置命令：

mpls

undo ttl propagate public

在MPLS域中，当Label TTL减到0时，报文就会被丢弃。

2.2 LDP环路检测

路径向量法

Label Request信息中加入lsr-id相关字段和一个length计数，途径的lsr-id都会被记录并且length值加1，当一个lsr收到一个label request中包含自己的lsr-id或者length值超过预设值，则说明存在环路，lsr就会发出通知消息，拒绝LSP的建立。

最大跳数法：

Label Request的hops-count字段在传递过程中不断增加，增加到配置数值，判定环路，LER会丢弃该报文。

mpls ldp

loop-detect //配置环路检测，要在端口使能mpls前配置，否则会报错

hops-count 32 //配置最大跳数

path-vectors 32 //配置路径向量法中的跳数

3 MPLS实验分析

3.1拓扑图

3.2、配置R1、R2、R3、R4互联互通具体配置过程省略，配置完成后，PC1、PC2实现互通。

3.3、为各个路由器配置lsr-id，在各接口上使能MPLS，配置命令：

sys

mpls

mpls lsr-id 1.1.1.1

int g0/0/1

mpls

3.4、静态LSP配置示例

R1:

static-lsp ingress huawei destination 100.1.1.1 32 outgoing-interface GigabitEthernet0/0/0 out-label 100

static-lsp egress huawei2 incoming-interface GigabitEthernet0/0/0 in-label 100

R2:

static-lsp transit huawei incoming-interface GigabitEthernet0/0/0 in-label 100 outgoing-interface GigabitEthernet0/0/1 out-label 200

static-lsp transit huawei2 incoming-interface GigabitEthernet0/0/1 in-label 200 outgoing-interface GigabitEthernet0/0/0 out-label 100

R3:

static-lsp transit huawei incoming-interface GigabitEthernet0/0/1 in-label 200 outgoing-interface GigabitEthernet0/0/0 out-label 300

static-lsp transit huawei2 incoming-interface GigabitEthernet0/0/0 in-label 300 outgoing-interface GigabitEthernet0/0/1 out-label 200

R4:

static-lsp egress huawei incoming-interface GigabitEthernet0/0/0 in-label 300

static-lsp ingress huawei2 destination 192.168.1.1 32 outgoing-interface GigabitEthernet0/0/0 out-label 300

配置完成后，查看各个路由器静态lsp：

3.5、动态LSP示例

AR1:

mpls

mpls ldp

int g0/0/0

mpls

mpls ldp

dis mpls ldp peer

dis mpls ldp session

dis mpls ldp session verbose

dis mpls ldp lsp

4 MPLS VPN访问公网

4.1通过外部ISP访问公网

在CEA上配置一条默认路由指向FireWall，该路由指导所有公网流量的转发；然后在PEA的VPNA instance视图中，添加默认路由指向CEA；最后通过MP-BGP，将PEA的VPNA中的这条默认路由传递给PEB；PEB的这条缺省路由通过EBGP发布给CEB，最终CEB连接的用户可以经CEA通过FireWall访问公网。

4.2通过MLPLS VPN骨干网访问公网

PEA上通过静态缺省路由或者动态路由协议引入RTA上的公网路由

PEA:

ip route-staic vpn-instance vpna 0.0.0.0 0.0.0.0 100.100.100.2 public

bgp 100

ipv4-family vpn-instance vpna

default-route imported

import-route static

CEA上要配置NAT转换，将私网地址转换为公网地址，假设地址池为：

nat address pool 111.3.1.1-111.3.1.10

PEA:

ip route-static 111.3.1.0 24 Serial 2 //回城路由，用于指导回来的流量

bgp 100

network 111.3.1.0 255.255.255.0

PEA和RTA之间，通过静态路由回指或者通过动态路由协议和路由策略互相引入。

4.3通过PE-CE间不同的接口访问公网

思路类似于通过MLPLS VPN骨干网访问公网

备注：MPLS（下）内容因为触发了很多敏感词汇，审核无法通过，暂时放百度网盘了，再挂了，我也木办法了

链接：https://pan.baidu.com/s/1qg_W_KGBHHWTiJtaEXjodQ
提取码：6ynl