MPLS多协议标签交换

多协议标签交换 MPLS（Multiprotocol Label Switching）是一种网络协议，用于在数据包交换网络中高效地进行数据路由转发。MPLS通过引入标签（Label）来对数据包进行标识和分类，从而提供了更快速、灵活和可控的数据传输机制。

多协议：可以基于多种不同的3层协议来生成2.5层的标签信息

包交换：包交换是基于IP地址进行数据转发，是路由器的路由行为。

原始的包交换：数据包进入路由器后，路由器需要查询本地的路由表（RIB路由信息数据库），再基于下一跳或者目标IP查询本地的ARP表，才能进行数据的转发。

快速的包交换：一次路由多次交换。每个数据流中的第一个包将被基于原始包交换规则转发，过程中生成缓存列表，记录整个通讯过程，该数据流量剩余数据包仅查询缓存记录即可。

特快的包交换：无需路由，直接交换。 CEF-Cisco特快交换，为思科私有技术。非思科厂商设备均存在和CEF转发机制相同的技术。

路由表和ARP表，转换为 FIB（转发信息数据库）表，流量转发过程中仅查询FIB表即可。

FIB的特点：在将路由器表转换过程中，存储递归查询结果，同时将新封装的二层地址进行绑定。

IP    fast0/0          172.16.20.115(7)
    (递归后的出接口)      0 packets, 0 bytes
                  epoch 0
                  sourced in sev-epoch 357
                  Encap length 14
                  701CE7662A9768EFBD1D24C50800 新的二层封装
                  目标MAC   源MAC          类型号

标签交换：数据包在进入到的MPLS的域内后，将在第2层和3层中间压入标签号，使得域内的路由器在转发该数据包时，基于2.5层的标签号仅需要查询本地的一张LFIB表即可。（标签转发信息数据库）。

最初在包交换仅支持原始交换时，标签的意义在于更快地查询，但随着包交换的加速，使用标签交换失去了快速查表的优势。

当下MPLS存在的意义：

• 解决BGP的路由黑洞

• MPLS VPN

• MPLS TE 流量工程

另外：随着包交换的加速，使得今天的MPLS技术也开始基于FIB表工作，来提高MPLS的工作效率。

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MPLS工作过程

• 控制层面：路由协议工作，生成RIB-FIB，流量的方向即为控制流量。

• 数据层面：设备基于路由表访问目标，产生数据流量，与控制层面方向相反。

控制层面：

1）在没有MPLS时控制层面仅生成RIB（路由表）和FIB（转发信息数据库），FIB是基于RIB生成的。

2）MPLS协议会启动TDP（Cisco私有）或LDP（公有），在直连设备间将建立邻居关系。

LDP基于UDP和TCP的646端口工作，先使用UDP发送组播hello包发现邻居，获取邻居IP地址，再和该直连邻居建立TCP的会话。邻居关系建立后，为了邻居关系间的稳定，一般使用设备的环回地址来建立TCP会话。建议设置环回地址为MPLS协议的route-id，该id值将携带在组播收发的hello报文中，之后自动进行TCP会话建立。

总结：MPLS协议需要在直连邻居间使用router-id来进行TCP的会话，故前提条件为，route-id必须为设备真实使用的IP地址，建议为环回地址稳定。组播hello包在直连的物理接口上收发，来获取对端的router-id，自然也要求router-id值在邻居间路由可达。

因此正常在建立LDP的邻居关系前，路由协议已经收敛完成，RIB和FIB表已经生成。

3）MPLS在建立邻居关系后，生成邻居表，LDP协议再基于FIB表中学习到的路由条目生成标签号。

思科设备默认基于FIB表中所有学习到的路由条目生成标签号，华为设备默认仅基于FIB表中32位掩码的主机路由生成标签号。原因在于正常32位主机路由为OSPF学习到的环回接口，正常在工程中只有BGP和MPLS VPN才会基于环回通讯，使用标签转发，其他普通流量还是基于特快包交换来进行。反观思科在启动MPLS以后，所有流量将基于标签转发，降低了转发效率（前提为默认）。

4）标签号生成后，将存储于本地的LIB表（标签信息数据库），LIB表将在邻居间共享。LIB表中装载本地及邻居为每条路由分发的标签号。

5）运行MPLS协议的设备，将LIB和FIB进行结合，将标签号和最佳路径的关系映射生成LFIB表（标签转发信息数据库）。

注：LFIB是控制层面生成的表

RIB—> FIB—> LIB—> LFIB 前两张表为路由协议工作后生成，后两张表为MPLS的LDP协议生成。

数据层面：

1）没有MPLS协议，基于FIB表正常转发即可

2）MPLS域：MPLS的工作半径

LSR（PE）：边界标签交换路由器，工作MPLS域的边缘，连接域外设备

LSR（P）：标签交换路由器，整体工作MPLS域内

3）当流量进入到第一台PE设备时， 在没有特快交换之前，路由器基于目标IP地址查询本地的RIB。之后还要在LIB表中对应才能确定流量是否应该压入标签，需要两张表的查询。在存在特快交换时，流量进入第一PE时，直接查询FIB表，表中关联标签号，将直接确定是否压入标签。流量再到P路由器，接收到流量中若存在标签基于LFIB表转发，若没有标签基于FIB表即可。流量从最后一台边界离开MPLS域时将弹出标签。

存在标签号的流量，进入路由器时，入标签表应该为本地路由器分配的编号，出标签为本地的下游（下一跳）设备分配的标签号。上下游的概念基于数据层面进行标定。

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标签号

标签被压入在2层与3层之间，称为2.5层

标签的格式：32位，4个字节

前20位为标签号，2^20个标签号。其中1-15号保留，作为特殊编号。

第21-23位为exp，3位8个数，为优先级，用于QoS策略使用。

第24位为栈底位，该位为1标识该标签为最后一层标签，MPLS最大可以在一个数据包中封装3次标签。

普通的MPLS一层标签， MPLS VPN两层标签，MPLS TE三层标签。

TTL为生存时间，在第一次压入标签时，将当前数据包中的3层TTL复制到标签中，之后查询一次标签TTL减一，在最后一跳设备弹出标签时将2.5层的TTL复制到3层报头中。

MPLS的次末跳（倒数第二跳 默认执行）

边界LSR将本地的直连网段传递给MPLS域内邻居后，LDP分配标签号为3，告知倒数第二跳设备它的身份。使得倒数第二跳设备在查询LFIB表后，在已知转发路径的前提下提前弹出标签，这样最后一跳路由器只需要查询FIB表。否则最后一跳路由器在查询LFIB表后，弹出标签还需要查询FIB表。

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MPLS的配置

1）IP可达，使用路由协议全网可达

2）配置MPLS – LDP

[r2]mpls lsr-id 2.2.2.2
必须先定义mpls的router-id，要为本地设备的真实ip地址，且邻居可达，因为该地址将用于建立tcp会话，建议使用环回地址

[r2]mpls  开启mpls协议
[r2-mpls]mpls ldp  再激活ldp协议
[r2-mpls-ldp]q

之后需要在所有标签经过的接口上开启协议

[r2]interface GigabitEthernet 0/0/1
[r2-GigabitEthernet0/0/1]mpls  开启mpls
[r2-GigabitEthernet0/0/1]mpls ldp  再激活ldp协议

当启动配置完成后，邻居间使用UDP报文组播收发hello包，之后基于hello包中的router-id地址进行TCP会话的建立。

[r3]display tcp status
TCPCB   Tid/Soid Local Add:port     Foreign Add:port    VPNID  State
b4cf3d64 167/6   3.3.3.3:646      4.4.4.4:50858     0    Established
b4cf3adc 167/3   3.3.3.3:50806     2.2.2.2:646      0    Established

当TCP会话建立后，邻居间基于TCP会话再建立邻居关系，生成邻居表。

[r3]display mpls ldp peer

再然后基于本地的FIB表，默认华为仅针对32位的主机路由生成标签号，存储于LIB表中，之后邻居间共享LIB表。

[r3]display fib 查看fib表
[r4]display mpls ldp lsp  查看lsp表，装载本地和邻居为各条路由分配的标签号

最后路由器将LIB和FIB集合，生成最佳路径的标签转发规则 —— LFIB

[r4]display mpls lsp 查看lfib表

注：华为默认仅针对32位主机路由分配标签

[r3]mpls
[r3-mpls]lsp-trigger all  开启功能，将针对fib表中所有路由进行标签号的分配
[r2]tracert -v -a 2.2.2.2 56.1.1.2  查看交换过程中的标签号

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MPLS解决BGP的路由黑洞

MPLS协议并不会为通过BGP协议学习的路由条目分配标签号。而是在访问这些BGP路由目标网段时，在流量中压入到达这些网段的BGP下一跳设备地址的标签号。

例：R2从BGP邻居5.5.5.5学习到6.6.6.0网段的路由，R2在访问6.6.6.0时，将在数据包中压入到达5.5.5.5IP地址的标签号，来穿越中间没有运行BGP协议的设备，实现打破路由黑洞。

注：华为设备默认不为BGP协议执行下一跳标签机制，思科默认执行。

华为设备需要开启，路由基于隧道进行递归查找

route recursive-lookup tunnel

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MPLS VPN

1）CE将私有路由传递到PE端

2）PE端在收到不同CE发送过来的相同网段路由时，使用RD值进行区分，格式 x:x 32位

3）PE端将附上RD的私有路由不能直接装载于本地公有路由表中，而是需要放置到对应的VRF（虚拟路由转发）空间内，之后再路由赋RT值，用于传递到对端PE设备，对端区分信息。

VPNV4路由 = 普通IPV4路由 + RD + RT

4）VPNV4路由需要MP-BGP来进行传递，对端基于RT值，将路由装载到对应的VRF空间内，再共享给对应的CE

5）控制层面工作完成后，数据层面需要基于MPLS来工作，由于数据层面不能携带RD/RT值

，故MPLS将在数据包中压入两层标签，外层标签用于穿越中间设备，打破BGP路由黑洞，内层标签用于对应VRF空间。

配置：

ISP部分：

1、IGP路由

2、MPLS域

3、配置MPLS VPN

[r2]ip vpn-instance a   创建名为a的vrf空间

[r2-vpn-instance-a]ipv4-family   进入IPV4的配置模式下

[r2-vpn-instance-a-af-ipv4]route-distinguisher 1:1  RD值

[r2-vpn-instance-a-af-ipv4]vpn-target 1:1  RT值 必须对端的PE端一致

[r2]interface GigabitEthernet 0/0/0  进入链接CE端的接口

[r2-GigabitEthernet0/0/0]ip binding vpn-instance a 关联到vrf空间

[r2-GigabitEthernet0/0/0]ip address 192.168.2.2 24  配置私有ip地址

注：在关联到VRF空间前不能配置接口IP地址，否则该地址的直连路由将进入公有路由表。

[r2]display ip routing-table vpn-instance a  查看空间内的私有路由表

[r2]ping -vpn-instance a 192.168.2.1  正常测试将在公有路由表中查询记录；该命令为基于vrf空间a进行路由查询

4、PE与PE间建立MP-BPG邻居关系

先和对端建立正常BGP邻居关系，可用于传递正常的公网路由

[r2]bgp 2
[r2-bgp]router-id 2.2.2.2
[r2-bgp]pe 4.4.4.4 as-number 2
[r2-bgp]pe 4.4.4.4 connect-interface LoopBack 0
[r2-bgp]pe 4.4.4.4 next-hop-local

同时还需要再在IPV4的家族模式中，与对端建立一个VPNV4的关系，用于传递VPNV4路由

[r2-bgp]ipv4-family vpnv4
[r2-bgp-af-vpnv4]peer 4.4.4.4 enable
[r2-bgp]display bgp vpnv4 all peer 查看mp-bgp邻居关系

5、CE端与PE端交互路由

静态：CE端直接编写静态路由即可

PE端编写到VRF空间内的静态路由

[r2]ip route-static vpn-instance a 192.168.1.0 24 192.168.2.1

将本地VRF空间内的静态和直连路由重发布到BGP协议传递到对端的PE

[r2]bgp 2
[r2-bgp]ipv4 vpn-instance a
[r2-bgp-a]import-route direct
[r2-bgp-a]import-route static

<r4>display bgp vpnv4 vpn-instance a routing-table 查看mp-bpg的BGP表

OSPF：CE端正常启动OSPF即可，PE端启动VPNV4专用的OSPF协议

[r4]ospf 2 vpn-instance a
[r4-ospf-2]area  0
[r4-ospf-2-area-0.0.0.0]network 192.168.3.1 0.0.0.0

之后使用双向重发布，实现路由共享

[r4]bgp 2
[r4-bgp]ipv4-family vpn-instance a
[r4-bgp-a]import-route ospf  2 

[r4]ospf 2 vpn-instance a
[r4-ospf-2]import-route bgp  

[r4]display  mpls lsp vpn-instance a 查看双层标记的内层标签号

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若有错误，欢迎指正！o(￣▽￣)ブ