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MPLS(多协议标签交换)技术文档
1.1 概念
1.1.1 MPLS出现的背景
MPLS（多协议标签交换）最初主要用于解决早期IP转发效率低下的问题，但在近年来因硬件ANSI等芯片的快速发展，MPLS的快速转发优势不再明显。目前主要用于解决路由黑洞和无法形成流量分担的问题。
1.1.2 工作原理
MPLS的工作原理主要包括以下几个步骤：
生成标签转发表：通过控制平面运行LDP协议或其他动态标签分发协议，为网络中的路由器建立标签转发表。 数据平面标签转发：当数据平面收到带有标签的报文时，根据标签查找标签转发表进行转发。 1.1.3 使用场景
MPLS在以下场景中得到广泛应用：
- MPLS TE（流量工程）：用于实现路径保护和资源分配。
- MPLS VPN（虚拟专用网络）：承担数据转发的核心作用。
2. MPLS体系结构
2.1 控制面路由选择与转发
- 控制面：通过运行IGP（如OSPF）选择最优路由，更新IP转发表。
- 数据面：根据IP转发表进行转发，直到遇到MPLS标签转发表。
2.2 标签转发机制
- LER（标签边缘路由器）：负责压入和弹出标签。
- LSR（标签交换路由器）：主要负责标签的交换。
2.3 LSP（标签交换路径）
- 静态LSP：由管理员手动配置，需遵循上游节点出标签的值等于下游节点入标签的值。
- 动态LSP：通过LDP、RSVP-TE、MP-BGP等协议动态配置。
2.4 上游下游概念
- 数据面：数据的源是上游，目的地是下游。
- 控制面：下游通过LDP等协议向上游传递标签信息，上游根据标签信息生成标签转发表。
2.5 标签操作类型
- push：压入标签。
- swap：替换标签。
- pop：弹出标签。
3. MPLS的封装格式
3.1 MPLS报文格式
- 封装在L2之上，L3之下。
- 类型值：
- 0x0800：IPV4。
- 0x8847：MPLS单播报文。
- 0x8848：MPLS多播报文。
- 0x8021：P2P类型IPv4报文。
- 0x8281：MPLS单播P2P报文。
- 0x8283：MPLS多播P2P报文。
3.2 报文头部字段
- 标签长度（20位）：标签总数为2^20。
- 0-15：保留标签。
- 16-1023：静态LSP和静态CR-LSP标签空间。
- 1024-2^20：动态标签（如LDP、RSVP-TE、MP-BGP）。
- EXP位（3位）：用于QoS。
- S位（1位）：标识是否为最后一个标签。
- TTL（8位）：防止环路。
4. MPLS的转发
4.1 转发表结构
- RIB（路由信息库）：用于路由选路，下发最优路由到FIB。
- FIB（转发信息库）：指导数据转发，包含tunnel-id和token。
- LIB（标签信息库）：保存标签信息。
- LFIB（标签转发信息库）：指导标签转发。
- NHLFE（下一跳标签转发表项）：包含tunnel-id、出接口、下一跳和标签操作。
- ILM（入标签映射）：入标签与NHLFE的映射。
- FTN（FEC到NHLFE）：FEC到NHLFE的映射。
4.2 转发流程
5. 配置静态LSP
- 静态LSP：
- Only ingress节点需要存在到达FEC目的地址的路由。
- Tunnel ID不为0，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可为BGP分配标签。
- LDP的标签管理：
- DU（下游自主）：下游自主决定是否传递标签。
- DOD（下游按需）：上游请求下游标签，下游按需回复。
- 标签控制模式：
- independent：独立标签控制。
- ordered：有序标签控制。
- 标签保留模式：
- conservative：保守保留模式。
- liberal：自由保留模式。
- 标签通告原则：
- 默认只为32位主机路由分配标签。
- 设备产生标签和FEC映射会通告给所有LDP邻居。
6.2 LDP的报文类型
- 发现消息（Hello报文）：用于发现LDP邻居。
- 会话消息：
- Initialization报文：初始化LDP会话。
- KeepAlive报文：维护LDP会话。
- 通告消息：
- Label Mapping：宣告FEC和标签映射。
- Label Request：请求FEC的标签映射。
- 通知消息：用于报错和状态通知。
6.3 LDP邻居状态机
- 非存在状态：通过TCP连接初始化。
- 初始化状态：选举主动方和被动方。
- 操作状态：邻居关系建立成功。
7. MPLS-VPN
7.1 基本模型构成
- CE（连接站点）：连接用户的设备。
- PE（运营商边缘设备）：负责MPLS转发。
- P（骨干设备）：负责MPLS转发。
- Site（用户站点）：通过CE连接。
7.2 控制面路由传递问题
- 多个CE背后的site：通过VPN实例区分不同VPN路由。
- 本端PE与对端PE：使用MP-BGP传递路由，通过VPN Target属性区分VPN路由。
7.3 数据面转发问题
- 路由黑洞问题：通过MPLS转发域解决。
- BGP路由传播问题：通过VPN Target和RD属性区分不同VPN路由。
7.4 CE-PE之间的路由协议
- 多实例OSPF：通过区域划分和sham-link解决路由分辨问题。
- BGP扩展团体属性：携带OSPF属性，确保路由正确传递。
7.5 路由防环
- Pseudolink（伪链路）：通过配置sham-link解决低速链路问题。
7.6 BGP路由黑洞
- IBGP互联：通过MPLS转发域解决路由黑洞问题。
- 物理接口IBGP：确保MPLS域覆盖所有路由。
通过以上内容，可以全面了解MPLS技术的工作原理、配置与应用场景。
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