MPLS多协议标签交换协议

阅读量：371 次

发布时间：2019-03-03

本文共 2521 字，大约阅读时间需要 8 分钟。

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

进入MPLS域：检查FIB中的tunnel-id是否为0。
- 若为0，进行正常IP转发。
- 若不为0，进入MPLS转发流程。

Ingress节点：
- 查询FIB和NHLFE，指导标签转发。
- 压入标签并处理EXP和TTL。

Transit节点：
- 查询ILM和NHLFE，指导标签转发。
- 根据标签处理方式进行转发。

Egress节点：
- 查询ILM指导标签转发。
- 处理EXP和TTL，根据s位判断是否弹出标签。

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。