MPLS多协议标签交换

1.简介
1.1 MPLS（Multiprotocol Label Switching，多协议标签交换），主要用于骨干网数据包路由交换，通过使用标签交换的概念，
  在第二层和第三层数据包中加入标签，路由器通过标签转发数据包，提高包转发速率，多协议是因为标签在二三层中，可以为
  多种协议提供交换服务，目前MPLS在vpn、流量工程、Qos应用广泛
1.2 基本概念
  A. FEC（Forwarding Equivalence Class，转发等价类）MPLS将具有相同特征（目的地相同或具有相同服务等级等）的报文
  归为一类，称为FEC，相同的FEC有相同的处理操作
  B. 标签：是一个长度固定、只具有本地意义的标识符，用于唯一标识一个报文所属的FEC，一个标签只能代表一个FEC

  

   Lable:标签值，长度20bits，用来标识一个FEC
   TC（Traffic Class，流量等级）：3bits，用于QoS
   S：标签栈底标识位，长度为1bit，用于表示是否多标签，1为是，0为否
   TTL:8bits，和IP报文中的TTL意义相同，可以用来防止环路
  C.LSR(标签交换路由器):是具有标签分发能力和标签交换能力的设备
  E.LFIB（标签转发信息库）:标签操作类型、出标签值、下一跳等，以确定如何转发该报文

  

1.3 工作原理
  A. LSP的建立：有两种方式，手动和自动
   手动：在各个LSR上建立各个FEC的标签，适用与小型的网络
      自动：各个LSR利用标签分发协议(LDP、MP-BGP、RSVP-TE)动态建立LSP
  B. 转发过程：

  

   Device B 收到不带标签的报文，检查FIB，查到出标签40，下一跳Device C，出接口Interfce B1，然后把报文加上标签转发出去
   Device C 收到带标签的报文，查找LFIB,查到出标签50，下一跳Device D，出接口Interface C1，用新标签50替换40转发出去
   Device D 收到带标签的报文，因为D是Egress，所以查找LFIT后，删除标签，配置下一跳和出接口转发，如果没有下一跳，就查找
   本地FIB进行转发
2.MPLS术语介绍 - LSR分类
 入站LSR（Ingress LSR）：通常是向IP报文中压入MPLS头部并生成MPLS报文的LSR。
 中转LSR（Transit LSR）：通常是将MPLS报文进行例如标签置换操作，并将报文继续在MPLS域中转发的LSR。
 出站LSR（Egress LSR）：通常是将MPLS报文中MPLS头部移除，还原为IP报文的LSR。
 
3.MPLS标签的处理
 LSR对标签的操作类型包括标签压入（Push）、标签交换（Swap）和标签弹出（Pop）。
   


4.MPLS转发概述
 MPLS转发的本质就是将数据归到对应的FEC并按照提前建立好的LSP进行转发。
 对于整个MPLS域，LSP是某一给定的FEC进入域和离开域的路径，可以看成是LSR的有序集合。
 对于单台LSR，需要建立标签转发表，用标签来标识FEC，并绑定相应的标签处理和转发等行为。
   


5.MPLS体系结构
  

  


6.LSP建立原则
 当网络层协议为IP协议时，FEC所对应的路由必须存在于LSR的IP路由表中，否则该FEC的标签转发表项不生效。
 LSR用标签标识指定FEC，所以该FEC的数据被发送至LSR时，必须携带正确的标签，才能被LSR正确的处理。
   
对某一FEC，设备上存在进（In）标签和出（Out）标签，分别表示该FEC的数据接收时和发送时所携带的标签。
 以R2转发到4.4.4.0/24的数据为例，R1为R2的上游（Upstream）LSR，R3为R2的下游（Downstream）LSR。为确保标签报文能被正确的处理和转发，那么R1发给R2的报文所携带的标签与R2上绑定到4.4.4.0/24的相同，即R1的出标签等于R2的入标签。同理，R2关于4.4.4.0/24这条FEC的出标签必须等于R3的入标签
 


7.LSP建立方式
 MPLS需要为报文事先分配好标签，建立一条LSP，才能进行报文转发。LSP分为静态LSP和动态LSP两种
 1.静态LSP:
 基本概念：
 静态LSP是用户通过手工为各个FEC分配标签而建立的。
 静态LSP不使用标签发布协议，不需要交互控制报文，因此消耗资源比较小。
 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。
 应用场景：
 适用于拓扑结构简单并且稳定的小型网络。
 标签分配原则：
 前一节点出标签的值等于下一个节点入标签的值。
 2.动态LSP
 基本概念：
 动态LSP通过标签发布协议动态建立。
 标签发布协议是MPLS的控制协议（也可称为信令协议），负责FEC的分类、标签的分发以及LSP的建立和维护等一系列操作。
 常用标签发布协议：标签分发协议 (LDP)
 全称：Label Distribution Protocol。
 定义：LDP是多协议标签交换MPLS的一种控制协议，负责转发等价类FEC的分类、标签的分配以及标签交换路径LSP的建立和维护等操作。LDP规定了标签分发过程中的各种消息以及相关处理过程。
 应用场景：LDP广泛地应用在VPN服务上，具有组网、配置简单、支持基于路由动态建立LSP、支持大容量LSP等优点
 
8.MPLS标签转发
 LSR处理报文时主要根据FTN、 NHLFE和ILM
   


9.Ingress LSR的处理
 当IP报文进入MPLS域时：
 Ingress LSR查看FIB表，检查目的IP地址对应的Tunnel ID值是否为0x0（如果Tunnel ID值为0x0，则进入正常的IP转发流程）。
 如果Tunnel ID值不为0x0，根据FIB表的Tunnel ID找到对应的NHLFE表项，将FIB表项和NHLFE表项关联起来。
 查看NHLFE表项，可以得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型。
 在IP报文中压入出标签，同时处理TTL，然后将封装好的MPLS报文发送给下一跳。
 
10.Transit LSR的处理
 当MPLS报文在MPLS域转发时：
 Transit LSR根据MPLS的标签值查看对应的ILM表，得到Tunnel ID。
 根据ILM表的Tunnel ID找到对应的NHLFE表项。
 查看NHLFE表项，得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型，标签操作类型为Swap，则交换标签
 
11.Egress LSR的处理
 当MPLS报文需要离开MPLS域时：
 Egress根据ILM查询到该标签对应的操作为Pop，说明需要剥离该标签
 根据当前标签头部的下一层报文头部进行下一步处理
 S=1，表明该标签是栈底标签，直接进行IP转发。
 S=0，表明还有下一层标签，根据下一层标签。
 
12.MPLS基本配置
 1.配置LSR ID:mpls lsr-id命令用来配置LSR的ID。LSR ID用来在网络中唯一标识一个LSR。LSR没有缺省的LSR ID，必须手工配置。为了提高网络的可靠性，推荐使用LSR某个Loopback接口的地址作为LSR ID并在配置前对网络中所有LSR的LSR ID进行统一规划
 [Huawei] mpls lsr-id lsr-id
 2.使能MPLS
 [Huawei] mpls