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MPLS
这是一篇关于华为数通hcie路由交换进阶知识的思维导图，内容有MPLS基础、体系结构、MPLS应用场景和BGP MPLS IP VPN等。
编辑于2021-09-01 23:59:00- 体系结构
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MPLS
MPLS基础
网络结构
路由器角色
LSR（Label Switching Router标签交换路由器）
上游Upstream：根据数据传送的方向，所有往本LSR发送MPLS报文的LSR都可以称为上游LSR
下游Downstream：根据数据传送的方向，本LSR将MPLS报文发送到的所有下一跳LSR都可以称为下游LSR
LSR构成MPLS域（MPLS Domain）
域边缘LSR连接其他网络为LER（（Label Edge Router）边缘路由器）
域内部LSR为 Core LSR
转发过程
在IP网络内进行传统的IP转发，在MPLS域内进行标签转发
LER负责从IP网络接收IP报文并给报文打上标签，然后送到LSR， 反之，也负责从LSR接收带标签的报文并去掉标签然后转发到IP网络； LSR只负责按照标签进行转发。
MPLS LSP（Label Switched Path）
IP报文在MPLS网络中经过的路径
LSP是一个单向路径，与数据流的方向一致
LSP的入口LER称为入节点（Ingress）
位于LSP中间的LSR称为中间节点（Transit）
LSP的出口LER称为出节点（Egress）
一条LSP可以有0个、1个或多个中间节点，但有且只有一个入节点和一个出节点。
LSP的建立过程实际就是将FEC和标签进行绑定，并将这种绑定通告LSP上相邻LSR的过程
MPLS标签
标签label
标签（Label）是一个短而定长的、只具有本地意义的标识符，用于唯一标识一个分组所属的FEC。在某些情况下，例如要进行负载分担，对应一个FEC可能会有多个入标签，但是一台路由器上，一个标签只能代表一个FEC。
标签空间：标签的取值范围
取值范围0-15
0： IPv4 Explicit NULL Label（ipv4显示空标签） 表示该标签必须被弹出，且报文的转发必须基于IPv4
2：IPv6 Explicit NULL Label（ipv6显示空标签） 表示该标签必须被弹出，且报文的转发必须基于IPv6
3：Implicit NULL Label（隐示空标签） 倒数第二跳LSR进行标签交换时， 如果发现交换后的标签值为3，则将标签弹出，并将报文发给下最后一跳。 最后一跳收到该报文直接进行IP转发或下一层标签转发。
取值范围16-1023
静态LSP和静态CR-LSP共享的标签空间
1024以上
LDP、RSVP-TE、MP-BGP等动态信令协议的标签空间
标签栈
标签栈（Label stack） 是指标签的排序集合
outer label：MPLS报文支持同时携带多个标签，靠近二层首部的标签称为栈顶标签或外层标签
inner label：靠近IP首部的标签称为栈底标签，或内层标签
理论上，MPLS标签可以无限嵌套
标签栈按后进先出（Last In First Out）方式组织标签，从栈顶开始处理标签。
操作类型
压入Push
指当IP报文进入MPLS域时，MPLS边界设备在报文二层首部和IP首部之间插入一个新标签； 或者MPLS中间设备根据需要，在标签栈顶增加一个新的标签（即标签嵌套封装）
交换Swap
当报文在MPLS域内转发时，根据标签转发表，用下一跳分配的标签，替换MPLS报文的栈顶标签
弹出Pop
当报文离开MPLS域时，将MPLS报文的标签去掉； 或者MPLS倒数第二跳节点处去掉栈顶标签，减少标签栈中的标签数目。
标签格式：标签封装在链路层和网络层之间
link layer header：链路层头部
MPLS Label(32bits)
标签Label，长度 20bits：标签值域，表示标签空间
EXP 3bits：又traffic class，用于扩展。现在通常用做CoS（Class of Service）， 其作用与Ethernet的802.1p类似。QOS优先级
S 1bits：栈底位，MPLS支持多层标签。S值为1时表明该标签为最底层标签。
TTL 8bits：防环
Layer 3 header
Layer 3 payload
转发等价类FEC
转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class）是一组具有某些共性的数据流的集合。这些数据流在转发过程中被LSR以相同方式处理。 FEC可以根据地址、业务类型、QoS等要素进行划分。例如，在传统的采用最长匹配算法的IP转发中，到同一条路由的所有报文就是一个转发等价类。
是一组具有某些共性的数据流的集合
通常到同一条路由的所有报文就是一个转发等价类。
PHP(Penultimate Hop Poppoing):次末跳弹出或者倒数第二跳弹出
倒数第二跳弹出机制（PHP）有两种标签
implicit null（隐式空），在LDP中标签值为3
explicit null（显式空），在LDP中标签值为0
基础应用
MPLS QoS
MPLS Ping/MPLS Tracert
MPLS LDP
基本概念
LDP邻接体
当一台LSR接收到对端发送过来的Hello消息，意味着可能存在LDP对等体，此时LSR会建立维护对端存在的LDP邻接体。LDP邻接体存在两种类型： 本地邻接体（Local Adjacency）：链路Hello消息发现的邻接体叫做本地邻接体。 远端邻接体（Remote Adjacency）：Target Hello消息发现的邻接体叫做远端邻接体。
LDP对等体
LDP对等体是指相互之间存在LDP会话、使用LDP来交换标签消息的两个LSR。 LDP对等体通过它们之间的LDP会话获得对方的标签。
LDP会话
用于LSR之间交换标签映射、释放等消息
本地LDP会话（Local LDP Session）
建立会话的两个LSR之间是直连的； LDP通过多播Hello报文自动发现本地邻居并建立本地邻接关系
远端LDP会话（Remote LDP Session
建立会话的两个LSR之间可以是直连的，也可以是非直连的。 通过单播Hello报文发现远端邻居而建立远端邻接关系
LDP消息类型
为保证LDP消息的可靠发送，除了Discovery消息使用UDP传输外，LDP的Session消息、Advertisement消息和Notification消息都使用TCP传输。
发现（Discovery）消息
用于通告和维护网络中LSR的存在
会话（Session）消息
用于建立、维护和终止LDP对等体之间的会话
通告（Advertisement）消息
用于创建、改变和删除FEC的标签映射
通知（Notification）消息
用于提供建议性的消息和差错通知
标签空间
LDP对等体之间分配标签的数值范围称为标签空间（Label Space），可以分为
全局标签空间（Per-Platform Label Space）：
Space）：整个LSR使用一个标签空间。目前主要使用全局标签空间。
接口标签空间（Per-Interface Label Space）：
为LSR的每个接口指定一个标签空间。
LDP标识符
LDP标识符（LDP Identifier）用于标识特定的LSR的标签空间。LDP标识符的格式为<LSR ID>：<Label space ID>，长度为六字节，其中：例如LDP标识符为192.168.1.1:0，表示LSR ID为192.168.1.1，标签空间为全局标签空间。
LSR ID：表示LSR标识符，占四字节。
Label space ID：表示标签空间标识符，占两字节。 全局标签空间为“0”，接口标签空间为“非0”。
LDP工作机制
LDP协议规定了标签分发过程中的各种消息以及相关的处理过程。通过LDP，LSR可以把网络层的路由信息映射到数据链路层的交换路径上，进而建立起LSP。LDP工作过程主要分为两个阶段： 1. 发现邻居后，LSR开始建立LDP会话； 2. 会话建立后，LDP通过发送标签请求和标签映射消息， 在LDP对等体之间通告FEC和标签的绑定关系，从而建立LSP。 RFC5036分别定义了标签发布方式、标签分配控制方式和标签保持方式来决定LSR如何发布和管理标签。
LDP会话过程
LDP发现机制
基本发现机制： 用于发现链路上直连的LDP Peer
LSR通过周期性的发送LDP Hello消息，实现LDP基本发现机制，建立LDP本地会话。
LDP Hello消息使用UDP协议，目的地址是组播地址224.0.0.2，目的端口是646。
LDP Hello报文中携带LDP Identifier及一些其他信息（例如hello-hold time、transport address）。
如果LSR在特定接口接收到LDP Hello消息，表明该接口存在LDP Peer。
扩展发现机制： 用于发现链路上非直连LDP Peer
LSR周期性的发送Targeted Hello消息到目的地址，实现LDP扩展发现机制，建立LDP远端会话。
Targeted Hello消息使用UDP协议，目的地址是单播地址，目的端口是646
Targeted Hello消息同样携带LDP Identifier及一些其他信息（例如hello-hold time、transport address）
如果LSR接收到Targeted Hello消息，表明该LSR存在LDP Peer。
LDP会话建立过程
1.两个LSR之间相互发送hello消息
2.传输地址较大一方作为主动方，发起TCP连接
3.TCP建立成功之后，主动方发初始化消息协商参数，协商建立LDP会话的相关参数：
LDP协议版本
标签分化方式
keepalive保持定时器的值
最大的PDU长度
标签空间
4.被动方收到初始化消息，如果接受相关参数，则发送初始化消息，同时发送keepalive消息， 否则发送notification消息终止LDP会话的建立
5.主动方收到初始化消息，如果接受相关参数，则发送初始化消息，同时发送keepalive消息， 否则发送notification消息终止LDP会话的建立
6.双方都收到对端的keepalive消息，ldp会话建立成功
标签的发布和管理
标签发布方式（Label Advertisement Mode）
下游自主方式DU（Downstream Unsolicited）
下游按需方式DoD（Downstream on Demand）
标签分配控制方式（Label Distribution Control Mode）
标签分配控制方式是指在LSP的建立过程中，LSR分配标签时采用的处理方式。
独立标签分配控制方式（Independent）：LSR无需等待来自下游的标签映射，即可自主为FEC分配标签
有序标签分配控制方式（Ordered）
标签保持方式（Label Retention Mode）
标签保持方式是指LSR对收到的、但目前暂时不需要的标签映射的处理方式。 LSR收到的标签映射可能来自下一跳，也可能来自非下一跳。
自由标签保持方式（Liberal）
保守标签保持方式（Conservative）
设备支持的组合方式:
下游自主方式（DU）＋ 有序标签分配控制方式（Ordered）＋ 自由标签保持方式（Liberal）
下游按需方式（DoD）＋ 有序标签分配控制方式（Ordered）＋ 保守标签保持方式（Conservative）
工作过程
每一台运行LDP的LSR都会为自己路由表中的路由前缀捆绑标签，然后再将所分配的标签分发给所有的LSR邻居
子主题
LDP标签过滤机制
一般情况下，LSR对于标签映射消息的接收和发送没有限制，导致大量的LSP的建立。这对于性能较低的设备，会造成资源的大量消耗，设备将无法承受。配置LDP Outbound策略和Inbound策略，可以限制标签映射消息的发送和接收，减少LSP的数量，节省内存。
LDP Outbound策略
LDP Inbound策略
LDP与静态路由联动
LDP与IGP联动
BFD for LSP
LDP FRR
体系结构
控制平面
产生和维护路由信息已经标签信息
RIP路由协议（IP Routing Protocol）模块用来传递路由信息，生成路由信息表（RIB）
标签分发协议
标签分发
生成标签信息表LIB
标签分发过程（LSP建立和维护）
将目的地址相同的分组报文划分为一个FEC，然后从MPLS标签资源池中取出一个标签，分配给这个FEC。LSR记录该标签和FEC的对应关系，并将该对应关系封装成消息报文，通告给上游的LSR，这个过程称为标签分发
标签分配方式
标签由下游分配，按从下游到上游的方向分发
将目的地址相同的分组报文划分为一个FEC，然后从MPLS标签资源池中取出一个标签，分配给这个FEC。LSR记录该标签和FEC的对应关系，并将该对应关系封装成消息报文，通告给上游的LSR，这个过程称为标签分发
建立LSP，方式：
静态LSP
静态LSP是用户通过手工为各个转发等价类分配标签而建立的
原则：上游节点出标签的值就是下游节点入标签的值。
动态LSP依靠标签分发协议 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
RSVP-TE
资源预留协议RSVP是为Integrated Service模型而设计的，用于在一条路径的各节点上进行资源预留。 RSVP工作在传输层，但不参与应用数据的传送，是一种网络上的控制协议，类似于ICMP。 为了能够建立基于约束的LSP，对RSVP协议进行了扩展。扩展后的RSVP信令协议称为RSVP-TE信令协议，主要用于建立TE隧道。它拥有普通LDP LSP没有的功能，如发布带宽预留请求、带宽约束、链路颜色和显式路径等。
MP-BGP
MP-BGP是在BGP协议基础上扩展的协议。 MP-BGP引入Community属性， 支持为MPLS VPN业务中私网路由和跨域VPN的标签路由分配标签
MP BGP通过Update消息传递标签，标签与VPNv4路由一起传递
mpls LDP
转发平面
FIB 转发信息表
根据ip路由表生成
display fib
LFIB 标签转发信息表 dis fib vpn-instance xxx
相关名词
Tunnel ID
为了给使用隧道的上层应用（如VPN、路由管理）提供统一的接口，系统自动为隧道分配了一个ID，也称为Tunnel ID。该Tunnel ID的长度为32比特，只是本地有效。
作用：
1.隧道标识符
2.在ingress节点，用于确定是进行ip转发还是标签转发
3.在mpls转发过程中，用于关联FIB、NHLFE、ILM表项
FTN
FEC到一组NHLFE的映射称为FTN（FEC-to-NHLFE）。 通过查看FIB表中Tunnel ID值不为0x0的表项，能够获得FTN的详细信息。FTN只在Ingress存在。
下一跳标签转发表项（NHLFE）：
内容
Tunnel ID
出接口
下一跳
出标签
标签操作类型等信息
作用：用于指导MPLS报文的转发
入标签映射表（ILM）： 入标签到一组下一跳标签转发表项的映射
入标签到一组下一跳标签转发表项的映射称为入标签映射ILM（Incoming Label Map）。 ILM包括：Tunnel ID、入标签、入接口、标签操作类型等信息。 ILM在Transit节点的作用是将标签和NHLFE绑定。通过标签索引ILM表，就相当于使用目的IP地址查询FIB，能够得到所有的标签转发信息。
内容
tunnel id
入标签
入接口
标签操作类型等信息
作用：ILM在transit节点的作用是将标签和NHLFE绑定， 通过标签索引ILM表，就相当于使用目的IP地址查询FIB，能够得到所有的标签转发信息。
详细转发过程
当IP报文进入MPLS域时， 首先查看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，则进入MPLS转发流程
在Ingress，通过查询FIB表和NHLFE表指导报文的转发
在Transit，通过查询ILM表和NHLFE表指导MPLS报文的转发。
在Egress，通过查询ILM表指导MPLS报文的转发或查询路由表指导IP报文转发
MPLS转发过程中， FIB、ILM和NHLFE表项是通过Tunnel ID关联的
Ingress的处理
1. 查看FIB表，根据目的IP地址找到对应的Tunnel ID。
2. 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。 3. 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，标签操作类型为Push。 4. 在IP报文中压入出标签，并根据QoS策略处理EXP，同时处理TTL，然后将封装好的MPLS报文发送给下一跳。
Transit的处理
1. 根据MPLS的标签值查看对应的ILM表，可以得到Tunnel ID。 2. 根据ILM表的Tunnel ID找到对应的NHLFE表项。 3. 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。 4. MPLS报文的处理方式根据不同的标签值而不同。 如果标签值>＝16，则用新标签替换MPLS报文中的旧标签，同时处理EXP和TTL，然后将替换完标签的MPLS报文发送给下一跳。 如果标签值为3，则直接弹出标签，同时处理EXP和TTL，然后进行IP转发或下一层标签转发。
Egress的处理
1.如果Egress收到IP报文，则查看路由表，进行IP转发。 2.如果Egress收到MPLS报文，则查看ILM表获得标签操作类型，同时处理EXP和TTL。 如果标签中的栈底标识S=1，表明该标签是栈底标签，直接进行IP转发。 如果标签中的栈底标识S=0，表明还有下一层标签，继续进行下一层标签转发。
MPLS对TTL的处理
MPLS对TTL的处理模式
MPLS标签中包含一个8位的TTL字段，其含义与IP头中的TTL域相同。MPLS对TTL的处理除了用于防止产生路由环路外，也用于实现Traceroute功能
Uniform（默认）
IP报文经过MPLS网络时，在入节点，IP TTL减1映射到MPLS TTL字段，此后报文在MPLS网络中按照标准的TTL处理方式处理。在出节点将MPLS TTL减1后映射到IP TTL字段。
Pipe
在入节点，IP TTL值减1，MPLS TTL字段为固定值，此后报文在MPLS网络中按照标准的TTL处理方式处理。在出节点会将IP TTL字段的值减1。即IP分组经过MPLS网络时，无论经过多少跳，IP TTL只在入节点和出节点分别减1
ICMP响应报文
在MPLS网络中，LSR收到含有标签的MPLS报文，当MPLS报文的TTL超时时，LSR会生成ICMP的TTL超时消息。 LSR将TTL超时消息回应给报文发送者的方式有两种： 如果LSR上存在到达报文发送者的路由，则可以通过IP路由，直接向发送者回应TTL超时消息。 如果LSR上不存在到达报文发送者的路由，则ICMP响应报文将按照LSP继续传送，到达LSP出节点后，由Egress节点将该消息返回给发送者。 通常情况下，收到的MPLS报文只带一层标签时，LSR可以采用第一种方式回应TTL超时消息；收到的MPLS报文包含多层标签时，LSR采用第二种方式回应TTL超时消息。 但是，在MPLS VPN中，ASBR（Autonomous System Boundary Router，自治系统边界路由器）、HoVPN组网应用中的SPE（Superstratum PE or Sevice Provider-end PE，上层PE或运营商侧PE）和嵌套VPN应用中的运营商骨干网PE，接收到的承载VPN报文的MPLS报文可能只有一层标签，此时，这些设备上并不存在到达报文发送者的路由，则采用第二种方法回应TTL超时消息。
MPLS应用场景
1.早期提高转发效率
2.解决BGP黑洞路由
3.mpls vpn
MPLS L2VPN
VPLS
VPLS（Virtual Private LAN Service）实现了局域网之间通过虚拟专用网段互连。从VPLS的用户角度看，公网就像一台以太网交换机，将用户各站点连接起来。VPLS又称为E-LAN。
VLL/PWE3
VLL（Virtual Leased Line）是对传统租用线业务的仿真，使用IP网络模拟租用线，从用户角度看，公网就像一条点到点的链路，将VPN站点连接起来。?VLL又称为VPWS（Virtual Private Wire Service）或者E-Line。PWE3（Pseudo Wire Emulation Edge-to-Edge）是VLL的一种扩展。
MPLS L3VPN
4.TE MPLS流量工程
背景
MPLS流量工程通过建立基于一定约束条件的LSP隧道，并将流量引入到这些隧道中进行转发，使网络流量按照指定的路径进行传输，达到流量工程的目的。传统的IP网络中，节点选择最短的路径作为最优路由，不考虑带宽等因素。这样的选路方式容易出现流量集中于最短路径而导致拥塞，而其他可选链路则较为空闲
MPLS TE隧道
在MPLS TE中，经常会把多条LSP联合起来使用，并将这些LSP与一个虚拟隧道接口关联起来，这样的一组LSP称为MPLS TE隧道
结构
隧道接口
隧道标识（Tunnel ID）
LSP标识（LSP ID）
建立涉及的协议组件
信息发布组件
发布内容： 对现有的IGP进行扩展，来发布TE信息
链路状态信息
IGP协议本身收集的信息，如接口IP地址、链路类型、链路开销
带宽信息
最大链路带宽
最大可预留带宽
当前预留带宽
TE Metric
链路的TE度量值。缺省情况下，链路采用IGP的度量值作为TE度量值
链路管理组
链路颜色
SRLG
共享风险链路组SRLG（Shared Risk Link Group）是一组共享一个公共的物理资源（比如共享一根光纤）的链路
SRLG主要用在CR-LSP热备份和TE FRR组网中增强TE隧道的可靠性
发布方式： 发布主要是依靠现有链路状态路由协议的扩展 两种IGP路由协议会自动收集信息发布内容， 并对这些信息进行泛洪，发布给MPLS TE网络中的其他节点
IS-IS TE
OSPF TE
发布时机
首次配置MPLS TE隧道会触发泛洪
...
发布结果
每个节点收集本区域所有节点每条链路的TE相关信息，生成流量工程数据库TEDB
路径计算组件
通过CSPF（Constraint Shortest Path First）算法
利用TEDB中的数据来计算满足指定约束的路径的
路径建立组件
用于建立隧道的CR-LSP
静态CR-LSP
动态CR-LSP
采用RSVP（Resource Reservation Protocol）TE信令建立CR-LSP隧道
LSP的带宽
部分显式路由
着色等约束参数
通过信令动态地建立LSP隧道可以避免逐跳配置的麻烦
流量转发组件
用于将流量引入到MPLS TE隧道，并进行MPLS转发
CR-LSP
BGP MPLS IP VPN
主题