MPLS 基础知识点总结

MPLS 术语介绍

MPLS起源于IPv4（Internet Protocol version 4），其核心技术可扩展到多种网络协议，包括IPv6（Internet Protocol version 6）、IPX（Internet Packet Exchange）、Appletalk、 DECnet、CLNP（Connectionless Network Protocol）等。MPLS中的“Multiprotocol”指的就是支持多种网络协议。

1. MPLS以标签交换替代IP转发。标签是一个短而定长的、只具有本地意义的标识符，MPLS标签是MPLS头部。.
2. MPLS位于TCP/IP协议栈中的数据链路层和网络层之间，可以向所有网络层提供服务。
3. 在网络层和数据链路才能增加MPLS协议头部，实现快速转发。
4. MPLS域： 一系列连续的运行MPLS的网络设备构成了一个MPLS域
5. LSR (Label Switching Router,)：标签交换路由器。支持MPLS路由器（实际上也指支持MPLS交换机或其他网络设备）。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行为。
6. LSP（Label Switching Path，标签交换路径）:?是标签报文穿越MPLS网络到达目的地所走的路径。对于整个MPLS域LSP是某一个给定的FEC进入域和离开域的途径，MPLS域可以看成是LSP的有序集合
7. LER（Label Edge Router，边沿路由器）: 位于MPLS域边缘。连接其他网络的LSR被称为边沿路由器LER。区域内部的LSR称为核心LSR（Core LSR）
8. LDP（Label Distribution Portocol，标签分发协议）：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
9. 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数据属于哪一个LSP，有数据进入MPLS域时的Ingress LSR决定
10. 中转LSR（Transit LSR）: 通常是将MPLS报文进行置换操作，并将报文继续在MPLS域中转发的LSR
11. 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
12. 一条LSP包含一台入站LSR、一台出站LSR以及数量可变的中转LSR，因此LSP也可以看做是这些LSR的有序集合。LSP需要在数据转发开始前建立完成，只有这样报文才能顺利穿越MPLS域。?? LSP可通过静态和动态两种方式建立。需要注意的是，LSP是一个从“起点”到“终点”的单向路径，若需要双向数据互通，则需要在双方之间建立双向的LSP。

    

13. FEC (Forwarding Equnivalence Class,转发等价类): 是一组具有某些共性的数据流的集合，这些数据流在转发的过程中被网络节点以相同的方式处理、

    

14. 在MPLS网络组FEC可以通过多种方式划分，例如基于目的IP，网络掩码，DSCP等特征来划分。
15. MPLS标签通常与FEC相对应的，必须有某种机制使得网络中的LSR获得 关于某FEC的标签信息。
16. 在传统的采用最长匹配算法的IP转发中，匹配到同一条路由的所有报文就是一个转发等价类。
17. 在MPLS中，关于FEC最常见的例子是：目的IP地址匹配同一条IP路由的报文被认为属于同一个FEC

MPLS 标签

P报文在进入MPLS域之前会被LSP压入MPLS标签（这个地方，华为教材上说是 ?LSR创建MPLS标签，个人理解更具体准确的应该是LER。）

1、MPLS包头

• Iabel：20bits，代表标签范围（0~2^20）
• EXP：3bits，实验位（experimenal行eld），用于做QOS
• S: 1bit，栈底位，用于表示紧跟着标签的下一个头部是另外一个标签，还是IP包（栈底位为0 代表不是最后一个标签 为1代表是最后一个标签）
• TTL：8bits，用于防环
• 标签小于1024都有特殊意义，给普通路由分发的标签大于等于1024。
• EXP字段在早期的MPLS标准中被定义，意为试验性的字段，但实际上该字段主要被用于CoS。为了避免歧义，RFC5462重新定义了该字段，命名为流分类（Traffic Class）

2、标签栈

• MPLS支持一层或者多层标签头部，这些标签头部的有序集合被称为标签栈（Label Stack）。
• 标签排序：最靠近二层的标签S字段为0，靠近IP头部的标签S字段为1.
• 当上层为MPLS标签栈时，以太网头部中的Type字段为0x8847，PPP头部中的Protocol字段为0x8281。

3、标签空间

• 标签是一个短而且定长的、只具有本地意义的标识符。
• 标签空间就是指标签的取值范围。
• 只具有本地意义说明每一台LSR之间的标签空间是相互独立的，即每台路由器都可以使用完整的标签空间。

4、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）。
• 压入：IP报文进入MPLS域时，MPLS边界设备在报文二层头部和IP头部之间插入一个新标签；MPLS中间设备也可很据需要，在标签栈顶增加一个新的标签。
• 转发：当报文在MPLS域内转发时，根据标签转发，用下一跳分配的标签替换MPLS报问的钱顶标签。
• 弹出：当报文离开MPLS域时，将MPLS痕文的标签去掉。

MPLS转发

• MPLS转发本质就是将数据归到对应的FEC,并按照之前创建好的LSP进行转发。
• 同一个FEC，若进入MPLS域的Ingress LSR（入站LSR）不同，转发时的LSP也不相同。
• 同一个FEC，LSR的处理方式相同，不论这个FEC来自哪里（进入设备的接口）。LSR的转发动作决定了LSP，而标签转发表确定转发动作，所以建立标签转发表也可以理解为建立LSP。
• 如图所示，因为有着相同的目的地，所以这三份数据属于同一个转发等价类FEC1。同时由于入站LSR不同，这些数据将分别在LSP1、LSP2和LSP3上被转发。因为标签仅具有本地意义，所以每台LSR上给同一FEC分配的标签，可以相同，也可以不同。

MPLS体系结构

• MPLS体系结构有转发平面（Forwarding Pane）和控制平面(Control Plane)组成
• 控制平面(Control Plane)负责产生和维护路由信息以及标签信息。控制平面包含路由协议和路由信息，标签协议和标签信息表。
• 路由信息表RIB（Routing Information Base）：由IP路由协议（IP Routing Protocol）、静态路由和直连路由共同生成，用于选择路由。
• 标签信息表LIB（Label Information Base）：用于管理标签信息，LIB中的表项可由标签交换协议（LDP、RSVP等协议）或静态配置生成。
• 转发平面（Forwarding Pane）,也称作数据平面（Data Plane）负责普通IP报文转发以及带MPLS标签的报文转发。是面向连接的。包括IP转发信息表和标签转发信息表。
• IP转发信息表FIB（Forwarding Information Base）：从RIB提取必要的路由信息生成，负责普通IP报文的转发。
• ?标签转发信息表LFIB（Label Forwarding Information Base）：简称标签转发表，负责带MPLS标签报文的转发。

MPLS LSP 简述

1、LSP建立的原则

• 当网络层协议为IP协议时，FECP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。

• 

2、LSP的建立方式

MPLS需要事先为报文分配好标签，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。

• 静态LSP

? ? ? ? ①静态LSP使用户手工为各个FEC分配标签而建立的。

? ? ? ? ②静态LSP不使用标签发布协议不需要交互控制报文，因此消耗资源较小。

? ? ? ?③ 静态LSP不能根据网络拓扑变化调整，需要管理员干预。

? ? ? ? ④静态LSP应用场景，适用于拓扑比较简单并且固定的小型网络。

? ? ? ? ⑤由于静态LSP各节点上不能相互感知到整个LSP的情况，因此静态LSP是一个本地的概念。

• 动态LSP

? ? ? ? ①动态LSP通过标签发布协议动态建立

? ? ? ? ②标签的发布协议是MPLS的控制协议（也可以称为信令协议），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

? ? ? ? ③常用的标签分发协议：标签分发协议-LDP（Label Distribution Portocol），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。

? ? ? ? ④应用场景，广分应用于VPN服务上，具有组网、配置简单、支持基于路由动态LSP、支持大容量LSP等优点。

? ? ? ? ⑤其他标签分布协议：
????????????????RSVP-TE：Resource Reservation Protocol Traffic Engineering，它是对RSVP的扩展，用于建立基于约束的LSP。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：Multiprotocol Border Gateway Protocol，MP-BGP是在BGP协议基础上扩展的协议。MP-BGP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。

• 分配原则

? ? ? ? ①静态LSP分配原则：前一个出标签的值等于下一个节点的入标签的值。

? ? ? ? ②动态LSP分配原则，根据不同分配协议来分配，例如LDP、RSVP-TE、MP-BGP。

3、MPLS标签转发

LSP处理报文时候主要是根据FTN、NHLFE和ILM。

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。在MPLS转发过程中，FIB、ILM和NHLFE表项是通过Tunnel ID关联的。

??①Ingress LSR处理过程

????????在Ingress LSR，通过查询FIB表（得到FTN信息）和NHLFE表指导报文的转发。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。

②Transit LSR处理过程

在Transit LSR，通过查询ILM表和NHLFE表指导MPLS报文的转发。

③Egress LSR处理过程