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MPLS

  • Multi-Protocol Label Switching, 多协议标签交换.其应用最广的为MPLS VPN以及MPLS TE.

1. 概述

1.1 IOS平台交换机制

  • 思科IOS交换分为：进程交换、快速交换和CEF(Cisco Express Forwarding, 思科快速转发)
    • 进程交换：路由器对每个报文进行route表和arp表的查询.缺点消耗CPU资源以及增加延迟, 优点支持各种负载均衡.
    • 快速交换：路由器会对报文进行分类, 将去往相同目的地的报文分到一类.对每一类的第一个报文进行route表和arp表的查询, 将结果存到cache中.后续报文会查看cache进行转发.缺点：第一个报文还是需要进程查表, 无法实现基于报文的负载均衡.优点：比进程交换速度快.
    • CEF：开启cef之后, 路由器会生成两张表被ASIC调用
      • 邻接表: 优化后的二层表(ARP表).
      • FIB(Forwarding Information Base, 转发信息库): 优化后的路由表, 标签是基于FIB分发的.

1.2 名词解释

  • FEC, Forwarding Equivalent Class, 转发等价类, 具有相同属性的一类(报文), 这种相同的属性可以是：L3 VPN地址, 相同的目的地址.可以理解为一条路由条目, 对应一个标签.
  • LDP, Label Distribution Protocol, 标签分发协议, 基于TCP/UDP 646端口, 与TDP相比, 该协议支持认证.该协议用于标签的分发.
  • LIB, Label Information Base, 标签信息库, 是一种拓扑表, 存放路由条目与标签的映射关系.
  • LFIB, Label Forwarding Information Base, 标签转发信息库, 发送带标签的报文时查询入标签与出标签映射的表. 由FIB和LDP的邻居表得来.
  • LSR, Label Switch Router, 也称为P路由器.
  • LSP, Label Switch Path, 标签交换路径, 使用MPLS建立起来的, 由LSR分组转发路径.

2. MPLS

  • 转发标签的协议有：LDP/TDP, BGP(MPLS VPN), RSVP(MPLS TE)

2.1 标签报文

mpls multi label

  • 该报文在二层到三层报文之间.以太网的类型值为0x8847(单播), 0x8848(组播和广播)

mpls label

  • Label：20 bit ,标签值字段, 用来标识一个FEC, 取值范围是16 ~ 1048575(2^20-1),
  • EXP：3 bit, 实验位, 作QoS, 现在通常用做CoS（Class of Service）, 其作用与Ethernet802.1p的作用类似.
  • S：1 bit, MPLS支持多重标签, 值为1时表示为最底层标签.
  • TTL：8 bit, 和IP分组中的TTL意义相同，可以用来防止环路.

2.2 分发标签的过程

    1. 通过路由协议建立IP路由表;
    1. LDP 为路由表中的每个条目分发标签, 除了BGP路由条目;
    1. 传递给其他LSR, 标签只具有本地意义
    • LSR在传递标签时, LSR的更新源地址为其Loopback地址, 并且会将他的其他接口地址一起传送给邻居, 当邻居收到这些信息时, 会加入到自己的邻居表项中去, 称之为被抑制地址. 简单理解为先查询FIB
    1. 建立LIB, LFIB以及FIB供数据传递;
    1. 由于MPLS分发标签给目的地的上游和上游的LSR. 所以LDP建立传递邻居信息时, 会将路由器所有物理接口的IP地址告诉邻居路由器, 将这些信息存入到邻居表中;
    1. 当收到邻居的标签时, 会结合自己的FIB, 并且将适合的标签加入到LFIB中.

  • LDP LSP的建立: https://cshihong.github.io/2018/02/23/MPLS-LDP%E5%9F%BA%E7%A1%80/#LDP%20LSP%E7%9A%84%E5%BB%BA%E7%AB%8B

2.3 数据转发

mpls lsr

mpls edge lsr

2.4 PHP

  • PHP(Penultimate Hop Popping, 倒数第二跳弹出), 一个目的网段的最后一跳路由器对目的网段不会发送常规标签, 而会发送3号标签, 意为弹出标签.倒数第二条路由器收到该标签后, 并将其加入LFIB.当收到去往目的网段的数据包时, 会执行弹出标签的操作, 以常规报文发送给最后一跳路由器, 最后一跳路由器只需查询FIB表就可以将报文进行转发.
  • 最后一条路由器的定义：对去往目的网段接口没有启用MPLS, 或者去往该接口的下一跳没有LDP邻居的路由器.

2.5 配置

  1. 启用IGP
  2. 启用cef, ip cef
  3. 开启mpls, 接口上使用mpls ip
  4. 修改router-id(可选), 全局模式下mpls ldp router-id loopback 0 force
  5. 修改接口MTU：mpls mtu 1504(VPN修改为1508, TE修改为1512)
  6. 相关show命令：
查看邻居show mpls ldp neighbor
查看fib：show ip cef [details]
查看lib：sh mpls ldp bindings
查看lfib：sh mpls forwarding-table
  1. 高级命令：
修改Label范围：mpls label range 101 150
不通告标签：no mpls ldp advertise-labels
通告标签给某些ACL
mpls ldp advertise-labels for 10 to 20
acl 10为路由条目
acl 20为通告给邻居的接口范围