MPLS基础、MPLS静态LSP配置、LDP协议

巴洛克先生
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MPLS基础

术语备注
LSR(Label Switch Router，标签交换路由器)支持MPLS的路由器（实际上也指支持MPLS的交换机或其他网络设备），该设备能够根据报文的MPLS标签头部对其进行转发
MPLS域一系列连续的LSR构成了一个MPLS域
LER（Label Edge Router）位于MPLS域边缘、连接其他网络的LSR
LSP（Label Switched Path，标签交换路径）是标签报文穿越MPLS网络到达目的地所在的路径
Ingress LSR入站LSR，是LER
Egress LSR出站LSR
Transit LSR中转LSR，是LER
FEC（Forwarding Equivalence Class，转发等价类）到同一条路由的所有报文就是一个转发等价类
NHLFE(Next Hop Label Forwarding Entry,下一跳标签转发表项，用于指导MPLS报文的转发)NHLFE包括：Tunnel ID、出接口、下一跳、出标签、标签操作类型等信息
FTN（FEC-to-NHLFE，FEC到一组NHLFE的映射）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
ILM（Incoming Label Map，入标签到一组下一跳标签转发表项的映射）ILM包括：Tunnel ID、入标签、入接口、标签操作类型等信息；ILM在Transit LSR的作用是将标签和NHLFE绑定，通过标签索引ILM表，就相当于目的IP地址查询FIB，能够得到所有的标签转发信息
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32bit，只有本地有效。这是设备为各种隧道所分配的一个ID。在MPLS中，Tunnel ID还用于将FIB、ILM及NHLFE进行关键

MPLS转发过程

image.png

MPLS架构

  • 控制平面（Control Plane）
    • 是无连接的，主要功能是负责产生和维护信息以及标签信息；控制平面中IP路由协议（IP Routing Protocol）模块用来传递路由信息，生成路由信息表，标签分发协议（Label Distribution Protocol）模块用来完成标签信息的交换，建立标签转发路径
    • 路由信息表RIB（Routing Information Base）：由IP路由协议（IP Routing Protocol）生成，用于选择路由
    • 标签分发协议LDP（Label Distribution Base）：负责标签的分配、标签转发信息表的建立、标签交换路径的建立、拆除等工作
    • 标签信息表LIB（Label Information Base）：由标签分发协议生成，用于管理标签信息
  • 数据平面（Data Plane）
    • 数据平面也称为转发平面，是面向连接的，主要功能是负责普通IP报文的转发以及带MPLS标签报文转发；数据平面包络IP转发信息表（Forwarding Information Base）和标签转发信息表（Label Forwarding Information Base），当收到普通IP报文时，如果是普通IP转发，则查找IP路由表转发，如果需要标签转发，则按照标签转发表转发，当收到带有标签的报文时，如果需要按照标签转发，根据标签转发表转发，如果需要转发到IP网络，则去掉标签后根据IP转发表转发
    • 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，由标签分发协议在LSR上建立LFIB，负责带MPLS标签报文的转发

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MPLS标签结构

image.png

标题长度备注
Label20bit标签字段，用于存储标签值
EXP3bit实验位，通常用做CoS（Class of Service），当设备阻塞时，优先发送优先级高的报文
BoS1bit栈底位，用于指示该标签头部是否为最后一层标签，如果该比特为1，则表示当前标签头部为栈底；如果该比特为0，则表示当前标签头部之后依然还有其他标签头部
TTL8bit与IP报文头部中的TTL具有相同的意义，用于防止标签报文被无限制转发

标签值

  • 0-15：特殊标签
  • 16-2023：静态LSP和静态CR-LSP共享的标签值
  • 1024以上：LDP、RSVP-TE、MP-BGP等动态信令协议的标签值
标签值含义备注
0IPV4 Explicit NULL Label表示该变迁必须被弹出，且报文的转发必须基于IPV4。如果出节点分配给倒数第二跳节点的标签值为0，则倒数第二跳LSR需要将值为0的标签正常压入报文标签值顶部，转发给最后一跳；最后一跳发现报文携带的标签值为0，则将标签弹出，0标签只有出现在栈底时才有效
1只有出现在非栈底时才有效，类似于IP报文的“Router Alert Option”字段，节点收到Router Alert Label时，需要将其送往本地软件模块进一步处理；实际报文转发由下一层标签决定；如果报文需要继续转发，则节点需要将Router Alert Label压回标签栈顶
2IPV6 Explicit NULL Label与IPV4 Explicit NULL Label功能类似
3Implicit NULL Label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
4-13保留
14OAM Router Alert Label通过发送OAM报文检测和通告LSP故障。OAM报文使用MPLS承载
15保留

MPLS标签的处理

标题备注
Push指当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；或者MPLS中间设备根据需要，在标签栈顶增加一个新的标签
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
Pop当报文离开MPLS域时，将MPLS报文的标签去掉；在最后一跳LSR，标签已经没有使用价值，这种情况下，可以利用倒数第二跳弹出特性PHP（Penultimate Hop Popping） ，在倒数第二跳LSR处将标签弹出，减少最后一跳的负担，最后一跳LSR直接进行IP转发或者下一层标签转发；PHP在Egress LSR上配置，支持PHP的Egress LSR分配给倒数第二跳的标签值为3

image.png

静态LSP配置

命令备注
mpls lsr-id 1.1.1.1配置LSR ID；VRP没有缺省的LSR ID，必须手工配置，保证唯一；推荐使用Loopback接口IP；如果要修改LSR ID，必须执行undo mpls（会导致MPLS业务中断）
mpls开启MPLS，全局和接口都需要配置
static-lsp ingress LSP1 destination 3.3.3.3 32 nexthop 12.1.1.1 out-label 100配置入节点静态LSP
static-lsp transit LSP1 incoming-interface g0/0/0 in-label 100 nexthop 12.1.1.1 out-label 200配置中间节点静态LSP
static-lsp egress LSP1 incoming-interface g0/0/0 in-label 200配置出节点静态LSP
display mpls static-lsp验证静态LSP
ping lsp ip 3.3.3.3 32测试静态LSP

案例一

image.png

//AR1
#
dhcp enable
#
mpls lsr-id 1.1.1.1
mpls
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 192.168.0.1 255.255.255.0 
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
 dhcp select interface
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 12.1.1.1 255.255.255.0 
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
 mpls
#
ospf 1 
 area 0.0.0.0 
#
static-lsp ingress r12r3 destination 192.168.1.0 24 nexthop 12.1.1.2 out-label 1
00
static-lsp egress r32r1 incoming-interface GigabitEthernet0/0/1 in-label 100
#

//AR2
#
mpls lsr-id 2.2.2.2
mpls
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 12.1.1.2 255.255.255.0 
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
 mpls
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 23.1.1.2 255.255.255.0 
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
 mpls
#
ospf 1 
 area 0.0.0.0 
#
static-lsp transit r12r3 incoming-interface GigabitEthernet0/0/0 in-label 100 ne
xthop 23.1.1.3 out-label 200
static-lsp transit r32r1 incoming-interface GigabitEthernet0/0/1 in-label 200 ne
xthop 12.1.1.1 out-label 100
#

//AR3
#
dhcp enable
#
mpls lsr-id 3.3.3.3
mpls
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 23.1.1.3 255.255.255.0 
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
 mpls
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
 dhcp select interface
#
ospf 1 
 area 0.0.0.0 
#
static-lsp egress r12r3 incoming-interface GigabitEthernet0/0/0 in-label 200
static-lsp ingress r32r1 destination 192.168.0.0 24 nexthop 23.1.1.2 out-label 2
00
#

此时PC1 ping PC2就有带有MPLS标签，如图：

image.png

LDP协议（一个动态生成标签的协议）

Label Distribution Protocol，标签分发协议，RFC5036

  • 在LSR之间建立LDP Session
  • 建立了LDP Session的两台设备称为LDP Peers（LDP邻居/对等体）
  • 在LDP Peers间交换Label/FEC映射

image.png

报文（封装在UDP或TCP上，端口号646）作用分类协议
HelloLDP发现机制中宣告LSR并发现邻居discoveryUDP
Initialization在LDP Session建立过程中协商参数SessionTCP
KeepAlive监控LDP Session的TCP连接的完整性SessionTCP
Address宣告接口地址AdvertisementTCP
Address Withdraw撤销接口地址AdvertisementTCP
Label Mapping宣告FEC/Label映射信息AdvertisementTCP
Label Request请求FEC的标签映射AdvertisementTCP
Label Abort Request终止未完成的Label Request MessageAdvertisementTCP
Label Withdraw撤销FEC/Label映射AdvertisementTCP
Label Release释放标签AdvertisementTCP
Notification通知LDP Peer错误信息NotificationTCP

LSR ID

  • 每台运行MPLS的LSR必须拥有一个域内唯一的LSR ID
  • 在华为设备上激活MPLS能力之前，必须为设备配置MPLS ID（使用全局配置命令mpls lsr-id）
  • LSR ID长度为32bit，与IPV4地址的格式相同
  • 通常情况下，我们会选择设备的某个Loopback接口地址作为LSR ID

LDP ID

  • 每一台运行了LDP的LSR除了必须拥有LSR ID，还必须拥有LDP ID
  • LDP ID的长度为48bit，由32bit的LSR ID与16bit的标签空间标识符（Label Space ID） 构成
  • LDP ID以“LSR ID：标签空间标识”的形式呈现，例如2.2.2.2:0
  • 标签空间标识一般存在两种形态
    • 值为0:表示基于设备（或基于平台）的标签空间
    • 值非0:表示基于接口的标签空间

LDP发现机制

image.png

机制备注发送周期
LDP基本发现机制发现直连的邻居，使用组播；周期性的发送LDP Link Hello，建立本地LDP会话5s
LDP扩展发现机制发现非直连的邻居，使用单播；周期性的发送LDP Targeted Hello，建立远端LDP会话5s

LDP 邻居发现过程

  • Hello消息使用UDP封装，发送周期为5s，使用组播地址224.0.0.2
  • Hello消息中，携带有Transport Address（传输地址）字段，该字段默认与设备配置的LSR ID一致，表明与对端建立邻居关系时所使用的IP地址（保证路由可达）
  • 参数包括LDP协议版本、标签分发方式、Keepalive保持定时器的值、最大PDU长度和标签空间等
  • 如果不能接收相关参数，则发送Notification消息终止LDP会话的建立
  • LDP会话建立成功后，进行FEC的创建与标签的分发

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详细图解

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image.png

image.png

PHP特性

image.png

  • R3如果激活了PHP特性，那么当它为本地直连路由1.0.0.0/8分配标签时，会分配一个特殊的标签，该标签被称为隐式空标签（Implicit NULL Label），其值为3，R3将该标签值通告给R2
  • 当LSR转发一个标签报文时，如果发现相应的入站标签对应的出站标签值为3，那么该LSR将把报文的标签头部弹出，然后将里面所封装的数据转发给下游LSR，也就是执行PHP（Penultimate hop popping，次末跳弹出）操作
  • R2作为到达1.0.0.0/8的次末跳（倒数第二跳），收到发往1.1.1.3的标签报文后，发现出站标签值为3，于是将标签头部弹出，将IP报文转发给R3，而R3则仅需执行一次查询操作（查询FIB表）即可获得相应的转发信息，转发效率得到了提升
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