MPLS原理及配置

news2025/1/17 8:01:07

赶时间可以只看实验部分

由来：90年代中期，互联网流量的快速增长。传统IP报文依赖路由器查询路由表转发，但由于硬件技术存在限制导致转发性能低，查表转发成为了网络数据转发的瓶颈。
因此，旨在提高路由器转发速度的MPLS(Multi-Protocol Label switching，多协议标签交换)被提出。与传统IP路由方式相比，MPLS在数据转发时，只在网络边缘分析IP报文头，在网络内部采用更为高效的标签(Label)转发，节约了处理时间。
随着设备硬件性能不断提升，MPLS在提高数据转发速度上的优势逐渐弱化，但其支持多层标签嵌套和设备内转控分离的特点，使其在VPN(VirtualPrivate Network，虚拟私有网络)、QoS(Quality ofService，服务质量)等新兴应用中得到广泛应用。

一：MPLS基本概念：（俗称为2.5层）

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术语介绍：
1.MPLS域(MPLS Domain)：一系列连续的运行MPLS的网络设备构成了一个MPLS域。
2.LSR(Label Switching 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)。位于MPLS域边缘、连接其它网络的LSR称为边沿路由器LER(LabelEdge Router)，区域内部的LSR称为核心LSR(Core LSR)。
3.除了根据LSR在MPLS域中的位置进行分类之外，还可以根据对数据处理方式的不同进行分类:
入站LSR(IngressLSR)：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。

4.LSP(Label switched Path，标签交换路径)：是标签报文穿越MPLS网络到达目的地所走的路径
5.FEC(Forwarding Equivalence Class,转发等价类)是一组具有某些共性的数据流的集合，这些数据流在转发过程中被网络节点以相同方式处理。
在MPLS网络中，FEC可以通过多种方式划分，例如基于目的IP地址及网络码、DSCP等特征来划分。
数据属于哪一个LSP，由数据进入MPLS域时的Ingress LSR决定。
MPLS标签通常是与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。

二：MPLS标签：

IP报文进入MPL域之前，会被入站LSR压入MPLS头部(又叫MPLS标签)，形成一个MPLS标签报文。一个标签报文可以包含一个或多个MPLS标签。
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标签(Label):用于携带标签值，长度20 bit。
EXP(ExperimentalUse):主要用于CoS(Class of Service)，长度3 bit。
S(Bottom of stack):栈底位，用于指示该标签头部是否为最后一层标签，长度1bit。如果该字段为1，则表示当前标签头部为栈底;如果该字段为0，则表示当前标签头部之后依然还有其他标签头部。TTL(TimeTo Live):用于当网络出现环路时，防止标签报文被无限制转发，与IP报文头部中的TTL具有相同的意义长度8 bit。

三：MPLS标签栈：

MPLS支持一层或多层标签头部，这些标签头部的有序集合被称为标签栈(Labelstack)
当标签栈中存在多个标签时:
最靠近二层头部的标签是栈顶标签，标签中的s字段为0。
最靠近IP头部的标签是栈底标签，标签中的S字段为1。
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标签是一个短而定长的、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。标签值的范围及规划如下:

标签处理过程：

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标签是由LDP分发的，LDP 协议即标签分发协议（也有建立邻居关系，默认自动建立完成的）
路径建立：通过邻居发现、会话建立等过程，使标签交换路由器 LSR 之间能够相互通信并交换标签信息，确定每个转发等价类 FEC 对应的标签交换路径 LSP，让数据包能沿着特定路径进行转发。
路径维护：在网络运行过程中，LDP 协议持续监测 LSP 的状态，当网络拓扑发生变化或链路出现故障时，能够及时调整标签映射关系和 LSP，保证数据的正常转发。

四：实验部分

静态部分

[R1]static-lsp ingress lto4 destination 4.4.4.4 32 nexthop 12.1.1.2 out-label 104
[R2]static-lsp transit lto4 incoming-interface g0/0/0 in-label 104 outgoing-interface g0/0/1 nexthop 23.1.1.3 out-label 204
[R3]static-lsp transit lto4 incoming-interface g0/0/0 in-label 204 outgoing-interface g0/0/1 nexthop 34.1.1.4  out-label 304
[R4]static-lsp egress lto4 incoming-interface G0/0/0 in-label 304

动态部分：

LDP先为下游设备添加标签
入栈设备收到IP包后，查FIB（即路由表），压入102号标签；到达中转设备，它查LFIB（标签转发表），进行标签交换（102->103），再到R3，进行LFIB表查询：弹出标签（103），再查FIB表，进行ip地址转发。

如果知道R3是末跳，R2是次末跳，这时候在R2的时候就弹出标签，发IP包给R3，到R3的时候直接查看FIB表（路由表），就不需要进行弹出标签了。
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全局下：
[R1-LoopBack0]mpls lsr-id 1.1.1.1		//用环回口充当mpls的id编号
[R1]mpls
Info: Mpls starting, please wait... OK!
[R1-mpls]mpls ldp
接口下：
[R1-GigabitEthernet0/0/0]mpls
[R1-GigabitEthernet0/0/0]mpls ldp
其他也一样

抓取报文如下：对应上述内容
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[R1]dis mpls ldp peer		//用于显示本地路由器 R1 的标签分发协议 LDP 对等体及会话信息。
[R1]dis cu co ospf			//用于显示 R1 上与 OSPF 协议相关的配置信息。
[R1-GigabitEthernet0/0/1]dis cu | include mpls		//在指定的 GigabitEthernet0/0/1 接口下，显示该接口包含 “mpls” 关键字的配置信息。
[R1]dis mpls lsp			//用于显示 R1 路由器上的 MPLS 标签交换路径 LSP 的相关信息，

假设以到达4.4.4.4的网络为例：
根据 PHP 机制，当数据包到达倒数第二跳 LSR 时，会将数据包的标签替换为一个特殊的标签（例如隐式空标签，值通常为 3）所以:
在R4上的R4的入标签为3，R3这里的出标签也为3（代表次末跳），入标签为1026（路由器根据本地的标签分配策略为其分配了 1026 作为入标签。）
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