MPLS-多协议标签交换

标签交换

基于2.5层的标签号进行路由行为,开始传输数据包的时候需要查询两张表，一个路由表一个ARP表然后人们就想可不可以少查点表，然后MPLS就出现了，MPLS就是是在数据包的2.5层压入一个标签号，路由器基于2.5层标签号查询本地的一个LFIB表即可进行数据转发，第一个路由器压入标签，最后一个路由要弹出标签，中间的每个路由只查询一张表，如果A到B中间经过的路由很多，标签交换优势较大。

但是随着包交换的加速，使用标签交换失去了快速查表得优势

包交换发展

原始的包交换

传输数据包的时候需要查询两张表，一个路由表一个ARP表

数据包进入路由器后，路由器需要查询本地的路由表(RIB- 路由信息数据库).再基于下一跳或者目标ip查询本地的ARP表，才能进行数据的转发

快速包交换

（数据流：发包的时候一次性发多个，每次发包的时候连着的就是数据流，一般规定是10个）

现在来了一波数据流，数据流由10个包构成，数据流来到第一个路由器，路由器对第一个表进行原始包交换，然后产生一个缓冲，缓冲里记录了第一个包的转发规则，假设第二个数据流与第一个数据流的间隔很短吗，第二个包也可以按缓冲的转发规则进行转发

特快交换

思科发明，非思科设备都有相应的机制，无需路由，直接交换。

特快交换得过程是首先将路由表转换成一个FIB表（路由表和FIB表示共存的），FIB是完成了递归以后得路由表（当查表得时候不需要去按照对应得路由条目递归，直接就是目标然后对应得接口），FIB是一个纯二进制表，由于是纯二进制，所以可以被物理设备直接读取直接编译，省去了数据编译得过程

将ARP表转换成一个ADJ（邻接表）将从哪到哪的目标MAC和源MAC表记录下来

然后将FIB和ADJ合成一个表

特点：在将路由器表转换过程中，存储递归查询结果；同时将新封装的二层地址进行绑定

下面是一个表的例子

IP       fast0/0                   172.16.20.115(7)

       (递归后的出接口)           0 packets, 0 bytes

                                   epoch 0

                                   sourced in sev-epoch 357

                                   Encap length 14

                                   701CE7662A9768EFBD1D24C50800  新的二层封装

                                   目标MAC    源MAC      类型号

当代MPLS存在的意义

1、解决BGP的路由黑洞       2、MPLS  VPN         3、MPLS  TE 流量工程

注：随着包交换的加速，使得今天的MPLS技术也开始基于FIB表工作；来提高MPLS的工作效率

MPLS的工作过程

控制层面

1）在没有MPLS时控制层面仅生成RIB（路由表）和FIB（转发信息数据库）；FIB是基于RIB生成；

2）MPLS协议会启动TDP（cisco私有）或LDP（公有），直连设备间将建立邻居关系（MPLS负责搞标签，然后之后就是TDP或者LDP工作了

LDP--  基于UDP和TCP的646端口工作；双方先使用udp发送组播hello包发现邻居，获取邻居ip地址（lsr-id，建议用环回），再和该直连邻居建立TCP的会话；邻居关系建立后；为了邻居关系间的稳定，一般使用设备的环回地址来建立tcp会话（为啥用环回原理和BGP的一样）；建议设置环回地址为mpls协议的route-id，该id值将携带在组播收发的hello报文中，之后自动进行tcp会话建立；

总结：MPLS协议需要在直连邻居间使用router-id地址来进行TCP的会话；故前提条件为，route-id必须为设备真实使用的ip地址，建议为环回地址—稳定； 组播hello包在直连的物理接口上收发，来获取对端的router-id，自然也要求router-id值间路由可达；

因此正常在建立LDP的邻居关系前，路由协议已经收敛完成，RIB和FIB表已经生成；

3）MPLS在建立邻居关系后，生成邻居表；LDP协议再基于FIB表中学习到的路由条目生成标签号；

cisco设备默认基于FIB表中所有学习到的路由条目生成标签号，华为设备默认仅基于FIB表中32位掩码的主机路由生成标签号；原因在于正常32位主机路由为ospf学习的环回接口，正常工程中只有BGP和MPLS  VPN才会基于环回通讯，使用标签转发；其他普通流量还是基于特快包交换来进行；反观cisco在启动mpls以后，所有流量将基于标签转发，降低了转发效率（前提为默认）

4）标签号生成后，将存储于本地的LIB表-标签信息数据库；LIB表将在邻居间共享；LIB表中装载本地及邻居为每条路由分发的标签号；

5）运行MPLS协议的设备，将LIB和FIB进行结合，将标签号和最佳路径的关系映射生成LFIB表（标签转发信息数据库）

RIB—》FIB---》LIB---》LFIB   前两张表为路由协议工作后生成，后两张表为MPLS的LDP协议生成；

 数据层面

没有MPLS协议，基于FIB表正常转发即可

名词

MPLS domain

MPLS的工作半径    

edge LSR（PE）

边界标签交换路由器,第一跳和最后一跳也就是贴标签和弹出表签的路由器被称为PE，中间的被称为P

工作mpls域的边缘，连接域外设备

LSR （P）

标签交换路由器   整体工作MPLS域内  ,中间的路由被称为P

数据层面工作过程

当流量进入到第一台pe设备时， 在没有特快交换之前，路由器基于目标IP地址查询本地的RIB；之后还要在LIB表中对应才能确定流量是否应该压入标签，需要两张表的查询；在存在特快交换时，流量进入第一pe时，直接查询FIB表，表中关联标签号，将直接确定是否压入标签；流量再到P路由器，接收到流量中若存在标签基于LFIB表转发，若没有标签基于FIB表即可；流量从最后一台边界离开MPLS 域时将弹出标签；

存在标签号的流量，进入路由器时，入标签表应该为本地路由器分配的编号，出标签为本地的下游（下一跳）设备分配的标签号；  上下游的概念基于数据层面进行标定

来个例子理解一下

控制层面

假设现在使用LDP，这时LDP会为FIB的每一条路由分配一个标签号就以下图为例子

上图1有两个环回，且其他设备都通过某种路由协议学习到了两条环回的路由，然后都转换成了FIB表，然后LDP开始工作,LDP为每个设备去往1上环回的两条路由，都添加了一个标签号，然后这个号是要存到一个LIB表中，然后思考一下每个人是不是要将自己的LIB表中的标签号告诉别人一下，才可以让别人知道如何用标签到，所以LIB中也会装上下游邻居的号。然后LDP将FIB表和LIB表结合到一起生成了一个转发规则LFIB。

数据层面

假设现在在4号设备后面有一台电脑，要去ping1号设备的1.0环回，数据流量是不是来了，4号设备要为这个流量打一个标签号，标签号就是3号设备上1.0网段的标签号，就是18，然后当流量来到2上，标签号会替换成2号设备上的标签号（这个替换成前面设备的标签号的意思是可以借此来确定自己的路，比如说从4号设备的流量到了3号设备，3号设备一看标签号是不是就知道去1.0了，然后3及改成2的去往1.0网段标签）。

标签号

标签被压入在2层与3层之间，称为2.5层 （看下面图片的Label，就是标签号）

标签的格式---32位，4个字节

前20位为标签号，2^20个标签号；其中1-15号保留，作为特殊编号；

第21-23位exp，3位8个数，为优先级，用于QOS策略使用；（没有做策略是000）

第24位为栈底位，该位为1标识该标签为最后一层标签；MPLS最大可以在一个数据包中封装3次标签；(MPLS一层标签、MPLS VPN两层、MPLSTE3层)

当打上标签时，后面的路由就不会拆包拆到三层所以三层的ttl就不变，所以在这个标签号中TTL生存时间，（为啥要有这个TTL,在第一次压入标签时.将当前数据包中的3层TTL复制到标签中:之后查询一次标签TTL减一，在最后一跳设备弹出标签时将2.5层的TTL复制到3层报头中）

次末跳优化

举个例子理解一下

3这个号是很特使的编号，3号就是告诉上一台设备，上一台设备是倒数第二跳，然后倒数第二跳就会将标签号弹掉，比如下图第三台设备18去往的下一台就是3，然后18去往最后一台设备就会将标签号弹掉，然后最后一个设备不查LFIB，查一下FIB

 下一张图是查询LFIB然后19去往域外，然后再返回查FIB，一共查了两张表

总结

边界LSR将本地的直连网段传递给MPLS域内邻居后，LDP分配标签号为3，告知倒数第二跳设备它的身份；导致倒数第二跳设备在查询LFIB表后，已知转发路径的前提下提前弹出标签，使得最后一跳路由器均只需要查询FIB表； 否则最后一跳路由器在查询LFIB表后，弹出标签还需要查询FIB

配置 

MPLS – LDP配置

[r2]mpls lsr-id 2.2.2.2    必须先定义mpls的router-id，要为本地设备的真实ip地址，且邻居可达，因为该地址将用于建立TCP会话，建议使用环回地址

[r2]mpls             再开启mpls协议

[r2-mpls]mpls ldp      再激活LDP协议

[r2-mpls-ldp]q

之后需要在所有标签经过的接口上开启协议

[r2]interface GigabitEthernet 0/0/1

[r2-GigabitEthernet0/0/1]mpls    先开启MPLS

[r2-GigabitEthernet0/0/1]mpls ldp   再激活LDP协议

当启动配置完成后，邻居间使用UDP报文组播收发hello包；之后基于hello包中的router-id地址进行TCP会话的建立；

查询

[r3]display tcp status

TCPCB    Tid/Soid Local Add:port        Foreign Add:port      VPNID  State

b4cf3d64 167/6    3.3.3.3:646           4.4.4.4:50858         0      Established

b4cf3adc 167/3    3.3.3.3:50806         2.2.2.2:646           0      Established

当tcp会话建立后，邻居间基于TCP会话再建立邻居关系，生成邻居表

[r3]display  mpls ldp peer

再然后基于本地的FIB表，默认华为仅针对32位的主机路由生成标签号；存储于LIB表中，之后邻居间共享LIB表；

[r3]display  fib  查看FIB表

[r4]display  mpls ldp  lsp    查看LIB表，装载本地和邻居为各条路由分配的标签号。最后路由器将LIB和FIB集合，生成最佳路径的标签转发规则—LFIB

[r4]display mpls lsp  查看LFIB表

注：默认华为仅针对32位主机路由分配标签(因为正常数据交换的时候是用包的特快交换)

首先查FIB看FIB的路由然后看Tunnel-id是不是0x0，如果不是，查这条FIB的详细信息

[r2]display fib verbose

 假设是去56.1.1.0网段的，找到56.1.1.0的信息看最后一行就会，发现一个标签号1029，来到下一个设备就会查询LFIB，1029相对应得，下一台设备得标签号

 

[r3]mpls

[r3-mpls]lsp-trigger all   开启功能，将针对fib表中所有路由进行标签号的分配

[r2]tracert -v -a 2.2.2.2 56.1.1.2

 使用mpls解决BGP的路由黑洞

 以上面这张图片为例子

3和4没有建立任何BGP邻居所以现在1去ping6时，会在3上出现路由黑洞，3会把1得数据包丢掉

这时在2345上配置MPLS

（MPLS协议并不会为通过BGP协议学习的路由条目分配标签号；而是在访问这些BGP路由目标网段时，在流量中压入到达这些网段的BGP下一跳设备地址的标签号；）

例:R2从BGP邻居5.5.5.5 学习到6.6.6.0 网段的路由；R2在访问6.6.6.0 时，将在数据包中压入到达5.5.5.5ip地址的标签号，来穿越中间没有运行BGP协议的设备；3和4中也有到达5得IP地址得标签号，实现打破路由黑洞。

注:华为设备默认不为BGP协议执行下一跳标签机制，cisco默认执行；

注：r2上配置r5上也要配置，流量能去能回

[r2 ]  route recursive-lookup tunnel   配置路由基于隧道进行递归查找  

想让里面访问外面，发布缺省

BGP在实际工程里的一个选路逻辑

用下面这张图来解释一下

 黑色的圈都是运行了BGP的路由蓝色的圈都是as内部的路由，然后黑色的通过bgp学习到里面的路由，里面的路由通过缺省去往外面，然后若AS内有个路由想访问另一个AS内的路由是首先经过缺省找到离自己最近的一个配置了BGP的路由，然后这个BGP通过MPLS找到另一个AS的运行BPG的路由

MPLS  VPN

并不是由客户自己配置

相当于公网（运营商配置，收费项目）做一个vpn然后帮你转发私有的流量，所以安全，模拟专线，不可以上网，上网自己拉宽带

配置逻辑

 以下图作为例子

控制层面

上面A和B是不同的公司A1和A2是相同公司，然后1和2的接口都是私网地址，要是配公网就成了宽带了，现在是要拉专线，1被称为CE端2被称为PE端。假设现在A有一个1./24的路由给了2，相当于人用户将自己的路由给运营商，然后6也有一条路由也是1.0也给了运营商，运营商如何区分两条路由，2号设备会往这个路由上赋值RD值(RD值格式X：X），赋值后就可以区分了，现在新的问题出现了，要把这两条路由放在那里，放在正常路由表示不对的，因为2的路由表示公网路由表，放私网路由就是有问题的，所以在2上要开两个VRF空间（1一个6一个）然后将路由放在这里，现在问题又出现了，如何传到右边，使用234上的路由协议是不可以的，234上的路由协议示传共有路由的，还有普通协议示传不了这个路由的，这个路由不是标准的IPv4路由，是VPNIPv4路由，里面带RD值和RT值。然后只有BGP可以传，原因BGP由社团属性可以带过去这个路由，然后BGP可以非直连建邻。现在2通过单播传私有路由到4上，到4上后如何把路由对端不同的空间里，1的路由要放到5的空间里，6的路由要放到7的空间里，这个区分要靠RT值，2上RT值要和4上RT值一样，然后4在传到5和7上。 

数据层面

首先5要ping1，然后4查自己的VRF空间的路由表，然后里面下一跳是2，然后MPLS开始起作用，贴了标签后到达2，然后2通过多层标签号来确定对应的空间（不可以使用RD和RT值，因为现在是数据层面的包，不是控制层面）

总结（可与上面例子对应一下）

CE将私有路由传递到PE端

PE端在收到不同CE发送过来的相同网段路由时，使用RD值进行区分---格式X:X  32位

PE端将附上RD的私有路由不能直接装载于本地公有路由表中，需要放置到对应的VRF（虚拟路由转发）空间内；之后再路由付RT值，用于传递到对端PE设备，对端区分信息；

VPNV4路由=普通IPV4路由+RD+RT

VPNV4路由需要MP-BGP来进行传递；对端基于RT值，将路由装载到对应的VRF空间内，再共享给对应的CE；

控制层面工作完成后，数据层面需要基于MPLS来工作，由于数据层面不能携带RD/RT值；故mpls将在数据包中压入两层标签，外层标签用于穿越中间设备，打破BGP路由黑洞；内层标签用于对应VRF空间；

配置命令

配置1和2的相连的接口IP 

先配置1，2等等再配置，因为2的接口一配置这条路由就宣告到了公网了，就不是私网路由

ISP部分

IGP路由   

MPLS域

配置MPLS VPN

[r2]ip vpn-instance a    创建名为a的vrf空间

[r2-vpn-instance-a]ipv4-family    进入IPV4的配置模式下

[r2-vpn-instance-a-af-ipv4]route-distinguisher 1:1   RD值

[r2-vpn-instance-a-af-ipv4]vpn-target 1:1   RT值 必须对端的PE端一致

[r2]interface GigabitEthernet 0/0/0    进入链接CE端的接口

[r2-GigabitEthernet0/0/0]ip binding vpn-instance a  关联到vrf空间

[r2-GigabitEthernet0/0/0]ip address 192.168.2.2 24   配置私有ip地址

注：在关联到vrf空间前不能配置接口ip，否则该地址的直连路由将进入公有路由表；

[r2]display  ip routing-table vpn-instance a    查看空间内的私有路由表

[r2]ping -vpn-instance  a  192.168.2.1   正常测试将在公有路由表中查询记录；该命令为基于VRF空间a进行路由查询

PE与PE间建立MP-BPG邻居关系

[r2]bgp 2

 [r2-bgp]router-id 2.2.2.2

先和对端建立正常BGP邻居关系，可用于传递正常的公网路由

 [r2-bgp]pe 4.4.4.4 as-number 2

 [r2-bgp]pe 4.4.4.4 connect-interface LoopBack 0

 [r2-bgp]pe 4.4.4.4 next-hop-local     

 同时还需要再在IPV4的家族模式中，与对端建立一个VPNV4的关系，用于传递VPNV4路由

 [r2-bgp]ipv4-family vpnv4

 [r2-bgp-af-vpnv4]peer 4.4.4.4 enable

[r2-bgp]display bgp vpnv4 all peer  查看mp-bgp邻居关系

CE端与PE端交互路由

静态

CE端直接编写静态路由即可；

PE端编写到VRF空间内的静态路由

[r2]ip route-static vpn-instance  a 192.168.1.0 24 192.168.2.1

将本地vrf空间内的静态和直连路由重发布到BGP协议传递到对端的PE

[r2]bgp 2

[r2-bgp]ipv4 vpn-instance a

 [r2-bgp-a]import-route direct

 [r2-bgp-a]import-route static

<r4>display  bgp vpnv4 vpn-instance a routing-table  查看mp-bpg的BGP表

OSPF

CE端正常启动OSPF即可

PE端，启动VPNV4专用的ospf协议

[r4]ospf 2 vpn-instance a

[r4-ospf-2]area  0

[r4-ospf-2-area-0.0.0.0]network 192.168.3.1 0.0.0.0

之后使用双向重发布，实现路由共享

[r4]bgp 2

[r4-bgp]ipv4-family vpn-instance a

[r4-bgp-a]import-route ospf  2

[r4]ospf 2 vpn-instance a

[r4-ospf-2]import-route bgp  

[r4]display  mpls lsp vpn-instance a  查看双层标记的内层标签号