MPLS基础---通俗易懂
目录
前言
一、基本概述
1.什么是MPLS
2.相关概念
二、工作原理
1.LDP
2.会话建立工程
三、转发过程
四、MPLS扩展内容
前言
为什么出现MPLS？
①硬件限制
②传统IP转发：每一跳都要去分析IP报文,效率低， 需要经过CPU进行处理，进行转发的时候需要匹配路由,并且需要查找最长掩码的路由， 所有路由器都需要知道整个网络的路由③ATM昂贵
一、基本概述
1.什么是MPLS
MPLS（Multiprotocol Label Switching）是一种利用标签来指导数据报文高速转发的协议，是多协议标签交换MPLS的一种控制协议，负责转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class）的分类、标签的分配以及标签交换路径LSP（Label Switched Path）的建立和维护等操作。
MPLS协议运行于数据链路层与网络层之间，也就是常说的2.5层
MPLS的网络架构
MPLS的体系结构
分为控制平面与转发平面
控制平面：负责标签的分配、LSP的建立等工作
转发平面：负责数据包的转发（依据标签表）
流程：
2.相关概念
角色
MPLS网络的基本组成单元是标签交换路由器LSR（Label Switching Router）：
LER： 位于MPLS域边缘、连接其它网络的LSR称为边沿路由器LER（Label Edge Router），在MPLS域边缘负责标签入栈或标签出栈
LSR： 区域内部的LSR称为核心LSR（Core LSR），在MPLS域内进行标签交换
标签动作
Push（压入）：位于MPLS域的边缘当外部路由需要进入MPLS域为此路由压入标签
Swap（交换）：位于MPLS域内进行转发时经过每台核心LSR进行交换标签
Pop（弹出）：位于MPLS域的边缘当要离开MPLS域需要弹出标签，在倒数第二跳弹出标签
在最后一跳节点，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），在倒数第二跳节点处将标签弹出，最后一台设备直接根据IP转发
FEC
MPLS将具有相同特征的报头归为一类，叫做一个FEC，并且将属于用一个FEC打上相同的MPLS标签
LSP
启用了MPLS协议的路由器从源到目标转发的途径
MPLS标签
MPLS标签长度为4个字节，封装结构如下图所示：
-
Label：20bit，标签值域。其中0-15是系统保留
-
TC：3bit，流量等级（Traffic Class），又名Exp。通常用做CoS（Class of Service，服务分类）
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S：1bit，栈底标识（Bottom of Stack）---IP报头之前的最后一个标签。MPLS支持多层标签，即标签嵌套。BoS值为1时表明为最底层标签，为0时表示不为最低层标签
-
TTL：8bit，生存时间用于防环
MPLS标签封装在链路层和网络层之间，它在报文分组中的封装位置如下图所示。
MPLS多层标签：靠近二层（数据链路层）的为栈顶标签，靠近网络层的为栈底标签。采用后进先出的标签处理形式，在报文分组中的封装位置如下图所示
上游与下游
-
上游：以指定的LSR为视角，根据数据传送的方向，所有往本LSR发送MPLS报文的LSR都可以称为上游LSR。
-
下游：以指定的LSR为视角，根据数据传送的方向，本LSR将MPLS报文发送到的所有下一跳LSR都可以称为下游LSR。
按照数据和标签转发方向，看设备C往设备A发送标签，设备C的所处方向为下游，而设备A往设备C发送数据包，设备A的所处方向为上游
二、工作原理
1.LDP
LDP是MPLS体系中非常重要的一种标签发布控制协议，负责FEC的分类、MPLS标签分配以及LSP的动态建立和维护等操作，规定了标签分发过程中的各种消息以及相关处理过程。通过LDP协议，LSR可以把网络层的信息直接映射到数据链路层的LSP交换路径上，实现在网络层动态建立LSP。
四种会话类型
- 发现（Discovery）消息：用于通告和维护网络中LSR的存在；
- 会话（Session）消息：用于建立、维护和终止LDP对等体之间的会话，包括Initialization消息、Keepalive消息等；
- 通告（Advertisement）消息：用于创建、改变和删除FEC的标签映射；
- 通知（Notification）消息：用于提供建议性的消息和差错通知。
为保证LDP消息的可靠发送，除了发现消息使用UDP外，LDP的会话消息、通告消息和通知消息都使用TCP传输。
2.会话建立工程
①LSRA、B互相发送hello消息（携带传输地址），双方使用传输地址建立LDP会话，传输地址大的作为主动方 ，等待TCP连接
②TCP建立成功之后，由主动方发送initialization消息,协商建立LDP会话的相关参数，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。
③当被动方收到initialization消息之后，若不能接受其消息的参数则发送notification消息终止LDP的会话建立；若能，则发送initialization消息，同时发送keepalive消息
④当主动方收到initialization消息之后，若，若不能接受其消息的参数则发送notification消息终止LDP的会话建立；若能，则发送keepalive消息
⑤双方接收到keepalive消息之后建立LDP会话
三、MPLS报文转发
基本术语：
tunnel ID：运行MPLS系统自动会为各隧道分配一个tunnelID，本地有效
FIB：（Forwarding Information Base，转发信息表）通过IP网络中指导IP报文转发，从RIB（路由信息表）优选出来的路由
LIB：（Label Information Base，标签信息表）每个标签与对应FEC的映射关系
LFIB：（Label Forwarding Information Base，标签转发信息表）用于指导MPLS的报文转发，包括下一跳出接口等
NHLFE：（Next Hop Lable Forwarding Entry，下一跳标签转发表项）用于指导MPLS的报文转发，包括tunnelID等比LFIB更为详细的信息
ILM：（Incomming Lable Map，入标签映射）ILM是入标签与NHLFE的映射，它使得本地设备的入标签和出标签、Tunnel ID建立对应的对应关系。ILM在Transit节点的作用是将标签和NHLFE绑定。通过标签索引ILM表，就相当于使用目的IP地址查询FIB，能够得到所有的标签转发信息。
转发流程：
详细过程：（此情况支持PHP）
①当ingress收到目的地址为192.168.1.1/24。
首先查看其tunnel ID值若为0x0，则通过FIB表直接通过IP地址转发；若不为0x0，则通过NHLFE查看相关的信息进行打标签（Y）转发
②Transit收到之后，根据标签Y查看ILM中对应的tunnel-ID，在NHLFE找到对应的信息之后进行标签（X）的转发
③当到达倒数第二跳设备之后，继续进行上述的动作，egress（最后一跳设备）会为其分配标签3,（需要弹出标签转发到自己），所以进行PHP。弹出标签（X）之后转发
④Egress设备收到之后，查看FIB根据路由表直接转发到目的地
四、MPLS扩展内容
| 类别 | 方式 | 概念描述 |
|---|---|---|
| 标签发布方式 | 下游按需 (DoD) | 下游标签交换路由器（LSR）仅在收到上游的标签请求消息后，才会分发标签映射。 |
| 下游自主 (DU) | 下游标签交换路由器（LSR）无需等待上游的标签请求消息，主动分发标签映射。 | |
| 标签分配控制方式 | 独立 | 标签交换路由器（LSR）不依赖下游设备的标签分配，独立向上游分发标签映射。 |
| 有序 | 标签交换路由器（LSR）仅在收到下游设备的标签映射后，才会向上游分发标签映射。 | |
| 标签保持方式 | 自由 | 标签交换路由器（LSR）保留从所有邻居LSR收到的标签映射，无论其是否为下一跳。 |
| 保守 | 标签交换路由器（LSR）仅保留从作为下一跳的邻居LSR收到的标签映射，其余丢弃。 |