思科Cisco MPLS多协议标签交换原理与配置操作详解
本文讲述了思科Cisco MPLS多协议标签交换原理与配置操作。分享给大家供大家参考，具体如下：
一、MPLS：多协议标签交换
- 支持多种网络层协议，协议（3层）无关性，也叫2.5层协议
- 基于标签交换进行数据转发
1.1 IP数据转发方式
- 进程转发：每个数据包过来查找路由（与操作--->最长匹配---->递归查找），也叫基于数据包的转发
快速转发：每个流量中的第一个数据包进行路由查找，后续数据基于第一个数据包的缓存转发，一次路由、多次交换，也叫基于缓存的转发（区分源IP、目的IP、源端口、目的端口、协议号）
- CEF：cisco私有，特快交换，所有数据包无需查看路由转发，直接查看CEF（FIB）表进行转发，该表项是自动适应路由表，也叫基于拓扑的转发方式； 无需路由、直接交换，将路由表变为FIB表（递归完成后的表，目标对接口），ARP表变为ADJ表（接口+MAC），这两张表均为二进制表，可以被硬件直接编译，基于FIB+ADJ的综合表进行转发
1.2 标签交换与传统数据包交换对比
- 标签交换转发效率优于传统数据包交换（已不明显）
- MPLS支持MPLS VPN，支持MPLS TE。
1.3 MPLS的主要应用场景
- 解决BGP的路由黑洞问题
- MPLS VPN
- MPLS TE（流量工程）
使用MPLS的前提是设置均基于CEF工作，还要保证IGP收敛。
- 启动CEF后，表格可以被ASIC（硬件芯片）直接调用
- CEF解决了递归的问题，便于MPLS生成标签转发表格
- CEF工作后生成FIB表，只有FIB可以存储标签表
1.4 控制层面和数据层面
控制层面：通过IGP或EGP交互路由条目，生成路由表，然后CEF基于路由表生成FIB表；MPLS使用TDP/LDP基于FIB表中的每一条信息（本地所有的路由条目）生成一个标签号，然后告知所有邻居；
数据层面：普通的数据包将基于FIB表转发，若数据包中存在标签号基于LFIB进行转发，标签的impose和pop也是在数据层面生成
1.5 MPLS模式
- Frame：帧模式，电路交换，二层协议为Ethernet、HDLC、PPP、FR（非ATM）
- Cell：信元模式，ATM模式，带有标签的数据信元
1.6 MPLS术语
FEC：转发等价类，具有相同的处理方式的一类数据称为一个转发等价（基于目标IP，源IP，VPN地址，QoS行为，出接口） LSR：标签交换路由器，标签交换（swap），查看数据包中的标签号然后基于LFIB表进行转发
E-LSR：边界标签交换路由器（PE），标签压入（impose）和弹出（pop）
LSP：标签交换路径
LIB：标签信息数库，存放本本路由器上针对所有FEC所分配的标签以及所有LDP邻居分配自己学习到的标签
LFIB：标签转发信息库，真正转发标签，由FIB和LIB共同生成，包含入标签和出标签
CE：客户端路由器，不工作于MPLS域，使用FIB表转发流量
二、MPLS的数据包格式
- Label：20bit，范围（16-2^20），0-15为保留标签
- EXP：3bit，用于在label中标记标签中优先级，用来做QoS
- S：1bit，栈底位，代表标签是否到达栈底S=0表示未到达栈底；S=1表示到达栈底，最多可以存在3层标签
一层标签为普通MPLS，主要用于解决BGP路由黑洞
二层标签为MPLS VPN使用
三层标签为MPLS TE使用
- TTL：8bit生存时间，用于MPLS label交换中防环，当标签号被impose时，将复制三层包头的TTL值，然后每经过一个路由器减1，当标签号被pop时，复制回IP包头中使用MPLS后，二层若依然为以太网封装，那么类型号将变化
0x8847 MPLS 单播
0x8848 MPLS 多播
三、标签分发协议
1.LDP和TDP
LDP：工业标准，基于TCP或UDP封装，使用端口号646，组播发送224.0.0.2（所有支持组播功能的路由器都接收该地址），支持认证
LDP邻居发现阶段：使用LDP的hello包建立邻居，不分配标签使用UDP方式，进行TCP三次握手
LDP的会话建立阶段：进行LDP初始化报文的发送，发送keepalive，并发送LDP的标签分发信息
TDP：cisco私有，应用层协议，基于TCP或UDP封装，使用端口号711，广播发送255.255.255.255，不支持认证
2.MP-BGP
3.RSVP
3.1 标签分发时的注意点
- 标签分发仅具有本地意义
- 标签分发是异步的
- 标签分发只会给本地直连、静态以及IGP路由分发标签，不会为BGP路由分发标签。BGP不分发标签，只会在数据层面为路由条目的下一跳添加标签。
- 标签分发、压入、弹出和交换通常只发生在运营商网络，客户端永远不可能收到带标签的报文。
四、MPLS的工作过程
当控制层面使用路由协议传递路由条目后，路由器上使用LDP/TDP为本地FIB表中每一条存在的路由条目均分配一个标签号，装载于LIB表中，同时传递给邻居，LIB中还记录邻居传递到本地标签号；之后路由器基于本地的FIB和LIB表生成LFIB（标签号的最佳对应路径）
数据层面工作时，第一跳路由器负责标签的impose，中间路由器基于标签号转发流量，进行标签号的替换，最后一跳路由器负责标签的pop。
入标签号为本地分配的标签号，出标签号为下一跳（下游）分配的标签号；存在上下游路由器的概念，基于数据层面定义
4.1 倒数第二跳弹出（次末跳弹出）
最后一跳路由器在默认情况下需要查看LFIB表后在查看FIB表，然后转发数据；PHP可以使倒数第二跳在已知出接口、下一跳等信息时便将标签号pop，然后基于出接口转发流量，导致最后一跳路由器仅查看FIB表
最后一跳路由器，将本地直连路由传递给邻居时使用label3来告知对方为倒数第二跳，非直连路由正常分配标签号；针对域外非直连路由，域内的最后一跳路由器需要查询两张表；建议PE路由器直接连接用于，不再连接其他路由器。
对于一条路由条目，如果该路由器路由表中该路由条目的出接口是一个没有启用MPLS的接口，则该接口就是最后一跳；或者该路由条目对应的下一跳邻居不是本地的TDP/LDP邻居时，该路由器同样为最后一跳路由器；只要一台路由器收到了关于一跳路由条目的标签是3，则该路由器就为倒数第二跳路由器
pop标签仅弹出最上层标签，仅仅只是倒数第二跳；untagged标签弹出所有标签，意味着离开了MPLS域。
倒数第一跳路由器向倒数第二跳路由器发送一个label3空标签，使倒数第二跳路由器提前弹出标签
五、MPLS配置
5.1 配置步骤
- 运行IGP
- 启用CEF（cisco设备默认开启CEF）
- 在接口上启用MPLS
- 修改链路MTU
物理接口启用MPLS，在标签号所有需要经过的接口上配置
或
修改接口MTU
修改MPLS标签的范围
修改Root ID为接口s0/1的地址；回车重启生效，force立即生效
协议开启后，邻居间使用hello建邻，生成邻居表
存在Root ID，选举同OSPF一致。Root ID同时作为了建立TCP会话的源目IP，若存在环回，那么默认使用环回作为Root ID，此时就必须将环回宣告到路由协议中
当邻居关系建立后，邻居间会将基于FIB表生成的标签号传递给邻居，保存于LIB表中，之后将LIB表和FIB表进行结合，生成LFIB表，基于该表进行标签流量转发
用traceroute测试MPLS
让R2只把某些路由分发的标签传递给邻居，实现标签分发的过滤