MPLS配置原理解析

最近擺弄MPLS，發現很多人配置MPLS只是寫了個簡單的命令，對具體的原理解釋說的很少。我們這篇文章就好好說下。

 

這是基本的拓撲圖

1.爲什麼開發MPLS技術，它和傳統的ip技術的區別？

我們知道傳統的ip轉發技術是基於路由表的，也就是說一個從入口來的數據包路由要檢查ip 路由表才能做轉發，這樣的IP數據包網絡，在網絡設備傳遞數據包時，是根據數據包的IP包頭信息進行交換的，也就是網絡設備根據包頭中的目標IP地址，來決定從哪個接口轉發出去。所以在數據包當中，指導設備正確轉發數據包的就是IP地址信息，而IP地址只是數據包的一個標識而已！那麼我們爲什麼不能直接打個標籤讓路由通過硬件識別這個tag，從進行轉發，這樣豈不大大節省路由器處理數據包的時間，這就是MPLS產生的原因。不過那時還木有CEF MLS 這樣的技術。

2：MPLS標籤

 

其中EXP是關於qos相關的，一會說到這個

bos值是指示標籤棧的，一個flow可以有多個標籤，值爲0，如果是棧底，就爲1，在標籤交互過程中只看頂部標籤，這點注意

3.MPLS基本概念

入站LSR：接收沒有標籤的數據包，打上標籤併發出

出站LSR：接收帶有標籤的數據包，移除標籤，併發出，出站和入站LSR都是邊緣LSR，所以它們同時連接了IP網絡和MPLS網絡。

鏈路中LSR：接收到帶標籤的數據包，對其進行操作，然後按正確的接口交換出去，所以鏈路中的LSR只進行標籤轉發

LSR操作過程

LSR可以執行三種操作：提取，添加和交換

提取，即從標籤棧的頂部移除一個或多個標籤，移除全部標籤是出站LSR必須做的。

添加，向報文添加標籤，如果沒有標籤，就加新的，入站LSR必須做的。

交換，收到一個有標籤的報文，用新的標籤交換到頂部，再發出，是鏈路中的LSR做的。

4.LDP工作流程

LDP是負責標籤轉發的協議，

（1）運行LDP的LSR發現

（2）會話的建立和維護

（3）標籤映射通告

（4）使用通知來進行管理

LDP是需要像OSPF那樣建鄰居的，使用hello包發現和維護鄰居關係，LDP會在啓用了的接口上發送hello來找鄰居，發送hello用UDP 646，目的地爲224.0.0.2，hello時間和保持時間分別是5秒15秒。這個hello包是不能跨網段傳遞的，而這個hello包被稱爲LDP Link Hello。

R3#show mpls ldp parameters
Protocol version: 1
Downstream label generic region: min label: 16; max label: 100000
Session hold time: 180 sec; keep alive interval: 60 sec
Discovery hello: holdtime: 15 sec; interval: 5 sec
Discovery targeted hello: holdtime: 90 sec; interval: 10 sec
Downstream on Demand max hop count: 255
Downstream on Demand Path Vector Limit: 255
LDP for targeted sessions
LDP initial/maximum backoff: 15/120 sec
LDP loop detection: of

5.標籤的交換過程

 

明白上下游，數據層面路由層面

R345運行mpls ，R1267ip

R1有個1.1.1.1到R6的6.6.6.6標籤交換

在運行MPLS路由器上有3張表，路由表  cef表 標籤轉發表

R3#show ip route
Codes: C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGP
       D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area
       N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
       E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2
       i - IS-IS, su - IS-IS summary, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2
       ia - IS-IS inter area, * - candidate default, U - per-user static route
       o - ODR, P - periodic downloaded static route

Gateway of last resort is not set

     34.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
C       34.1.1.0 is directly connected, Serial0/3
     1.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
D       1.1.1.1 [90/2297856] via 13.1.1.1, 00:43:06, Serial0/0
     3.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
C       3.3.3.3 is directly connected, Loopback0
     4.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
D       4.4.4.4 [90/2297856] via 34.1.1.4, 00:41:57, Serial0/3
     5.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
D       5.5.5.5 [90/2809856] via 34.1.1.4, 00:41:17, Serial0/3
     6.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
D       6.6.6.6 [90/3321856] via 34.1.1.4, 00:41:09, Serial0/3
     56.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
D       56.1.1.0 [90/3193856] via 34.1.1.4, 00:41:18, Serial0/3
     13.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
C       13.1.1.0 is directly connected, Serial0/0
     45.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
D       45.1.1.0 [90/2681856] via 34.1.1.4, 00:41:23, Serial0/3

R3#show ip cef  
Prefix              Next Hop             Interface
0.0.0.0/0           drop                 Null0 (default route handler entry)
0.0.0.0/32          receive
1.1.1.1/32          13.1.1.1             Serial0/0
3.3.3.3/32          receive
4.4.4.4/32          34.1.1.4             Serial0/3
5.5.5.5/32          34.1.1.4             Serial0/3
6.6.6.6/32          34.1.1.4             Serial0/3
13.1.1.0/24         attached             Serial0/0
13.1.1.0/32         receive
13.1.1.3/32         receive
13.1.1.255/32       receive
34.1.1.0/24         attached             Serial0/3
34.1.1.0/32         receive
34.1.1.3/32         receive
34.1.1.255/32       receive
45.1.1.0/24         34.1.1.4             Serial0/3
56.1.1.0/24         34.1.1.4             Serial0/3
224.0.0.0/4         drop
224.0.0.0/24        receive
255.255.255.255/32  receive

R3#show mpls forwarding-table
Local  Outgoing    Prefix            Bytes tag  Outgoing   Next Hop   
tag    tag or VC   or Tunnel Id      switched   interface             
16     Untagged    1.1.1.1/32        0          Se0/0      point2point 
17     Pop tag     4.4.4.4/32        0          Se0/3      point2point 
18     Pop tag     45.1.1.0/24       0          Se0/3      point2point 
19     19          5.5.5.5/32        0          Se0/3      point2point 
20     20          56.1.1.0/24       0          Se0/3      point2point 
22     22          6.6.6.6/32        0          Se0/3      point2point

 雖然一條路由可以打了多標籤，但是中間的LSR只根據最頂部的標籤便可以做出轉發。但是，每臺LSR的轉發表裏都會爲一條路由顯示兩個標籤，一個是本地標籤，一個是遠程標籤，要顯示兩個標籤，是因爲一臺LSR收到數據包之後，就查看它的頂部標籤，如果這個標籤是某一條相應的本地標籤，那麼就從相應的接口發出去，同時在發出去的時候，就將數據包的頂部標籤改爲與這個本地標籤對應的遠程標籤

我們從R5上開始看

R5#show mpls for
Local  Outgoing    Prefix            Bytes tag  Outgoing   Next Hop   
tag    tag or VC   or Tunnel Id      switched   interface             
16     Pop tag     4.4.4.4/32        0          Se0/2      point2point 
17     Pop tag     34.1.1.0/24       0          Se0/2      point2point 
18     16          3.3.3.3/32        0          Se0/2      point2point 
19     17          13.1.1.0/24       0          Se0/2      point2point 
20     18          1.1.1.1/32        0          Se0/2      point2point 
21     Untagged    6.6.6.6/32        1224       Se0/0      point2point

木有local標籤是21，而出標籤是untagged因爲R6是ip網絡

R4#show mpls for
Local  Outgoing    Prefix            Bytes tag  Outgoing   Next Hop   
tag    tag or VC   or Tunnel Id      switched   interface             
16     Pop tag     3.3.3.3/32        0          Se0/3      point2point 
17     Pop tag     13.1.1.0/24       1152       Se0/3      point2point 
18     16          1.1.1.1/32        0          Se0/3      point2point 
19     Pop tag     5.5.5.5/32        0          Se0/2      point2point 
20     Pop tag     56.1.1.0/24       0          Se0/2      point2point 
22     21          6.6.6.6/32        432        Se0/2      point2point

關於6.6.6.6路由條目在R4上local 是22 出標籤21，意思就是凡事收到6.6.6.6路由條目把出標籤是21並從s0/2口轉發出去，我們發現R4的出標籤就是R5的local標籤，這也就是LDP協議的所在

R3#show mpls for
Local  Outgoing    Prefix            Bytes tag  Outgoing   Next Hop   
tag    tag or VC   or Tunnel Id      switched   interface             
16     Untagged    1.1.1.1/32        0          Se0/0      point2point 
17     Pop tag     4.4.4.4/32        0          Se0/3      point2point 
18     Pop tag     45.1.1.0/24       0          Se0/3      point2point 
19     19          5.5.5.5/32        0          Se0/3      point2point 
20     20          56.1.1.0/24       0          Se0/3      point2point 
22     22          6.6.6.6/32        0          Se0/3      point2point

之所以是兩個22，local那個22是路由隨意打得，木有啥實際意思

6.標籤的定義

隱式空3標籤

在MPLS網絡中，P路由器是完全按照標籤交換的，而邊緣路由器PE是同時連接了MPLS網絡和IP網絡，因此，一個數據包在MPLS網絡中傳輸到PE路由器的時候，PE路由器的工作是：結束標籤交換過程，從而轉入IP網絡，而轉入IP網絡就要執行IP地址的查找。那麼從此可以看出，一個標籤數據包到達PE路由器之後，PE路由器第一步開始根據數據包的標籤去查找LFIB表，通過查找LFIB之後發現已經不再是標籤交換了，第二步就馬上轉入查IP路由表，最終在IP路由表裏查到了結果，從IP網絡中發出去。很明顯，PE路由器既然最後不可能使用標籤交換，而要使用IP交換的，又何必去查了LFIB表才知道結果呢。所以就考慮到一個方法，能不能讓PE的上一跳路由器不要爲數據包打標籤，直接改成IP數據包就行了，這樣上一跳路由器沒有寫標籤，那麼PE在收到數據包之後，就能馬上查IP路由表而做出轉發。在這裏，要讓PE的上一跳路由器不要爲數據打標籤而直接改成IP數據包，這還得需要PE來告訴它才行。正常情況下，PE路由器是告訴上一跳正常的標籤，上一跳將這個標籤變成遠程標籤，但現在，PE路由器就不應該告訴上一跳正常的標籤，它告訴的是隱式空（標籤號爲3）標籤，所以收到標籤爲3的LSR，就不會在數據包發給下一跳時打上標籤。這種終點使用隱式空標籤來告訴上一跳不要打標籤的行爲叫倒數第二跳移除（PHP）行爲，所以一臺收到隱式空標籤的LSR，相應出口就不再是一個遠程標籤，而應該在outgoing顯示爲pop。這種上一跳標籤移除稱爲標籤彈出。

注：在IOS中，PHP這種行爲是默認的，但只會爲直連路由和聚合路由通告隱式空3，但3不會明寫。

顯示空標籤

顯示空的功能是在隱式空的基礎上的，IPv4標籤號爲0，IPv6爲2。

因爲標籤中EXP用於QOS，前一跳移除後，這些信息也沒了，可能希望保留，所以是上一跳將標籤變爲0，來告訴終點不用爲0查找LFIB，只看EXP，所以只關心QOS效果，這樣也省事。

路由器報警標籤1，只是需要特別注意，並且軟件轉發。

未保留的都可以用，20個bit，是16-1048575,IOS默認是16-10 0000,IGP夠了，但BGP可能不夠，可以查看和修改標籤範圍。

7.最後纔是配置命令

mpls label protocol ldp
interface Loopback0
 ip address 3.3.3.3 255.255.255.255
interface Serial0/0
 ip address 13.1.1.3 255.255.255.0
 serial restart-delay 0
interface Serial0/1
 ip address 23.1.1.3 255.255.255.0
 serial restart-delay 0
interface Serial0/3
 ip address 34.1.1.3 255.255.255.0
 mpls ip
 serial restart-delay 0
router eigrp 100
 network 3.3.3.0 0.0.0.255
 network 13.1.1.0 0.0.0.255
 network 23.1.1.0 0.0.0.255
 network 34.1.1.0 0.0.0.255
 no auto-summary
mpls ldp router-id Loopback0 force

R3#show mpls int
Interface              IP            Tunnel   Operational
Serial0/3              Yes (ldp)     No       Yes        
還有一點說下

R3#show mpls ldp discovery de
 Local LDP Identifier:
    3.3.3.3:0
    Discovery Sources:
    Interfaces:
        Serial0/3 (ldp): xmit/recv
            Enabled: Interface config
            Hello interval: 5000 ms; Transport IP addr: 3.3.3.3 （必須保證可以連通）
            LDP Id: 4.4.4.4:0
              Src IP addr: 34.1.1.4; Transport IP addr: 4.4.4.4
              Hold time: 15 sec; Proposed local/peer: 15/15 sec
              Reachable via 4.4.4.4/32