MPLS標(biāo)簽與標(biāo)簽分配協(xié)議—LDP學(xué)習(xí)

一、MPLS標(biāo)簽

1、定義：

一個短的、易于處理的、不包含拓?fù)?a target="_blank">信息、只具有局部意義的信息內(nèi)容。Lable短是為了易于處理，通?？梢杂?a target="_blank">索引直接引用；只具有局部意義是為了便于分配。例如：一個路由器上的IN和OUT都是1500，并不會對轉(zhuǎn)發(fā)產(chǎn)生啥影響。

標(biāo)簽通常位于二層和三層的頭部之間

LSR根據(jù)MPLS標(biāo)簽決定如何轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)

2、標(biāo)簽結(jié)構(gòu)：

標(biāo)簽只有4個字節(jié)，32個bits

分為4個區(qū)域：

（1）label：標(biāo)簽值，長度20bits，是標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)的關(guān)鍵索引。

0-15為保留標(biāo)簽：0表示該標(biāo)簽必須彈出，交給IPV4處理；2表示該標(biāo)簽必須彈出，交給IPV6處理；3表示倒數(shù)第二跳彈出；

16-1024為靜態(tài)標(biāo)簽；

1024-65536位動態(tài)標(biāo)簽。

（2）TC位：Traffic Class field，流量類別字段，用于QOS標(biāo)識優(yōu)先級，長度3bits，數(shù)字越大，優(yōu)先級越高。

EXP ，Experimental Use，實驗性使用字段，預(yù)期用途是作為“服務(wù)等級”(Class of Service，CoS) 字段；

注意：TC和EXP所表示的意思是一樣的，有的文檔里用的EXP，有的文檔里用的是TC，現(xiàn)在EXP”字段被重命名為“TC”字段

（3）S：棧底標(biāo)識，長度1bits。

S為1表示為最后一個標(biāo)簽；

S為0表示后續(xù)還有標(biāo)簽。這就意味著我們可以多次封裝標(biāo)簽，嵌套標(biāo)簽。這在MPLS VPN和BGP MPLS VPN中會被使用，如下圖：

（4）TTL：存活時間，長度8bits，用于當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)環(huán)路時，防止標(biāo)簽報文被無限制轉(zhuǎn)發(fā)。

它有兩種處理模式：

1，Uniform：IP報文進(jìn)入mpls網(wǎng)絡(luò)時，拷貝IP頭部的TTL至標(biāo)簽交換，每經(jīng)過一次標(biāo)簽交換，標(biāo)簽TTL-1,經(jīng)過出節(jié)點時，把標(biāo)簽TTL再次-1后替 換到原IP頭部的TTL。

2， pipe：IP頭部進(jìn)入MPLS時，IP頭部TTL-1，MPLS標(biāo)簽中的TTL為固定值，每經(jīng)過一次標(biāo)簽交換，標(biāo)簽TTL-1，直到經(jīng)過出節(jié)點時，將IP頭部TTL-1。

這兩種模式最大的區(qū)別在于Uniform可以使接收設(shè)備感到TTL值的變化，可以知道自己經(jīng)過了幾個路由器，而pipe做不到。

3、標(biāo)簽識別：

以太網(wǎng)幀中，通過Type字段對MPLS進(jìn)行識別

Type=8847,代表承載的是MPLS報文

Type=0800,代表承載的是IP報文

二、標(biāo)簽分配協(xié)議---LDP（Lable Distribution Protocol）

1、定義：

用于LSR之間分配標(biāo)簽，建立LSP，簡單可靠，是MPLS網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)簽分配協(xié)議之一。

2、標(biāo)簽分配協(xié)議的種類：

LDP

RSVP-TE

MP-BGP----專門在BGP網(wǎng)絡(luò)中，支持標(biāo)簽分配協(xié)議的，適合用IPV4

MP-BGP(BGP4+)----專門在BGP網(wǎng)絡(luò)中，支持標(biāo)簽分配協(xié)議的，適合用IPV6

3、LDP消息類型

發(fā)現(xiàn)消息（discovery messages）：用于LDP鄰居的發(fā)現(xiàn)和維持。

會話消息(session messages)：用于LDP鄰居會話的建立、維持和中止。

通告消息(advertisement messages)：用于LDP實體向LDP鄰居宣告Label、地址等信息。

通知消息(Notification messages)：用于向LDP鄰居通知事件或錯誤。

4、LDP會話建立和維護(hù)

5、LDP鄰居狀態(tài)機

6、標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表

LDP會話建立完成后，路由器根據(jù)路由表進(jìn)行標(biāo)簽分配，形成MPLS標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表

標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表包含入標(biāo)簽、出標(biāo)簽和出接口

入標(biāo)簽：接收到的報文攜帶的標(biāo)簽

出標(biāo)簽：轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)把入標(biāo)簽替換為出標(biāo)簽

出接口：報文數(shù)據(jù)發(fā)出的接口

7、LSP建立流程（標(biāo)簽分配的過程）

上游與下游：

設(shè)備的上下游，與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的方向相對，數(shù)據(jù)先到達(dá)的地方是上游，后到達(dá)的地方是下游。

流程：

注：標(biāo)簽分配的過程必須基于全網(wǎng)通的情況下

每臺路由器是怎么知道自己是上游還是下游？假設(shè)用戶A要和用戶B通信，全網(wǎng)通，這3臺路由器都已經(jīng)配置了LDP協(xié)議，并且鄰居已起來

過程描述：

從A發(fā)出的數(shù)據(jù)包應(yīng)該是這個樣子：D：20.0.0.1+S：10.0.0.1，LSR1收到后會查看路由表，得知其下一跳是LSR2的左邊接口，這也就意味是LSR1發(fā)現(xiàn)這個數(shù)據(jù)包的下一跳是自己的LDP鄰居，于是LSR1就知道自己是這個數(shù)據(jù)包中去往目的地的上游，此時LSR1會向LSR2發(fā)起標(biāo)簽分配的請求，請求LSR2給LSR1分配一個去往20.0.0.1的標(biāo)簽。

LSR2收到數(shù)據(jù)包后也會查路由表尋找下一跳，也會向LSR3發(fā)起標(biāo)簽分配的請求，請求LSR3給LSR2分配一個去往20.0.0.1的標(biāo)簽。

LSR3收到數(shù)據(jù)包后也會查路由表，發(fā)現(xiàn)其下一跳不是自己的LDP鄰居，這就意味著這個數(shù)據(jù)包的終點是自己，自己是最后一跳。

有一種復(fù)雜的情況：R1-R3都配置了LDP協(xié)議，唯獨R4沒有配置LDP協(xié)議

此時LSR3收到LSR2的數(shù)據(jù)包后，會查路由表找到目的地的下一跳，發(fā)現(xiàn)下一跳是LSR4，但LSR4不是自己的LDP鄰居，這會讓LSR3同樣的認(rèn)為自己就是這個數(shù)據(jù)包的終點，自己值最后一跳

當(dāng)LSR3知道自己是終點，是最后一跳時，LSR3會產(chǎn)生一個IN和OUT標(biāo)簽，但此時OUT標(biāo)簽是空的（因為它已經(jīng)知道自己是最后一跳，就沒必要給自己給標(biāo)簽了），IN標(biāo)簽是隨機產(chǎn)生的，但是因為自己是最后一跳，所以，根據(jù)情況可以有三個選擇：

0表示該標(biāo)簽必須彈出，交給IPV4處理；

2表示該標(biāo)簽必須彈出，交給IPV6處理；

3表示倒數(shù)第二跳彈出。

假設(shè)，這個圖上配置的地址是IPV4地址，此時的IN標(biāo)簽應(yīng)該為0，出接口沒有(因為是最后一跳)，最后LSR3會把自己的標(biāo)簽值通過標(biāo)簽通告報文(advertisement messages)，傳給自己的上游LSR2。

當(dāng)LSR2收到LSR3傳的標(biāo)簽通告報文后，會將收到報文的接口S1/1作為自己的出接口，LSR3的IN標(biāo)簽作為自己的出標(biāo)簽，自身的IN標(biāo)簽可自動給出一個隨機值，比如：IN=1200

當(dāng)LSR1收到LSR2傳的標(biāo)簽通告報文后，會將收到報文的接口S0/1作為自己的出接口，LSR2的IN標(biāo)簽作為自己的出標(biāo)簽，自身的IN標(biāo)簽可自動給出一個隨機值，但因為自己是起點，所以沒有IN標(biāo)簽

此時LSP的建立流程（標(biāo)簽分配的流程）就結(jié)束了。

總結(jié)：

（1）出節(jié)點LSR收到上游標(biāo)簽分配請求后，建立LSP

出標(biāo)簽為空

入標(biāo)簽設(shè)置為3或者0或者2，視情況而定

出接口為IP路由表中目的網(wǎng)段的出接口

（2）出節(jié)點LSR向上游LSR發(fā)布標(biāo)簽映射消息，通告本機LSR的入標(biāo)簽

（3）上游LSR根據(jù)標(biāo)簽映射消息建立LSP

出標(biāo)簽為下游LSR通告的入標(biāo)簽

入標(biāo)簽隨機產(chǎn)生

出接口為收到標(biāo)簽映射消息的接口

（4）LSR繼續(xù)向上游發(fā)布標(biāo)簽映射消息，直到入節(jié)點

（5）入節(jié)點LSR建立LSP

出標(biāo)簽為下游LSR通告的入標(biāo)簽

入標(biāo)簽為空

出接口為收到標(biāo)簽映射消息的接口

8、標(biāo)簽通告模式

（1）DOD：downstream-on-demand，下游按需標(biāo)記分配，默認(rèn)模式

特征：上游LSR先向下游LSR發(fā)送標(biāo)簽請求信息；下游LSR收到標(biāo)簽請求消息后，為此FEC分配標(biāo)簽，并向上游逐層通告。

優(yōu)點：沒有訪問需求的地址，不會建立LSP，減輕路由器的性能負(fù)擔(dān)。

缺點：有訪問需求才會觸發(fā)建立LSP，會導(dǎo)致觸發(fā)報文的前幾個無法連通（LSP的建立需要過程，在每個路由器標(biāo)簽沒有分配好前，有訪問需求，會導(dǎo)致訪問失敗）。

（2）DU：downstream unsolicited，下游自主標(biāo)記分配

特征：下游LSR在LDP會話建立后，主動向上游LSR通告標(biāo)簽映射消息，無需等待上游請求。

優(yōu)點：無需統(tǒng)一訪問請求觸發(fā)，不會存在一組FEC前幾個包不通的情況。

缺點：路由器會主動建立所有路由表中下一跳為非LDP鄰居的網(wǎng)段的LSP，導(dǎo)致大量的LSP信息，而且很多可能是暫時無用的。

9、標(biāo)簽控制模式

有序：只有從最下游的LSR開始建立標(biāo)簽后，才能逐層通告

無序（獨立）：不管有沒有收到下游的標(biāo)簽映射消息，都立即向上游發(fā)送標(biāo)簽映射消息（即使標(biāo)簽重復(fù)也無所謂）

10、標(biāo)簽保持方式

（1）保守模式：只保留最優(yōu)路徑的，來自下一跳鄰居的標(biāo)簽，丟棄所有非下一跳鄰居發(fā)來的標(biāo)簽；

如果IP路由表中存在等價路由，LSP會建立等價路徑，做負(fù)載均衡。

特征：

增加LSP的收斂時間；（一旦主路故障了，需要啟動備用路徑，重新建立標(biāo)簽分配的過程）

節(jié)省內(nèi)存空間和標(biāo)簽。

（2）自由模式：保留所有鄰居標(biāo)簽

特征：

減少LSP收斂時間；

需要更多的內(nèi)存和標(biāo)簽空間。

11、帶標(biāo)簽的MPLS報文轉(zhuǎn)發(fā)流程

報文進(jìn)入MPLS網(wǎng)絡(luò)，入節(jié)點檢查標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，進(jìn)行PUSH操作，如下圖：

報文在Transilt LSR中傳輸時，路由器檢查標(biāo)簽，并在標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表中匹配，進(jìn)行標(biāo)簽SWAP操作

報文到達(dá)出節(jié)點，路由器彈出pop標(biāo)簽，并按照普通數(shù)據(jù)報文進(jìn)行報文

審核編輯：劉清