MPLS协议.docx
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MPLS协议
MPLS-协议
MPLSMultipleProtocolLabelSwitching
多协议标签交换
MPLS是一种标签转发技术，它采用无连接的控制平面和面向连接的数据平面，无连接的控制平面实现路由信息的传递和标签的分发，面向连接的数据平面实现报文在建立的标签转发路径上传送。
从实际来讲，它应该属于OSI的2.5层，即不是数据链路层也不是网络层,为数据链路层和网络层提供服务。
MPLS封装模式：
1.帧模式。
帧模式封装直接在报文的二层头部和三层头部之间增加一个MPLS标签头，以太网和PPP采用这种封装格式。
2.信元模式。
ATM中使用信元模式。
MPLSHeader（4B）
LABEL
EXP
S
TTL
|20b|3b|1b|8b|
LABEL（20b）:
该标签用于报文转发。
2^20=1024*1024=1,048,576
EXP（3b）ExperimentalUse:
承载IP报文中的优先级。
（IP头部中的TOS）
S（1b）BottomofStack:
用来表明是否为最后一个标签。
（MPLS标签可以多层嵌套）
TTL（8b）:
用来防止报文环路。
（类似IP头部的TTL，只有帧封装的MPLS有这个字段）
以太网中的Type标识二层后面的报文类型：
Ethernet0x0800IPv40x8847MPLS单播报文
0x8848MPLS多播报文
PPP链路中的Protocol标识二层后面的报文类型：
0x8021IPv4
0x8281MPLS单播报文
0x8283MPLS多播报文
MPLS网络模型常见概念：
LERLabelEdge Router：
位于MPLS域边用于连接IP网络或其他非MPLS网络的交换机或ATM交换机称为LER。
LER负责从IP网络接收IP报文并给报文打上标签，然后送到LSR，同样，也负责从LSR接收带标签的报文并去掉标签然后转发到IP网络。
LSRLabelSwitchRouter：
位于MPLS域内的交换机。
负责按照标签进行转发。
LSPLabelSwitchPath：
报文在MPLS域内进行转发时经过的路径。
MPLS要依靠IGP建立LSP。
FEC（ForwardingEquivalenceClasses）转发等价类
在转发过程中以等价方式处理的一组数据分组（目的地址前缀相同的数据分组），通常为其分配唯一的标签。
NHLFE（NextHopLabelForwardingEntry）下一跳标签转发表项
在进行标签转发时用到。
NHLEF包含了：
1.报文下一跳2.标签操作（Push压入,Swap替换,Pop弹出）
FTN（FECToNHLFE）FEC到NHLEF
FEC代表同一类报文，NHLFE包含了下一跳和操作信息等内容。
只有FEC和NHLFE关联起来，才能实现对于同一类报文进行特定的标签转发。
（当LER将一个不带MPLS标签的IP报文转发给MPLSLSR时需要使用FTN）
ILM（IncomingLabelMap）入标签映射
ILM将每个入标签映射到NHLFE。
（当LSR转发带有标签的报文时使用ILM）
PHP（PenultimateHopPopping）倒数第二跳弹出
使得标签在倒数第二跳LSR上弹出，最后一跳LSR（分配了一个特殊标签3）收到此报文即是传统的ＩＰ报文（因为最后一跳收到的标签对转发来讲没有任何意义，为了提高效率则有了ＰＨＰ）。
MPLS结构模块
1.控制平面（ControlPlane）
路由协议模块（RoutingProtocol）：
传递路由信息并生成路由信息表。
路由信息表（IpRoutingTable）
标签分发协议模块（LabelDistributionProtocol）：
完成标签交换，建立标签转发路径。
2.数据平面（DataPlane）
IP转发表（IPForwardingTable）
标签转发表（LabelForwardingTable）
MPLS转发流程：
收到普通IP报文时（IncomingIPPackets），如果是普通IP转发，则查找IP路由表转发，如果需要标签转发，则按照标签转发表转发；当收到带有标签的报文时（IncomingLabeledPackets）时，如果需要按照标签转发，则根据标签转发表转发，如果需要转发到IP网络，则去掉标签后根据IP路由表转发。
MPLS标签转发流程
IngressLER（入口LER）:
根据目的地址前缀分析（查找IP转发表）决定给该报文封装哪个标签（PUSH）及应该从哪个接口转发给下一跳（查找标签转发表）。
（FEC）
LSR：
查MPLS头部，用新标签来替换旧标签（SWAP），并向下一个LSR发送。
EgressLER（出口LER）：
查找标签转发表，弹出标签（POP），然后查找IP转发表转发IP报文
MPLS的环路检测：
MPLS对于TTL处理的两种方式：
1.IP报文在进入MPLS网络的时候MPLS头部的TTL拷贝IPTTL的值。
（华为缺省下如此）
2.在入口LER将MPLS头部的TTL统一设置为255.
不管两种处理方式如何变化，在MPLS域内只改变MPLS中的TTL，和IP中的TTL半毛钱关系都没有，当MPLS的TTL为0后会被丢弃。
标签分发协议LDP
概述：
MPLS需要使用标签分发协议完成标签的分配控制和保持，常用的为LDP，LDP是用来LSR之间建立LDPSession并交换Lable/FEC映射信息的协议。
LDP承载在TCP和UDP之上，端口号为646.
LDP消息类型及作用：
消息类型的4大类：
DiscoveryMessage:
宣告和维护网络中一个LSR的存在。
承载在UDP报文之上。
SessionMessage：
建立，维护和终止LDPPeers之间的LDPSession。
承载在TCP之上。
AdvertisementMessage：
生成，改变和删除FEC的标签映射。
承载在TCP之上。
NotificationMessage：
宣告告警和错误信息。
承载在TCP之上。
简称
消息类型
作用
DM
Hello
LDP发现机制中宣告本LSR并发现邻居
SM
Initialization
在LDPSession建立过程中协商参数
KeepAlive
监控LDPSession的TCP连接的完整性
AM
Address
宣告接口地址
AddressWithdraw
撤消接口地址
LabelMapping
宣告FEC/Label映射信息
LabelRequest
请求FEC的标签映射
LabelAbortRequest
终止未完成的LabelRequest
LabelWithdraw
撤消FEC/Label映射
LabelRelease
释放标签
NM
Notification
通知LDPPeer错误信息
LDP发现机制：
1.LDP基本发现机制：
发现直接连接在同一链路上的LSR邻居。
（无需明确指明LDPPeer）
LSR通过周期性发送HelloMessage表明自己的存在（封装在UDP报文中，目的端口646，目的IP地址为组播地址224.0.0.2），然后IP地址大的lSR作为主动方发起TCP连接，建立后LSR会继续发送HelloMessage以便发现新的邻居和检测错误
2.LDP扩展发现机制：
发现非直接连接的LSR邻居。
LSR周期发送HElLOMessage给特定的目的IP（需要手动指定LDPpeer），另外一个LSR将决定是否要回应该报文，如果要回应，则发送HelloMessage给特定的LSR。
LDPSession建立和维护
1.建立TCP连接之前，两个LSR会决定使用哪个地址建立TCP连接及确定主动方与被动方，然后由主动方建立连接。
选举原则：
HelloMessage中携带了TransportAddress，则选TransportAddress，如果无则选HelloMessage中的源IP地址。
（两个LSR都获得HelloMessage获得对端用于建立TCP连接的地址，比较两个地址，地址大的作为主动方发起TCP连接。
）
2.TCP连接建立后，由主动方发出InitializationMessage携带会话协商参数，被动方则检查参数是否能接受，如果接受则发送InitializationMessage给主动方，并随后发KeepAliveMessage，直到双方都收到KeepAliveMessage，会话建立成功；如果被动方不接受协商参数，则发送ErrorNotificationMessage给对方取消连接。
LDP帧结构：
IPHeader
TCP/UDP
LDPHeader
LDPMessage
Version
PDULength
LSR-ID
LabelSpace
2B2B4B2B
LSR-ID和LabelSpace共同来标识一个LDPIdentifier。
标签空间分类：
基于平台的标签空间，基于接口的标签空间，其中帧封装的MPLS使用基于平台的标签空间，信元模式的MPLS使用基于接口的标签空间。
MPLS标签只有本地意义，每台LSR设备都对自己分配的标签即入标签负责，确保自己为不同的FEC所分配的入标签不会相同，以确保属于不同FEC的报文抵达该设备后，匹配到唯一的与些FEC对应的标签转发表项进行转发，所以在LSR上的标签转发表的IN标签列均不会相同。
相反，某一LSR上标签转发表的OUT标签值可能是来源于不同的下游LSR为不同的FEC分配的标签，它们之间并无关联性。
标签由设备随机生成。
任何一台LSR设备只会将针对某一FEC的LabelMapping消息发送给该FEC的上游设备，而绝不会发送给下游设备。
这样一来就可以确保只要路由表没有环路，MPLS的标签转发表也就不会有环路。
LDP标签分发的两种方式：
DU（DistributionUnsolicited）未经请求的标签分发：
DU方式下，无需上游交换机请求，下游LSR根据某一触发策略向上注LSR发送相应网段的标签映射消息（LabelMappingMessage）.当前，DU标签分配方式应用更为普遍。
DOD（DistributionOnDemand）经过请求的标签分发：
DOD方式下，只有收到上游交换机请求特定网段的标签请求消息（LabelRequestMessage）时，才发送标签映射消息（LabelMappingMessage）给上游交换机。
此种标签分发方式适用于那些需要由上游设备来动态决定FEC的划分方法，或者需要由上游设备来为各个FEC指定网络资源要求等类似的应用环境。
DOD标签分发模式目前主要应用在流量工程技术中。
LDP标签控制的两种方式：
Ordered，有序方式：
此模式下，LSR只可以主动地为那些自己是最下游LSR的FEC分配标签。
上游的LSR需要等待收到它下游LSR发送过来的LabelMapping消息才能为对应的FEC分配标签，然后再发送给更上游的LSR。
可见，在这种标签控制模式下，针对某FEC的标签转发表将从其最下游的LSR开始，依次往上游逐个LSR形成该FEC的标签转发表项。
（有序的标签分配模式使得MPLS的转发是端到端的，对那些不是直接接入MPLS网络的用户将无法进行MPLS转发）
Independent，独立方式:
此模式下，每个LSR随时可以向邻居发送标签映射。
（此控制模式使得任何一个数据流在经过MPLS网络时，都可以进行MPLS转发，其最终的目的可能在一个非MPLS网络中）
LDP标签保持的两种方式：
Conservation，保守模式：
DU标签分发方式时，LSR可能收到多个LDPPeers到同一网段的标签映消息，但只会保留下一跳发来的标签，丢弃其余的标签。
DOD标签分发方式时，LSR根据路由信息只向它的下一跳请求标签。
优点：
只需保留和维护用于转发数据的标签，节约标签空间。
缺点：
如果路由下一跳发生变化，必须重新从新的下一跳那里获得标签然后才能转发数据。
Liberal，自由模式：
DU标签分发方式时，保留所有LDPPeers发来的标签，无论该LDPPeer是否为到达目的网段的下一跳。
DOD标签分发方式时，LSR会向所有LDPPeer请求标签。
优点：
路由发生变化时能快速建立新的LSP进行数据转发。
缺点：
缺点是需要分发和维护不必要的标签映射。
LDP的环路检测：
通过LDP路径向量法或LDP最大跳数法来实现。
它们通过两类TLV实现：
PathVectorTLV和HopCountTLV。
如果使用这两类方法检测环路，那么在标签请求消息（LabelRequestMessage）和标签映射消息（LabelMappingMessage）都会有这两种TLV。
LDP路径向量法：
每个LSR在发送LRM或LMM时，把自己的LSRID加入到TLV列表中，并且给路径长度值加1（初始为0），接收的LSR发现长度值达到预先最大值或者发现LSRID列表中有自己的LSRID，认为发现环路，发出通知消息，拒绝LSP建立。
LDP最大路数法：
每个LSR在发送LRM或LMM，都会给跳数值加1（初始为0，类似RIP），接收端发现路数达到预先的最大值，发出通知洗牌，拒绝LSP建立。
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