CCNP9：MPLS 虚拟网络专线的【原理、配置】、MPLS的【原理、优化、配置】、MPLS解决BGP路由黑洞

CCNP9：MPLS 虚拟网络专线 的【原理、配置】、MPLS的【原理、优化、配置】、MPLS解决BGP路由黑洞

一、MPLS（多协议标签交换）：

我们之前说过一个AS内部在运行BGP协议时，如果有AS没有运行BGP协议，那么该设备的存在就会导致路由黑洞，因为在数据层面它没有路由。

为了更好的解决路由黑洞，我们就使用这个技术：MPLS

1、早期的MPLS：

有关名词：
包交换：依赖报文中的IP地址进行数据转发（基于3层IP地址进行路由）。

标签交换：在二层与三层的中间，人为的添加一个2.5层出来。之后路由器查看不再使用3层，而是基于2.5层进行转发（基于2.5层标签号路由）

在没有CEF技术的时候，假设当要去往1.1.1.0/24这个网段，它的标签号是17，去这个网段的出接口为F0/0，源、目MAC分别是X、Y。这些都需要MPLS自己解决，需要看路由器的路由表、ARP表，

早期的MPLS最初的意义是让中间的设备仅仅在于查一张表，这样能够相对较快，随着CPU的运算能力的不断提升，包交换方式从原始到传统（一次路由多次交换）、到最后的CEF快速的数据交换方式出现，MPLS在速度方面的优势已经完全没有了，几年之后它就在这方面被淘汰了。

但至于今天MPLS不但保留而且非常流行的原因是：MPLS在有些方面是不可以被替代的，它有以下主要应用：
①解决BGP的路由黑洞，运营商首先要考虑。
②实现MPLS 虚拟网络专线，它是所有 虚拟网络专线中最接近于专线的。
③做MPLS TE 流量工程

2、相关理论：

（1）现在的MPLS使用的前提是设备基于CEF工作：
是因为CEF有以下作用：
①启动CEF后，表格（二进制数）可以被ASIC（硬件芯片）直接调用
②CEF解决了递归问题，便于MPLS生成标签转发表格。
③CEF工作后生成FIB表，只有FIB可以存储标签表。

（2）控制层面：

这个我会一会儿详细的讲，现在只有脑海中留个印象就可以了。

用于交互路由信息（路由协议收敛），进行标签号的分发，就是为相应的路由分对应的标签。

（3）数据层面：
根据路由表转发用户数据报文，基于标签号进行数据转发，压入标签、弹出标签。

3、MPLS的基本工作原理：

（1）控制层面：

R4把去往B的路由给R3时（或者我们可以理解为通过IGP/EGP交互路由条目时），R3首先生成路由表，路由表生成之后就会生成ARP表。

接着CEF基于路由表解决了递归问题生成FIB表。然后 TDP(私有)/LDP(公有）基于CEF表格中的每一个目标网络号生成标签号，进而形成一张表格LIB表，最后将FIB表和LIB表相结合生成LFIB表。

总结一下这些表：

表	注解
路由表	通过交互获取路由条目时，首先生成。
FIB表	转发信息数据库，这个一般情况下就有，由CEF基于路由表并解决递归生成。
LIB表	标签信息数据库（本地和邻居关于所有学习到的路由条目生成的标签号）
LFIB表	标签转发信息数据库（LFIB=FIB+LIB），包含目标网络号、标签号、出接口、[源、目]MAC。

但是上面的FIB表不完整，我们知道R3会把去往B网段的路由还会发给R2，同理R2也会建立一张LFIB表，R2对于该网段也会生成一个标签，这里假设为20。

（2）数据层面：

那么对于完整的LFIB表来说，去往某网段，还应该包括进来的标签号，替换的标签号，出接口，新的源、目MAC。

例：R3的LFIB里记录了去1.1.1.0网段时，进来的标签号为20，出去替换的标签号为27，出接口，以及出接口的新的源、目MAC

这张图是A访问B的时候：

这样子做，R2、R3就比较省事只用查一张表，R1、R4是查两张表。

（3）MPLS工作过程总结：

当控制层面使用路由协议传递路由条目后，路由器上使用TDP/LDP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FIB和LIB表生成LFIB（标签转发信息数据库——记录标签号的最佳路径对应关系）

数据层面工作时，第一跳路由器负责标签的压入，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弹出。

注：入标签号为本地分配的标号，出标签为下一跳（下游）分配的标签号。基于数据层面定义，存在上下游路由器概念。

4、MPLS细化：

（1）MPLS的数据封装：
MPLS的数据封装与2层和3层之间，故称为2.5层。

（2）MPLS的数据包格式：
下面这部分就是打进去的东西，总长度为32位（4个字节）。

位数	名字	作用
0-19	Label 标签号	存在2^20个号码，其中0-15号保留，一个标签号对应一条路由。
20-22	EXP 优先级	存在2^3=8个优先级，用于QOS
23	S 栈底位	为1标识本信息为最后一层标签信息，最多可以存在3层标签
24-31	TTL 生存时间	当标签号被压入时，将复制3层报头的TTL值，然后每经过一个路由器减1，当标签号弹出时，将现在TTL的标签号复制回 IP 报头中。

一层标签为普通MPLS，主要用于解决BGP的路由黑洞。
二层标签为MPLS 虚拟网络专线使用。
三层标签为MPLS TE 使用。

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

5、有关MPLS名词注解：

名词	注解
MPLS domain	MPLS工作的范围
LSR （P路由器）	标签交换路由器，查看数据包的标签号，然后基于LFIB表进行转发
Edge LSR （PE路由器）	边界标签路由器，在数据层面时：MPLS域的第一跳路由器负责标签的压入，最后一跳负责弹出。
CE 客户端路由器	不工作于MPLS域，使用FIB表转发流量。

二、MPLS的优化（次末跳）：

MPLS的优化，又叫做PHP的次末跳（次末跳：倒数第二跳），默认执行。

最后一跳路由器，在默认情况下需要查看LFIB表后再查看FIB表（由于最后一跳路由器在LFIB表中确实找不到下一跳了，因此它需要弹标签，弹完标签后就会查FIB表）

之后再转发数据，PHP次末跳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弹出，然后基于出接口转发流量。导致最后一跳路由器发现没有标签了，那么它就仅查看FIB表。

最后一跳路由器，将本地直连路由传递给邻居时使用标号3来告知对方为倒数第二跳。

非直连路由正常分配标签号，针对域外的非直连路由，域内的最后一跳路由器需要查询两张表。因此建议PE路由器直接连接用户，不再连接其他路由器。

标识	注解
pop	标识仅弹出最上层标签，仅仅只是倒数第二跳（PHP的另一种解释）
untagged	弹出所有标签，意味离开了MPLS domain。

三、MPLS的配置：

1、首先要有路由
2、Cisco默认开启CEF：

R2(config)#ip cef

3、修改MTU，链路两端需一致（可选，建议配置），凡是标签涉及到的接口建议都配置MTU：

MPLS	建议MTU