MPLS基本原理

MPLS概述：

传统IP路由转发

传统的IP转发采用的是逐条转发，数据报文经过每一台路由器，都要被进行解封装查看报文网络层信息，然后根据路由最长匹配原则查找路由表指导报文转发，这些流程导致了转发的性能低

特点：

所有路由器都需要指导全网的路由

IP头部不定长，处理效率低

传统IP转发是面向无连接的，无法提供较好的端到端Qos保证

MPLS-多标签协议交换：

位于TCP/IP协议栈中的数据链路层和网络层之间，可以向所有的网络层提供服务

原理：在数据链路层和网络层之间增加额外的MPLS头部，基于MPLS头部实现数据快速转发

MPLS术语

MPLS域：由一系列运行的MPLS的网络设备构成了MPLS域

LSR：标签路由交换器，支持MPLS的路由器，位于MPLS域边缘，连接其他网络LSR称为边沿路由器

LSR分类

入站LSR：向IP报文中压入MPLS头部并生成MPLS报文的标签路由交换器

中转LSR：将报文继续在MPLS域中转发的LSR

出站LSR：将MPLS报文中MPLS头部移除，还原为IP报文

FEC：转发等价类

指一组具有某些共性的数据流的集合，这些数据流在转发过程中被网络节点以相同方式处理

在MPLS网络中，FEC可以勇敢多种方式划分，比如用IP地址，网络掩码等

Ingress LSR决定数据所属的LSP

LSP：标签交换路径

标签报文穿越MPLS网络达到目的地所走的路径

同一个FEC的报文通常采用相同的LSP穿越MPLS域，所以对同一个FEC，LSR都是采用相同的标签转发

一条LSP包含一台入站LSR、一台出站LSR以及数量可变的中转LSR，因此LSP也可以看做是这些LSR的有序集合

LSP可以通过静态和动态两种方式建立

MPLS标签

IP报文进入MPLS域之前，，会被入站LSR压入MPLS头部标签，形成一个MPLS标签报文。一个标签报文可以包含多个MPLS标签

标签（Label）：用于携带标签值，长度20bit

EXP（Experimental Use）：主要用于CoS（Class of Service），长度3bit

S：如果该字段为1，则表示当前标签头部为栈底；如果该字段为0，则表示当前标签头部之后依然还有其他标签头部

TTL：用于当网络出现环路时，防止标签报文被无限制转发，与IP报文头部中的TTL具有相同的意义，长度8bit

MPLS标签栈：

MPLS支持一层或多层标签头部，这些标签头部的有序集合被称为标签栈

最靠近二层头部的标签是栈顶标签，其中的S字段为零

最靠近IP头部的标签是栈顶标签，标签中的S字段为1

MPLS转发

概述：

MPLS转发的本质就是将数据归到对应的FEC并按照提前建立好的LSP进行转发

对于整个MPLS域，LSP是某一给定的FEC进入域和离开域的路径，可以看成是LSR的有序集合

对于单台LSR，需要建立标签转发表，用标签来标识FEC，并绑定相应的标签处理和转发等行为

同一个FEC，若进入MPLS域的入站LSR不同，转发时的LSP也不相同

标签转发表确定转发动作，LSR的转发动作决定了LSP，建立标签转发表也可以理解为建立LSP

MPLS体系结构：

MPLS体系结构是由控制平面和转发平面组成的

控制平面：

面向无连接，负责产生和维护路由信息以及标签信息

控制平面包括IP路由协议和路由信息表（用于选择路由），标签分发的协议和标签信息表（管理标签信息）

转发平面：

也是称为数据平面，是面向连接的，负责普通IP报文的转发以及带MPLS标签报文的转发

包括转发信息表，用于从路由信息表中提取必要的路由信息生成，负责普通IP报文的转发

包括标签转发信息表，负责带MPLS标签报文的转发

LSP建立的原则

当网络层协议为IP协议时，FEC所对应的路由必须存在于LSR的IP路由表中，否则该FEC的标签转发表项不生效

LSR用标签标识指定FEC，所以该FEC的数据被发送至LSR时，必须携带正确的标签，才能被LSR正确的处理

上游的LSR的出标签应该等于下游LSR的入标签

LSP建立方式

LSP分为静态和动态两种

静态LSP

用户通过手工为各个FEC分配标签而建立的（FEC是转发等价类）

不使用LSP标签发布协议，不需要交互控制报文，因此消耗资源比较小

不能根据网络拓扑变化动态调整，需要管理员干预

应用于拓扑结构简单且稳定的小型网络

前一节点出标签的值等于下一个节点入标签的值

由于静态LSP各节点上不能相互感知到整个LSP的情况，因此静态LSP是一个本地的概念

动态LSP

通过标签发布协议动态建立

标签发布协议，MPLS的控制协议，负责FEC的分类、标签的分发、LSP的建立和维护等一系列操作

LDP：标签分发协议，是常用的标签发布协议

应用于VPN上面，具有组网、配置简单、支持基于路由动态建立LSP、支持大容量LSP，也就是大规模拓扑

MPLS标签转发

LSR处理报文时主要是根据FTN、NHLFE和ILM

Tunnel ID：

为了给使用隧道的上层应用（如VPN、路由管理）提供统一的接口，系统自动为各种隧道分配了一个ID，称为Tunnel ID，长度为32bit，仅具有本地意义，即只需要在本地设备上唯一

FIB：

在IP网络中指导IP报文转发，从RIB中优选出的路由信息生成的，包含目的网段、出接口、下一跳IP地址等等

NHLFE

NHLFE用于指导MPLS报文的转发，包含Tunnel ID、出接口、下一跳、出标签、标签操作类型等信息，能够根据出标签找到对应的出接口和下一跳，进行报文转发。FEC与NHLFE的映射称为FTN（FEC-to-NHLFE），通过查看FIB表中Token值不为0x0的表项，能够获得FTN的详细信息。FTN只在Ingress存在

ILM

ILM是入标签与NHLFE的映射，它使得本地设备的入标签和出标签、Tunnel ID建立对应的对应关系。ILM在Transit节点的作用是将标签和NHLFE绑定。通过标签索引ILM表，就相当于使用目的IP地址查询FIB，能够得到所有的标签转发信息

Ingress LSR的处理，当IP报文进入MPLS域

1，Ingress LSR查看FIB标签，检查目的IP地址对应的Tuunel ID值是否为0x0，如果是，就进入正常的IP转发流程

2，不是0x0，就根据FIB表的Tunnel ID找到对应的NHLFE表项，将FIB表项和NHLFE表项关联起来

3，查看NHLFE表项，可以得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型

4，在IP报文中压入出标签，同时处理TTL，然后将封装好的MPLS报文发送给下一跳

当MPLS报文在域中转发时，Transit LSR的处理

Transit LSR根据MPLS的标签值查看对应的ILM表，得到Tunnel ID

根据ILM表的Tunnel ID找到对应的NHLFE表项

查看NHLFE表项，得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型，标签操作类型为Swap，则交换标签

Egress LSR的处理，当报文离开MPLS域时

Egress根据ILM查询到该标签对应的操作为Pop，说明需要剥离该标签

根据当前标签头部的下一层报文头部进行下一步处理

以上均为个人笔记，总结于华为有限技术公司学习资料和网络平台资源

如有问题，谢谢指正