MPLS协议原理

产生背景

90年代初，互联网流量快速增长，而由于当时硬件技术的限制，路由器采用最长匹配算法逐跳转发数据包，成为网络数据转发的瓶颈。快速路由技术成为当时研究的一个热点。
在各种方案中，IETF确定MPLS协议作为标准的协议。MPLS采用短而定长的标签进行数据转发，大大提高了硬件限制下的转发能力；而且MPLS可以扩展到多种网络协议（如IPv6，IPX等）。
路由器使用软件进行转发，速度慢。交换机使用硬件进行转发，速度快。

MPLS概述

MPLS的包头封装于二层和三层之间，可以理解为一个2.5层的协议。

MPLS基本网络结构

**LSP（Label Switch Path）：**标签交换路径，即到达同一目的地址的报文在MPLS网络中经过的路径。
**FEC（Forwarding Equivalent Class）：**转发等价类，一般指具有相同转发处理方式的报文。在MPLS网络中，到达同一目的地址的所有报文就是一个FEC。

MPLS体系结构

**控制层面：**也可以理解为逻辑层面，即路由时如何传递和产生的。
**转发层面：**落实到实际的设备之上，需要考虑黑洞等一系列问题。而不是只考虑逻辑上的传递。
IP路由协议->产生路由信息->组成路由信息库->LDP标签分发协议为路由信息打上标签->组成标签信息库
有了路由信息库->就会产生转发信息库；有了标签信息库->就会产生标签转发信息表

MPLS数据报文结构

**标签（Label）：**是一个短而定长的、只有本地意义标识的，用于唯一标识去往同意目的地的报文分组。
**Label：**20bit，用于交互，定长。
**Exp：**用于QOS流量分类标记使用。
**S：**标识是否是栈底，MPLS为了支持无限的业务，所以标签也是可以进行嵌套的。可以理解为去第一个地方之后，还要转去第二个地方，但是从起点到终点没有一条完整的LSP，所以必须一段段走。
**TTL：**用于防止无限走下去，防止环路产生。

LSP建立方式

建立LSP（可以理解为标签搭建起来的路径）的方式有两种：
静态LSP：用户以手工的方式为各个转发等价类分配标签，建立转发隧道。
动态LSP：通过标签发布协议动态建立转发隧道。

静态LSP：

静态LSP特点：
①不使用标签发布协议，不需要交互控制报文，资源消耗比较少；
②通过静态方式建立的LSP在网络拓扑变化的情况下，自身不能进行改变，需要管理员进行手动调整。
③静态方式建立LSP适用于拓扑简单并且稳定的网络。

动态LSP：

动态LSP通过LDP协议实现对FEC的分类，标签分配，以及LSP的建立和维护等操作。
动态LSP特点：
①组网配置简单，易于维护管理。
②支持基于路由动态建立LSP，网络拓扑发生变化时，能够及时反映网络状况。

LDP邻居发现机制

简言之就是先发送Hello包（基于UDP）进行邻居的发现，在建立TCP连接进行建立邻居，随后进入会话等机制。
**Discovery：**进行邻居的发现。
**TCP：**建立TCP连接。
**Session：**参数协商。
**Advertisement：**通告地址以及标签映射。
**Notification：**在出现错误的时候进行发送。