IP路由的概念回顾
背景
90年代中期，随着IP技术的快速发展，Internet数据海量增长。但由于硬件技术存在限制，基于最长匹配算法的IP技术必须使用软件查找路由，转发性能低下，因此IP技术的转发性能成为当时限制网络发展的瓶颈
MPLS最初是为了提高路由器的转发速度而提出的。与传统IP路由方式相比，它在数据转发时，只在网络边缘分析IP报文头，而不用在每一跳都分析IP报文头，节约了处理时间
随着专用集成电路ASIC技术的发展，路由查找速度已经不是阻碍网络发展的瓶颈。这使得MPLS在提高转发速度方面不再具备明显的优势。但是MPLS支持多层标签和转发平面面向连接的特性，使其在VPN、流量工程、QoS等方面得到广泛应用
MPLS：Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换，是一种IP骨干网技术
MPLS中的Multi-Protocol指的是支持多种网络协议，MPLS起源于IPv4，其核心技术可扩展到多种网络协议，包括IPv6，IPX和CLNP等
MPLS并不是一种业务或者应用，它实际是一种隧道技术，这种技术不仅支持多种高层协议与业务，而且在一定程度上可以保证信息传输的安全性
MPLS协议中的基本术语
LSR：Label Switch Router，标签交换路由器，支持MPLS的路由器，实际上也指支持MPLS的交换机或者其他网络设备，该设备能够根据报文的MPLS的标签头部对其进行转发，如上图中的R1、R2及R3
MPLS域：MPLS Domain，一系列连续的LSR构成了一个MPLS域
LER：Label Edge Router，位于MPLS域边缘、连接其他网络的LSR，包括Ingress LSR及Egress LSR，如上图中的R1和R3
LSP：Label Switched Path，标签交换路径，是标签报文穿越MPLS网络到达目的地所走的路径。LSP实际上是一种类似于Tunnel的概念，LSP的建立过程实际上也是报文转发路径中，沿途设备关于特定FEC的标签确定的过程。LSP可以通过手工的方式建立，即静态LSP；或者通过变迁分发协议自动建立，即动态LSP。LSP是单向的，如上图所示
Ingress LSR：入站LSR，LSP的入口LSR被称为Ingress LSR，如上图中的R1
Transit LSR：中转LSR，位于LSP中间的LSR被称为Transit LSR，如上图中的R2
Egress LSR：出站LSR，LSP的出口LSR被称为Egress LSR，如上图中的R3
一条LSP可以有0个、1个或多个Transit LSR，但是有且只有一个Ingress LSR和一个Egress LSR
FEC：Forwarding Equivalence Class，转发等价类，是在转发过程中具有相同处理待遇的数据流，可通过IP地址、隧道、CoS等方式来标识一个FEC，例如，在传统的采用最长匹配算法的IP转发中，到同一条路由的所有报文就是一个转发等价类。通常在一台设备上，对于一个FEC分配相同的标签。术语一个FEC的流量具有相同的转发方式、转发路径和转发待遇。但是并不是所有拥有相同标签的报文都术语一个FEC，因为这些报文的EXP值可能不相同，执行方式可能不同。决定报文术语哪一个FEC的设备是Ingress LSR，因为是它对报文进行分类和压入标签的操作
MPLS初体验
MPLS架构
控制平面：
控制平面是无连接的，主要功能是负责产生和维护路由信息以及标签信息。
控制平面中IP路由协议模块用来传递路由信息，生成路由信息表；标签分发协议模块用来完成标签信息的交换，建立标签转发路径
数据平面
数据平面也成为转发平面，是面向连接的，主要功能是负责普通IP报文的转发以及带MPLS标签的报文的转发。
数据平面包括IP转发信息表和标签转发信息表，当收到普通IP报文是，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；当收到带标签的报文时，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转发表转发
MPLS标签结构
LSR收到一个数据帧后，如何判断里面所封装的究竟是IP报文还是标签报文呢？
以以太网环境为例，以太帧头中的Type字段用于指示帧头后所封装的报文类型，如果字段值为0x0800，则标识帧头内封装的是一个IP报文；如果值为0x8847（单播）或0x8848（组播），则标识帧头内封装的是一个MPLS标签报文
标签空间
MPLS标签的处理
标签的操作类型包括标签压入（Push或Insert）、标签交换（Swap）和标签弹出（Pop），它们是标签转发的基本动作，是标签转发信息表的组成部分
标签压入：Push，指当IP报文进入MPLS域时，MPLS边界设备在报文二层头部和IP头部之间插入一个新标签；或者MPLS中间设备根据需要，在标签栈顶增加一个新的标签（即标签嵌套封装）
标签交换：Swap，当报文在MPLS域内转发时，根据标签转发表，用下一跳分配的标签，替换MPLS报文中的栈顶标签
标签弹出：Pop，当报文离开MPLS域时，将MLPS报文的标签去掉
PHP：Penultimate Hop Popping，倒数第二跳弹出，在最后一跳LSR中，标签已经没有使用价值。在这种情况下，可以利用PHP特性，在倒数第二跳LSR处将标签弹出，减少最后一跳的负担。最后一跳LSR直接进行IP转发或者下一层标签转发。PHP在Egress LSR上配置，支持PHP特性的Egress LSR分配给倒数第二跳LSR的标签值为3
LSP的分类和建立
MPLS需要为报文事先分配好标签，建立一条LSP，才能进行报文转发。LSP分为静态LSP和动态LSP两种
静态LSP的建立：
静态LSP是用户通过手工为各个FEC分配标签而建立的。
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。
静态LSP不使用标签分发协议，不需要交互控制报文，因此消耗资源比较小，适用于拓扑简单并且稳定的小型网络。
但通过静态方式分配标签建立的LSP不能根据网络拓扑变化动态调整，需要管理员干预。
动态LSP的建立：
动态LSP通过标签发布协议动态建立。标签发布协议是MPLS的控制协议，也可称为信令协议，负责FEC的分类、标签的分发以及LSP的建立和维护等一系列操作。MPLS可以使用多种标签发布协议
LDP：LDP是专为标签发布而制定的协议，LDP根据IGP、BGP路由信息通过逐跳的方式建立LSP
RSVP-TE：RSVP-TE是对RSVP的扩展，用于建立基于约束的LSP，它拥有普通LDP LSP没有的功能，如发布带宽预留请求、带宽约束、链路颜色和显式路径等
MP-BGP：MP-BGP是在BGP协议的基础上扩展而来的协议，MP-BGP支持为MPLS VPN业务中私网路由和跨域VPN的标签路由分配标签
静态LSP的建立和配置
MPLS详细转发过程
NHLFE：Next Hop Label Forwarding Entry，下一跳标签转发表项，用于指导MPLS报文的转发
FTN：FEC-to-NHLFE，FEC到一组NHLFE的映射
ILM：Incoming Label Map，入标签到一组下一跳标签转发表项的映射
ILM包括Tunnel ID、入标签、入接口和标签操作类型等信息
ILM在Transit LSR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
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，系统自动为隧道分配了一个ID，称为Tunnel ID。Tunnel ID长度为32bit，本地有效，设备为各种隧道所分配的一个ID。在MPLS中，Tunnel ID还用于将FIB、ILM及NHLFE进行关联
在报文转发过程中：
在Ingress LSR，通过查询FIB表和NHLFE表指导报文的转发。当IP报文进入MPLS域时，首先查看FIB表，检查目的IP地址对应的Tunnel ID值是否为0x0，如果Tunnel ID值为0x0，则进入正常的IP转发流程；如果Tunnel ID值不为0x0，则进入MPLS转发流程
在Transit LSR，通过查询ILM表和NHLFE表指导MPLS报文的转发
在Egress LSR，通过查询ILM表指导MPLS报文的转发或查询路由表指导IP报文转发
LDP协议概述
LDP（Label Distribution Protocol，标签分发协议）时一种标签分发协议，广泛应用于MPLS网络，具有配置简单，可提供路由拓扑驱动建立LSP、支持大容量LSP等优点。LDP是MPLS的一种控制协议。LDP通过Hello报文发现邻居，并基于TCP建立邻居之间的会话。LDP能够动态地为FEC分配标签，并建立LSP
LDP对等体及LDP会话
LDP对等体：LDP对等体是指相互之间存在LDP会话、使用LDP来交换标签映射信息的两个LSR。LDP对等体通过它们之间的LDP会话获得对方的标签映射。LDP对等体也成为LDP邻居
LDP会话：
本地LDP会话（Local LDP Session），建立会话的两个LSR之间是直连的
远程LDP会话（Remote LDP Session），建立会话的两个LSP之间是非直连的
LDP报文类型
LDP协议主要使用四类报文
发现报文：用于通告和维护网络中LSR的存在，如Hello报文
会话报文：用于建立、维护和终止LDP对等体之间的会话，如Initialization报文、Keepalive报文
通告报文：用于创建、改变和删除FEC的标签映射
通知报文：用于提供建设性的报文和差错通知
为保证LDP报文的可靠发送，除发现报文使用UDP传输外，LDP的会话报文、通告报文和通知报文都使用TCP传输
LDP协议中的一些概念
LSR ID：
每台运行MPLS的LSR都必须拥有一个域内唯一的LSR ID。LSR ID长度为32bit，与IPv4地址的格式相同。
通常情况下，会选择设备的某个Loopback接口的地址作为LSR ID。
在华为设备上激活MPLS能力之前，必须为设备配置MPLS ID（使用全局配置命令mpls lsr-id）
LDP ID
每台运行了LDP的LSR除了拥有一个LSR ID外，还必须拥有LDP ID。
LDP ID的长度为48bit，由32bit的LSR ID和16bit的标签控件标识符（Label Space ID）构成。
LDP ID以LSR ID：标签空间标识的形式呈现，如2.2.2.2:0。
标签空间标识一般存在两种形态，值为0时，标识基于设备（或基于平台）的标签空间，在本课程中，所有LSR均使用该形式；值非0时，标识基于接口的标签空间
传输地址：TA，Transport Address
两台LSR之间在建立LDP会话之前，需要先建立TCP连接，以便进行LDP协议报文的交换
互为邻居的LSR需要基于双方的传输地址建立TCP连接
在LDP的Hello报文中，包含设备的传输地址，LSR通过Hello报文知晓邻居的传输地址
在使用Hello报文发现邻居并知道了对方的传输地址后，邻居之间就会开始尝试TCP的三次握手（基于传输地址），并交互LDP的初始化报文、标签映射报文等，这些报文都使用双方的传输地址作为源、目的IP地址
由于传输地址会被用来与邻居建立TCP连接，因此LSR必须拥有到达邻居的传输地址的路由
缺省情况下，公网的LDP传输地址等于设备的LSR ID，私网的传输地址等于接口的主IP地址
在接口视图下，使用mpls ldp transport-address命令，可以修改传输地址
LSR的缺省行为
在华为设备上激活了MPLS和LDP后，缺省情况下
Transit LSR只有收到下游的标签映射报文时，才会向上游分发标签
对于从邻居LSR收到的标签映射，无论邻居LSR是不是自己的下一跳都会保留下来
在MPLS中，运行LDP协议的LSR的操作小结
LSR首先通过运行IGP（如OSPF、ISIS等）来构建路由表、FIB表
LDP根据相应的模式，为路由表中的路由前缀（FEC）分配标签
LDP根据相应的模式，将自己为路由前缀分配的标签，通过LDP标签映射报文通告给LDP邻居
LSR将自己为路由前缀分配的额标签，以及LDP邻居为该路由前缀通告的标签存储起来，并形成关联
当LSR转发到达目的网络的标签报文时，所使用的出站标签总是下游LDP邻居所通告的标签，此处所指的下游邻居，时设备的路由表中到达该目的网络的下一跳设备
