MPLS基本原理讲解
目錄
MPLS基礎概念
MPLS協議發展歷程
MPLS網絡結構
MPLS標簽分配和交換的體系結構
MPLS標簽結構
MPLS報文轉發
MPLS報文轉發涉及的相關概念
標簽操作動作
MPLS報文轉發的基本流程
MPLS報文轉發的具體流程 ??
MPLS對TTL的處理
MPLS基礎概念
MPLS（多協議標簽交換協議），是一種應用于運營商IP骨干網的數據交換技術，采用短而定長的標簽進行數據轉發。
MPLS起源于IPv4網絡，但目前其核心技術可通過擴展支持多種網絡層協議，如IPv6、IPX（因特網包交換）、CLNP（無連接網絡協議）等，在數據鏈路層上支持PPP、以太網、HDLC等多種協議
MPLS協議發展歷程
20世紀90年代，互聯網流量快速增長，由于路由器采用最長匹配算法逐跳轉發數據包，轉發效率低，成為網絡數據轉發的瓶頸，快速路由技術成為當時研究的熱點，在各種方案中，IETF確定了MPLS協議作為標準的協議。
不過隨著硬件技術的發展，路由查找速度已經不是阻礙網絡發展的瓶頸了，這使得MPLS在提高轉發速度方面不再具備明顯的優勢。MPLS在設計時定位在TCP/UDP網路體系結構中的2.5層位置，即位于鏈路層和網絡層之間，但是加上其“Multiprotocol”的設計理念，使得MPLS在VPN、TE（流量工程）、QoS等應用方面變得更加靈活
MPLS網絡結構
路由器角色
LSR（標簽交換路由器）
MPLS網絡中的路由器，進行MPLS標簽交換和報文轉發的網絡設備
LER（邊緣路由器）
位于MPLS網絡邊緣，連接其它網絡（如IP網絡）的LSR，主要進行標簽的分發和剝離
標簽轉發涉及的基本概念
LSP（標簽交換路徑）
IP報文在MPLS網路轉發過程中所經過的路徑
FEC（等價轉發類）
一般具有相同特征的報文為同一FEC
這個特征可以是報文的源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口、VPN實例、QoS策略等要素中的一個或者多個（在MPLS網絡中，常見的就是匹配相同路由的所有報文屬于一條FEC）
對于一條FEC來說，沿途所有設備都必須具有相同的路由（前綴和掩碼必須完全相同），才可以建立一條LSP（即不能隨便做路由聚合的操作）
FEC與LSP的關系
同一FEC的報文走的是同一條LSP
可以理解為 ?相同特征的報文打上同一標記，同一標記的走同一條路徑進行轉發
建立LSP的兩種標簽
標簽用來唯一標識一個FEC
入標簽（In lable） ?—— ?本地自己產生
出標簽（Out lable）—— ??由鄰居分配（針對動態LSP）
相同FEC的入標簽必須一致，出標簽必須一致
不同FEC的入標簽必須不同
不同FEC的出標簽可以相同，也可以不同
對于同一條FEC，出標簽和入標簽可以相同，也可以不同（入標簽是由本地分配的，出標簽是由下游節點分配的，之間沒有唯一性要求）
建立LSP的三種節點
一條LSP有且只有一個入節點和一個出節點，可以有0各或多個中間節點
需要先有LSP，才可以確定入節點、出節點等
入節點（Ingress）
LSP的入口LER稱為入節點（打標簽操作）
中間節點（Transit）
LSP的中間的LSR稱為中間節點（進行標簽交換和轉發）
出節點（Egress）
LSP的出口LER稱為入節點（剝離標簽操作）
MPLS標簽分配和交換的體系結構
MPLS體系主要是由控制平面和轉發平面構成
控制平面（產生和維護路由信息以及標簽信息）
RIB（Routing Information Base）：由各種IP路由協議生成，用于進行路由選擇
LDP：一種動態標簽分發協議，負責MPLS標簽的分配、LFIB的建立，LSP的建立與拆除等工作
LIB（Label Information Base）：由LDP生成（每個LSR都會基于所收到的每個FEC的標簽映射信息，建立LIB表項），用于管理標簽信息，包含FEC網段、入標簽、出標簽等信息
轉發平面（負責普通IP報文的轉發以及MPLS標簽報文的轉發）
FIB（Forwarding Information Base）：用于指導IP報文轉發，從RIB提取必要的路由信息生成。包含目的網段、出接口、下一跳IP地址、路由標記、路由優先級等信息
LFIB（Label Forwarding Information Base）：用于指導MPLS報文轉發，從LIB提取必要的信息生成，包含目的網段、出接口、下一跳、入標簽、出標簽等信息
?
MPLS標簽結構
MPLS標簽封裝在數據鏈路層和網絡層之間，總共32Bit
標簽（Label）是一個短而定長的、只有本地意義的表示，用于唯一標識一個FEC
Label（20bit）：標簽值字段
?????? 0～15：特殊標簽
?????? ??????
16～1023：靜態LSP和MPLS TE中靜態CR-LSP共享的標簽空間。
1024及以上：LDP、RSVP-TE、MP-BGP等動態信令協議的標簽空間。
Exp（3bit）：標識MPLS報文的優先級，數值越小，優先級越低，當設別阻塞時，優先發送優先級高的報文
S（1bit）：棧底標識，由于MPLS支持多層標簽（即標簽嵌套），當S值為1時表明為最底層標簽，其它各層標簽S值為0
TTL（8bit）：和IP報文中的TTL（Time To Live）意義相同，用于限制MPLS報文的傳輸距離
MPLS報文轉發
MPLS報文轉發涉及的相關概念
Tunnel ID字段：32bit，就只是本地有效，需要在本地設備上唯一
NHLFE：下一跳標簽轉發表項，用于指導MPLS報文轉發，包含Tunnel ID、出接口、出標簽、標簽操作類型等信息
ILM：入標簽映射，入標簽到下一跳標簽轉發表項的映射，包含Tunnel ID、入標簽、入接口、標簽操作類型等信息
在MPLS轉發過程中，FIB、ILM和NHLFE表現是通過Tunnel ID關聯的
可以將LFIB再細化為ILM表和NHLFE表
標簽操作動作
Push：標簽壓入， 可能會在Ingress或Transit節點上發生，在二層協議頭和IP頭部之間插入一個MPLS標簽，或者是在現有標簽棧頂再增加一個新的出標簽（標簽嵌套）
Swap：標簽交換，會在Transit節點上發生，通過ILM、Nhife表項查找下一臺哦
用下一跳分配的標簽交換MPLS報文中原有的棧頂標簽。原有MPLS報文可以攜帶一層或多層標簽，不過只會替換最外層標簽
Pop：標簽剝掉，會在倒數第二跳Transit節點（PHP特性-在LDP協議中有講解）或者Egress節點發生。MPLS報文離開MPLS域時剝離標簽，使得后續報文按照IP路由轉發。
MPLS報文轉發的基本流程
IP報文和MPLS報文的轉發主要是依靠FIB表和LFIB表項的
當收到普通IP報文時，查找FIB表，如果Tunnel ID為0x0，則進行普通報文IP轉發（通過FIB表轉發）。如果Tunnel ID為非0x0，則進行MPLS轉發（通過LFIB表）
當收到帶標簽的報文時，查找LFIB表，如果對應的標簽為普通標簽，則進行MPLS轉發。如果對應的標簽為特殊標簽（例如標簽3），則將標簽彈出，進行IP轉發
MPLS報文轉發的具體流程 ??
將LFIB再細化為ILM表和NHLFE表，來討論其轉發流程
不同節點對標簽不同的處理方式
Ingree：入節點，執行Push動作。
Transit：中間節點，執行Swap動作。
Egress：出節點，執行Pop動作。
?????? 如果標簽中的棧底標識S=1，則表明該標簽是棧底標簽，直接進行IP轉發
?????? 如果標簽中的棧底標識S=0，則表明還有下一層標簽，繼續下一層標簽轉發?
MPLS對TTL的處理
兩種模式，Uniform和Pope模式
Uniform模式：（缺省）
在入節點，IP TTL減1映射到MPLS TTL字段
此后報文在MPLS網絡中按照標準的TTL處理方式處理
在出節點將MPLS TTL減1后映射到IP TTL字段
Pipe模式：
在入節點，IP TTL值減1，MPLS TTL字段為固定值
此后報文在MPLS網絡中按照標準的TTL處理方式處理。
在出節點會將IP TTL字段的值減1。
即IP分組經過MPLS網絡時，無論經過多少跳，IP TTL只在入節點和出節點分別減1
注意事項
在MPLS VPN應用中，
出于網絡安全的考慮，需要隱藏MPLS骨干網絡的結構，
這種情況下，對于私網報文，Ingress上使用Pipe模式。
入節點系統視圖：undo ttl propagate? 配置ttl模式為Pipe
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?ttl propagate? ? ? ? ? 配置ttl模式為propagate
總結
以上是生活随笔為你收集整理的MPLS基本原理讲解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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