MPLS 協議

MPLS 概述

MPLS （Multi-Protocol Label Switching, 多協議標籤交換）
根據數據流的方向，LSP 的入口 LER 被稱爲入節點（Ingress）；位於 LSP 中間的 LSR 被稱爲中間節點（Transit）；LSP 的出口 LER 被稱爲出節點（Egress）。

MPLS 基本網絡結構

LSP（Label Switched Path）：標籤交換路徑，即到達同一目的地址的報文在MPLS網絡中經過的路徑。
FEC（Forwarding Equivalent Class）：一般指具有相同轉發處理方式的報文。
在MPLS網絡中，到達同一目的地址的所有報文就是一個FEC（FEC 轉發等價類）

 

MPLS 數據報文結構

標籤是一個短而定長的、只有本地意義的標識，用於唯一標識去往同一目的地址的報文分組
0～15： 特殊標籤。如標籤 3，稱爲隱式空標籤，用於倒數第二跳彈出；
16～1023： 靜態 LSP 和靜態 CR-LSP（Constraint-based Routed Label
Switched Path）共享的標籤空間；
1024 及以上：LDP、RSVP-TE（Resource Reservation Protocol-Traffic
Engineering）、MP-BGP

LSP建立方式

建立LSP的方式有兩種：
·靜態LSP：用戶通過手工方式爲各個轉發等價類分配標籤建立轉發隧道
·動態LSP：通過標籤發佈協議動態建立轉發隧道

靜態LSP

靜態LSP的特點：
·不使用標籤發佈協議，不需要交互控制報文，資源消耗比較小
·通過靜態方式建立的LSP不能根據網絡拓撲變化動態調整，需要管理員干預
·靜態LSP適用於拓撲結構簡單並且穩定的網絡

實驗：

1.運行IBGP協議，運行OSPF
R1：
ospf router-id 1.1.1.1
area 0
net 192.168.12.1 0.0.0.0
net 1.1.1.1 0.0.0.0

R2：
ospf router-id 2.2.2.2
area 0
net 192.168.12.2 0.0.0.0
net 192.168.23.2 0.0.0.0
net 2.2.2.2 0.0.0.0

R3：
ospf router-id 3.3.3.3
area 0
net 192.168.23.3 0.0.0.0
net 3.3.3.3 0.0.0.0


2.配置靜態 MPLS
先要有 lsr-id，而且全局開了 也要去接口開啓。
R1：
mpls lsr-id 1.1.1.1
mpls
int g0/0/0
mpls

R2：
mpls lsr-id 2.2.2.2
mpls
int g0/0/0
mpls
int g0/0/1
mpls

R3:
[R3]mpls lsr-id 3.3.3.3
[R3]mpls
[R3-mpls]int g0/0/1
[         ]mpls

3.設置角色
ingress，transit，egress
設置ingress角色
[R1]static-lsp ingress r1tor3 destination 3.3.3.3 32 next-hop 192.168.12.2 out-label 102

設置transit角色
[R2]static-lsp transit r1tor3 incoming-interface g0/0/0 in-label 102 nexthop 192.168.23.3 out-label 203

設置egress角色
[R3]static-lsp egrerss r1tor3 incoming-interface g0/0/1 in-label 203

4.測試驗證
直接ping是 IP報文，做逐跳查找的。所以應該 ping lsp ip 3.3.3.3 32

dis mpls lsp 查看標籤交換路徑

tracert lsp ip 3.3.3.3 32

R3 去ping， ping lsp ip 1.1.1.1 不通，因爲在R3路由器沒有LSP
如果要的話，ingress和egress要互換，在R3上配 r3tor1，如果名字一樣會被覆蓋
[R3]static-lsp ingress r3to31 destination 1.1.1.1 32 nexthop 192.168.23.2 out-label 302
[R2]static-lsp transit r3tor1 incoming-interface g0/0/1 in-label 302 nexthop 192.168.12.1 out-label 201
[R1]static-lsp egress r3tor1 incoming-interface g0/0/0 in-label 201
[R3]ping lsp ip 1.1.1.1 32
[R3]tracert lsp ip 1.1.1.1 32

 

動態LSP

·動態LSP通過LDP協議實現對FEC的分類、標籤的分配及LSP的建立和維護等操作。
·動態LSP的特點：
　組網配置簡單，易於管理和維護
　支持基於路由動態建立LSP，網絡拓撲發生變化時，能及時反映網絡狀態

mpls lsr-id 1.1.1.1
mpls
mpls ldp
int g0/0/0
mpls
mpls ldp

display mpls ldp interface 查看LDP接口
display mpls ldp session 查看LDP會話
display mpls ldp
LSR在LDP會話中的角色：
Active：LSR ID值較大的一方表示建立LDP會話的主動方
Passive：LSR ID值較小的一方表示建立LDP會話的被動方
都是針對動態的
 

 

 

標籤的發佈方式：華爲採用 DU 下游自主
DU（Downstream Unsolicited，下游自主方式）：　—— 主動向上游通告標籤
對於一個到達同一目地址報文的分組，LSR無需從上游獲得標籤請求消息即可進行標籤分配與分發。
DoD（Downstream on Demand，下游按需方式）：
對於一個到達同一目的地址報文的分組，LSR獲得標籤請求消息之後才進行標籤分配與分發。

標籤的分配控制方式：華爲採用 Ordered 有序標籤分配控制
Independent（獨立標籤分配控制方式）：本地LSR可以自主地分配一個標籤綁
定到某個IP分組，並通告給上游LSR，而無需等待下游的標籤。
Ordered（有序標籤分配控制方式）：只有當該LSR已經具有此IP分組的下一跳
的標籤，或者該LSR就是該IP分組的出節點時，該LSR纔可以向上遊發送此IP分
組的標籤。
Label Distribution Mode：Ordered

標籤的保持方式：華爲採用 Liberal 自由標籤保持
Liberal（自由標籤保持方式）：對於從鄰居LSR收到的標籤映射，無論鄰居LSR
是不是自己的下一跳都保留。
Conservative（保守標籤保持方式）：對於從鄰居LSR收到的標籤映射，只有當
鄰居LSR是自己的下一跳時才保留。
Label Retention Mode：Liberal

 

LDP建立LSP操作

 

瞭解：爲什麼需要 隱式標籤3呢？

當數據報文轉發到RTD路由器，首先會查LFIB（標籤轉發表），然後把標籤剝離掉，查找FIB（正常IP報文的轉發表）。 如果業務量很大，在Egress節點 即RTD路由器上要查兩張表，而前面幾臺只需要查LFIB 一張表。 一個人做了兩個人的工作，負擔會很重。

因此，改進，最後一臺需要FIB 數據報文轉發，只要查 FIB就行了。
在倒數第二條 RTC，直接把標籤彈掉。這樣RTD接收到的是正常的IP報文

PHP（Penultimate Hop Popping，倒數第二跳彈出），具體過程如下：
·RTC收到RTB發送的帶標籤1026的報文，查找LFIB表，發現分配的出標籤爲隱式空標籤3，於是執行彈出標籤的動作，並將IP數據包轉發給下游路由器RTD
·RTD收到RTC發送的IP報文，直接查找自己的FIB表，根據FIB表中的出接口進行IP數據的封裝並轉發
dis mpls lsp

 

MPLS VPN 技術原理與配置

• MPLS在提高數據轉發速度上的優勢逐漸弱化，但其支持多層標籤嵌套和設備內轉控分離的特點，使其在VPN、TE等新興應用得到廣泛應用
• 傳統的VPN存在一些固有缺陷，導致客戶組網時很多需求不能滿足。MPLS VPN將傳統的兩種VPN模型整合到一起，推動了VPN的發展。

IPSec VPN
peer-peer

overlap VPN

1.傳統VPN缺點

VPN技術的產生及分類
早期是用專線，專線有如下的特點：

• 線路專有，安全性高，不同用戶之間物理隔離
• 價格昂貴
• 使用不充分，帶寬浪費嚴重
  
  兩個客戶的VPN存在相同的地址空間，傳統VPN網絡結構中的設備無法區分客戶重疊的路由信息。
   

2.MPLS VPN解決傳統VPN的問題

解決VPN客戶地址空間重疊問題需要解決上述三個問題
1.解決方法：建立三個表，VPN1建一個表，VPN2建一個表，VPN全局表
2.RD 路由區分符，來自不同的就不同的區分 和 RT 路由目標，import和export方向，對應就接收
3.標籤嵌套，內層和外層
 

如何區分不同VPN客戶的相同路由 —— 獨佔式的PE

• 專用PE設備分工明確，每個PE設備只保存自己的VPN路由，P設備只保存公網路由。因此解決共享PE設備上地址空間重疊的思路是：將專用PE設備與P設備的功能在同一臺PE設備上完成，並實現VPN路由的隔離
• 在共享PE設備上使用VRF技術將重疊的路由隔離：每個VPN的路由放入自己對應的VPN Routing Table中
• PE設備在維護多個VPN Routing Table時，同時還維護一個公網的路由表

如何在網絡傳遞過程中區分衝突路由？

• 將VPN路由發佈到全局路由表之前，使用一個全局唯一的標識和路由綁定，以區分衝突的私網路由。這個標識被稱爲RD（Route Distinguisher）
  
  但是單單RD 不能將 不同分佈的衝突路由都引入。它只能要麼收分部1，要麼分部2
   
  如何既收 分部1也收分部2 —— RT屬性 ，收發對應
  
• RT屬性用於將路由正確引入VPN，有兩類VPN Target屬性，Import Target和Export Target，分別用於VPN路由的導出與導入。

如何解決Import 多用戶時，數據大？ 優化

使用RT實現本端與對端的路由正確引入VPN，原則如下：
本端的Export Target=對端的Import Target，本端的Import Target=對端的Export Target
 

從不同PE收到的相同路由靠RD區別
路由條目本端接受與否看RT
舉個生活的例子，RD就是身份證，RT就是護照。身份證只能有一張，護照可以有很多張。護照相同，就能進相同的局域網。用在運營商的邊界路由器上，RD是一個VRF的身份證。RT是這個VRF的護照，他可以導入很多不同的RT

如何解決數據轉發過程中衝突路由的查找？
因爲數據包沒有攜帶任何標識，所以在ICMP的數據包到達PE1時，PE1並不知道查找哪個VPN的路由表找到正確的目標地址
控制層面纔有三張表，然而轉發層面是沒有攜帶的。
解決：使用標籤嵌套解決數據轉發過程中衝突路由的查找問題 Outer\Inner MPLS Label

3.MPLS VPN工作原理

MPLS VPN的工作過程分爲兩部分：

• MPLS VPN路由的傳遞過程
• MPLS VPNS數據的轉發過程

公網標籤一直變，私網標籤不會變。 外層和內層標籤嵌套
爲了能夠區分是給VPN1還是VPN2的，通過MP-BGP協議來下放一個內層標籤。
當彈掉外層標籤後，露出私網標籤。
 

4.MPLS VPN配置實例

用戶側設備配置

骨幹網IGP配置

VPN實例
現在創建VPN實例，每個VPN獨立的表，然後VPN與接口綁定
 

MP-BGP配置
VPN路由注入MP-BGP的過程： VRF中的IPV4路由被添加上RD，RT與標籤等信息成爲VPN-IPV4的路由放入到MP-BGP的路由表中，並通過MP-BGP協議在PE設備之間交換路由信息
在之前的常規BGP配置好後，在vpnv4下配置

• RT是在團體屬性值裏，不一定能被識別到，可以加上 peer 5.5.5.5 advertise-comunity
• ipv4-family vpn-instance VPN1
  這是私有協議的路由表，現在不能直接peer，這樣的話指的是全局路由表。要去私有指定
  
  MPLS 配置
  動態LSP
  

補充一點，VPN的路由引入
將靜態路由 引入到BGP，因爲上面運行的BGP，MPBGP和BGP之間是能學到。但靜態和OSPF一定要引入才能學習
bgp 100
ipv4-family vpn-instance VPN1
import-route static
 
如果MPLS-VPN錯了，就要查 IGP,EGP,LDP，還要查覈心BGP CE PE P
 

小結

• 傳統的BGP只能維護單一路由表的路由信息，無法爲地址重疊的不同客戶直接提供服務，所以在BGP/MPLS VPN中使用了MP-BGP，它可以通過VPNv4地址族來區分不同客戶的網絡層地址信息，並使用VPN實例區分不同VPN客戶的路由及流量。
• 在BGP/MPLS VPN中，每個VPN實例爲相應的VPN客戶單獨維護了一張路由和轉發表，稱爲VRF（VPN Routing and Forwading Table），不同的VPN實例間的路由是不能夠互通的。在PE上，通過將連接CE的接口綁定至VPN實例，就可以區分不同VPN客戶的路由。當PE將VPN路由傳遞至對端PE後，對端PE將使用VPN實例的RD（Route Disinguisher）與VPN Target屬性來區分VPN路由並將其分配至對應的VPN實例。
• 通常，在BGP/MPLS VPN中，P路由器無需運行BGP，也無需知道關於VPN的任何信息。PE上的MP-BGP會爲VPN路由分配相應的標籤值（VPN標籤），作爲內層標籤，LDP分配的標籤作爲外層標籤。當VPN流量沿LSP經過P路由器時，P路由器只會進行外層標籤交換，當流量抵達對端PE時，對端PE會根據內層標籤判斷出流量所屬的VPN。
• 在PE和CE的連通性，可以任何的連通性協議（OSPF,BGP等）