BGP-MPLS解決方案

BGP-MPLS 是運營商最常用的一種手段，用於解決BGP的路由黑洞問題
MPLS類似一種專線，解決了大型企業在公司各站點間通過運營商進行通信的問題

本文主要通過分享一個案例來給大家詳細的介紹BGP-MPLS

首先我們要知道MPLS是如何工作的->

1.MPLS發展-原理概述

1.1 MPLS 發展歷程 -> 初試鋒芒-加快轉發速率

MPLS最初研發出來時不是用於解決BGP的路由黑洞問題的，而是用來解決TCP/IP路由器轉發速率慢的問題

我們都知道路由表是通過多次匹配、遞歸查找，最長匹配原則來匹配相應的路由條目，這種查找是通過路由器CPU來進行計算查找，比較耗費時間，且CPU處理的不僅僅是查找路由條目這一個工作，而要達到快速的目的必須依靠其他硬件芯片，之後以CISCO代表的廠商研究出來一種芯片，但時間晚於MPLS

MPLS定義的一種標籤轉發規則，隨着分配標籤協議發展，現在出現一種共用的協議LDP
LDP： 主要工作就是分配標籤，MPLS決定轉發，MPLS協議本身比較簡單，沒有對路由路徑進行多少判斷，它的判斷是根據其他協議的結果來做的，選路不是MPLS的強項，MPLS的強項在於轉發機制，來彌補路由表的缺點

1.2 MPLS 發展歷程 -> 風波再起-CEF

當MPLS發展正興時：
以CISCO代表的廠商發明了一種東西叫做：

CEF(優化的路由表)

CEF=ARP表+路由表最長匹配結果+路由表遞歸結果
多次->一次 三元匹配原則，由TCAM芯片完成
當CEF表研發出來後，英雄無用武之地，CEF替代了MPLS實現了快速轉發機制

1.3 MPLS 發展歷程 -> 重回巔峯-解決BGP路由黑洞

但是MPLS提供的一種新形式的轉發路徑，基於標籤轉發，每一條路由條目都有一條獨特的標籤路徑->符合隧道的一切特徵(封裝+洞口與洞尾)，用標籤來形成一條隧道，此時人們發現BGP和MPLS是絕配，MPLS依據標籤隧道很好的解決了BGP的黑洞問題，且MPLS沒有算法，它只是一套轉發機制，相對於路由協議來說，MPLS只是佔用一定比例的帶寬資源，對路由器幾乎沒有計算上的壓力

VRF

之後又出現一種技術，又將MPLS推上頂峯，這種技術叫做VRF(Virtual Routing Forwarding,虛擬路由轉發)

我們都知道在交換網絡中，有一種技術叫做VLAN(Virtual Local Area Network，虛擬局域網)，它的作用是劃分廣播域，可以說用來分割CAM表，而VRF產生出來是爲了劃分路由表，也可以說是劃分路由器，一個路由器中可以存在多個VRF，每個VRF中都有自己獨立的VRF路由表，這樣就將路由器的路由表分割開來，而彼此之間不互相影響

VLAN間通信使用Trunk幹道，那麼VRF間通信使用什麼呢？

2. MPLS的標籤交換前提-LDP

MPLS只負責標籤交換的過程，而LDP協議是爲MPLS服務的，它爲路由條目分發標籤，供MPLS進行交換，接下來我們介紹一下LDP-標籤分發協議

2.1 LDP狀態機

因爲MPLS是建立在LDP之上的，所有我們首先先了解LDP，路由器要分配標籤，那麼路由器之間必然存在關係，LDP與大多數路由協議類似，需要建立鄰居關係，建鄰必然存在狀態機(規定每個階段完成什麼樣的任務)

init： UDP 646端口，組播地址224.0.0.2，組播發送hello，收集對端Router-id參數
Open-sent/Recived： Open-sent是主動發出hello進入的狀態，Open-Recived是接收到對端的hello進入的狀態，在此狀態，通過TCP 646端口建立TCP連接，發送keeplive報文
Operational： TCP連接完成，進入保活狀態，鄰居關係建立
Non-Existent： TCP連接超時、收到init之外其他消息，超時發送NAK消息都會進入該狀態

識別對端Router-id，通過TCP 646端口建立TCP連接，啓用LDP協議，底層必須有着路由協議的支撐，且Router-id必須爲迴環口
之後通過Update報文，將爲路由條目所分配的標籤發送給各鄰居

2.2 LDP標籤分發機制

上游對下游分發標記，及控制層裏面的路由通告的方向

最佳標籤產生過程

LDP分配標籤時參考的爲CEF表，CEF表中所有的路由都分配一個標籤，形成一個binding表(Cisco通過show mpls ldp binding查看)

Binding表 = 路由前綴 + 本地分配標籤(local binding) + 從鄰居收到的關於該路由的標籤(remote binding)
Remote binding表 = 鄰居的Router-id + 鄰居爲該路由條目分配的標籤

該binding可以理解爲LDP的數據庫，類似於EIGRP/OSPF路由協議的拓撲表

標籤斷裂

在此處路由前綴一定是嚴格匹配一致性的
10.1.1.0/24
10.1.1.1/24
10.1.1.0/24 包含了10.1.1.1/24，但是在LDP中，完全不一樣，在此處，會分配不同的標籤

比如在OSPF，當我們將回環口起爲/24位時，會出現問題，因爲在OSPF中，其他路由器學到的路由條目是打O /32位的，此時如果啓用LDP協議，本地爲/24爲分配標籤，鄰居爲/32爲分配標籤，此時在鄰居binding表中，會存在兩條掩碼不同的路由前綴的binding表，不會產生標籤交換的過程，進而不能進行通信，所以在啓用LDP時，我們底層如果使用迴環口建鄰，迴環口必須定義成/32位

也就是說MPLS中路由在傳遞過程中不能彙總，不能該表其位數(掩碼)，如果底層爲OSPF的迴環地址最好寫成32位主機地址

3.BGP-MPLS解決方案(原理版)

如下圖所示，這是我們來簡單的介紹一下MPLS是如何打破BGP黑洞的一個案例，這個案例只爲了說明怎樣去解決黑洞問題，在之後的博文中，會爲大家介紹更爲複雜、更趨於真實環境的案例

R1路由器

R1底層OSPF，使用環回地址建鄰，loopback 0口1.1.1.1/32
R1 BGP，BGP AS100，使用環回0口與R4建立IBGP鄰居關係，宣告環回1口10.1.1.1/32
R1 LDP，定義標籤分發範圍100-199
R1 啓用MPLS

**loopback 0口**
R1(config)#interface loopback 0
R1(config-if)#ip address 1.1.1.1 255.255.255.255
R1(config-if)#exit 

**loopback 1口**
R1(config)#interface loopback 1
R1(config-if)#ip address 10.1.1.1 255.255.255.255
R1(config-if)#exit 

**R1-R2直連**
R1(config)#interface s3/0
R1(config-if)#ip address 10.1.12.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shutdown 
R1(config-if)#exit

**底層OSPF**
R1(config)#router ospf 1
R1(config-router)#router-id 1.1.1.1
R1(config-router)#exit 
R1(config)#interface loopback 0
R1(config-if)#ip ospf 1 area 0
R1(config-if)#exit 
R1(config)#interface s3/0
R1(config-if)#ip ospf 1 area 0
R1(config-if)#exit 

**BGP**
R1(config)#router bgp 100
R1(config-router)#bgp router-id 1.1.1.1
R1(config-router)#neighbor 4.4.4.4 remote-as 100
R1(config-router)#neighbor 4.4.4.4 update-source loopback 0
R1(config-router)#neighbor 4.4.4.4 next-hop-self 
R1(config-router)#network 10.1.1.1 mask 255.255.255.255
R1(config-router)#exit 

**定義標籤分發範圍**
R1(config)#mpls label range 100 199

**定義LDP建鄰Router-id**
R1(config)#mpls ldp router-id loopback 0 force

**啓用MPLS**
R1(config)#interface s3/0
R1(config-if)#mpls ip 
R1(config-if)#exit 
R1(config)#

R2路由器

R2底層OSPF，使用環回地址建鄰，loopback 0口2.2.2.2/32
R2 LDP，定義標籤分發範圍200-299
R2 啓用MPLS

**loopback 0口**
R2(config)#interface loopback 0
R2(config-if)#ip address 2.2.2.2 255.255.255.255
R2(config-if)#exit 

**R1-R2直連**
R2(config)#interface s3/1
R2(config-if)#ip address 10.1.12.2 255.255.255.0
R2(config-if)#no shutdown 
R2(config-if)#exit 

**R2-R3直連**
R2(config)#interface s3/0
R2(config-if)#ip address 10.1.23.1 255.255.255.0
R2(config-if)#no shutdown 
R2(config-if)#exit 

**OSPF**
R2(config)#router ospf 1
R2(config-router)#router-id 2.2.2.2
R2(config-router)#exit 
R2(config)#interface loopback 0
R2(config-if)#ip ospf 1 area 0
R2(config-if)#exit 
R2(config)#interface s3/1
R2(config-if)#ip ospf 1 area 0
R2(config-if)#exit 
R2(config)#interface s3/0
R2(config-if)#ip ospf 1 area 0
R2(config-if)#exit 

**定義標籤分發範圍**
R2(config)#mpls label range 200 299

**定義LDP建鄰Router-id**
R2(config)#mpls ldp router-id loopback 0 force 
R2(config)#exit 

**啓用MPLS**
R2(config)#interface s3/1
R2(config-if)#mpls ip 
R2(config-if)#exit 
R2(config)#interface s3/0
R2(config-if)#mpls ip
R2(config-if)#exit 
R2(config)#

R3路由器

R3底層OSPF，使用環回地址建鄰，loopback 0口3.3.3.3/32
R3 LDP，定義標籤分發範圍300-399
R3 啓用MPLS

**loopback 0口**
R3(config)#interface loopback 0
R3(config-if)#ip address 3.3.3.3 255.255.255.255
R3(config-if)#exit 

**R2-R3直連**
R3(config)#interface s3/1
R3(config-if)#ip address 10.1.23.2 255.255.255.0
R3(config-if)#no shutdown 
R3(config-if)#exit 

**R3-R4直連**
R3(config)#interface s3/0
R3(config-if)#ip address 10.1.34.1 255.255.255.0
R3(config-if)#no shutdown 
R3(config-if)#exit 

**OSPF**
R3(config)#router ospf 1
R3(config-router)#router-id 3.3.3.3
R3(config-router)#exit 
R3(config)#interface loopback 0
R3(config-if)#ip ospf 1 area 0
R3(config-if)#exit 
R3(config)#interface s3/1
R3(config-if)#ip ospf 1 area 0
R3(config-if)#exit 
R3(config)#interface s3/0
R3(config-if)#ip ospf 1 area 0
R3(config-if)#exit 

**定義標籤分發範圍**
R3(config)#mpls label range 300 399

**定義LDP建鄰Router-id**
R3(config)#mpls ldp router-id loopback 0 force 
R3(config)#exit 

**啓用MPLS**
R3(config)#interface s3/1
R3(config-if)#mpls ip 
R3(config-if)#exit 
R3(config)#interface s3/0
R3(config-if)#mpls ip
R3(config-if)#exit 
R3(config)#

R4路由器

R4底層OSPF，使用環回地址建鄰，loopback 0口4.4.4.4/32
R4 BGP，BGP AS100，使用環回0口與R1建立IBGP鄰居關係，宣告環回1口10.4.4.4/32
R4 LDP，定義標籤分發範圍400-499
R4 啓用MPLS

**loopback 0口**
R4(config)#interface loopback 0
R4(config-if)#ip address 4.4.4.4 255.255.255.255
R4(config-if)#exit 

**loopback 1口**
R4(config)#interface loopback 1
R4(config-if)#ip address 10.4.4.4 255.255.255.255
R4(config-if)#exit 

**R3-R4直連**
R4(config)#interface s3/1
R4(config-if)#ip address 10.1.34.2 255.255.255.0
R4(config-if)#no shutdown 
R4(config-if)#exit

**底層OSPF**
R4(config)#router ospf 1
R4(config-router)#router-id 4.4.4.4
R4(config-router)#exit 
R4(config)#interface loopback 0
R4(config-if)#ip ospf 1 area 0
R4(config-if)#exit 
R4(config)#interface s3/1
R4(config-if)#ip ospf 1 area 0
R4(config-if)#exit 

**BGP**
R4(config)#router bgp 100
R4(config-router)#bgp router-id 4.4.4.4
R4(config-router)#neighbor 1.1.1.1 remote-as 100
R4(config-router)#neighbor 1.1.1.1 update-source loopback 0
R4(config-router)#neighbor 1.1.1.1 next-hop-self 
R4(config-router)#network 10.4.4.4 mask 255.255.255.255
R4(config-router)#exit 

**定義標籤分發範圍**
R4(config)#mpls label range 400 499

**定義LDP建鄰Router-id**
R4(config)#mpls ldp router-id loopback 0 force

**啓用MPLS**
R4(config)#interface s3/1
R4(config-if)#mpls ip 
R4(config-if)#exit 
R4(config)#

測試

以上配置完成之後，BGP的路由黑洞打通，10.1.1.1 和 10.4.4.4 之間可以互相通信

在R1上我們可以看到，4.4.4.4與10.4.4.4的CEF表中，下一跳出接口和標籤都一致，意味着，此時R1與10.4.4.4進行通信使用的爲4.4.4.4的標籤路徑，也就是說4.4.4.4和10.4.4.4共用一條標籤路徑，而在啓用MPLS之後，R2與R3值通過標籤交換進行數據轉發，不去看路由表，當數據到達R4之後，脫去標籤查本地路由表從而到達10.4.4.4

同理R4與10.1.1.1通信原理一致，那麼此時就用MPLS解決了BGP的路由黑洞問題

解決BGP的路由黑洞之BGP-MPLS解決方案(一)

BGP-MPLS解決方案

1.MPLS 發展-原理概述

2.MPLS的標籤交換前提-LDP

3.BGP-MPLS解決方案(原理版)

1.MPLS發展-原理概述

1.1 MPLS 發展歷程 -> 初試鋒芒-加快轉發速率

1.2 MPLS 發展歷程 -> 風波再起-CEF

CEF(優化的路由表)

1.3 MPLS 發展歷程 -> 重回巔峯-解決BGP路由黑洞

VRF

2. MPLS的標籤交換前提-LDP

2.1 LDP狀態機

2.2 LDP標籤分發機制

最佳標籤產生過程

標籤斷裂

3.BGP-MPLS解決方案(原理版)

測試

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