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由来90年代中期互联网流量的快速增长。传统IP报文依赖路由器查询路由表转发但由于硬件技术存在限制导致转发性能低查表转发成为了网络数据转发的瓶颈。 因此旨在提高路由器转发速度的MPLS(Multi-Protocol Label switching多协议标签交换)被提出。与传统IP路由方式相比MPLS在数据转发时只在网络边缘分析IP报文头在网络内部采用更为高效的标签(Label)转发节约了处理时间。 随着设备硬件性能不断提升MPLS在提高数据转发速度上的优势逐渐弱化但其支持多层标签嵌套和设备内转控分离的特点使其在VPN(VirtualPrivate Network虚拟私有网络)、QoS(Quality ofService服务质量)等新兴应用中得到广泛应用。
一MPLS基本概念俗称为2.5层 术语介绍 1.MPLS域(MPLS Domain)一系列连续的运行MPLS的网络设备构成了一个MPLS域。 2.LSR(Label Switching Router,标签交换路由器)支持MPLS的路由器(实际上也指支持MPLS的交换机或其他网络设备)。位于MPLS域边缘、连接其它网络的LSR称为边沿路由器LER(LabelEdge Router)区域内部的LSR称为核心LSR(Core LSR)。 3.除了根据LSR在MPLS域中的位置进行分类之外还可以根据对数据处理方式的不同进行分类: 入站LSR(IngressLSR)通常是向IP报文中压入MPLS头部并生成MPLS报文的LSR。 中转LSR(Transit LSR)通常是将MPLS报文进行例如标签置换操作并将报文继续在MPLS域中转发的LSR。 出站LSR(Egress LSR)通常是将MPLS报文中MPLS头部移除还原为IP报文的LSR。 4.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 5.FEC(Forwarding Equivalence Class,转发等价类)是一组具有某些共性的数据流的集合这些数据流在转发过程中被网络节点以相同方式处理。 在MPLS网络中FEC可以通过多种方式划分例如基于目的IP地址及网络码、DSCP等特征来划分。 数据属于哪一个LSP由数据进入MPLS域时的Ingress LSR决定。 MPLS标签通常是与FEC相对应的必须有某种机制使得网络中的LSR获得关于某FEC的标签信息。 二MPLS标签
IP报文进入MPL域之前会被入站LSR压入MPLS头部(又叫MPLS标签)形成一个MPLS标签报文。一个标签报文可以包含一个或多个MPLS标签。 标签(Label):用于携带标签值长度20 bit。 EXP(ExperimentalUse):主要用于CoS(Class of Service)长度3 bit。 S(Bottom of stack):栈底位用于指示该标签头部是否为最后一层标签长度1bit。如果该字段为1则表示当前标签头部为栈底;如果该字段为0则表示当前标签头部之后依然还有其他标签头部。TTL(TimeTo Live):用于当网络出现环路时防止标签报文被无限制转发与IP报文头部中的TTL具有相同的意义 长度8 bit。 三MPLS标签栈
MPLS支持一层或多层标签头部这些标签头部的有序集合被称为标签栈(Labelstack) 当标签栈中存在多个标签时: 最靠近二层头部的标签是栈顶标签标签中的s字段为0。 最靠近IP头部的标签是栈底标签标签中的S字段为1。 标签是一个短而定长的、只具有本地意义的标识符。标签空间就是指标签的取值范围。标签值的范围及规划 如下:
标签处理过程 标签是由LDP分发的LDP 协议即标签分发协议也有建立邻居关系默认自动建立完成的 路径建立通过邻居发现、会话建立等过程使标签交换路由器 LSR 之间能够相互通信并交换标签信息确定每个转发等价类 FEC 对应的标签交换路径 LSP让数据包能沿着特定路径进行转发。 路径维护在网络运行过程中LDP 协议持续监测 LSP 的状态当网络拓扑发生变化或链路出现故障时能够及时调整标签映射关系和 LSP保证数据的正常转发。
四实验部分
静态部分
[R1]static-lsp ingress lto4 destination 4.4.4.4 32 nexthop 12.1.1.2 out-label 104
[R2]static-lsp transit lto4 incoming-interface g0/0/0 in-label 104 outgoing-interface g0/0/1 nexthop 23.1.1.3 out-label 204
[R3]static-lsp transit lto4 incoming-interface g0/0/0 in-label 204 outgoing-interface g0/0/1 nexthop 34.1.1.4 out-label 304
[R4]static-lsp egress lto4 incoming-interface G0/0/0 in-label 304动态部分 LDP先为下游设备添加标签 入栈设备收到IP包后查FIB即路由表压入102号标签到达中转设备它查LFIB标签转发表进行标签交换102-103再到R3进行LFIB表查询弹出标签103再查FIB表进行ip地址转发。
如果知道R3是末跳R2是次末跳这时候在R2的时候就弹出标签发IP包给R3到R3的时候直接查看FIB表路由表就不需要进行弹出标签了。
全局下
[R1-LoopBack0]mpls lsr-id 1.1.1.1 //用环回口充当mpls的id编号
[R1]mpls
Info: Mpls starting, please wait... OK!
[R1-mpls]mpls ldp
接口下
[R1-GigabitEthernet0/0/0]mpls
[R1-GigabitEthernet0/0/0]mpls ldp
其他也一样抓取报文如下对应上述内容
[R1]dis mpls ldp peer //用于显示本地路由器 R1 的标签分发协议 LDP 对等体及会话信息。
[R1]dis cu co ospf //用于显示 R1 上与 OSPF 协议相关的配置信息。
[R1-GigabitEthernet0/0/1]dis cu | include mpls //在指定的 GigabitEthernet0/0/1 接口下显示该接口包含 “mpls” 关键字的配置信息。
[R1]dis mpls lsp //用于显示 R1 路由器上的 MPLS 标签交换路径 LSP 的相关信息假设以到达4.4.4.4的网络为例 根据 PHP 机制当数据包到达倒数第二跳 LSR 时会将数据包的标签替换为一个特殊的标签例如隐式空标签值通常为 3所以: 在R4上的R4的入标签为3R3这里的出标签也为3代表次末跳入标签为1026路由器根据本地的标签分配策略为其分配了 1026 作为入标签。
