MPLS标签与标签分配协议—LDP学习

一、MPLS标签

1、定义：

一个短的、易于处理的、不包含拓扑信息、只具有局部意义的信息内容。Lable短是为了易于处理，通常可以用索引直接引用；只具有局部意义是为了便于分配。例如：一个路由器上的IN和OUT都是1500，并不会对转发产生啥影响。

标签通常位于二层和三层的头部之间

LSR根据MPLS标签决定如何转发数据

2、标签结构：

标签只有4个字节，32个bits

分为4个区域：

（1）label：标签值，长度20bits，是标签转发的关键索引。

0-15为保留标签：0表示该标签必须弹出，交给IPV4处理；2表示该标签必须弹出，交给IPV6处理；3表示倒数第二跳弹出；

16-1024为静态标签；

1024-65536位动态标签。

（2）TC位：Traffic Class field，流量类别字段，用于QOS标识优先级，长度3bits，数字越大，优先级越高。

EXP ，Experimental Use，实验性使用字段，预期用途是作为“服务等级”(Class of Service，CoS) 字段；

注意：TC和EXP所表示的意思是一样的，有的文档里用的EXP，有的文档里用的是TC，现在EXP”字段被重命名为“TC”字段

（3）S：栈底标识，长度1bits。

S为1表示为最后一个标签；

S为0表示后续还有标签。这就意味着我们可以多次封装标签，嵌套标签。这在MPLS VPN和BGP MPLS VPN中会被使用，如下图：

（4）TTL：存活时间，长度8bits，用于当网络出现环路时，防止标签报文被无限制转发。

它有两种处理模式：

1，Uniform：IP报文进入mpls网络时，拷贝IP头部的TTL至标签交换，每经过一次标签交换，标签TTL-1,经过出节点时，把标签TTL再次-1后替 换到原IP头部的TTL。

2， pipe：IP头部进入MPLS时，IP头部TTL-1，MPLS标签中的TTL为固定值，每经过一次标签交换，标签TTL-1，直到经过出节点时，将IP头部TTL-1。

这两种模式最大的区别在于Uniform可以使接收设备感到TTL值的变化，可以知道自己经过了几个路由器，而pipe做不到。

3、标签识别：

以太网帧中，通过Type字段对MPLS进行识别

Type=8847,代表承载的是MPLS报文

Type=0800,代表承载的是IP报文

二、标签分配协议---LDP（Lable Distribution Protocol）

1、定义：

用于LSR之间分配标签，建立LSP，简单可靠，是MPLS网络中应用最广泛的标签分配协议之一。

2、标签分配协议的种类：

LDP

RSVP-TE

MP-BGP----专门在BGP网络中，支持标签分配协议的，适合用IPV4

MP-BGP(BGP4+)----专门在BGP网络中，支持标签分配协议的，适合用IPV6

3、LDP消息类型

发现消息（discovery messages）：用于LDP邻居的发现和维持。

会话消息(session messages)：用于LDP邻居会话的建立、维持和中止。

通告消息(advertisement messages)：用于LDP实体向LDP邻居宣告Label、地址等信息。

通知消息(Notification messages)：用于向LDP邻居通知事件或错误。

4、LDP会话建立和维护

5、LDP邻居状态机

6、标签转发表

LDP会话建立完成后，路由器根据路由表进行标签分配，形成MPLS标签转发表

标签转发表包含入标签、出标签和出接口

入标签：接收到的报文携带的标签

出标签：转发数据把入标签替换为出标签

出接口：报文数据发出的接口

7、LSP建立流程（标签分配的过程）

上游与下游：

设备的上下游，与数据转发的方向相对，数据先到达的地方是上游，后到达的地方是下游。

流程：

注：标签分配的过程必须基于全网通的情况下

每台路由器是怎么知道自己是上游还是下游？假设用户A要和用户B通信，全网通，这3台路由器都已经配置了LDP协议，并且邻居已起来

过程描述：

从A发出的数据包应该是这个样子：D：20.0.0.1+S：10.0.0.1，LSR1收到后会查看路由表，得知其下一跳是LSR2的左边接口，这也就意味是LSR1发现这个数据包的下一跳是自己的LDP邻居，于是LSR1就知道自己是这个数据包中去往目的地的上游，此时LSR1会向LSR2发起标签分配的请求，请求LSR2给LSR1分配一个去往20.0.0.1的标签。

LSR2收到数据包后也会查路由表寻找下一跳，也会向LSR3发起标签分配的请求，请求LSR3给LSR2分配一个去往20.0.0.1的标签。

LSR3收到数据包后也会查路由表，发现其下一跳不是自己的LDP邻居，这就意味着这个数据包的终点是自己，自己是最后一跳。

有一种复杂的情况：R1-R3都配置了LDP协议，唯独R4没有配置LDP协议

此时LSR3收到LSR2的数据包后，会查路由表找到目的地的下一跳，发现下一跳是LSR4，但LSR4不是自己的LDP邻居，这会让LSR3同样的认为自己就是这个数据包的终点，自己值最后一跳

当LSR3知道自己是终点，是最后一跳时，LSR3会产生一个IN和OUT标签，但此时OUT标签是空的（因为它已经知道自己是最后一跳，就没必要给自己给标签了），IN标签是随机产生的，但是因为自己是最后一跳，所以，根据情况可以有三个选择：

0表示该标签必须弹出，交给IPV4处理；

2表示该标签必须弹出，交给IPV6处理；

3表示倒数第二跳弹出。

假设，这个图上配置的地址是IPV4地址，此时的IN标签应该为0，出接口没有(因为是最后一跳)，最后LSR3会把自己的标签值通过标签通告报文(advertisement messages)，传给自己的上游LSR2。

当LSR2收到LSR3传的标签通告报文后，会将收到报文的接口S1/1作为自己的出接口，LSR3的IN标签作为自己的出标签，自身的IN标签可自动给出一个随机值，比如：IN=1200

当LSR1收到LSR2传的标签通告报文后，会将收到报文的接口S0/1作为自己的出接口，LSR2的IN标签作为自己的出标签，自身的IN标签可自动给出一个随机值，但因为自己是起点，所以没有IN标签

此时LSP的建立流程（标签分配的流程）就结束了。

总结：

（1）出节点LSR收到上游标签分配请求后，建立LSP

出标签为空

入标签设置为3或者0或者2，视情况而定

出接口为IP路由表中目的网段的出接口

（2）出节点LSR向上游LSR发布标签映射消息，通告本机LSR的入标签

（3）上游LSR根据标签映射消息建立LSP

出标签为下游LSR通告的入标签

入标签随机产生

出接口为收到标签映射消息的接口

（4）LSR继续向上游发布标签映射消息，直到入节点

（5）入节点LSR建立LSP

出标签为下游LSR通告的入标签

入标签为空

出接口为收到标签映射消息的接口

8、标签通告模式

（1）DOD：downstream-on-demand，下游按需标记分配，默认模式

特征：上游LSR先向下游LSR发送标签请求信息；下游LSR收到标签请求消息后，为此FEC分配标签，并向上游逐层通告。

优点：没有访问需求的地址，不会建立LSP，减轻路由器的性能负担。

缺点：有访问需求才会触发建立LSP，会导致触发报文的前几个无法连通（LSP的建立需要过程，在每个路由器标签没有分配好前，有访问需求，会导致访问失败）。

（2）DU：downstream unsolicited，下游自主标记分配

特征：下游LSR在LDP会话建立后，主动向上游LSR通告标签映射消息，无需等待上游请求。

优点：无需统一访问请求触发，不会存在一组FEC前几个包不通的情况。

缺点：路由器会主动建立所有路由表中下一跳为非LDP邻居的网段的LSP，导致大量的LSP信息，而且很多可能是暂时无用的。

9、标签控制模式

有序：只有从最下游的LSR开始建立标签后，才能逐层通告

无序（独立）：不管有没有收到下游的标签映射消息，都立即向上游发送标签映射消息（即使标签重复也无所谓）

10、标签保持方式

（1）保守模式：只保留最优路径的，来自下一跳邻居的标签，丢弃所有非下一跳邻居发来的标签；

如果IP路由表中存在等价路由，LSP会建立等价路径，做负载均衡。

特征：

增加LSP的收敛时间；（一旦主路故障了，需要启动备用路径，重新建立标签分配的过程）

节省内存空间和标签。

（2）自由模式：保留所有邻居标签

特征：

减少LSP收敛时间；

需要更多的内存和标签空间。

11、带标签的MPLS报文转发流程

报文进入MPLS网络，入节点检查标签转发表，进行PUSH操作，如下图：

报文在Transilt LSR中传输时，路由器检查标签，并在标签转发表中匹配，进行标签SWAP操作

报文到达出节点，路由器弹出pop标签，并按照普通数据报文进行报文

审核编辑：刘清