MPLS介绍及基本配置

MPLS

路由器技术

发布日期: 2019-12-14

更新日期: 2023-04-22

文章字数: 3.1k

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本篇我们来介绍一下MPLS协议，MPLS（Multi-Protocol Label Switching）的概念是在一个封包中加
入Label（标签）。这个标签是加在二层头部与三层头部之间的一串32 bits标识，所以MPLS又叫作2.5层，
其中的20 bits为标签值。路由器会根据这个标签值去判断封包的下一跳（Next Hop），使用这种方法，
路由器不用再去查找路由表即可以决定如何处理封包，传输效率便可大大提升。这里所说的传输效率大大
提升是有年代感的一句话，早期网络设备架构为集中架构，也就是转控一体式架构，在转发量特别大的时
候会严重消耗设备的处理能力，转发效率自然会受到较大的影响。当时推出MPLS的主要目的也是为了减少
转发量，以降低设备的压力，从而提高转发效率，相较于传统IP转发原理，MPLS确实做到了这一点。但是
在当今的网络环境下，网络设备已经实现了架构的大转变，由原来的一体式集中架构变成了转控分离式架
构，比如一台设备中分为交换板与控制板，这种架构在硬件上就解决了集中式架构的低效率问题，并且设
备本身的性能也大大提升，所以现在如果还是说采用MPLS会使得传输效率大大提升是一句不严禁的话。就
当今网络而言，MPLS最大的用处就是MPLS VPN。当初MPLS在设计中所使用的标签功能让其在现代网络中
又找到了新的用武之地，当初认为并不是很主要的一个功能让其没有被完全淘汰掉，除了MPLS VPN，现在
已经找不到它的一点点用处，这也正是有心栽花花不开,无心插柳柳成荫。

名词解释

● LER（Label Edge Router）：在MPLS网络中，用于标签的压入或弹出。
● LSR（Label Switched Router）：在MPLS网络中，用于标签的交换。根据数据流的方向，LSP的入口LER
被称为入节点（Ingress）；位于LSP中间的LSR被称为中间节点（Transit）；LSP的出口LER被称为出节点
（Egress）。
● Ingress LSR: 在下图的拓扑中，如果封包是从R1到R6，R1是封包进入MPLS网络遇到的第一个路由器，那
么R1就是Ingress Router，称为Ingress LSR。Ingress Router主要是帮助进入MPLS网络的封包加上
Label（标签）。
● Egress LSR: 当封包将要离开MPLS网络时，它经过的最后一个Router就是Egress LSR。Egress LSR的
责任是帮封包移除标签。在处图拓扑中，R6就是Egreess LSR。
● LSP（Label Switched Path）：标签交换路径，即到达同一目的地址的报文在MPLS网络中经过的路径。
● FEC（Forwarding Equivalent Class）：转发等价类，一般指具有相同转发处理方式的报文。在MPLS
网络中，到达同一目的地址的所有报文就是一个FEC。

MPLS体系结构

● 控制平面：负责产生和维护路由信息以及标签信息。
▲ 路由信息表RIB（Routing Information Base）：由IP路由协议（IP Routing Protocol）生成，用
于选择路由。
▲ 标签分发协议LDP（Label Distribution Protocol）：负责标签的分配、标签转发信息表的建立、标
签交换路径的建立、拆除等工作。
▲ 标签信息表LIB（Label Information Base）：由标签分发协议生成，用于管理标签信息。

● 转发平面：即数据平面（Data Plane），负责普通IP报文的转发以及带MPLS标签报文的转发。
▲ 转发信息表FIB（Forwarding Information Base）：从RIB提取必要的路由信息生成，负责普通IP报
文的转发。
▲ 标签转发信息表LFIB（Label Forwarding Information Base）：简称标签转发表，由标签分发协议
建立LFIB，负责带MPLS标签报文的转发。
● MPLS路由器上，报文的转发过程：
▲ 当收到普通IP报文时，查找FIB表，如果Tunnel ID为0x0，则进行普通IP转发；如果查找FIB表，
Tunnel ID为非0x0，则进行MPLS转发。
▲ 当收到带标签的报文时，查找LFIB表，如果对应的出标签是普通标签，则进行MPLS转发；查找LFIB表，
如果对应的出标签是特殊标签，如标签3，则将报文的标签去掉，进行IP转发。

静态LSP与动态LSP

静态LSP的特点：
● 不使用标签发布协议，不需要交互控制报文，资源消耗比较小。
● 通过静态方式建立的LSP不通根据网络拓扑变化动态调整，需要人工干预。
● 静态LSP适用于拓扑结构简单并且稳定的网络。
● 配置静态LSP时，管理员需要为各路由器手工分配标签，需要遵循的原则是：前一节点出标签的值等于下
一个节点入标签的值。

动态LSP的特点：
● 动态LSP通过LDP协议实现对FEC分类、标签的分配以及LSP的建立和维护操作。
● 组网配置简单，易于管理和维护。
● 支持基于路由动态建立LSP，网络拓扑发生变化时，能及时反应网络状况。
● 如下图所示，Egress路由器RTD为本地存在的路由分配标签，并将路由和标签的绑定关系主动发送给上游
邻居路由器RTC。
● 路由器RTC收到下游邻居路由器RTD的路由和标签的绑定关系后，将其记录到LIB中，并将自己分配的标签
和路由的绑定关系发送给上游邻居路由器RTB
● RTB执行相同的动作将标签和路由的绑定关系发送给上游邻居路由器RTA，RTA为Ingress路由器，没有上
游邻居，因此动态的LSP完成建立。

MPLS标签的发布方式

标签的发布方式：
● DU（Downstream Unsolicited，下游自主方式）：对于一个到达同一目地址报文的分组，LSR无需从上
游获得标签请求消息即可进行标签分配与分发。
● DoD（Downstream on Demand，下游按需方式）：对于一个到达同一目的地址报文的分组，LSR获得标
签请求消息之后才进行标签分配与分发。
如图所示拓扑：
● 采用DU方式分发标签，对于目的地址为100.1.1.1/32的分组，下游RTD（Egress）通过标签映射消息主
动向上游RTC（Transit）通告自己主机路由100.1.1.1/32的标签。
● 采用DoD方式分发标签，对于目的地址为100.1.1.1/32的分组，上游RTC（Transit）向下游发送标签请
求消息，下游RTD（Egress）收到标签请求消息后，才会向上游发送标签映射消息。
● 华为设备默认采用DU的方式发布标签。
● DU无需等待上游的请求消息，可以直接向邻居分配标签。在网络拓扑发生变化时，采用DU方式可以快速
反应为新的拓扑分发标签，收敛时间相对于DoD方式较短。

MPLS标签的分配控制方式：

● Independent（独立标签分配控制方式）：本地LSR可以自主地分配一个标签绑定到某个IP分组，并通告给
上游LSR，而无需等待下游的标签。
● Ordered（有序标签分配控制方式）：只有当该LSR已经具有此IP分组的下一跳的标签，或者该LSR就是该
IP分组的出节点时，该LSR才可以向上游发送此IP分组的标签。

如图所示拓扑：
采用Independent方式：
● 如果标签发布方式为DU，且标签分配控制方式为Independent，则RTC（Transit）无需等待下游RTD
（Egress）的标签，就会直接向上游RTB分发标签。
● 如果标签发布方式为DoD，且标签分配控制方式为Independent，则发送标签请求的RTB（Transit）的
直连下游RTC（Transit）会直接回应标签，而不必等待来自下游RTD（Egress）的标签。
采用Ordered方式：
● 如果标签发布方式为DU，且标签分配控制方式为Ordered，则RTC（Transit）只有收到下游RTD
（Egress）的标签，才会向上游RTB分发标签。
● 如果标签发布方式为DoD，且标签分配控制方式为Ordered，则发送标签请求的RTB（Transit）的直连下
游RTC（Transit）只有收到下游RTD（Egress）的标签，才会向上游RTB分发标签。

MPLS标签的保持方式：

● Liberal（自由标签保持方式）：对于从邻居LSR收到的标签映射，无论邻居LSR是不是自己的下一跳都
保留。
● Conservative（保守标签保持方式）：对于从邻居LSR收到的标签映射，只有当邻居LSR是自己的下一
跳时才保留。

当网络拓扑变化引起下一跳邻居改变时：
● 使用自由标签保持方式，LSR可以直接利用原来非下一跳邻居发来的标签，迅速重建LSP，但需要更多的
内存和标签空间。
● 使用保守标签保持方式，LSR只保留来自下一跳邻居的标签，节省了内存和标签空间，但LSP的重建会比
较慢。
● 华为设备默认采用自由标签保持方式保存标签。

如图所示拓扑，路由表中，RTB通过RTD到达100.1.1.1/32的路径最优，RTB从RTC收到分配给100.1.1.1/32
的标签处理方式有以下两种：
● 一是RTB保留从RTC收到的标签信息。
● 二是RTB不保留从RTC收到的标签信息，前者称为Liberal方式，后者称为Conservative方式。

PHP（Penultimate Hop Popping）

PHP:倒数第二跳弹出，具体过程如下：
● RTC收到RTB发送的带标签1026的报文，醒找LFIB表，发现发配的出标签为隐式空标签3，于是执行弹出标
签的动作，并将IP数据包转发给下游路由器RTD。
● RTD收到RTC发送的IP报文，直接查找自己的FIB表，根据FIB表中的出接口进行IP数据的封装并转发。

MPLS配置演示

1、下面我们根据下图中的拓扑来演示一下MPLS的配置，这里IGP我们使用IS-IS协议，并为各设备配置
Loopback0，使用LDP创建LSP，我们采用动态LSP。其实MPLS基本配置的内容不多，配置非常简单，主要是
要明白其中的各种原理。

2、地址规划如下，首先做好基本配置，确保IS-IS工作正常，这里就不再演示基本配置了。
Loopback 0:
R1: 1.1.1.1/32
R2: 2.2.2.2/32
R3: 3.3.3.3/32
R4: 4.4.4.4/32
R5: 5.5.5.5/32
R6: 6.6.6.6/32
NET地址:
R1:10.0001.0000.0000.1001.00
R2:10.0002.0000.0000.2001.00
R3:10.0002.0000.0000.3001.00
R4:10.0001.0000.0000.4001.00
R5:10.0002.0000.0000.5001.00
R6:10.0002.0000.0000.6001.00

3、首先在各交换机上全局使能MPLS和MPLS LDP，注意LSR-ID要使用L0的地址，这个ID与其它协议不同，
这个是真正的地址。
mpls lsr-id 2.2.2.2
mpls
mpls ldp
4、然后在相应接口上使能MPLS和MPLS LDP，例如R2的g0/0/0接口
int gg0/0/0
mpls
mpls ldp
5、需要注意的是，华为LDP默认只会为32位主机路由分配标签，所以需要注意环回口L0地址的配置是否
正确。