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MPLS LDP原理与配置

时间：2025-01-19 23:28:29浏览次数：3  
标签：FEC 标签 报文 MPLS 会话 LDP LSR 原理

一.简介

  • MPLS，称之为多协议标签交换，在九十年代中期被提出来，用于解决传统IP报文依赖查表转发而产生的瓶颈，现多用于VPN技术，MPLS报头封装在数据链路层之上，网络层之下。
  • 本文为结合了华为技术和新华三技术的大成，即结合了HCIA，HCIP，HCIE Datacom和H3CNE-RS+，H3CSE-RS+，H3CIE-RS+。本文将主要介绍MPLS的基本概念，博主将会在MPLS专栏中持续更新关于MPLS的进阶内容。

二.前言

  • MPLS是一种根据报文中携带的标签来转发数据的技术。
  • MPLS的一个基本概念就是两台LSR必须对在它们之间转发的数据的标签使用上“达成共识”。LSR之间可以运行LDP(Label Distribution Protocol，标签分发协议)来告知其他LSR本设备上的标签绑定信息，从而实现标签报文的正确转发。
  • 本文章将介绍LDP基本工作原理与特性，以及LDP的基本配置。

三.LDP的基本概念

1.LDP协议概述

  • LDP是MPLS的一种控制协议，相当于传统网络中的信令协议，负责FEC的分类、标签的分配以及LSP的建立和维护等操作。LDP规定了标签分发过程中的各种消息以及相关处理过程。
  • LDP的工作过程主要分为两部分:
    • LSR之间建立LDP会话。
    • LSR之间基于LDP会话动态交换标签与FEC的映射信息，并根据标签信息建立LSP。

2.LDP会话、LDP邻接体、LDP对等体

  • LSR之间交互标签绑定消息之前必须建立LDP会话。LDP会话可以分为:
    • 本地LDP会话(Local LDP Session):建立会话的两个LSR之间是直连的;
    • 远程LDP会话(Remote LDP Session):建立会话的两个LSR之间可以是直连的，也可以是非直连的。
  • 两台LSR之间交互Hello消息之后，即建立起邻接体(Adjacency)关系;
  • 在建立邻接体关系的基础上，两台LSR之间交互LDP会话消息，建立起LDP会话，两台设备之间形成LDP对等体关系。

3.LSR ID与LDP ID

  • 每一台运行了LDP的LSR除了必须配置LSRID，还必须拥有LDP ID。
    • LDP ID的长度为48 bit，由32 bit的LSRID与16bit的标签空间标识符(Label Space lD)构成。
    • LDP ID以“LSRID:标签空间标识”的形式呈现。例如2.2.2.2:0。
  • 标签空间标识一般存在两种形态:
  • 值为0:表示基于设备(或基于平台)的标签空间;
  • 值非0:表示基于接口的标签空间。

4.LDP消息

  • 运行LDP协议的LSR之间通过交换LDP消息来实现邻居发现、会话建立与维护以及标签管理等功能。

  • 按照消息的功能，LDP消息一共可以分为四大类型:发现消息(DiscoveryMessage)，会话消息(Session Message)，通告消息(Advertisement Message和通知消息(Notification Message)
    • 发现消息:用来宣告和维护网络中一个LSR的        存在;用于通告和维护网络中LSR的存在，如Hello报文。
    • 会话消息:用于建立、维护和终止LDP对等体之间的会话，如Initialization报文Keepalive报文。
    • 通告消息:用来生成、改变和删除FEC的标签映射。0
    • 通知消息:用来宣告告警和错误信息。
  • LDP消息承载在UDP或TCP之上，端口号均为646。其中发现消息基于UDP传递;会话消息、通告消息、通知消息都基于TCP传递。

5.LDP报文封装

LDP协议报文包括了LDP头部和LDP消息两部分。

  • LDP头部中携带了LDP版本、报文长度等信息;
  • LDP消息中携带了消息类型、消息长度等信息。

  • LDP头部长度为10 Byte，包括Version，PDU Length和LDP ldentifier三部分。
    • Version占用2 Byte，表示LDP版本号，当前版本号为1。
    • PDU Length占用2 Byte，以字节为单位表示除了Version和PDU Length以外的其他部分的总长度。
    • LDP ldentifier，即LDPID，长度6 Byte，其中前4 Byte用来唯一标识一个LSR后2 Byte用来表示LSR的标签空间。
  • LDP消息包含五个部分。
    • U占用1个 bit，为Unknown Message bit。如果对端收到的LDP消息中0“Message type”字段为未知的LDP消息类型，且“U”字段的值为“0”，则向源端发送通知消息;如果对端收到的LDP消息中“Message type”字段为未知的LDP消息类型，且“U”字段的值为“1”，则忽略该未知消息。
    • Message Length占用2 Bytes，以字节为单位表示MessagelD、MandatoryParameters和Optional Parameters的总长度。Message lD占用32 bit，用来标识一个消息。D
    • Mandatory Parameters和Optional Parameters分别为可变长的该消息的必须的参数和可选的参数。
    • 。
    • Message Type表示具体的消息类型，目前LDP定义的常用的消息有Notification，Hello,initialization,Keepalive, Address, Address Withdraw, LabelMapping, Label Request, Label Abort Request, Label Withdraw, LabelRelease 。

四.LDP工作原理

1.LDP会话建立

（1）LDP会话状态机

LDP使用5种状态描述LDP会话状态机

（2）发现阶段与TCP连接建立

  • LDP的传输地址用于与邻居建立TCP连接。
    • 两台LSR之间在建立LDP会话之前，需要先建立TCP连接，以便进行LDP协议报文的交换。
    • 设备的传输地址被包含在LDP Hello报文中，LSR通过Hello报文知晓邻居的传输地址。
    • 在使用Hello报文发现邻居并且知道了对方的传输地址后，邻居之间就会开始尝试TCP三次握手(基于传输地址)，并且交互LDP的初始化报文、标签映射报文等，这些报文都使用双方的传输地址作为源、目的IP地址。
    • LSR必须拥有到达邻居的传输地址的路由。

（3）会话建立与保持

  • TCP连接建立成功后，主动方R2(传输地址大的一方)发送LDP初始化报文，协商建立LDP会话的相关参数。
  • LDP会话的相关参数包括LDP协议版本、标签分发方式、Keepalive保持定时器的值、最大PDU长度和标签空间等。
  • 被动方R1收到初始化报文后，若接受R2的相关参数则回应Keepalive报文作为确认，为了提高发送效率同时发送自己的初始化报文。
  • R2收到R1的初始化报文后，若接受相关参数，则回复Keepalive报文给R1。
  • 双方都收到对端的Keepalive报文后，会话建立成功后续通过周期性发送的Keepalive报文保持会话。

（3）LDP邻居状态

（4）LDP会话状态

2.LDP标签分发

（1）标签的发布和管理

  • 在MPLS网络中，下游LSR决定标签和FEC的绑定关系，并将这种绑定关系发布给上游LSR。
  • LDP通过发送标签请求和标签映射消息，在LDP对等体之间通告FEC和标签的绑定关系来建立LSP。
  • 标签的发布和管理由标签发布方式、标签分配控制方式和标签保持方式来决定。

（2）上游与下游

  • MPLS根据数据的转发方向确定上、下游关系。标签报文从上游LSR发出，被下游LSR接收并处理。
  • 如图所示，对于到达192.168.3.0/24的LSP而言，R3是R2的下游LSR，R1是R2的上游LSR。

（3）标签发布方式：DU模式

  • DU模式
    • 对于一个特定的FEC，LSR无需从上游获得标签请求消息即进行标签分配与分发。
    • LSR会主动将自己为FEC捆绑的标签通告给上游邻居，无需邻居先发起请求再通告。

（4）标签发布方式：DoD模式

  • DoD模式
    • 对于一个特定的FEC，LSR获得标签请求消息之后才进行标签分配与分发。
    • 一般情况下，对特定FEC的访问需求会触发标签请求消息。
    • 只有上游邻居向自己请求标签映射时，LSR才会通告标签映射给该邻居。

（5）标签分配控制方式：独立模式

  • 独立(Independent)模式
    • 本地LSR可以自主地分配一个标签绑定到某个FEC，并通告给上游LSR，而无需等待下游的标签。

标签分配控制方式需要与标签发布方式结合使用:

  • 在使用DU作为标签分发方式的情况下，如图所示，R2和R3对192.168.4.0/24这条FEC，可以在上游LSR无请求，且自身没有收到下游LSR的标签绑定信息的情况下，主动向上游LSR通告标签绑定信息。
  • 采用DoD作为标签发布方式时，如图所示，R2和R3对192.168.4.0/24这条FEC，只要收到上游LSR的标签请求消息，可以在自身没有收到下游LSR的标签绑定信息的情况下，向上游LSR通告标签绑定信息。

（6）标签分配控制方式：有序模式

  • 有序(Ordered)模式
    • 对于LSR上某个FEC的标签映射，只有当该LSR已经具有此FEC下一跳的标签映射消息、或者该LSR就是此FEC的出节点时，该LSR才可以向上游发送此FEC的标签映射。

  • 当标签控制方式为Ordered，只有当LSR收到特定FEC下一跳发送的特定FEC标签映射消息或者LSR是LSP的出口节点时，LSR才可以向上游发送标签映射消息。
    • 当标签分发方式为DU时，如图所示，对于192.168.4.0/24这条FEC，不论上游LSR是否有请求，必须收到下游LSR对此FEC的标签绑定信息才向上游LSR发布标签绑定信息，所以必须由Egress LSR，也就是R4作为LSP建立的“起点”
    • 当标签发布方式采用DoD时，如图所示，对于192.168.4.0/24这条FEC，只有收到上游LSR请求的请求，且自身已经收到下游LSR的标签绑定信息的情况下，才向上游LSR通告标签绑定信息。因此，必须由Ingress LSR(R1)发起请求，逐跳请求到Egress LSR(R4)，最终由R4开始，向上游建立LSP。

（7）标签保留：自由模式

  • 自由(Liberal)模式
    • LSR收到的标签映射可能来自下一跳，也可能来自非下一跳。
    • 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。

  • 当基于IP网络部署MPLS时，LSR根据IP路由表判断接收到的标签映射是否来自下一跳。
  • Liberal方式的最大优点在于路由发生变化时能够快速建立新的LSP进行数据转发，因为Liberal方式保留了所有的标签。缺点是需要分发和维护不必要的标签映射。
    • DU标签分发方式下，如果采用Liberal保持方式，则R3保留所有LDP邻居 R2和0R5发来的关于192.168.1.0/24这个FEC的标签，无论该R2和R5是否是IP路由表中到达192.168.1.0/24的下一跳。
    • DoD标签分发方式下，如果采用Liberal保持方式，LSR会向所有LDP邻居请求标签。但通常来说，DoD分发方式都会和Conservative保持方式搭配使用。

（8）标签保留：保守模式

  • 保守模式
    • 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。

  • Conservative方式的优点在于只需保留和维护用于转发数据的标签，以达到节约标签的目的。
    • 当使用DU标签分发方式时，LSR可能从多个LDP邻居收到到同一网段的标签映O射消息，如图中R3会分别从R2和R5收到网段192.168.1.0/24的标签映射消息。如果采用Conserative保持方式，则R3只保留下一跳R2发来的标签，丢弃非下一跳R5发来的标签，
    • 当使用DoD标签分发方式时，LSR根据路由信息只向它的下一跳请求标签。
  • 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。
    • 保守标签保持方式通常与DoD方式一起，用于标签空间有限的LSR。

（8）PHP特性

PHP(Penultimate Hop Popping，次末跳弹出)，如果激活了PHP特性，那么egress节点在为本地路由分配标签的时候，会分配一个特殊标签(3)，该标签被称为隐式空标签(Implicit NULLLabel)。当LSR转发-个标签报文时，如果发现对应的出标签值为3，则LSR会将栈顶标签弹出，并将里面所封装的数据转发给下游LSR。

（9）隐式空标签与显式空标签1

  • 缺省情况下，Egress节点向倒数第二跳分配隐式空标签(implicit-null)，即特殊标签3。
  • 但在部署QoS的场景下，标签被弹出后，其中的优先级也会一并丢失。

（10）隐式空标签与显式空标签2

  • 显式空标签机制，Egress节点向倒数第二跳分配特殊标签0。
  • R3在转发标签报文时，若出标签封装为0，则不会将标签头部弹出，标签头部中的QoS信息得以保存。R4在收到带0标签的报文时，直接弹出标签，不用去查找ILM表项。
  • 缺省情况下，Egress分配的是隐式空标签。

3.LDP工作过程详解

（1）组网介绍

  • 网络中已经部署OSPF路由协议且各设备之间能够正常学习到对方的路由信息。
  • 已在各设备及相应接口上激活MPLS及LDP，且在相邻的设备之间已正常建立本地LDP会话。
  • 所有LSR均采用DU +Independent +Liberal方式。

对于从R1进入，到达192.168.4.0/24的数据，R1为Ingress LSR，R4为Egress LSR

（2）标签分发：Egress LSR

  • R4直连网段192.168.4.0/24，R4将主动为到达该网段的路由分配标签，如1041，并主动通过LDP协议报文将标签映射通告给LDP对等体R2和R3。

（3）标签分发：Transit LSR

  • 以R2为例，在其路由表中，192.168.4.0/24路由的下一跳为R4，当它从R4收到关于192.168.4.0/24的标签映射通告时，由于该通告来自下游LDP邻居，因此这将触发它自己为该路由分配标签1021，并将标签映射通告给LDP邻居(如R1)。R3同理。

（4）标签分发：Ingress LSR

  • R1收到LDP邻居R2及R3通告过来的关于192.168.4.0/24路由的标签映射后，将这两个标签都存储起来，但是由于在自己的路由表中，到达192.168.4.0/24的下一跳是R2，因此当前它只会使用R2所通告的标签1021。

（5）标签转发：Ingress LSR

  • R1作为Ingress LSR,需要对接收的IP报文执行Push操作压入标签，并进行标签转发。

  • 当R1收到发往192.168.4.1的IP报文时，首先在其FIB表中查询该目的IP地址，它发现所匹配的表项的TunnellD为非0，因此继续在NHLFE中查询该TunnelID，然后意识到需要将对该IP报文压入标签并进行标签转发，出接口为GE0/0/0、下一跳为R2、出站标签为1021，于是为报文插入标签头部并转发出去。

（5）标签转发：Transit LSR

  • R2作为Transit LSR，需要对接收的IP报文执行Swap操作交换标签，并进行标签转发。

  • 当R2收到携带1021标签的标签报文时，查询ILM，根据ILM对应到NHLFE中的表项，于是，R2对该标签报文通过swap操作将标签更换为1041，并从相应的接口转发出去。

（6）标签转发：Egress

  • R4作为Egress LSR，需要对接收的IP报文执行Pop操作交换标签，并进行IP转发。

  • 当R4收到携带1041标签的标签报文时，查询IM，根据ILM查询到操作为Pop。于是R4对该标签报文通过Pop操作将最外层标签剥离，此时该报文已经变成了标准IP报文R4将对该IP报文执行标准的IP转发流程。

（6）在MPLS中，运行LDP协议的LSR的操作小结

  • LSR首先通过运行IGP协议(例如OSPF、IS-IS等)来构建路由表、FIB表;
  • LDP根据相应的模式，为路由表中的路由前缀(FEC)分配标签;
  • LDP根据相应的模式，将自己为路由前缀分配的标签，通过LDP标签映射报文通告给LDP邻居;
  • LSR将自己为路由前缀分配的标签，以及LDP邻居为该路由前缀通告的标签存储起来，并与出接口、下一跳地址等信息形成关联(标签转发表项);
  • 当LSR转发到达目的网络的标签报文时，所使用的出站标签总是下游LDP邻居所通告的标签，此处所指的下游邻居，是设备的路由表中到达该目的网络的下一跳设备。

五.LDP基础配置

1.基本配置命令

标签：FEC,标签,报文,MPLS,会话,LDP,LSR,原理
From： https://blog.csdn.net/Lxyand1/article/details/145246866

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