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1、MPLS基本概念1. 转发等价类FEC （Forwarding Equivalence Class,转发等价类）是MPLS中的一个重要概念。MPLS是 一种分类转发技术，它将具有相同特征（目的地相同或具有相同服务等级等）的报文归为一 类，称为FEC。属于相同FEC的报文在MPLS网络中将获得完全相同的处理。目前设备只支 持根据报文的网络层目的地址划分FEC。2. 标签标签是一个长度固定、只具有本地意义的标识符，用于唯一标识一个报文所属的FEC。一个 标签只能代表一个FEC。图1-1标签的封装结构019222331LabelExpSTTLLjbelLayer 3 h 曲M一Layer 3 dat
2、a如图1-1所示，标签封装在链路层报头和网络层报头之间的一个垫层中。标签长度为4个字 节，由以下四个字段组成：Label:标签值，长度为20bits，用来标识一个FEC。Exp： 3bits，保留，协议中没有明确规定，通常用作服务等级。S： 1bit，MPLS支持多重标签。值为1时表示为最底层标签。TTL： 8bits，和IP报文中的TTL意义相同，可以用来防止环路。3. 标签交换路由器LSR（Label Switching Router，标签交换路由器）是具有标签分发能力和标签交换能力的 设备，是MPLS网络中的基本元素。4. 标签边缘路由器位于MPLS网络边缘、连接其他网络的LSR称为LE
3、R（Label Edge Router，标签边缘路由器）。5. 标签交换路径 属于同一个FEC的报文在MPLS网络中经过的路径称为LSP (Label Switched Path标签交 换路径)。LSP是从MPLS网络的入口到出口的一条单向路径。在一条LSP上，沿数据传送的方向，相 邻的LSR分别称为上游LSR和下游LSR。如图1-2所示，LSR B为LSR A的下游LSR，相应 的，LSR A为LSR B的上游LSR。图1-2标签交换路径6. 标签转发表与IP网络中的FIB(Forwarding Information Base，转发信息表)类似，在MPLS网络中， 报文通过查找标签转发表确
4、定转发路径。7. 控制平面和转发平面MPLS节点由两部分组成：控制平面(Control Plane):负责标签的分配、路由的选择、标签转发表的建立、标签交 换路径的建立、拆除等工作；转发平面(Forwarding Plane):依据标签转发表对收到的分组进行转发。LSP建立与标签的发布和管理1. LSP建立LSP的建立过程实际就是将FEC和标签进行绑定，并将这种绑定通告相邻LSR，以便在LSR 上建立标签转发表的过程。LSP既可以通过手工配置的方式静态建立，也可以利用标签分发 协议动态建立。(1) 手工配置的方式静态建立LSP 建立静态LSP需要用户在报文转发路径中的各个LSR上手工配置为FE
5、C分配的标签。建立静 态LSP消耗的资源比较少，但静态建立的LSP不能根据网络拓扑变化动态调整。因此，静态 LSP适用于拓扑结构简单并且稳定的小型网络。（2）利用标签发布协议动态建立LSP标签发布协议是MPLS的信令协议，负责划分FEC、发布标签、建立维护LSP等。标签发布 协议的种类较多，有专为标签发布而制定的协议，如LDP（Label Distribution Protocol， 标签分发协议），也有扩展后支持标签发布的协议，如BGP、RSVP-TE。本文只介绍LDP协 议。2. 标签的发布和管理标签发布方式分为：DU：对于一个特定的FEC，下游LSR自动为该FEC分配标签，并主动将标签分
6、发给上游LSR。DoD:对于一个特定的FEC，上游LSR请求下游LSR为该FEC分配标签，下游LSR收到请求 后，为该FEC分配标签并向上游LSR通告该标签。目前，设备只支持DU标签发布方式MPLS数据转发过程1. 标签转发表构成标签转发表由以下三部分构成：NHLFE（Next Hop Label Forwarding Entry，下一跳标签转发项）：描述对标签执行的操作， 用于指导MPLS报文的转发。FTN（FEC to NHLFE map，FEC到NHLFE表项的映射）：用于在Ingress节点将FEC映射到 NHLFE表项。LSR接收到不带标签的报文后，查找对应的FIB表项。如果FIB表
7、项的Token 值不是Invalid，则该报文需要进行MPLS转发。LSR根据Token值找到对应的NHLFE表项， 以便确定需要执行的标签操作。ILM（Incoming Label Map，入标签映射）：用于将入标签映射到NHLFE表项。LSR接收到 带有标签的报文后，查找对应的ILM表项。如果ILM表项的Token值非空，则找到Token 值对应的NHLFE表项，以便确定需要执行的标签操作。FTN、ILM 通过 Token 与 NHLFE 关联2. MPLS数据转发 图1-7 MPLS转发过程示意图NIPLS 述JKXjliiNkRg忸日网EChll 加1 .昵4Rout&r CRoute
8、r ARouter EOut intTokenOperNext hopO.j： labelFthl20Push2D.1.1.240KHLFEOutintTokenOperN网 hopOut labelEihl/20Swap30.1.1.2estToken40J J. 40In labelIn iniToken400in intToken50EttiVI40 | IR40.1 12 |EthVI 120.1.1.2Ethl/2 4D.1.1.1i,24Einvil 10.1.1.34如图所示，MPLS网络中报文的转发过程为：（1）Ingress （Router B）接收到不带标签的报文，根据目的
9、地址判断该报文所属的FEC，查 找FIB表，获取Token值。Token值不是Invalid，则找到Token值对应的NHLFE表项。根 据NHLFE表项为报文添加标签（40），并从相应的出接口（Ethernet1/2）将带有标签的报 文转发给下一跳LSR（Router C）。（2）Router C接收到带有标签的报文，根据报文上的标签（40）查找ILM表项，获取Token 值。Token值非空，则找到Token值对应的NHLFE表项。根据NHLFE表项，用新的标签（50） 替换原有标签，并从相应的出接口（Ethernet1/2）将带有标签的报文转发给下一跳LSR（Router D）。（3）E
10、gress（Router D）接收到带有标签的报文，根据报文上的标签（50）查找ILM表项， 获取Token值。Token值为空，则删除报文中的标签。如果ILM表项中记录了出接口，则通 过该出接口转发报文；否则，根据IP报头转发报文。3. 倒数第二跳弹出MPLS网络中，Egress节点接收到带有标签的报文后，查找标签转发表，弹出报文中的标签 后，再进行下一层的标签转发或IP转发。Egress节点转发报文之前要查找两次转发表：两 次标签转发表，或一次标签转发表一次路由转发表。为了减轻Egress节点的负担，提高MPLS网络对报文的处理能力，可以利用PHP（Penultimate Hop Popp
11、ing，倒数第二跳弹出）功能，在倒数第二跳节点处将标签弹出，Egress节点只需 查找一次转发表。PHP在Egress节点上配置。支持PHP的Egress节点分配给倒数第二跳节点的标签有以下两种: 标签值为0表示IPv4显示空标(Explicit-null),这个值只有出现在标签栈底时才有效。 Egress为FEC分配IPv4显式空标签，并通告给上游LSR后，上游LSR用这个值替代栈顶原 来的标签，并将报文转发给Egress0 Egress收到标签值为0的报文时，不会查找标签转发 表，直接弹出标签栈，进行IPv4转发。标签值3表示隐式空标签(Implicit-null)，这个值不会出现在标签栈
12、中。当一个LSR发 现下游LSR通告的标签为隐式空标签时，它并不用这个值替代栈顶原来的标签，而是直接弹 出标签，并将报文转发给下游LSR(即Egress)。Egress接收到报文后，直接进行下一层 的转发处理。LDPLDP是标签发布协议的一种，用来动态建立LSP。通过LDP，LSR可以把网络层的路由信息映 射到数据链路层的交换路径上。1. LDP基本概念LDP会话LDP会话建立在TCP连接之上，用于在LSR之间交换标签映射、标签释放、差错通知等消息。LDP对等体LDP对等体是指相互之间存在LDP会话，并通过LDP会话交换标签一FEC映射关系的两个LSR2. LDP消息类型LDP协议主要使用四类
13、消息：发现(Discovery)消息：用于通告和维护网络中LSR的存在；会话(Session)消息：用于建立、维护和终止LDP对等体之间的会话；通告(Advertisement)消息：用于创建、改变和删除“标签-FEC”映射关系；通知(Notification)消息：用于提供建议性的消息和差错通知。为保证LDP消息的可靠发送，除了发现消息使用UDP传输外，LDP的会话消息、通告消息和 通知消息都使用TCP传输。3. LDP工作过程LDP主要包括以下四个阶段：(1)发现阶段 所有希望建立LDP会话的LSR都周期性地发送Hello消息，通告自己的存在。通过Hello 消息，LSR可以自动发现它的L
14、DP对等体。LDP对等体发现机制分为两种：基本发现机制：用于发现本地的LDP对等体，即通过链路层直接相连的LSR。这种方式下， LSR周期性地向“子网内所有路由器”的组播地址224.0.0.2发送LDP链路Hello消息，以 便链路层直接相连的LSR发现此LDP对等体。扩展发现机制：用于发现远端的LDP对等体，即不通过链路层直接相连的LSR。这种方式下， LSR周期性地向指定的IP地址发送LDP目标Hello消息，以便指定IP地址对应的LSR发现 此LDP对等体。(2) 会话建立与维护发现LDP对等体后，LSR开始建立会话。这一过程又可分为两步：建立传输层连接，即在LSR之间建立TCP连接；对
15、LSR之间的会话进行初始化，协商会话中涉及的各种参数，如LDP版本、标签发布方式、 Keepalive定时器值等。会话建立后，LDP对等体之间通过不断地发送Hello消息和Keepalive消息来维护这个会话。(3) LSP建立与维护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，从 而建立LSP。(4) 会话撤销在以下情况下，LSR将撤销LDP会话：LSR通过周期性发送Hello消息表明自己希望与邻居LSR继续维持这种邻接关系。如果 Hello保持定时器超时仍没有收到新的Hello消息，则删除Hello邻接关系。一个LDP会话 上可能存在多个Hello邻接
16、关系。当LDP会话上的最后一个Hello邻接关系被删除后，LSR 将发送通知消息，结束该LDP会话。LSR通过LDP会话上传送的LDPPDU(LDP PDU中携带一个或多个LDP消息)来判断LDP 会话的连通性。如果在会话保持定时器(Keepalive定时器)超时前，LDP对等体之间没有 需要交互的信息，LSR将发送Keepalive消息给LDP对等体，以便维持LDP会话。如果会话 保持定时器超时，没有收到任何LDP PDU，LSR将关闭TCP连接，结束LDP会话。LSR还可以发送Shutdown消息，通知它的LDP对等体结束LDP会话。因此，LSR收到LDP对等体发送的Shutdown消息后
17、，将结束与该LDP对等体的会话。MPLS的典型配置:在VRF中定义的和VPN业务有关的两个重要参数是RT和RD，RT和RD长度都是 64bit。RT是Route Target的缩写，RT的本质是每个VRF表达自己的路由取舍及喜好的方式，主 要用于控制VPN路由的发布和安装策略。分为import和export两种属性，前者表示了我 对那些路由感兴趣，而后者表示了我发出的路由的属性。当PE发布路由时，将使用路由所 属VRF的RT export规则，直接发送给其他的PE设备。对端PE接收路由时，首先接收 所有的路由，并根据每个VRF配置的RT的import规则进行检查，如果与路由中的RT属 性mat
18、ch，则将该路由加入到相应的VRF中。以下图为例：SITE-1：我发的路由是蓝色的，我也只接收蓝色的路由。SITE-2：我发的路由是黄色的，我也只接收黄色的路由。SITE-3：我发的路由是蓝色的，我也只接收蓝色的路由。SITE-4：我发的路由是黄色的，我也只接收黄色的路由。这样，SITE-1与SITE-3中就只有自己和对方的路由，两者实现了互访。同理SITE-2与 SITE-4也一样。这时我们就可以把SITE-1与SITE-3称为VPN BLUE，而把SITE-2与 SITE-4 称为 VPN YELLOWoIrnpuit blupImport blueImport yellowImpoii
19、yeLbiPSITE 4Id Ll.Klon.atinaurcRip binding jpn-instance Sitel ip addness 100.10.0.2 255.255.0.0ip binding xpn-instance Srt&2 ip address 100.11.0.2 255.255.0.0图3VPN SITE1内的一条路由10.10/16被通告到VPN SITE2的过程如下：PE1从接口 S0/0上学习到由CE1通告的10.10.0.0/16的路由，由于S0/0是绑定到 VRF的接口，所以PE1把该路由安装到对应VRF的路由表中，并且分配该路由的本地标 签，注意该标签
20、是本地唯一的。然后通过路由重新发布把VRF路由表中的路由重新发布到BGP中，此时通过附加VRF 表的RD、RT参数，把正常的IPv4路由变成VPN-IPv4路由，如10.10.0.0/16变成 100:1:10.10.0.0/16同时把export RT值和该路由的本地标签值等信息一起通过MP-IBGP 会话通告给PE2 oPE2收到这条VPN-IPv4路由后，先根据RD确定该路由所属的VRF，然后去掉 VPN-IPv4路由所带的RD值，使之恢复IPv4路由原貌，并且根据所属VRF配置的导入策 略本地Import RT与收到的export RT是否一致）决定是否在本地VRF中安装此路由。本例
21、中导入策略允许，所以PE2把10.10.0.0/16路由添加到VRF路由表中，同时记录对应的标 签。PE2再通过CE和PE之间的路由协议，把10.10.0.0/16路由通过与VRF绑定的接口 S0/1通告出去，CE2学习到这条路由后把该路由添加到路由表中。同样的道理SITE2内的路由10.11.0.0/16也可以被CE1学到。下面说明从CE2 Ping 10.10.0.0/1时数据报文的转发过程（假设PE1为该路由分配的 标签为10，从PE2到PE1的LSP标签分别为L1、L2）：图4首先Ping包从CE2发出，为IPv4报文，在图中用绿色方块标识。当IP报文到达PE2时，PE2根据目的地址查
22、找VRF的转发表，发现该路由出标签为 10,同时该路由下一跳为PE1，而PE1对应的LSP标签为L1，于是PE2给报文分别打上 10、L1作为内外层标签，进行MPLS转发。MPLS报文到达P时，P根据MPLS转发表项把外层标签替换为L2继续转发。MPLS报文到达PE1时，因为PE1是LSP的终点，所以外层标签被剥掉。PE1根据 露出的内层标签10判断出该报文是发往SITE1所属VPN的报文。于是PE1剥掉内层标签 向CE1转发报文。CE1收到的是还原后的IP报文，后续处理与正常IP处理流程一样，这里不再赘述。2.2 VRF lilt性应用即MCE的应用）尽管VRF经常与MPLS 一起使用，但V
23、RF也可以脱离MPLS单独应用。VRF lite就 是典型例子。VRF lite就是在CE设备上支持VRF。图5所示为典型MPLS VPN 组网中用户侧网络，一个企业分支内部的三个部门要求相 互隔离，分别通过一台CE连接到PE，形成一个VPN。可见，该分支机构需要三台出口路 由器，三条链路与PE连接；同时PE需要为一个企业用户提供三个接口，这将带来端口、 链路资源的浪费，直接导致成本与支出的增加。:-:x:-:x:-:M:-:.-.:-:图5针对这种情况，我们引入VRF lite特性来解决问题，即在CE上配置VRF特性。具体 组网如图6所示：此时企业分支只需要一台CE路由器与PE相连，在CE上
24、配置VRF， CE连接三个部门的接口分别与VRF绑定。同时CE只需要一条物理链路与PE相连，并通 过链路的子接口分别与VRF绑定，完成CE与PE上对应VRF的逻辑连接。PE与CE可 以在各个VRF中运行动态路由协议完成VPN路由交换。PE上的配置和图5中的一样，需 要配置VRF和MP-旧GP。图6这种方案的优点有：只需要一个CE，比多CE情况简化了网络的配置和管理；PE与CE间只需一条物理链路；节省了 PE端口资源；允许企业内部不同部门间的地址重叠；MCE工作原理下面以图1-19为例介绍MCE对多个VPN的路由表项进行维护，并与PE交互VPN路由的过 程。图1-19 MCE工作原理示意图VLA
25、M-int3VPN 23ite1如图1-19所示，左侧私网内有两个VPN站点：Site 1和Site 2,分别通过MCE设备接入MPLS 骨干网，其中VPN 1和VPN 2的用户，需要分别与远端Site 2内的VPN 1用户和Site 1内的 VPN 2用户建立VPN隧道。通过配置MCE功能，可以在MCE设备上为VPN 1和VPN 2创建各自的路由转发表，并使用 Vlan-interface2接口与VPN 1进行绑定、Vlan-interface3与VPN 2进行绑定。在接收路由信息 时，MCE设备根据接收接口的编号，即可判断该路由信息的来源，并将其维护到对应VPN 的路由转发表中。同时，在P
26、E 1上也需要将连接MCE的接口（子接口）与VPN进行绑定，绑定的方式与MCE 设备一致MCE与PE 1之间通过Trunk链路连接，并允许VLAN 2和VLAN 3的报文携带VLAN Tag传输，从而使PE 1在接收时可以根据报文所属VLAN判别该报文属于哪一个VPN，将报 文在指定的隧道内传输。3应用场合VRF特性用于实现VPN的需求，可以与MPLS配合使用，也可以单独组网应用4 配置举例4.1 VRF与MPLS组合应用图3所示的组网配置如下:CE1配置：#sysname CE1#domain system#controller T3 3/0using t3#interface Aux0as
27、ync mode flow#interface Ethernet0/0/*连接sitel 内的网络*/ip address 10.10.0.1 255.255.0.0#interface Ethernet0/1#interface Serial3/0/0link-protocol pppip address 100.10.0.1 255.255.0.0# interface NULL0#interface LoopBack9ip address 28.40.1.1 255.255.255.255#ospf 1import-route directarea 0.0.0.0network 100.
28、10.0.0 0.0.255.255#user-interface con 0idle-timeout 0 0user-interface aux 0user-interface vty 0 4# returnPE1配置：#sysname PE1#mpls lsr-id 28.40.1.2# /*公网运行MPLS*/mpls#mpls ldp# /*VRF 配置*/ip vpn-instance site1route-distinguisher 100:1vpn-target 100:2 export-extcommunityvpn-target 100:3 import-extcommuni
29、ty#domain system#controller T3 3/0using t3#interface Aux0async mode flow#interface Ethernet0/0 /*连接 P 的接口*/ip address 172.16.32.59 255.255.0.0mplsmpls ldp enable#interface Ethernet0/1# interface Serial0/0/*连接 CE 的接口*/ip binding vpn-instance sitellink-protocol pppip address 100.10.0.2 255.255.0.0#int
30、erface NULL0# interface LoopBack9ip address 28.40.1.2 255.255.255.255#bgp 100/*配置 MP 旧GP*/undo synchronizationgroup in100 internalpeer in100 connect-interface LoopBack9peer 46.80.1.1 group in100/*46.80.1.1 是 PE2 的 loopback 口地址*/#ipv4-family vpn-instance blueimport-route directimport-route ospfundo s
31、ynchronization#ipv4-family vpnv4peer in100 enablepeer 46.80.1.1 group in100ospf 1/*IP 网络上跑 OSPF*/import-route directarea 0.0.0.0network 172.16.0.0 0.0.255.255#ospf 100 vpn-instance site1 /*VRF 中运行 OSPF,与 CE 交换路由*/import-route directarea 0.0.0.0network 100.10.0.0 0.0.255.255#user-interface con 0idle-
32、timeout 0 0user-interface aux 0user-interface vty 0 4#return说明：PE2和CE2的配置与PE1和CE1类似，此处不再列出。关于BGP和MPLS的配置，请参考操作手册和命令手册4.2 VRF lite特性应用图6中各路由器的配置如下CE的配置：#sysname CE#route-distinguisher 100:1vpn-target 100:1 export-extcommunity vpn-target 100:1 import-extcommunity#ip vpn-instance RD route-distinguisher
33、 200:1 vpn-target 200:1 export-extcommunity vpn-target 200:1 import-extcommunity#ip vpn-instance HR route-distinguisher 300:1 vpn-target 300:1 export-extcommunity vpn-target 300:1 import-extcommunity#domain system#local-user admin#interface Aux0async mode flow#interface Ethernet0/0ip address 110.11.
34、0.2 255.255.0.0#interface Ethernet0/1ip address 110.12.0.2 255.255.0.0#interface Ethernet2/0ip address 110.13.0.2 255.255.0.0#interface Ethernet2/1#interface Ethernet2/1.1ip binding vpn-instance MRT ip address 11.11.0.2 255.255.0.0 vlan-type dot1q vid 1#interface Ethernet2/1.2ip binding vpn-instance
35、 RDip address 11.12.0.2 255.255.0.0vlan-type dot1q vid 2#interface Ethernet2/1.3ip binding vpn-instance HRip address 11.13.0.2 255.255.0.0vlan-type dot1q vid 3#interface Serial1/0link-protocol pppip address ppp-negotiate#interface NULL0#ospf 1 vpn-instance MRT import-route direct/*VRF RD */*VRF HR *
36、/*连接MRT部门*/*连接RD部门*/*连接HR部门*/*VRF MRT 的子接口*/*VRF RD 的子接口*/*VRF HR 的子接口*/area 0.0.0.0network 11.11.0.0 0.0.255.255#ospf 2 vpn-instance RDimport-route directarea 0.0.0.0network 11.12.0.0 0.0.255.255#ospf 3 vpn-instance HRimport-route directarea 0.0.0.0network 11.13.0.0 0.0.255.255#user-interface con 0
37、user-interface aux 0user-interface vty 0 4authentication-mode scheme#returnPE的配置：#sysname 2840#mpls lsr-id 28.40.0.1#mpls#mpls ldp#ip vpn-instance MRT route-distinguisher 100:1 vpn-target 100:1 export-extcommunity vpn-target 100:1 import-extcommunity#ip vpn-instance RD route-distinguisher 200:1 vpn-
38、target 200:1 export-extcommunity vpn-target 200:1 import-extcommunity#ip vpn-instance HR route-distinguisher 300:1 vpn-target 300:1 export-extcommunity vpn-target 300:1 import-extcommunity#interface Aux0async mode flow#interface Ethernet0/0ip address 172.16.0.2 255.255.0.0mplsmpls ldp enable#interfa
39、ce Ethernet0/1ip address 11.13.0.1 255.255.0.0#interface Ethernet0/1.1ip binding vpn-instance MRT/* VRF RD 与 PE 跑 ospf */* VRF HR 与 PE 跑 ospf */* VRF MRT */* VRF RD */* VRF HR */ip address 11.11.0.1 255.255.0.0 vlan-type dot1q vid 1#interface Ethernet0/1.2ip binding vpn-instance RDip address 11.12.0
40、.1 255.255.0.0vlan-type dot1q vid 2#interface Ethernet0/1.3ip binding vpn-instance HRip address 11.13.0.1 255.255.0.0vlan-type dot1q vid 3#interface NULL0#interface LoopBack0ip address 28.40.0.1 255.255.255.255#bgp 10undo synchronizationgroup 10 internalpeer 10 connect-interface LoopBack0 peer 28.80
41、.0.1 group 10#ipv4-family vpn-instance MRT import-route direct import-route ospf-ase 2 undo synchronization#ipv4-family vpn-instance RD import-route direct import-route ospf-ase 3 undo synchronization#ipv4-family vpn-instance HR import-route direct import-route ospf 4 undo synchronization#ipv4-family vpnv4peer 10 enablepeer 28.80.0.1 group 10#ospf 1import-route directarea 0.0.0.0network 172.16.0.0 0.0.255.255#ospf 2 vpn-instance MRTimport-route bgparea 0.0.0.0network 11.11.0.0 0.0.255.255#ospf 3 vpn-instance RDimpo
