計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用（第4版）課件 第12章 MPLS技術(shù)

第十二章MPLS技術(shù)目錄12.1MPLS概述12.2LSP建立12.3MPLSVPN12.1.1MPLS產(chǎn)生的背景

傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)采用的是逐跳轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)報文經(jīng)過每一臺路由器，都要被解封裝查看報文網(wǎng)絡(luò)層信息，然后根據(jù)路由最長匹配原則查找路由表指導(dǎo)報文轉(zhuǎn)發(fā)。各路由器重復(fù)進(jìn)行解封裝查找路由表和再封裝的過程，所以轉(zhuǎn)發(fā)性能低。MPLS（MultiprotocolLabelSwitching）多協(xié)議標(biāo)簽交換應(yīng)運(yùn)而生。R1R2R5R6R3R4PC1:192.168.1.1/24PC2:192.168.2.1/24IGPGE0/0/2IP頭部數(shù)據(jù)IP頭部數(shù)據(jù)IP頭部數(shù)據(jù)IP頭部數(shù)據(jù)IP頭部數(shù)據(jù)傳統(tǒng)IP路由轉(zhuǎn)發(fā)的特點(diǎn)：所有路由器需要知道全網(wǎng)的路由。IP頭部不定長，處理效率低。傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)是面向無連接的，無法提供較好的端到端QoS保證。12.1.2MPLS體系結(jié)構(gòu)MPLS的體系結(jié)構(gòu)由控制平面(ControlPlane)和數(shù)據(jù)平面（DataPlane）組成。數(shù)據(jù)平面控制平面標(biāo)簽信息表(LIB)標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議(LDP)路由信息表(RIB)IP路由協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)信息表(FIB)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)信息表(LFIB)轉(zhuǎn)發(fā)平面：也稱轉(zhuǎn)發(fā)平面（ForwardingPlane），負(fù)責(zé)普通IP報文的轉(zhuǎn)發(fā)以及帶MPLS標(biāo)簽報文的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)平面包括IP轉(zhuǎn)發(fā)信息表和標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)信息表。控制平面：負(fù)責(zé)產(chǎn)生和維護(hù)路由信息以及標(biāo)簽信息?？刂破矫姘↖P路由協(xié)議和路由信息表，標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議和標(biāo)簽信息表。12.1.3MPLS數(shù)據(jù)報文結(jié)構(gòu)IP報文進(jìn)入MPLS域之前，會被入站LSR壓入MPLS頭部（又叫MPLS標(biāo)簽），形成一個MPLS標(biāo)簽報文。一個標(biāo)簽報文可以包含一個或多個MPLS標(biāo)簽。IP頭部報文載荷二層幀頭標(biāo)簽頭部MPLS標(biāo)簽報文LabelEXPSTTL在二層幀頭部和IP頭部之間插入標(biāo)簽32bitLabel：20bit，標(biāo)簽值域，標(biāo)簽的總數(shù)；Exp：3bit，用于擴(kuò)展?，F(xiàn)在通常用做CoS（ClassofService），當(dāng)設(shè)備發(fā)生阻塞時，優(yōu)先發(fā)送優(yōu)先級高的報文；

S：1bit，棧底標(biāo)識。MPLS支持多層標(biāo)簽，即標(biāo)簽嵌套。S值為1時表明為最底層標(biāo)簽，后續(xù)在MPLSVPN中可以見到。

TTL：8bit，和IP報文中的TTL（TimeToLive）意義相同。因?yàn)樵O(shè)備最先看到MPLS頭部，為了防止數(shù)據(jù)包在設(shè)備之間因?yàn)榄h(huán)路來回傳遞。12.1.4MPLS基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在IP網(wǎng)絡(luò)中，存在一部分MPLS網(wǎng)絡(luò)，可以讓數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)從IP數(shù)據(jù)包，變?yōu)镸PLS數(shù)據(jù)包，再變?yōu)镮P數(shù)據(jù)包。目的：3.3.3.3根據(jù)MPLS標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)根據(jù)MPLS標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)根據(jù)IP轉(zhuǎn)發(fā)IP網(wǎng)絡(luò)IP網(wǎng)絡(luò)3.3.3.0/24IPPacketMPLSHeaderEthernetHeaderMPLS網(wǎng)絡(luò)目錄12.1MPLS概述12.2LSP建立12.3MPLSVPN12.2.1靜態(tài)LSP靜態(tài)LSP鏈路角色 LER（LabelEdgeRouter，標(biāo)簽壓入/彈出路由器）：在MPLS網(wǎng)絡(luò)中，用于標(biāo)簽的壓入或彈出。

LSR（LabelSwitchedRouter，標(biāo)簽交換路由器）：在MPLS網(wǎng)絡(luò)中，用于標(biāo)簽的交換。MPLS網(wǎng)絡(luò)LERLSRLERIP網(wǎng)絡(luò)IP網(wǎng)絡(luò)IPPacketMPLSHeaderEthernetHeader12.2.1靜態(tài)LSP靜態(tài)LSP鏈路建立配置

實(shí)現(xiàn)兩個Loopback接口之間的通信。整個拓?fù)渫ㄟ^OSPFArea0實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)互通。12.2.1靜態(tài)LSPR2的配置[R2]mplslsr-id2.2.2.2[R2]mpls[R2]interfaceGigabitEthernet0/0/1[R2-GigabitEthernet0/0/1]mpls[R2-GigabitEthernet0/0/1]quit[R2]static-lspingress1destination5.5.5.532nexthop23.1.1.3outgoing-interfaceg0/0/1out-label100R4

的配置[R4]mplslsr-id4.4.4.4[R4]mpls[R4]interfaceGigabitEthernet0/0/0[R4-GigabitEthernet0/0/0]mpls[R4-GigabitEthernet0/0/0]quit[R4]static-lspegress1incoming-interfaceg0/0/0in-label20012.2.1靜態(tài)LSPR3的配置[R3]mplslsr-id3.3.3.3[R3]mpls[R3]interGigabitEthernet0/0/0[R3-GigabitEthernet0/0/0]mpls[R3-GigabitEthernet0/0/0]quit[R3]interfaceGigabitEthernet0/0/1[R3-GigabitEthernet0/0/1]mpls[R3-GigabitEthernet0/0/1]quit[R3]static-lsptransit1incoming-interfaceg0/0/0in-label100nexthop34.1.1.4outgoing-interfaceg0/0/1out-label20012.2.1靜態(tài)LSP在R1上ping測試，并抓包驗(yàn)證12.2.1靜態(tài)LSP在R1上ping測試，并抓包驗(yàn)證通過驗(yàn)證，我們可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包在經(jīng)過MPLS網(wǎng)絡(luò)時，會給數(shù)據(jù)包打上MPLS標(biāo)簽，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。12.2.2動態(tài)LSPLDP協(xié)議

LDP是MPLS的一種控制協(xié)議，相當(dāng)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的信令協(xié)議，負(fù)責(zé)FEC的分類、標(biāo)簽的分配以及LSP的建立和維護(hù)等操作。LDP規(guī)定了標(biāo)簽分發(fā)過程中的各種消息以及相關(guān)處理過程。FEC：192.168.3.0/24入標(biāo)簽：1024192.168.3.0/24192.168.1.0/24R1R2R3FEC：192.168.1.0/24入標(biāo)簽：1024LDP會話LDP會話FEC：192.168.3.0/24入標(biāo)簽：1025FEC：192.168.1.0/24入標(biāo)簽：1026消息類型消息名稱傳輸層協(xié)議作用DiscoveryMessageHelloUDPLDP發(fā)現(xiàn)機(jī)制中宣告本LSR并發(fā)現(xiàn)鄰居SessionMessageInitializationTCP在LDPSession建立過程中協(xié)商參數(shù)KeepAlive監(jiān)控LDPSession的TCP連接的完整性AdvertisementMessageAddress宣告接口地址AddressWithdraw撤消接口地址LabelMapping宣告FEC/Label映射信息LabelRequest請求FEC的標(biāo)簽映射LabelAbortRequest終止未完成的LabelRequestMessageLabelWithdraw撤消FEC/Label映射LabelRelease釋放標(biāo)簽NotificationMessageNotification通知LDPPeer錯誤信息12.2.2動態(tài)LSP鄰居發(fā)現(xiàn)與鄰居建立

12.2.2動態(tài)LSP鄰居發(fā)現(xiàn)與鄰居建立

Hello（UDP）10.0.12.1:646->224.0.0.2:646Hello（UDP）224.0.0.2:646<-10.0.12.2:646TCPSYN1.1.1.1:646<-2.2.2.2:22139TCPSYNACK1.1.1.1:646->2.2.2.2:22139TCPACK2.2.2.2:22139

->1.1.1.1:646由傳輸?shù)刂反蟮囊环桨l(fā)起TCP連接發(fā)現(xiàn)階段TCP連接建立階段傳輸?shù)刂罚?.1.1.1傳輸?shù)刂罚?.2.2.2R1R2GE0/0/010.0.12.1GE0/0/010.0.12.2Non-ExistentInitializedTCP連接建立階段Hello報文中攜帶傳輸?shù)刂?，雙方后續(xù)將使用傳輸?shù)刂方DP會話。傳輸?shù)刂份^大的一方作為主動方，主動發(fā)起建立TCP連接。經(jīng)過TCP三次握手之后，兩者建立起TCP連接。發(fā)現(xiàn)階段設(shè)備通過周期性地發(fā)送LDP鏈路Hello報文（LDPLinkHello），實(shí)現(xiàn)LDP基本發(fā)現(xiàn)機(jī)制。LDP鏈路Hello報文使用UDP報文，目的地址是組播地址224.0.0.2。如果LSR在特定接口接收到LDP鏈路Hello報文，表明該接口存在LDP鄰接體。12.2.2動態(tài)LSP鄰居發(fā)現(xiàn)與鄰居建立

傳輸?shù)刂罚?.1.1.1傳輸?shù)刂罚?.2.2.2GE0/0/010.0.12.1GE0/0/010.0.12.2完成鄰居發(fā)現(xiàn)過程及TCP三次握手Initialization初始化報文，協(xié)商相關(guān)參數(shù)Initialization+KeepAlive如果接受對方的參數(shù)，則回應(yīng)KeepAlive報文，并發(fā)送自己的Initialization報文KeepAlive

如果接受這些參數(shù)，則發(fā)送keepAlive報文LDP會話建立階段R1R2OpenSentOpenRecLDP會話進(jìn)入Operational狀態(tài)TCP連接建立成功后，主動方R2（傳輸?shù)刂反蟮囊环剑┌l(fā)送LDP初始化報文，協(xié)商建立LDP會話的相關(guān)參數(shù)。LDP會話的相關(guān)參數(shù)包括LDP協(xié)議版本、標(biāo)簽分發(fā)方式、KeepAlive保持定時器的值、最大PDU長度和標(biāo)簽空間等。被動方R1收到初始化報文后，若接受R2的相關(guān)參數(shù)，則回應(yīng)KeepAlive報文作為確認(rèn)，為了提高發(fā)送效率同時發(fā)送自己的初始化報文。R2收到R1的初始化報文后，若接受相關(guān)參數(shù)，則回復(fù)KeepAlive報文給R1。雙方都收到對端的KeepAlive報文后，會話建立成功。后續(xù)通過周期性發(fā)送的KeepAlive報文保持會話。12.2.2動態(tài)LSP標(biāo)簽發(fā)布方式——DU模式對于一個特定的FEC，LSR無需從上游獲得標(biāo)簽請求消息即進(jìn)行標(biāo)簽分配與分發(fā)。LSR會主動將自己為FEC捆綁的標(biāo)簽通告給上游鄰居，無需鄰居先發(fā)起請求再通告。R1R2R3向上游通告標(biāo)簽映射192.168.3.0/24向上游通告標(biāo)簽映射12.2.2動態(tài)LSP標(biāo)簽發(fā)布方式——DoD模式對于一個特定的FEC，LSR獲得標(biāo)簽請求消息之后才進(jìn)行標(biāo)簽分配與分發(fā)。一般情況下，對特定FEC的訪問需求會觸發(fā)標(biāo)簽請求消息。R1R2R3向上游通告標(biāo)簽映射192.168.3.0/24向上游通告標(biāo)簽映射R1有訪問192.168.3.0/24網(wǎng)段的需求12.2.2動態(tài)LSP標(biāo)簽分配控制方式——獨(dú)立模式本地LSR可以自主地分配一個標(biāo)簽綁定到某個FEC，并通告給上游LSR，而無需等待下游的標(biāo)簽向上游通告標(biāo)簽映射向上游通告標(biāo)簽映射R1R2R3R4192.168.4.0/24DU+Independent向上游通告標(biāo)簽映射向上游通告標(biāo)簽映射R1R2R3R4DoD+Independent請求標(biāo)簽請求標(biāo)簽無序無序192.168.4.0/2412.2.2動態(tài)LSP標(biāo)簽分配控制方式——有序模式對于LSR上某個FEC的標(biāo)簽映射，只有當(dāng)該LSR已經(jīng)具有此FEC下一跳的標(biāo)簽映射消息、或者該LSR就是此FEC的出節(jié)點(diǎn)時，該LSR才可以向上游發(fā)送此FEC的標(biāo)簽映射。向上游通告標(biāo)簽映射向上游通告標(biāo)簽映射R1R2R3R4DU+Ordered向上游通告標(biāo)簽映射向上游通告標(biāo)簽映射向上游通告標(biāo)簽映射R1R2R3R4DoD+Ordered向上游通告標(biāo)簽映射請求標(biāo)簽請求標(biāo)簽請求標(biāo)簽123654123EgressLSREgressLSR192.168.4.0/24192.168.4.0/2412.2.2動態(tài)LSP標(biāo)簽保持方式——自由模式LSR收到的標(biāo)簽映射可能來自下一跳，也可能來自非下一跳。對于從鄰居LSR收到的標(biāo)簽映射，無論鄰居LSR是不是自己的下一跳都保留。R1R2R3R4192.168.1.0/24R5向上游通告標(biāo)簽映射向上游通告標(biāo)簽映射下一跳非下一跳12.2.2動態(tài)LSP動態(tài)LSP鏈路建立配置實(shí)現(xiàn)兩個Loopback接口之間的通信。整個拓?fù)渫ㄟ^OSPFArea0實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)互通。配置LDP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽互通。12.2.2動態(tài)LSP動態(tài)LSP鏈路建立配置設(shè)

備接

口IP地

址R1GE0/0/012.1.1.1/24Loopback11.1.1.1/32R2GE0/0/012.1.1.2/24GE0/0/123.1.1.2/24Loopback12.2.2.2/32R3GE0/0/023.1.1.3/24GE0/0/134.1.1.3/24Loopback13.3.3.3/32R4GE0/0/034.1.1.4/24GE0/0/145.1.1.4/24Loopback14.4.4.4/32R5GE0/0/045.1.1.5/24Loopback15.5.5.5/3212.2.2動態(tài)LSPR2的配置R4的配置[R2]mplslsr-id2.2.2.2[R2]mpls[R2-mpls]lsp-triggerall[R2]mplsldp[R2]interfaceGigabitEthernet0/0/1[R2-GigabitEthernet0/0/1]mpls[R2-GigabitEthernet0/0/1]mplsldp[R4]mplslsr-id4.4.4.4[R4]mpls[R4-mpls]lsp-triggerall[R4]mplsldp[R4]interfaceGigabitEthernet0/0/0[R4-GigabitEthernet0/0/0]mpls[R4-GigabitEthernet0/0/0]mplsldp12.2.2動態(tài)LSPR3的配置[R3]mplslsr-id3.3.3.3[R3]mpls[R3-mpls]lsp-triggerall[R3]mplsldp[R3]interGigabitEthernet0/0/0[R3-GigabitEthernet0/0/0]mpls[R3-GigabitEthernet0/0/0]mplsldp[R3-GigabitEthernet0/0/0]quit[R3]interfaceGigabitEthernet0/0/1[R3-GigabitEthernet0/0/1]mpls[R3-GigabitEthernet0/0/1]mplsldp[R3-GigabitEthernet0/0/1]quit12.2.2動態(tài)LSP查看R2的LSP信息12.2.2動態(tài)LSP在R1上進(jìn)行ping測試，并進(jìn)行抓包驗(yàn)證12.2.2動態(tài)LSP在R1上進(jìn)行ping測試，并進(jìn)行抓包驗(yàn)證通過驗(yàn)證，我們可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包在經(jīng)過MPLS網(wǎng)絡(luò)時，會給數(shù)據(jù)包打上MPLS標(biāo)簽，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。目錄12.1MPLS概述12.2LSP建立12.3MPLSVPN12.3MPLSVPNBGP/MPLSIPVPN網(wǎng)絡(luò)一般由運(yùn)營商搭建，VPN用戶購買VPN服務(wù)來實(shí)現(xiàn)用戶網(wǎng)絡(luò)之間的路由傳遞、數(shù)據(jù)互通等。MPLSVPN使用BGP在運(yùn)營商骨干網(wǎng)（IP網(wǎng)絡(luò)）上發(fā)布VPN路由，使用MPLS在運(yùn)營商骨干網(wǎng)上轉(zhuǎn)發(fā)VPN報文。BGP/MPLSIPVPN又被簡稱為MPLSVPN，是一種常見的L3VPN（Layer3VPN）技術(shù)。PPPEPECECECECE公司AX省網(wǎng)絡(luò)公司BX省網(wǎng)絡(luò)公司BZ省網(wǎng)絡(luò)PPPE公司AY省網(wǎng)絡(luò)siteAsiteBsiteCsiteDMPLSVPN骨干網(wǎng)12.3.1MPLSVPN工作原理VPN產(chǎn)生的原因?qū)＞€，是為了實(shí)現(xiàn)兩個站點(diǎn)之間跨越公網(wǎng)通信，并保護(hù)私網(wǎng)的安全。人們通常采用專線來實(shí)現(xiàn)私網(wǎng)之間的連接。專線的特點(diǎn)是安全性高，但是價格貴，帶寬浪費(fèi)嚴(yán)重。

對VPN客戶而言：“感知”不到VPN的存在，不需要部署和維護(hù)VPN，降低企業(yè)運(yùn)維難度和成本。一般部署在運(yùn)營商的MPLSVPN專網(wǎng)上，有一定的安全性保障。對于運(yùn)營商而言：MPLS在無連接的IP網(wǎng)絡(luò)中增加了面向連接的控制平面，為IP網(wǎng)絡(luò)增添了管理和運(yùn)營的手段。支持地址空間重疊、支持重疊VPN、組網(wǎng)方式靈活、可擴(kuò)展性好。能夠方便地支持MPLSTE合理調(diào)控現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，最大限度的節(jié)省運(yùn)營商成本。12.3.1MPLSVPN工作原理地址重疊問題在VPN路由傳遞過程中，容易出現(xiàn)地址空間的重疊問題（1）PE1如何區(qū)分來自于不同CE的路由；（2）PE1把路由傳遞給PE2，怎么讓PE2知道這是不同VPN的路由；（3）PE2收到路由后，應(yīng)該把路由導(dǎo)入到哪個CE設(shè)備。12.3.1MPLSVPN工作原理本地路由沖突問題兩條目的地址相同的路由傳遞給PE設(shè)備，PE設(shè)備收到這兩條路由，需要去區(qū)分這是來自不同VPN實(shí)例的路由。

通過在PE1上設(shè)置兩個VPN實(shí)例，把VPN實(shí)例綁定到與CE連接的接口上，每一個VPN實(shí)例對應(yīng)一個VRF路由轉(zhuǎn)發(fā)表。12.3.1MPLSVPN工作原理VPN路由引入問題RT（RouteTarget）路由標(biāo)記，有兩種類型：

（1）ExportTarget：本端的路由在導(dǎo)出VRF，轉(zhuǎn)變?yōu)閂PNv4的路由時，標(biāo)記該屬性；

（2）ImportTarget：對端收到路由時，檢查其ExportTarget屬性。當(dāng)此屬性與PE上某個VPN實(shí)例的ImportTarget匹配時，PE就把路由加入到該VPN實(shí)例中。例如，將PE1上接收CE1路由的VPN實(shí)例1中的ExportTarget設(shè)置為100:1，ImportTarget設(shè)置為200:1；PE2上接收CE2路由的VPN實(shí)例1中的ExportTarget設(shè)置為200:1，ImportTarget設(shè)置為100:1。同理，VPN2設(shè)置成其他的RT，就可以實(shí)現(xiàn)不同CE之間的VPN路由引入。12.3.1MPLSVPN工作原理MPLS標(biāo)簽嵌套應(yīng)用在數(shù)據(jù)包中增加了一個標(biāo)識，稱之為“InnerLabel”內(nèi)層標(biāo)簽，又被稱之為私有標(biāo)簽，在PE1上時，將InnerLabel放在靠近IP頭部一端，再封裝上外層標(biāo)簽頭部，在PE1和PE2之間的傳遞過程中，依靠外層標(biāo)簽進(jìn)行標(biāo)簽交換，當(dāng)流量到達(dá)PE2后，PE2剝離外層標(biāo)簽，根據(jù)InnerLabel來將數(shù)據(jù)包發(fā)送到對應(yīng)的VPN中。12.3.2MPLSVPN基本配置CE1和CE2上分別有各自的內(nèi)網(wǎng)路由，CE和PE之間通過EBGP傳遞路由，PE上配置VPN實(shí)例，最終實(shí)現(xiàn)CE1和CE2的內(nèi)網(wǎng)路由傳遞，并能夠?qū)崿F(xiàn)流量通信。12.3.2MPLSVPN基本配置IP地址規(guī)劃表設(shè)

備接

口IP地

址CE1GE0/0/012.1.1.1/24Loopback11.1.1.1/32PE1GE0/0/012.1.1.2/24GE0/0/123.1.1.2/24Loopback12.2.2.2/32PGE0/0/023.1.1.3/24GE0/0/134.1.1.3/24Loopback13.3.3.3/32PE2GE0/0/034.1.1.4/24GE0/0/145.1.1.4/24Loopback14.4.4.4/32CE2GE0/0/045.1.1.5/24Loopback15.5.5.5/3212.3.2MPLSVPN基本配置IP地址具體配置、OSPF配置和LDP會話配置，此處不再贅述。PE的VPN實(shí)例配置如下PE1、PE2：[PE1]ipvpn-instance1[PE1-vpn-instance-1]route-distinguisher1:1[PE1-vpn-instance-1-af-ipv4]vpn-target100:1export-extcommunity[PE1-vpn-instance-1-af-ipv4]vpn-target200:1import-extcommunity[PE1]interfaceGigabitEthernet0/0/0[PE1-GigabitEthernet0/0/0]ipbindingvpn-instance1 [PE1-GigabitEthernet0/0/0]ipaddress12.1.1.224[PE2]ipvpn-instance1[PE2-vpn-instance-1]route-distinguisher2:2[PE2-vpn-instance-1-af-ipv4]vpn-target100:1import-extcommunity[PE2-vpn-instance-1-af-ipv4]vpn-target200:1export-extcommunity[PE2]interfaceGiga