MPLS：多协议标签交换

多协议&＃xff1a;可以基于多种不同的3层协议来生成2.5层的标签信息&＃xff1b;

包交换—包为网络层的PDU&＃xff0c;故包交换是基于IP地址进行数据转发&＃xff1b;就是路由器的路由行为&＃xff1b;

**原始的包交换&＃xff1a;**数据包进入路由器后&＃xff0c;路由器需要查询本地的路由表&＃xff08;RIB-路由信息数据库&＃xff09;&＃xff0c;再基于下一跳或者目标ip查询本地的ARP表&＃xff0c;才能进行数据的转发&＃xff1b;

**快速的包交换&＃xff1a;**一次路由多次交换&＃xff1b;每个数据流中的第一个包将被基于原始包交换规则转发&＃xff1b;过程中生成缓存列表&＃xff0c;记录整个通讯过程&＃xff0c;该数据流量剩余数据包仅查询缓存记录即可&＃xff1b;

**特快的包交换&＃xff1a;**无需路由&＃xff0c;直接交换&＃xff1b; CEF-cisco特快交换&＃xff0c;为cisco私有技术&＃xff1b;非cisco厂商设备均存在和cef转发机制相同的技术&＃xff1b;

路由表、ARP –转换为 FIB&＃xff08;转发信息数据库&＃xff09;表 流量转发过程中仅查询FIB表即可&＃xff1b;

FIB的特点&＃xff1a;在将路由器表转换过程中&＃xff0c;存储递归查询结果&＃xff1b;同时将新封装的二层地址进行绑定&＃xff1b;

IP fast0/0 172.16.20.115(7)

​ (递归后的出接口) 0 packets, 0 bytes

​ epoch 0

​ sourced in sev-epoch 357

​ Encap length 14

​ 701CE7662A9768EFBD1D24C50800 新的二层封装

​ 目标MAC 源MAC 类型号

**标签交换&＃xff1a;**数据包在进入到的MPLS的域内后&＃xff0c;将在第2层和3层中间压入标签号&＃xff1b;使得域内的路由器在转发该数据包时&＃xff0c;基于2.5层的标签号仅需要查询本地的一张LFIB表&＃xff08;标签转发信息数据库&＃xff09;

最初在包交换仅支持原始交换时&＃xff0c;标签的意义在于更快的查询&＃xff1b;但随着包交换的加速&＃xff0c;使用标签交换失去了快速查表的优势&＃xff1b;

当下MPLS存在的意义&＃xff1a;

1、解决BGP的路由黑洞 2、MPLS VPN 3、MPLS TE 流量工程

另外&＃xff1a;随着包交换的加速&＃xff0c;使得今天的MPLS技术也开始基于FIB表工作&＃xff1b;来提高MPLS的工作效率&＃xff1b;

一、 工作过程

控制层面&＃xff1a;路由协议工作&＃xff0c;生成RIB&＃xff0c;流量的方向即为控制流量&＃xff1b;

数据层面&＃xff1a;设备基于路由表访问目标&＃xff0c;产生数据流量&＃xff1b;与控制层面方向相反&＃xff1b;

控制层面&＃xff1a;

1&＃xff09;在没有MPLS时控制层面仅生成RIB&＃xff08;路由表&＃xff09;和FIB&＃xff08;转发信息数据库&＃xff09;&＃xff1b;FIB是基于RIB生成&＃xff1b;

2&＃xff09;MPLS协议会启动TDP&＃xff08;cisco私有&＃xff09;或LDP&＃xff08;公有&＃xff09;&＃xff0c;直连设备间将建立邻居关系&＃xff1b;

LDP-- 基于UDP和TCP的646端口工作&＃xff1b;先使用udp发送组播hello包发现邻居&＃xff0c;获取邻居ip地址&＃xff0c;再和该直连邻居建立TCP的会话&＃xff1b;邻居关系建立后&＃xff1b;为了邻居关系间的稳定&＃xff0c;一般使用设备的环回地址来建立tcp会话&＃xff1b;建议设置环回地址为mpls协议的route-id&＃xff0c;该id值将携带在组播收发的hello报文中&＃xff0c;之后自动进行tcp会话建立&＃xff1b;

总结&＃xff1a;MPLS协议需要在直连邻居间使用router-id地址来进行TCP的会话&＃xff1b;故前提条件为&＃xff0c;route-id必须为设备真实使用的ip地址&＃xff0c;建议为环回地址—稳定&＃xff1b; 组播hello包在直连的物理接口上收发&＃xff0c;来获取对端的router-id&＃xff0c;自然也要求router-id值间路由可达&＃xff1b;

因此正常在建立LDP的邻居关系间&＃xff0c;路由协议已经收敛完成&＃xff0c;RIB和FIB表已经生成&＃xff1b;

3&＃xff09;MPLS在建立邻居关系后&＃xff0c;生成邻居表&＃xff1b;LDP协议再基于本地FIB表中学习到的路由条目生成标签号&＃xff1b;cisco设备默认基于FIB表中所有学习到的路由条目生成标签号&＃xff0c;华为设备默认仅基于FIB表中32位掩码的主机路由生成标签号&＃xff1b;原因在于正常32位主机路由为ospf学习的环回接口&＃xff0c;正常工程中只有BGP和MPLS VPN才会基于环回通讯&＃xff0c;使用标签转发&＃xff1b;其他普通流量还是基于特快包交换来进行&＃xff1b;反观cisco在启动mpls以后&＃xff0c;所有流量将基于标签转发&＃xff0c;降低了转发效率&＃xff08;前提为默认&＃xff09;

4&＃xff09;标签号生成后&＃xff0c;将存储于本地的LIB表-标签信息数据库&＃xff1b;LIB表将在邻居间共享&＃xff1b;

LIB表中装载本地及邻居为每条路由分发的标签号&＃xff1b;

5&＃xff09;运行MPLS协议的设备&＃xff0c;将LIB和FIB进行结合&＃xff0c;将标签号和最佳路径的关系映射生成LFIB表&＃xff08;标签转发信息数据库&＃xff09;

注&＃xff1a;控制层面生成的表格

RIB—》FIB—》LIB—》LFIB 前两张表为路由协议工作后生成&＃xff0c;后两张表为MPLS的LDP协议生成&＃xff1b;

数据层面&＃xff1a;

1&＃xff09; 没有MPLS协议&＃xff0c;基于FIB表正常转发即可

2&＃xff09; 名词&＃xff1a;MPLS domain – MPLS的工作半径

​ edge LSR&＃xff08;PE&＃xff09;–边界标签交换路由器 工作mpls域的边缘&＃xff0c;连接域外设备

LSR &＃xff08;P&＃xff09; – 标签交换路由器 整体工作MPLS域内

3&＃xff09; 当流量进入到第一台pe设备时&＃xff0c; 在没有特快交换之前&＃xff0c;路由器基于目标IP地址查询本地的RIB&＃xff1b;

之后还要在LIB表中对应才能确定流量是否应该压入标签&＃xff0c;需要两张表的查询&＃xff1b;

在存在特快交换时&＃xff0c;流量进入第一pe时&＃xff0c;直接查询FIB表&＃xff0c;表中关联标签号&＃xff0c;将直接确定是否压入标签&＃xff1b;

流量再到P路由器&＃xff0c;接收到流量中若存在标签基于LFIB表转发&＃xff0c;若没有标签基于FIB表即可&＃xff1b;

流量从最后一台边界离开MPLS 域时将弹出标签&＃xff1b;

存在标签号的流量&＃xff0c;进入路由器时&＃xff0c;入标签表应该为本地路由器分配的编号&＃xff0c;出标签为本地的下游&＃xff08;下一跳&＃xff09;设备分配的标签号&＃xff1b; 上下游的概念基于数据层面进行标定&＃xff1b;

二、 标签号

标签被压入在2层与3层之间&＃xff0c;称为2.5层

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-hm53SLdh-1644507418046)(file:///C:\Users\asus\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsD38B.tmp.jpg)]

标签的格式—32位&＃xff0c;4个字节

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HlLYOweO-1644507418047)(file:///C:\Users\asus\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsD38C.tmp.jpg)]

前20位为标签号&＃xff0c;2^20个标签号&＃xff1b;其中1-15号保留&＃xff0c;作为特殊编号&＃xff1b;

第21-23位exp&＃xff0c;3位8个数&＃xff0c;为优先级&＃xff0c;用于QOS策略使用&＃xff1b;

第24位为栈底位&＃xff0c;该位为1标识该标签为最后一层标签&＃xff1b;MPLS最大可以在一个数据包中封装3层标签&＃xff1b;

普通的MPLS 一层标签 MPLS VPN 两层 MPLS TE 3层

TTL 生存时间 在第一次压入标签时&＃xff0c;将当前数据包中的3层TTL复制到标签中&＃xff1b;之后查询一次标签TTL减一&＃xff0c;在最后一跳设备弹出标签时将2.5层的TTL复制到3层报头中&＃xff1b;

三、 MPLS的次末跳 – 倒数第二跳 默认执行

边界LSR将本地的直连网段传递给MPLS域内邻居后&＃xff0c;LDP分配标签号为3&＃xff0c;告知倒数第二跳设备它的身份&＃xff1b;导致倒数第二跳设备在查询LFIB表后&＃xff0c;已知转发路径的前提下提前弹出标签&＃xff0c;使得最后一跳路由器均只需要查询FIB表&＃xff1b; 否则最后一跳路由器在查询LFIB表后&＃xff0c;弹出标签还需要查询FIB&＃xff1b;

四、 MPLS的配置

1、 IP可达— 使用路由协议全网可达

2、 配置MPLS – LDP

[r2]mpls lsr-id 2.2.2.2 必须先定义mpls的router-id&＃xff0c;要为本地设备的真实ip地址&＃xff0c;且邻居可达&＃xff0c;因为 该地址将用于建立TCP会话&＃xff0c;建议使用环回地址
[r2]mpls 再开启mpls协议[r2-mpls]mpls ldp 再激活LDP协议[r2-mpls-ldp]q之后需要在所有标签经过的接口上开启协议[r2]interface GigabitEthernet 0/0/1[r2-GigabitEthernet0/0/1]mpls 先开启MPLS[r2-GigabitEthernet0/0/1]mpls ldp 再激活LDP协议


当启动配置完成后&＃xff0c;邻居间使用UDP报文组播收发hello包&＃xff1b;之后基于hello包中的router-id地址进行TCP会话的建立&＃xff1b;

[r3]display tcp statusTCPCB Tid/Soid Local Add:port Foreign Add:port VPNID Stateb4cf3d64 167/6 3.3.3.3:646 4.4.4.4:50858 0 Establishedb4cf3adc 167/3 3.3.3.3:50806 2.2.2.2:646 0 Established


当tcp会话建立后&＃xff0c;邻居间基于TCP会话再建立邻居关系&＃xff0c;生成邻居表&＃xff1a;

[r3]display mpls ldp peer


再然后基于本地的FIB表&＃xff0c;默认华为仅针对32位的主机路由生成标签号&＃xff1b;存储于LIB表中&＃xff0c;之后邻居间共享LIB表&＃xff1b;

[r3]display fib 查看FIB表[r4]display mpls ldp lsp 查看LIB表&＃xff0c;装载本地和邻居为各条路由分配的标签号


最后路由器将LIB和FIB集合&＃xff0c;生成最佳路径的标签转发规则—LFIB

[r4]display mpls lsp 查看LFIB表


注&＃xff1a;默认华为仅针对32位主机路由分配标签

[r3]mpls [r3-mpls]lsp-trigger all 开启功能&＃xff0c;将针对fib表中所有路由进行标签号的分配[r2]tracert -v -a 2.2.2.2 56.1.1.2


五、 使用mpls解决BGP的路由黑洞

MPLS协议并不会为通过BGP协议学习的路由条目分配标签号&＃xff1b;

而是在访问这些BGP路由目标网段时&＃xff0c;在流量中压入到达这些网段的BGP下一跳设备地址的标签号&＃xff1b;

例:R2从BGP邻居5.5.5.5 学习到6.6.6.0 网段的路由&＃xff1b;R2在访问6.6.6.0 时&＃xff0c;将在数据包中压入到达5.5.5.5ip地址的标签号&＃xff0c;来穿越中间没有运行BGP协议的设备&＃xff1b;实现打破路由黑洞&＃xff1b;

注:华为设备默认不为BGP协议执行下一跳标签机制&＃xff0c;cisco默认执行&＃xff1b;

华为设备需要开启 route recursive-lookup tunnel 路由基于隧道进行递归查找

六、 MPLS VPN

1、 CE将私有路由传递到PE端

2、 PE端在收到不同CE发送过来的相同网段路由时&＃xff0c;使用RD值进行区分—格式X:X 32位

3、 PE端将附上RD的私有路由不能直接装载于本地公有路由表中&＃xff0c;需要放置到对应的VRF&＃xff08;虚拟路由转发&＃xff09;空间内&＃xff1b;之后再路由付RT值&＃xff0c;用于传递到对端PE设备&＃xff0c;对端区分信息&＃xff1b;

VPNV4路由&＃61;普通IPV4路由&＃43;RD&＃43;RT

4、 VPNV4路由需要MP-BGP来进行传递&＃xff1b;对端基于RT值&＃xff0c;将路由装载到对应的VRF空间内&＃xff0c;再共享给对应的CE&＃xff1b;

5、 控制层面工作完成后&＃xff0c;数据层面需要基于MPLS来工作&＃xff0c;由于数据层面不能携带RD/RT值&＃xff1b;

故mpls将在数据包中压入两层标签&＃xff0c;外层标签用于穿越中间设备&＃xff0c;打破BGP路由黑洞&＃xff1b;

内层标签用于对应VRF空间&＃xff1b;

------------------------------------------开始实验---------------------------------------

实验要求&＃xff1a;

实验拓扑&＃xff1a;

第一步&＃xff1a;

先配置公网部分&＃xff1a;

配置IP
[r2-LoopBack0]ip add 2.2.2.2 32
[r2-LoopBack0]int g0/0/2
[r2-GigabitEthernet0/0/2]ip add 23.1.1.1 24[r3-LoopBack0]ip address 3.3.3.3 255.255.255.255
[r3-LoopBack0]int g0/0/0
[r3-GigabitEthernet0/0/0]ip add 23.1.1.2 24
[r3-GigabitEthernet0/0/1]ip add 34.1.1.1 24[r4]int g0/0/0
[r4-GigabitEthernet0/0/0]ip add 34.1.1.2 24
[r4-GigabitEthernet0/0/0]int l0
[r4-LoopBack0]ip add 4.4.4.4 32
[r4]int g0/0/2
[r4-GigabitEthernet0/0/2]ip add 47.1.1.1 24
[r4-ospf-1]silent-interface g0/0/2 #设置与R7的接口为沉默接口[r7]int g0/0/0
[r7-GigabitEthernet0/0/0]ip add 47.1.1.2 24
[r7-LoopBack0]ip add 192.168.4.1 24
[r7-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.3.1 24运行IGP
[r2]ospf 1 router-id 2.2.2.2
[r2-ospf-1]area 0
[r2-ospf-1-area-0.0.0.0]net 2.2.2.2 0.0.0.0
[r2-ospf-1-area-0.0.0.0]net 23.1.1.1 0.0.0.0[r3]ospf 1 router-id 3.3.3.3
[r3-ospf-1]area 0
[r3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 3.3.3.3 0.0.0.0
[r3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 23.1.1.2 0.0.0.0[r4]ospf 1 router-id 4.4.4.4
[r4-ospf-1]area 0
[r4-ospf-1-area-0.0.0.0]net 34.1.1.2 0.0.0.0
[r4-ospf-1-area-0.0.0.0]net 4.4.4.4 0.0.0.0
[r4-ospf-1-area-0.0.0.0]net 47.1.1.1 0.0.0.0

测试&＃xff1a;在R2上 ping R7

第二步&＃xff1a;

配置vpn空间

[r1]int l0
[r1-LoopBack0]ip add 192.168.1.1 24
[r1-LoopBack0]int g0/0/1
[r1-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/0
[r1-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.2.1 24[r2]ip vpn-instance b1
[r2-vpn-instance-b1]route-distinguisher 1:1
[r2-vpn-instance-b1-af-ipv4]vpn-target 1:1
[r2]int g0/0/0
[r2-GigabitEthernet0/0/0]ip binding vpn-instance b1 #绑定接口
[r2-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.2.2 24

测试&＃xff1a;

同理&＃xff0c;配置R4和R5

[r4]ip vpn-instance b2
[r4-vpn-instance-b2]route-distinguisher 1:1
[r4-vpn-instance-b2-af-ipv4]vpn-target 1:1
[r4-vpn-instance-b2]int g0/0/1
[r4-GigabitEthernet0/0/1]ip binding vpn-instance b2
[r4-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.3.2 24[r5]int l0
[r5-LoopBack0]ip add 192.168.4.1 24
[r5-LoopBack0]int g0/0/0
[r5-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.3.1 24


测试&＃xff1a;

第三步&＃xff1a;配置MPLS和BGP

[r2]mpls lsr-id 2.2.2.2
[r2]mpls
[r2-mpls]mpls ldp
[r2-mpls-ldp]int g0/0/2
[r2-GigabitEthernet0/0/2]mpls
[r2-GigabitEthernet0/0/2]mpls ldp[r3]mpls lsr-id 3.3.3.3
[r3]mpls
[r3-mpls]mpls ldp
[r3-mpls-ldp]int g0/0/0
[r3-GigabitEthernet0/0/0]mpls
[r3-GigabitEthernet0/0/0]mpls ldp
[r3-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[r3-GigabitEthernet0/0/1]mpls
[r3-GigabitEthernet0/0/1]mpls ldp[r4]mpls lsr-id 4.4.4.4
[r4]mpls
[r4-mpls]mpls ldp
[r4-mpls-ldp]int g0/0/0
[r4-GigabitEthernet0/0/0]mpls
[r4-GigabitEthernet0/0/0]mpls ldpR2和R4进行BGP建邻
[r2]bgp 1
[r2-bgp]router-id 2.2.2.2
[r2-bgp]peer 4.4.4.4 as-number 1
[r2-bgp]PEER 4.4.4.4 connect-interface LoopBack 0
[r2-bgp]ipv4-family vpnv4
[r2-bgp-af-vpnv4]peer 4.4.4.4 enable [r4]bgp 1
[r4-bgp]router-id 4.4.4.4
[r4-bgp]peer 2.2.2.2 as-number 1
[r4-bgp]peer 2.2.2.2 connect-interface LoopBack 0
[r4-bgp]ipv4-family vpnv4
[r4-bgp-af-vpnv4]peer 2.2.2.2 enable


以上配置完后&＃xff0c;中间环境已全部搭好

第四步&＃xff1a;

把R1和R5通过静态用mplsVPN打通&＃xff1a;

先在R1、R5上写静态&＃xff1a;
[r1]ip route-static 192.168.3.0 24 192.168.2.2
[r1]ip route-static 192.168.4.0 24 192.168.2.2
[r5]ip route-static 192.168.1.0 24 192.168.3.2
[r5]ip route-static 192.168.2.0 24 192.168.3.2接下来在R2和R5上做配置&＃xff1a;
[r2]ip route-static vpn-instance b1 192.168.1.0 24 192.168.2.1 #写去往R1上网段的静态
[r2]bgp 1
[r2-bgp]ipv4-family vpn-instance b1
[r2-bgp-b1]import-route direct #重发布到B1中
[r2-bgp-b1]import-route static R5上同理&＃xff1a;
[r4]ip route-static vpn-instance b2 192.168.4.0 24 192.168.3.1
[r4]bgp 1
[r4-bgp]ipv4-family vpn-instance b2
[r4-bgp-b2]import-route direct
[r4-bgp-b2]import-route static


分别在R2上查看bgp表

测试&＃xff1a;在R1上ping192.168.3.0网段&＃xff1a;

把R6和R7通过动态用mplsVPN打通&＃xff1a;

创建区域并绑定接口
[r2]ip vpn-instance a1
[r2-vpn-instance-a]ipv4-family
[r2-vpn-instance-a-af-ipv4]route-distinguisher 2:2
[r2-vpn-instance-a-af-ipv4]vpn-target 2:2
[r2-vpn-instance-a-af-ipv4]q
[r2-vpn-instance-a]int g0/0/2
[r2-GigabitEthernet0/0/2]ip binding vpn-instance a1
[r2-GigabitEthernet0/0/2]ip add 192.168.2.2 24[r4]ip vpn-instance a2
[r4-vpn-instance-a]ipv4-family
[r4-vpn-instance-a-af-ipv4]route-distinguisher 2:2
[r4-vpn-instance-a-af-ipv4]vpn-target 2:2
[r4-vpn-instance-a-af-ipv4]q
[r4-vpn-instance-a]int g0/0/2
[r4-GigabitEthernet0/0/2]ip binding vpn-instance a2
[r4-GigabitEthernet0/0/2]ip add 192.168.3.2 24[Huawei]sysname r6
[r6]int lo 0
[r6-LoopBack0]ip add 192.168.1.1 24
[r6-LoopBack0]int g0/0/2
[r6-GigabitEthernet0/0/2]ip add 192.168.2.1 24[r7]int lo 0
[r7-LoopBack0]ip add 192.168.4.2 24
[r7-LoopBack0]int g0/0/2
[r7-GigabitEthernet0/0/2]ip add 192.168.3.2 24[r6]rip 1
[r6-rip-1]version 2
[r6-rip-1]un summary
[r6-rip-1]network 192.168.1.0
[r6-rip-1]network 192.168.2.0[r2]rip 1 vpn-instance a
[r2-rip-1]version 2
[r2-rip-1]un summary
[r2-rip-1]network 192.168.2.0[r4]ospf 2 vpn-instance a
[r4-ospf-2]area 0
[r4-ospf-2-area-0.0.0.0]network 192.168.3.1 0.0.0.0[r7]ospf 1 router-id 7.7.7.7
[r7-ospf-1]area 0
[r7-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.3.1 0.0.0.0
[r7-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.4.2 0.0.0.0双向重发布
[r2]rip 1 vpn-instance a
[r2-rip-1]import-route bgp
[r2-rip-1]q
[r2]bgp 1
[r2-bgp]ipv4-family vpn-instance a
[r2-bgp-a]import-route rip 1[r4]ospf 2 vpn-instance a
[r4-ospf-2]import-route bgp
[r4-ospf-2]q
[r4]bgp 1
[r4-bgp]ipv4-family vpn-instance a
[r4-bgp-a]import-route ospf 2


查看7的路由表&＃xff1a;

在R6上pingR7

至此&＃xff0c;实验要求已全部满足。