MPLS（多協議卷標交換）
一、傳統IP路由轉發的特點及缺點
- 使用動態路由協議傳遞路由條目
- 傳統IP路由只能基於數據報中的目的IP轉發數據報
- 每台路由器都要去查找路由表然后逐跳轉發
二、MPLS基本工作原理
MPLS：用標簽轉發，而不是進行IP路由表的查找
MPLS邊界路由器：連接了MPLS域和一個純IP網絡
只有邊界路由器才會進行路由表查找（針對純IP包）
LSP：卷標轉發路徑
LSR：標簽轉發路由器（MPLS域中的路由器）
MPLS數據報轉發過程的基礎理論：
邊界路由器為純IP包查路由表，並給數據報壓上一個標簽（IP數據報前面加上一個標簽5發送出去）。第二台的下游路由器不會再去查路由表，只看卷標（因為是卷標包），只需要做標簽的替換5——3（標簽3是下游路由器給它的，下游路由器只認識標簽3）。第三台路由器彈出標簽，變成純IP包，並做路由表查找，最后轉發給身后的IP網絡。
三、MPLS的優勢
1.轉發速度——不是主要因素
2.VPN服務：
MPLS把IP的路由和轉發給分離了：在入口的地方就可以決定數據報將要走的整條路徑（傳統的IP路由轉發不行，因為每一跳都要去查找），它可以為不同入口的IP數據報壓不同的標簽出去——MPLS VPN
兩個不同的VPN客戶使用相同的私網地址段，MPLS VPN可以區分這兩個不同客戶的數據報走向。根據收到的接口不同，壓不同的標簽轉發出去（傳統IP只能匹配這一條路由條目，故只能按照一種方式做錯誤的轉發）
傳統IP路由轉發：根據數據報要去往的目的IP地址，匹配中同一條路由條目，只能做一種轉發方式
MPLS：根據標簽轉發，提供了另外一種轉發方式
3.MPLS-TE（流量工程）
傳統的IP轉發，例如運行的是ospf，只會選擇走cost值小（帶寬大）的路徑，當這條鏈路帶寬超載時會發生丟包，但是流量仍然不會走下面
MPLS卻可以在入口處強行指定路徑以實現非等價負載均衡
傳統IP網絡並不是只能基於目的地址轉發——使用PBR（策略路由）
但PBR不適合在互聯網上大規模應用，因為每台路由器上都要去做控制，而不是在入口處控制。使用MPLS可以只在入口處就完成控制。
四、MPLS包頭封裝位置和包頭格式
4.1 MPLS包頭封裝位置
MPLS包頭放在二層的幀頭和三層的IP頭之間的位置，所以MPLS也叫做2.5層的協議
MPLS標簽放在MPLS包頭中
二層的幀頭中的“類型字段”會指明上層是IP協議（0X0800）還是MPLS協議，路由器查看二層的幀頭就知道應該使用哪張表來查表轉發——FIB、LFIB
所以中間的MPLS路由器不會去看IP包頭轉發，只看MPLS包頭轉發
4.2 MPLS包頭格式
1.標簽：20位(100多萬個)，為每一條路由分配一個標簽，足夠用了
2.EXP：做QOS用的，3位
QOS區分服務模型：分類、標記（着色）——字段（值）
三層的IP包中的字段：TOS（早期）——DSCP（后來）
二層：802.1q的trunk中的cos字段
端到端的QOS：
二層交換機的trunk（二層幀中的字段-COS5）復制到IP路由器（TOS5），進MPLS域時復制到路由器MPLS包頭中（EXP5）
3.S：占比位，1位，多層標簽嵌套（實際上是有多個MPLS的包頭），標識我是不是最內層的標簽
0：外層標簽
1：內層標簽
MPLS VPN：2層標簽
CSC：3層標簽
4.TTL（生存時間）： 8位（最大值為255，看從哪個操作系統發出來的初始值不一樣），每經過一個路由器減1，防環。把IP包頭里的TTL值復制到MPLS包頭的TTL字段里
五、MPLS架構及實現細節
5.1 控制層面
如何生成轉發層面所需要使用的表
傳統IP路由是通過動態路由協議的學習最后生成路由表
1.各種動態路由協議
任何IGP、BGP協議——目的是傳遞路由
2.分發和傳遞標簽的協議
（1）專門的卷標分發協議：LDP、TDP
TDP：cisco的卷標交換技術，tag switching所使用的標簽分發協議。它是LDP的前身
LDP：被IETF共有化后演變了成現在的MPLS所使用的標簽分發協議
（2）其他可以傳遞卷標的協議：
1.MPBGP（多協議BGP）：把標簽放在BGP路由后面一起傳遞
2.ipv4-BGP：不同的AS之間傳遞卷標，用LDP傳遞卷標不好
3.RSVP（資源預留協議）：出現在QOS的集成服務模型里的，用於數據網絡，去請求保留帶寬，然后可以沿着路徑分卷標——用於MPLS-TE
QOS的兩種模型：
1.區分服務模型：用的最多
對數據報在入口處進行分類（根據重要性），然后打標記（着色，在字段中設置一個值），繼續傳遞，其他路由器只看標記根據QOS的隊列機制讓重要的數據報每次都是優先轉發。
但是每台路由器都要去實施。
2.集成服務模型：類似於傳統的電話網絡，中間是二層的電話交換機——用於語音網絡
打電話時交換機會發送信令去請求下一台交換機的帶寬（需要的帶寬），整條鏈路先預留帶寬，保證語音的質量。預留不出來則通話不能建立，保證了服務質量。
但是是針對每一個流，也不能在互聯網上大規模實施
3.通過無序分發標簽，形成每台路由器的LIB表（標簽信息庫）：
LIB中只會存儲LDP/TDP分的標簽
路由條目 自己本地分配的標簽(local) 所有別人給我的標簽(remote)
5.1.1 LDP和TDP的聯系
可以全局或接口下修改使用的卷標分發協議：默認是LDP，兩端必須一致
int s0/0
mpls label protocal tdp
其實兩者可以互相兼容——MPLS分發標簽使用LDP或TDP都可以
5.1.2 mpls ip命令在接口上運行之后，LDP的工作過程
1.選舉LDP router-id（同ospf，選舉好后即是一個穩定狀態）
2.使用LDP router-id的地址建立直連路由器之間的LDP鄰居關系（要注意路由的可達性）
3.通過路由協議學習到路由條目后，每台路由器針對這條路由條目本地分配一個標簽（local）
4.通過LDP協議無序分發卷標（LDP/TDP的卷標分發是無序的，分發給所有LDP/TDP鄰居而不區分上下游），從而形成LIB表（local remote）
5.1.3 LDP鄰居的建立過程
1.LDP使用UDP源目埠號都為646發送hello包（並通過UDP協議維持LDP的鄰居關系）
LDP的hello消息目的IP地址發往224.0.0.2
sh ip int s0/0 //查看mpls接口加組信息（224.0.0.2）
2.協商相關參數，如LDP router-id的大小
3.使用TCP 源埠隨機，目的埠為646建立LDP鄰居關系（LDP ID大的主動去發送TCP連接小的）
目的IP為對方的LDP ID
sh mpls ldp nei //查看LDP鄰居關系
access-list 100 permit udp any eq 646 host 224.0.0.2 eq 646
access-list 100 permit ospf any any //建立ospf鄰居，放行LDP ID的路由條目
access-list 100 permit tcp any host 1.1.1.1 eq 646 // LDP ID大者向小的一方發起TCP連接
access-list 100 deny ip any any
TDP依靠TCP 711埠建立鄰居關系，用UDP發送hello包（維持TDP的鄰居關系）
5.1.4 相關命令
LDP ID：類似於OSPF的router ID，選舉規則也一樣；使用mpls ldp router-id interface force可改變LDP ID
在LDP鄰居發現時，鄰居之間的LDP ID必須IGP可達，否則在sh mpls ldp discovery的最后一行會出現no route，即鄰居發現沒有建立成功
全局下的MPLS命令：
mpls ldp命令(新命令)等同於tag-switching tdp(老命令)——因為LDP等同於TDP
控制層面小結：
- 每台路由器通過一種動態路由協議學習到路由條目
- 每台路由器先本地為這條路由條目分配一個標簽
- 無序分發標簽，形成每台路由器的LIB表
5.2 數據層面
如何去查那張表
傳統IP路由是拿目的地址去查路由表（FIB表）
1.FIB表（轉發信息庫，CEF表——相當於路由表）
FIB表是對路由表的復制，做了一些優化，解決了遞歸查找問題
為什么要使用FIB表：因為只有FIB表才能關聯標簽，路由表是無法關聯標簽的
必須打開CEF才會有FIB
邊界路由器要查CEF表：三層的表，IP是三層的包
路由條目 出接口 下一跳路由器給的標簽(out)
2.LFIB表（卷標轉發信息庫）
由LIB生成
中間的路由器只根據LFIB表做標簽的替換：針對的是標簽包
路由條目 出接口 本地分配的標簽(in) 下一跳路由器給的標簽(out)
LFIB中out是untagged的情況：——彈出所有標簽
如果下一跳沒有給我標簽（沒有運行MPLS的純IP網絡，我只能給它轉發一個純IP包的情況），則out是untag
LFIB中out是pop的情況：——只彈出一層外層標簽
每台路由器對於本地直連的路由條目本地分配的是一個“隱式空”的空標簽（local值為3），倒數第二跳路由器收到這個分發的空標簽，它的LFIB表中out為POP。然后轉發純IP包給末端路由器，末端路由器一般情況下只需要查IP路由表（FIB表）轉發，所以末端路由器對於直連路由LFIB表中是沒有這條路由條目的
數據層面小結：
是什么包就查什么表
5.3 MPLS架構小結
路由的傳遞是從下游往上游傳
標簽的分發是無序的，但只有關聯下一跳給的標簽才有意義
數據報的轉發是從上游往下游走
5.4 數據報轉發時的幾種可能性
收到的是IP包，只查FIB：
1.壓out的標簽出去（MPLS邊界路由器）
2.不壓標簽，正常的IP包出去（末端路由器的直連路由）
收到的是標簽包：只查LFIB：
1.更換一個標簽出去（中間的路由器）
2.彈出標簽，變成純IP包出去（倒數第二跳路由器）
六、基礎實驗
R3：ping 1.1.1.1
6.1 MPLS基本配置及驗證命令
1.應首先保證MPLS域中的所有路由器CEF開啟（默認開啟）
2.運行一種路由協議，宣告物理及環回界面
因為LDP也會建立鄰居關系（默認使用環回口建立鄰居，因此必須要環回口路由可達）
sh mpls ldp discovery
3.指定卷標分配的范圍——針對所有可以分卷標的協議的卷標分配范圍
運行MPLS，同時就默認啟動了LDP對每條路由條目本地分配一個標簽(local)
LDP分配標簽從16開始，本地有效。應該強制每台路由器對路由分配不同的標簽范圍（在啟用MPLS之前就做，因為啟用了MPLS就啟用了LDP，已經開始分配標簽了）
全局配置模式下：
mpls label range 16 100
4.MPLS域中的所有接口下啟用MPLS——默認就啟用了LDP並建立LDP的鄰居關系
int s0/0
mpls ip
sh mpls int //查看所有啟用了LDP的接口
sh mpls ldp nei //LDP的鄰居：LDP的TCP連接發起方——根據源埠號（隨機）和目的埠號（646）判斷
R3：trace 1.1.1.1 //壓標簽達到目的地址
查看控制層面的表(LIB表)：
sh mpls ldp bindings //LIB表：路由條目、卷標local、卷標remote
對於直連路由，本地分空標簽
對於非直連路由，本地正常分標簽
查看數據層面的表：
show ip cef detail //FIB表：路由條目、出接口、下游路由器給我的標簽(out)
show mpls forwarding-table //LFIB表：路由條目、出接口、本地分配的標簽(in)、下游路由器給我的標簽(out)
6.2 擴展內容
1.關閉CEF：no ip cef
（1）如果邊界路由器關閉CEF：
FIB空了——必須打開CEF才會有FIB
（2）如果中間路由器關閉CEF：
LIB中本地不分標簽了
FIB表空了
LFIB表也空了
此時則完全按照路由表查找轉發，脫離了LSP，此環境沒有任何影響，可以通，但是MPLS-VPN網絡中就不通了
路由器要基於FIB表本地分配標簽和形成LFIB表，所以必須在MPLS域中所有路由器上都打開CEF：ip cef
2.如果將R1環回口改為24位：
需要在R1上重啟mpls ip命令
R1通過ospf通告給R2的仍是32位路由
R2的LFIB中out全變成untag了，對於MPLS VPN就不正常了
問題原因：
1.R1上本地會為24位的這條直連路由分空標簽，也會把這個空標簽傳遞給R2，但R2上並沒有24位的這條路由，因此這條路由不會顯示進LFIB表中
2.R2收到的路由是32位的，但是卻收不到關於這條32位路由下一跳給它的標簽，因為R1上是直連的是24位的路由
3.R2上只有32位的路由加入到LFIB表中，因為沒有收到標簽，所以out是untag
解決方法：
使分標簽的路由和傳遞的路由屏蔽一致
1.將所有路由器環回口屏蔽都設置為32位——推薦
2.環回口網絡類型改為點到點，這樣宣告給鄰居的也是24位掩碼
3.如果MPLS域中存在路由匯總——eigrp
匯總路由在R2上產生：1.1.1.1/32-1.1.0.0/16，R2會為1.1.0.0/16這條路由本地分一個空標簽，R3壓着空標簽轉發到R2（R3到R2的包是純IP包）
而R2本身有明細路由，R1本地分配的空標簽分發過來，R2又壓着空標簽轉發到R1（等於還是一個純IP包轉發給R1）。因為R2上同時有匯總路由和明細路由，所以這種情況下不會有問題——eigrp、ospf
如果R1和R2之間還有一台路由器，則會重新壓一次標簽過去
關鍵是看底層使用的是哪種動態路由協議，做匯總時本地會不會自動生成那條匯總路由
eigrp和ospf手動匯總后本地都會自動產生一條指向空接口的匯總路由，所以MPLS-VPN沒有問題
rip本地不會自動產生匯總路由，所以MPLS-VPN有問題
另：ospf的匯總只能在ABR或ASBR上做
eigrip匯總：——pop
R2：連R3的界面
int s0/1
ip sum eigrp 100 1.1.0.0 255.255.0.0
rip匯總：接口下（同eigrp，DV型）——untag，MPLS-VPN有問題
int s0/1
ip sum rip 1.1.0.0 255.255.0.0
所以MPLS域中的底層路由協議最好不要使用rip
七、幀模式（IP）和信元模式（ATM）的區別
7.1 標簽的發配
幀模式：只要自己有路由就本地分配標簽
信元模式：下游給我標簽以后，我本地再開始自己分配標簽
7.2 標簽的分發
幀模式：分發是主動、無序的，不管對方要不要
信元模式：按需分發（上游向下游請求）
7.3 標簽的保留
幀模式：LDP鄰居傳遞給我的標簽一直保存在我的LIB中，不管是不是下一跳或下一跳是否已經down掉（對方起來后，不需要重新分發標簽進行三層的收斂，速度快）
7.4 LFIB表中是否關聯數據報的入向接口
幀模式：不關聯數據報的入向界面
優點：表小，卷標交換速度快
缺點：不安全
信元模式：關聯數據報的入向界面
八、MPLS的現實好處（BGP傳遞路由）
8.1 MPLS中的trace相關命令
no mpls ip propagate-ttl //TTL值在MPLS入口處變成255，並且不遞減
此時traceroute不生效
8.2 通過BGP傳遞路由
R1和R3通過IBGP傳一條32位的環回口路由
純IP網絡中，不能通（中間路由器沒有運行IBGP，沒有這條路由），但MPLS中可以通
R1：sh mpls ldp bindings
本地不會為33.33.33.33這條路由分標簽（學到的是B表項），MPLS只會為IGP的路由分標簽，不會為BGP路由分標簽。但轉發數據報時會壓這條BGP路由的下一跳路由的標簽（通過3.3.3.3學來的）——sh ip cef detail
sh ip bgp //去往33.33.33.33下一跳是3.3.3.3
R2沒有運行BGP，也沒有11和33的路由
好處：運營商中間的所有P路由器都不用承載BGP的路由（客戶的路由），只需要維護一個標簽即可實現客戶路由的端到端通信
8.3 擴展內容
R1重啟mpls ip后，LFIB中的out都是untag（沒有收到鄰居的標簽），LDP鄰居建立不起來了
因為LDP也有RID，通過RID建立鄰居，並且RID選舉好后是非搶占的，除非重啟mpls ip才重新選舉（選舉RID的方式同ospf）
R1上重新選舉RID為11.11.11.11，因為R2上沒有11.11.11.11的路由，所以R1的11.11.11.11和R2的2.2.2.2不能建立LDP鄰居
解決方法：
1.全局配置模式下：強制指定LDP的RID為1.1
mpls ldp router-id lo0 //只能跟界面，還是要等到mpls下一次重啟
mpls ldp router-id lo0 force //讓其立刻生效
2.RID不變，讓LDP通過直連接口建立鄰居，而不是使用RID建立鄰居（如果不能修改LDP的RID的話，使用這種方法比較好）
int s0/0 接口下的命令
mpls ldp discovery transport-add interface //本路由器通過本地這個物理接口地址和對方建立LDP鄰居
九、控制標簽的分發
控制路由的傳遞——發布列表
控制數據報的傳遞——ACL
控制標簽的分發：
讓R2針對環回口路由2.2.2.2本地分配的標簽只傳遞給R1，而不給R3（R3上看到2.2.2.2變成untag）
全局配置模式下：
老命令：tag-switching advertise-tag for ACL1(匹配路由) to ACL2(允許向誰發送)
新命令：mpls ldp advertise-labels for ACL1(匹配路由) to ACL2(允許向誰發送)
mpls ldp advertise-labels for 1 to 2
ac 1 per host 2.2.2.2 //匹配32位的路由
ac 2 per host 1.1.1.1 //只給1.1.1.1的LDP鄰居分發標簽（只能匹配對方LDP的RID，匹配對方的直連界面IP是不行的）
結果：R1的LFIB中out是POP，R3的LFIB中out是untag
no mpls ldp advertise-labels
mpls ldp advertise-labels for 11