MPLS LDP原理與配置
MPLS是一種根根據標簽報文中攜帶的短而定長的標簽來轉發數據的技術。
MPLS的一個基本概念就是兩台LSR必須對在它們之間轉發的數據的標簽使用上“達成共識”。LSR之間可以運行標簽分發協議（Label Distribution Protocol，LDP）來告知其他LSR本設備上的標簽綁定信息，從而實現標簽報文的正確轉發。
本課程將介紹LDP基本工作原理與特性，以及LDP的基本配置。
一、LDP基本概念
LDP協議概述
LDP是MPLS的一種控制協議，相當於傳統網絡中的信令協議，負責FEC的分類、標簽的分配以及LSP的建立和維護等操作。LDP規定了標簽分發過程中的各種消息以及相關處理過程。
LDP的工作過程主要分為兩部分：
1.LSR之間建立LDP會話。
2.LSR之間基於LDP會話動態交換標簽與FEC的映射信息，並根據標簽信息建立LSP。
LDP會話、LDP鄰接體、LDP對等體
LSR之間交互標簽綁定消息之前必須建立LDP會話。LDP會話可以分為：
本地LDP會話（Local LDP Session）：建立會話的兩個LSR之間是直連的；
遠程LDP會話（Remote LDP Session）：建立會話的兩個LSR之間可以是直連的，也可以是非直連的。
兩台LSR之間交互Hello消息之后，即建立起鄰接體（Adjacency）關系；
在建立鄰接體關系的基礎上，兩台LSR之間交互LDP會話消息，建立起LDP會話，兩台設備之間形成LDP對等體關系；
LSR ID與LDP ID
每一台運行了LDP的LSR除了必須配置LSR ID，還必須擁有LDP ID。
LDP ID的長度為48bit，由32bit的LSR ID與16bit的標簽空間標識符（Label Space ID）構成。
LDP ID以“LSR ID : 標簽空間標識”的形式呈現。例如2.2.2.2:0。
標簽空間標識一般存在兩種形態：
值為0：表示基於設備（或基於平台）的標簽空間；
值非0：表示基於接口的標簽空間。
LDP消息
運行LDP協議的LSR之間通過交換LDP消息來實現鄰居發現、會話建立與維護以及標簽管理等功能。
按照消息的功能，LDP消息一共可以分為四大類型：發現消息（Discovery Message），會話消息（Session Message），通告消息（Advertisement Message）和通知消息（Notification Message）。
發現消息：用來宣告和維護網絡中一個LSR的存在；用於通告和維護網絡中LSR的存在，如Hello報文。
會話消息：用於建立、維護和終止LDP對等體之間的會話，如Initialization報文、KeepAlive報文。
通告消息：用來生成、改變和刪除FEC的標簽映射；
通知消息：用來宣告告警和錯誤信息。
LDP消息承載在UDP或TCP之上，端口號均為646 。其中發現消息用來發現鄰居，承載在UDP報文上。其他消息的傳遞要求可靠而有序，所以LDP使用TCP建立會話，會話、通告和通知消息都基於TCP傳遞。
LDP報文封裝
LDP協議報文包括了LDP頭部和LDP消息兩部分。
LDP頭部中攜帶了LDP版本、報文長度等信息；
LDP消息中攜帶了消息類型、消息長度等信息。
LDP頭部長度為10Byte，包括Version，PDU Length和LDP Identifier三部分。
Version占用2Byte，表示LDP版本號，當前版本號為1。
PDU Length占用2Byte，以字節為單位表示除了Version和PDU Length以外的其他部分的總長度。
LDP Identifier，即LDP ID，長度6Byte，其中前4Byte用來唯一標識一個LSR，后2Byte用來表示LSR的標簽空間。
LDP消息包含五個部分。
U占用1個bit，為Unknown Message bit。當LSR收到一個無法識別的消息時，該消息的U=0時，LSR會返回給該消息的生成者一個通告，當U=1時，忽略該無法識別的消息，不發送通告給生成者。
Message Length占用2個bytes，以字節為單位表示Message ID、Mandatory Parameters和Optional Parameters的總長度。
Message ID占用32個bit，用來標識一個消息。
Mandatory Parameters和Optional Parameters分別為可變長的該消息的必須的參數和可選的參數。
Message Type表示具體的消息類型，目前LDP定義的常用的消息有Notification，Hello，Initialization，KeepAlive，Address，Address Withdraw，Label Mapping，Label Request，Label Abort Request，Label Withdraw，Label Release。
LDP會話狀態機
LDP使用5種狀態描述LDP會話狀態機。
LDP Session協商過程可以通過狀態機來描述。如圖所示，有5種狀態。分別是Non-Existent，Initialized，OpenRec，OpenSent，Operational。
Non-Existent狀態：該狀態為LDP Session最初的狀態，在此狀態雙方發送HELLO消息，選舉主動方，在收到TCP連接建立成功事件的觸發后變為Initialized狀態。
Initialized狀態：該狀態下分為主動方和被動方兩種情況，主動方將主動發送Initialization消息，轉向OpenSent 狀態，等待回應的Initialization消息；被動方在此狀態等待主動方發給自己的Initialization消息，如果收到的Initialization消息的參數可以接受，則發送Initialization和KeepAlive轉向OpenRec狀態。主動方和被動方在此狀態下收到任何非Initialization消息或等待超時時，都會轉向Non-Existent狀態。
OpenSent 狀態：此狀態為主動方發送Initialization消息后的狀態，在此狀態等待被動方回答Initialization消息和KeepAlive消息，如果收到的Initialization消息中的參數可以接受則轉向OpenRec狀態，如果參數不能接受或Initialization消息超時則斷開TCP連接轉向Non-Existent狀態。
OpenRec狀態：在此狀態不管主動方還是被動方都是發出KeepAlive后的狀態，在等待對方回應KeepAlive，只要收到KeepAlive消息就轉向Operational狀態；如果收到其它消息或KeepAlive超時則轉向Non-Existent狀態。
Operational狀態：該狀態是LDP Session成功建立的標志。在此狀態下可以發送和接收所有其它的LDP消息。在此狀態如果KeepAlive超時或收到致命錯誤的Notification消息（Shutdown消息）或者自己主動發送Shutdown消息主動結束會話，都會轉向Non-Existent狀態。
LDP狀態切換信息可以通過指令debug mpls ldp session看到。
LDP會話建立 - 發現階段與TCP連接建立
除了基本發現機制外，可以通過拓展發現機制發現非直連的遠端鄰接體，該內容不屬於課程的重點，詳細內容可以查閱RFC5036相關內容。
LDP的傳輸地址用於與鄰居建立TCP連接。
兩台LSR之間在建立LDP會話之前，需要先建立TCP連接，以便進行LDP協議報文的交換。
設備的傳輸地址被包含在LDP Hello報文中，LSR通過Hello報文知曉鄰居的傳輸地址。
在使用Hello報文發現鄰居並且知道了對方的傳輸地址后，鄰居之間就會開始嘗試TCP三次握手（基於傳輸地址），並且交互LDP的初始化報文、標簽映射報文等，這些報文都使用雙方的傳輸地址作為源、目的IP地址。
LSR必須擁有到達鄰居的傳輸地址的路由。
缺省情況下，公網的LDP傳輸地址等於設備的LSR ID，私網的傳輸地址等於接口的主IP地址。
LDP會話建立 - 會話建立與保持
LDP鄰居狀態
LDP會話狀態
LDP會話的狀態：
NonExistent：表示LDP會話的最初狀態。在此狀態雙方互相發送Hello消息，在收到TCP連接建立成功事件的觸發后變為Initialized狀態。
Initialized：表示LDP會話處於初始化狀態。
Open Sent：表示LDP會話進入初始化狀態后，主動方給被動方發送了Initialized消息，並等待對方的回應。
Open Recv：表示LDP會話進入初始化狀態后，當雙方都收到了對方發送的KeepAlive消息后，LDP會話進入Operational狀態。
Operational：表示LDP會話建立成功。
標簽的發布和管理
在MPLS網絡中，下游LSR決定標簽和FEC的綁定關系，並將這種綁定關系發布給上游LSR。
LDP通過發送標簽請求和標簽映射消息，在LDP對等體之間通告FEC和標簽的綁定關系來建立LSP
標簽的發布和管理由標簽發布方式、標簽分配控制方式和標簽保持方式來決定。
上游與下游
MPLS根據數據的轉發方向確定上、下游關系。標簽報文從上游LSR發出，被下游LSR接收並處理。
如圖所示，對於到達192.168.3.0/24的LSP而言，R3是R2的下游LSR，R1是R2的上游LSR。
標簽發布方式 - DU模式
DU模式
對於一個特定的FEC，LSR無需從上游獲得標簽請求消息即進行標簽分配與分發。
LSR會主動將自己為FEC捆綁的標簽通告給上游鄰居，無需鄰居先發起請求再通告。
標簽分配：LSR從本地標簽空間中取出一個標簽與FEC綁定。
標簽分發：LSR將標簽與FEC的綁定關系通知給上游LSR。
標簽發布方式為DU時，系統默認支持LDP為所有對等體分標簽，即每個節點都可以向所有的對等體發布標簽映射關系，不再區分上下游關系。因為在只給上游對等體分標簽情況下，發送標簽映射消息的時候，要根據路由信息對會話的上下游關系進行確認。
標簽發布方式 - DoD模式
DoD模式
對於一個特定的FEC，LSR獲得標簽請求消息之后才進行標簽分配與分發。
一般情況下，對特定FEC的訪問需求會觸發標簽請求消息。
只有上游鄰居向自己請求標簽映射時，LSR才會通告標簽映射給該鄰居
標簽分配控制方式 - 獨立模式
獨立（Independent）模式
本地LSR可以自主地分配一個標簽綁定到某個FEC，並通告給上游LSR，而無需等待下游的標簽。
標簽分配控制方式需要與標簽發布方式結合使用：
在使用DU作為標簽分發方式的情況下，如圖所示，R2和R3對192.168.4.0/24這條FEC，可以在上游LSR無請求，且自身沒有收到下游LSR的標簽綁定信息的情況下，主動向上游LSR通告標簽綁定信息。
采用DoD作為標簽發布方式時，如圖所示，R2和R3對192.168.4.0/24這條FEC，只要收到上游LSR的標簽請求消息，可以在自身沒有收到下游LSR的標簽綁定信息的情況下，向上游LSR通告標簽綁定信息。
標簽分配控制方式 - 有序模式
有序（Ordered）模式
對於LSR上某個FEC的標簽映射，只有當該LSR已經具有此FEC下一跳的標簽映射消息、或者該LSR就是此FEC的出節點時，該LSR才可以向上游發送此FEC的標簽映射。
當標簽控制方式為Ordered，只有當LSR收到特定FEC下一跳發送的特定FEC標簽映射消息或者LSR是LSP的出口節點時，LSR才可以向上游發送標簽映射消息。
當標簽分發方式為DU時，如圖所示，對於192.168.4.0/24這條FEC，不論上游LSR是否有請求，必須收到下游LSR對此FEC的標簽綁定信息才向上游LSR發布標簽綁定信息，所以必須由Egress LSR，也就是R4作為LSP建立的“起點”。
當標簽發布方式采用DoD時，如圖所示，對於192.168.4.0/24這條FEC，只有收到上游LSR請求的請求，且自身已經收到下游LSR的標簽綁定信息的情況下，才向上游LSR通告標簽綁定信息。因此，必須由Ingress LSR（R1）發起請求，逐跳請求到Egress LSR（R4），最終由R4開始，向上游建立LSP。
標簽保留 - 自由模式
自由（Liberal）模式
LSR收到的標簽映射可能來自下一跳，也可能來自非下一跳。
對於從鄰居LSR收到的標簽映射，無論鄰居LSR是不是自己的下一跳都保留。
當基於IP網絡部署MPLS時，LSR根據IP路由表判斷接收到的標簽映射是否來自下一跳。
Liberal方式的最大優點在於路由發生變化時能夠快速建立新的LSP進行數據轉發，因為Liberal方式保留了所有的標簽。缺點是需要分發和維護不必要的標簽映射。
DU標簽分發方式下，如果采用Liberal保持方式，則R3保留所有LDP鄰居 R2和R5發來的關於192.168.1.0/24這個FEC的標簽，無論該R2和R5是否是IP路由表中到達192.168.1.0/24的下一跳。
DoD標簽分發方式下，如果采用Liberal保持方式， LSR會向所有LDP鄰居請求標簽。但通常來說，DoD分發方式都會和Conservative保持方式搭配使用。
標簽保留 - 保守模式
保守（Conservative）模式
對於從鄰居LSR收到的標簽映射，只有當鄰居LSR是自己的下一跳時才保留。
Conservative方式的優點在於只需保留和維護用於轉發數據的標簽，以達到節約標簽的目的。
當使用DU標簽分發方式時，LSR可能從多個LDP鄰居收到到同一網段的標簽映射消息，如圖中R3會分別從R2和R5收到網段192.168.1.0/24的標簽映射消息。如果采用Conservative保持方式，則R3只保留下一跳R2發來的標簽，丟棄非下一跳R5發來的標簽。
當使用DoD標簽分發方式時， LSR根據路由信息只向它的下一跳請求標簽。
當網絡拓撲變化引起下一跳鄰居改變時：
使用自由標簽保持方式，LSR可以直接利用原來非下一跳鄰居發來的標簽，迅速重建LSP，但需要更多的內存和標簽空間。
使用保守標簽保持方式，LSR只保留來自下一跳鄰居的標簽，節省了內存和標簽空間，但LSP的重建會比較慢。
保守標簽保持方式通常與DoD方式一起，用於標簽空間有限的LSR。
PHP特性
PHP（Penultimate Hop Popping，次末跳彈出），如果激活了PHP特性，那么egress節點在為本地路由分配標簽的時候，會分配一個特殊標簽—3，該標簽被稱為隱式空標簽（Implicit NULL Label）。當LSR轉發一個標簽報文時，如果發現對應的出標簽值為3，則LSR會將棧頂標簽彈出，並將里面所封裝的數據轉發給下游LSR。
在標簽發布時，R3為作為192.168.3.0/24這條FEC的Egress LSR。分配標簽時，R3為該FEC分配了標簽3，並將該標簽綁定信息通告給R2。
在數據轉發時，R2作為到達192.168.3.0的次末跳（倒數第二跳），發現出標簽值為3，於是將標簽頭部彈出，將IP報文轉發給R3，而R3則僅需執行一次查詢操作（查詢FIB表）即可獲得相應的轉發信息，轉發效率得到了提升。
隱式空標簽與顯式空標簽 (1)
缺省情況下，Egress節點向倒數第二跳分配隱式空標簽（implicit-null），即特殊標簽3。
但在部署QoS的場景下，標簽被彈出后，其中的優先級也會一並丟失。
隱式空標簽與顯式空標簽 (2)
顯式空標簽機制，Egress節點向倒數第二跳分配特殊標簽0。
R3在轉發標簽報文時，若出標簽封裝為0，則不會將標簽頭部彈出，標簽頭部中的QoS信息得以保存。R4在收到帶0標簽的報文的時候，直接彈出標簽，不用去查找ILM表項。
缺省情況下，Egress分配的是隱式空標簽，通過label advertise explicit-null使能Egress節點向倒數第二跳分配顯式空標簽。
在MPLS視圖下，執行命令label advertise { explicit-null | implicit-null | non-null }，配置向倒數第二跳分配的標簽。
根據參數的不同，可以配置Egress向倒數第二跳分配不同的標簽。
缺省情況下，使用的是implicit-null，Egress向倒數第二跳節點分配隱式空標簽，值為3。
如果配置的是explicit-null，Egress節點向倒數第二跳分配顯式空標簽，值為0。當需要支持MPLS QoS屬性時，可以選用explicit-null。
如果配置的是non-null，Egress向倒數第二跳正常分配標簽，即分配的標簽值不小於16。
二、LDP工作原理
組網介紹
網絡中已經部署OSPF路由協議且各設備之間能夠正常學習到對方的路由信息。
已在各設備及相應接口上激活MPLS及LDP，且在相鄰的設備之間已正常建立本地LDP會話。
所有LSR均采用DU + Independent +Liberal方式。
華為設備目前缺省模式為下游自主方式（DU）＋ 有序標簽分配控制方式（Ordered）＋ 自由標簽保持方式（Liberal）。
對於從R1進入，到達192.168.4.0/24的數據，R1為Ingress LSR，R4為Egress LSR。
標簽分發 - Egress LSR
R4直連網段192.168.4.0/24，R4將主動為到達該網段的路由分配標簽，如1041，並主動通過LDP協議報文將標簽映射通告給LDP對等體R2和R3。
注：缺省情況下，根據32位的主機IP路由觸發LDP建立LSP。可以通過手工配置觸發非32位路由的LSP建立。
標簽分發 - Transit LSR
以R2為例，在其路由表中，192.168.4.0/24路由的下一跳為R4，當它從R4收到關於192.168.4.0/24的標簽映射通告時，由於該通告來自下游LDP鄰居，因此這將觸發它自己為該路由分配標簽1021，並將標簽映射通告給LDP鄰居（如R1）。R3同理。
標簽分發 - Ingress LSR
R1收到LDP鄰居R2及R3通告過來的關於192.168.4.0/24路由的標簽映射后，將這兩個標簽都存儲起來，但是由於在自己的路由表中，到達192.168.4.0/24的下一跳是R2，因此當前它只會使用R2所通告的標簽1021。
注：當R2發生故障時，OSPF路由將會重新收斂，此時R1的路由表中192.168.4.0/24路由的下一跳將會切換至R3，此時R1將啟用R3所通告的、關於192.168.4.0/24的標簽。
標簽轉發 - Ingress LSR
R1作為Ingress LSR，需要對接收的IP報文執行Push操作壓入標簽，並進行標簽轉發。
當R1收到發往192.168.4.1的IP報文時，首先在其FIB表中查詢該目的IP地址，它發現所匹配的表項的Tunnel ID為非0，因此繼續在NHLFE中查詢該Tunnel ID，然后意識到需要將對該IP報文壓入標簽並進行標簽轉發，出接口為GE0/0/0、下一跳為R2、出站標簽為1021，於是為報文插入標簽頭部並轉發出去。
標簽轉發 - Transit LSR
R2作為Transit LSR，需要對接收的IP報文執行Swap操作交換標簽，並進行標簽轉發。
當R2收到攜帶1021標簽的標簽報文時，查詢ILM，根據ILM對應到NHLFE中的表項。於是，R2對該標簽報文通過swap操作將標簽更換為1041，並從相應的接口轉發出去。
標簽轉發 - Egress LSR
R4作為Egress LSR，需要對接收的IP報文執行Pop操作交換標簽，並進行IP轉發。
當R4收到攜帶1041標簽的標簽報文時，查詢ILM，根據ILM查詢到操作為Pop。於是，R4對該標簽報文通過Pop操作將最外層標簽剝離，此時該報文已經變成了標准IP報文，R4將對該IP報文執行標准的IP轉發流程。
R4在轉發該報文時分別查詢了LFIB和FIB表，作為最后Egress LSR，其存在轉發效率提升的可能性，怎么做？
在MPLS中，運行LDP協議的LSR的操作小結
LSR首先通過運行IGP協議（例如OSPF、IS-IS等）來構建路由表、FIB表；
LDP根據相應的模式，為路由表中的路由前綴（FEC）分配標簽；
LDP根據相應的模式，將自己為路由前綴分配的標簽，通過LDP標簽映射報文通告給LDP鄰居；
LSR將自己為路由前綴分配的標簽，以及LDP鄰居為該路由前綴通告的標簽存儲起來，並與出接口、下一跳地址等信息形成關聯（標簽轉發表項）；
當LSR轉發到達目的網絡的標簽報文時，所使用的出站標簽總是下游LDP鄰居所通告的標簽，此處所指的下游鄰居，是設備的路由表中到達該目的網絡的下一跳設備。
三、LDP基本配置
LDP基本配置命令 (1)
1、使能LDP
[Huawei] mpls ldp
mpls ldp命令用來使能本節點的LDP能力，並進入LDP視圖。
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] mpls ldp
在接口視圖下，使能當前接口的LDP功能。需先使能全局LDP能力后才能執行接口下的LDP使能命令。
2、配置LDP遠端會話
[Huawei] mpls ldp remote-peer remote-peer-name
mpls ldp remote-peer命令用來創建遠端對等體並進入遠端對等體視圖。
[Huawei-mpls-ldp-remote-PeerName] remote-ip ip-address
remote-ip命令用來配置LDP遠端對等體的IP地址。
LDP基本配置命令 (2)
3、配置觸發LSP的策略
[Huawei-mpls] lsp-trigger { all | host | ip-prefix ip-prefix-name | none }
lsp-trigger命令用來指定哪些靜態路由及IGP路由會觸發LDP LSP的建立，缺省情況下，根據32位地址的IP路由觸發LDP建立LSP。
all：所有靜態路由和IGP路由項觸發建立LSP。配置該命令后，所有靜態路由及IGP路由會觸發LDP建立LSP，會導致LSP數量龐大，占用過多的標簽資源，以及整網LSP收斂速度變慢。故一般情況下不推薦配置此命令。
host：32位地址的IP路由觸發建立LSP。
ip-prefix ip-prefix-name：根據IP地址前綴列表觸發建立LSP。
None：不觸發建立LSP。
4、配置LDP標簽發布模式
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] mpls ldp advertisement { dod | du }
缺省情況下，標簽發布模式為下游自主標簽分發（Downstream Unsolicited）。
如果標簽分配方式為DU，則標簽保持模式為Liberal。
如果標簽分配方式為DOD，則標簽保持模式為Conservative。
BGP路由也可以觸發LDP LSP的建立，但此部分內容不在本課程的討論范圍內。
LDP基本配置命令 (3)
5、配置LDP標簽分配控制方式
[Huawei-mpls-ldp] label distribution control-mode { independent | ordered }
缺省情況下，LDP標簽分配控制方式為有序標簽分配控制（Ordered）。
6、配置PHP特性
[Huawei-mpls] label advertise { explicit-null | implicit-null | non-null }
缺省情況下，出節點向倒數第二跳分配隱式空標簽（implicit-null）。
explicit-null：出節點向倒數第二跳分配顯式空標簽。
implicit-null：出節點向倒數第二跳分配隱式空標簽。
non-null：出節點向倒數第二跳正常分配標簽。
MPLS體系有多種標簽分配協議，LDP標簽分配協議是這些協議中使用較廣的一種。
LDP是LSR之間協商標簽含義的過程。LDP協議使用發現、會話、通告、通知四類報文進行會話的建立和標簽的分發。
LDP通過標簽發布方式、標簽分配控制方式和標簽保持方式來決定標簽的發布和管理。華為數通產品默認的方式為：下游自主標簽發布方式+有序標簽分配控制方式+自由標簽保持方式。
利用LDP可以實現將網絡層的路由信息直接映射到標簽信息，進而建立起標簽交換路徑（LSP）。LSR之間將依據本地轉發表中對應於一個特定FEC的入標簽、下一跳節點、出標簽等信息連接在一起，從而形成跨越整個MPLS域的標簽交換路徑。