MPLS

cisco
网络技术 cisco
发布日期:   2020-05-01
文章字数:   2.6k
阅读时长:   12 分

如下拓扑：

其中R2345内部启用OSPF，R2和R5建立BGP邻居关系，R1是AS100，R6是AS300。R1和R6的环回接口宣告进BGP

R1
interface Loopback0
 ip address 1.1.1.1 255.255.255.255
!
interface Ethernet0/0
 ip address 192.168.12.1 255.255.255.0
!
router bgp 100
 bgp log-neighbor-changes
 network 1.1.1.1 mask 255.255.255.255
 neighbor 192.168.12.2 remote-as 200
=========================================
R2
interface Loopback0
 ip address 2.2.2.2 255.255.255.255
 ip ospf 1 area 0
!
interface Ethernet0/0
 ip address 192.168.12.2 255.255.255.0
!
interface Ethernet0/1
 ip address 192.168.23.2 255.255.255.0
 ip ospf 1 area 0
!
router bgp 200
 bgp log-neighbor-changes
 neighbor 5.5.5.5 remote-as 200
 neighbor 5.5.5.5 update-source Loopback0
 neighbor 5.5.5.5 next-hop-self
 neighbor 192.168.12.1 remote-as 100
=========================================
R3
interface Loopback0
 ip address 3.3.3.3 255.255.255.255
 ip ospf 1 area 0
!
interface Ethernet0/0
 ip address 192.168.23.3 255.255.255.0
 ip ospf 1 area 0
!
interface Ethernet0/1
 ip address 192.168.34.3 255.255.255.0
 ip ospf 1 area 0
=====================================
R4
interface Loopback0
 ip address 4.4.4.4 255.255.255.255
 ip ospf 1 area 0
!
interface Ethernet0/0
 ip address 192.168.34.4 255.255.255.0
 ip ospf 1 area 0
!
interface Ethernet0/1
 ip address 192.168.45.4 255.255.255.0
 ip ospf 1 area 0
====================================
R5
interface Loopback0
 ip address 5.5.5.5 255.255.255.255
 ip ospf 1 area 0
!
interface Ethernet0/0
 ip address 192.168.45.5 255.255.255.0
 ip ospf 1 area 0
!
interface Ethernet0/1
 ip address 192.168.56.5 255.255.255.0
!
router bgp 200
 bgp log-neighbor-changes
 neighbor 2.2.2.2 remote-as 200
 neighbor 2.2.2.2 update-source Loopback0
 neighbor 2.2.2.2 next-hop-self
 neighbor 192.168.56.6 remote-as 300
=========================================
R6
interface Loopback0
 ip address 6.6.6.6 255.255.255.255
!
interface Ethernet0/0
 ip address 192.168.56.6 255.255.255.0
!
router bgp 300
 bgp log-neighbor-changes
 network 6.6.6.6 mask 255.255.255.255
 neighbor 192.168.56.5 remote-as 200

通过上述配置，发现R1和R6可以互相学习lo0。但是无法互相访问。原因是路由黑洞，详情参考BGP部分课程。

可以通过MPLS来解决这个问题。

在AS200内的每个物理接口上加上一条mpls ip，然后稍等几秒

R6#ping 1.1.1.1 so 6.6.6.6
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 1.1.1.1, timeout is 2 seconds:
Packet sent with a source address of 6.6.6.6 
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 1/1/1 ms

发现R3和R4依旧没有学习到任何的R1或者R6的路由条目

通过在R3和R4之间抓包，发现数据结构如下

MPLS原理

流量分析

由于MPLS标签始终从16开始分配，为了方便观察和实验，我们规定R2只能用200-299的标签，R3只能用300-399以此类推，这样就可以看到标签的传递的过程。但是真实网络中，没必要规定标签范围。

R2(config)#mpls label range 200 299
R2(config)#int e0/1
R2(config-if)#mpls ip
===========================
R3(config)#mpls label range 300 399
R3(config)#int range e0/0 -1
R3(config-if-range)#mpls ip
===========================
R4(config)#mpls label range 400 499
R4(config)#int range e0/0 -1
R4(config-if-range)#mpls ip
===========================
R5(config)#mpls label range 500 599
R5(config)#int e0/0
R5(config-if)#mpls ip

下面开始分析流量的走向。

如果路由器转发IP包，会查找cef表。show ip cef x.x.x.x

如果路由器转发标签包，会查找标签转发信息库。show mpls forward-table

从R1出发，产生了s-ip:1.1.1.1，d-ip:6.6.6.6的IP数据包，在Cisco设备中，路由器并不是直接查找路由表确定出接口的。Cisco设备有特快转发机制(可以理解为预缓存)，查找CEF表，确定出接口。

R1#sh ip cef 6.6.6.6
6.6.6.6/32
  nexthop 192.168.12.2 Ethernet0/0

R2收到了R1发来的IP数据包，查找CEF表，在cef表中，发现这个条目已经被预先缓存加上标签302再从e0/1转发。这时候R2发出的已经是标签包了。

R2#sh ip cef 6.6.6.6
6.6.6.6/32
  nexthop 192.168.23.3 Ethernet0/1 label 302-(local:200)

R3收到了R2发来的标签数据包，查找标签转发信息库，我们发现标签302对应标签402，所以数据中的标签就变成了402，然后从e0/1发出。

R3#sh mpls forwarding-table        
Local      Outgoing   Prefix           Bytes Label   Outgoing   Next Hop    
Label      Label      or Tunnel Id     Switched      interface              
300        Pop Label  2.2.2.2/32       1468          Et0/0      192.168.23.2
301        Pop Label  4.4.4.4/32       0             Et0/1      192.168.34.4
302        402        5.5.5.5/32       208           Et0/1      192.168.34.4
303        Pop Label  192.168.45.0/24  0             Et0/1      192.168.34.4

R4收到了R3的标签包，查找标签转发信息库，我们发现标签402对应操作是删除标签，所以数据中的标签就被删除，然后从e0/1发出。

R4#show mpls forwarding-table 
Local      Outgoing   Prefix           Bytes Label   Outgoing   Next Hop    
Label      Label      or Tunnel Id     Switched      interface              
400        300        2.2.2.2/32       285           Et0/0      192.168.34.3
401        Pop Label  3.3.3.3/32       0             Et0/0      192.168.34.3
402        Pop Label  5.5.5.5/32       1541          Et0/1      192.168.45.5
403        Pop Label  192.168.23.0/24  0             Et0/0      192.168.34.3

R5收到R4的IP包，查找CEF表，最终发给了目的地

R5#sh ip cef 6.6.6.6
6.6.6.6/32
  nexthop 192.168.56.6 Ethernet0/1

标签的产生

LDP(标签发现协议)这个协议随着MPLS启动

  1. LDP启动
  2. 给路由表中每个条目都分配一个标签，不规定范围就从16开始，每个条目的标签称为本地标签
    1. 可以通过show mpls ldp binding查看本地标签
  3. 通过参与LDP的接口与直连路由器建立LDP邻居
    1. 可以通过show mpls ldp neighbor查看邻居
  4. LDP从邻居那边学习对方给他的条目分配的本地标签，然后记为远程标签
    1. 可以通过show mpls ldp binding查看远程标签
  5. 通过IGP的下一跳判断最佳远程标签，然后结合CEF的出接口信息，产生LFIB(标签转发信息库)
    1. 可以通过show mpls forwarding-table查看标签转发信息库

MPLS标签

标签结构

  • Label
    • 标签数值（范围16-1048575）
    • 0-15是保留标签，部分有特殊功能
    • 可以人为指定范围
  • EXP
    • 做QoS的时候给流量做标记
  • BoS
    • 在有些应用下可能会有多层标签，BoS是1，就表示最底层的标签
  • TTL
    • 在加上标签的时候，会将IPv4报头中的TTL复制过来
    • 在去除标签的时候，会将标签中TTL复制到IPv4报头中
    • 数据包的防环机制

标签的位置

在数据链路层与网络层之间

标签的处理动作

标签空间

LDP可以在同一台设备上给每个条目分配一个标签，这个称为基于平台的标签空间，会在LDP ID的后面用:0表示

LDP也可以基于接口来给每个条目分配不同的标签，会更加的安全

LDP详解

LDP邻居建立过程

邻居发现过程

  • 从646端口发送udp的hello包
  • hello包的地址是224.0.0.2

会话建立的过程

  • TCP建立，源端口号随机，目的端口号646

初始化消息中携带的路由前缀以及对应的捆绑标签

LDP各种计时器查看

R3#sh mpls ldp parameters 
LDP Feature Set Manager: State Initialized
  LDP features:
    Basic
    IP-over-MPLS
    TDP
    IGP-Sync
    Auto-Configuration
    TCP-MD5-Rollover
Protocol version: 1
Session hold time: 180 sec; keep alive interval: 60 sec
Discovery hello: holdtime: 15 sec; interval: 5 sec
Discovery targeted hello: holdtime: 90 sec; interval: 10 sec
Downstream on Demand max hop count: 255
LDP for targeted sessions
LDP initial/maximum backoff: 15/120 sec
LDP loop detection: off

如果R3不将loopback0通告进OSPF，可以看到R2依旧可以发现R3，但是无法建立tcp会话。

LDP的邻居发现和会话建立是不同的机制。

R2#sh mpls ldp nei
    Peer LDP Ident: 3.3.3.3:0
	No TCP connection; Downstream
	Up time: 00:16:03
        Addresses bound to peer LDP Ident:
          192.168.23.3    192.168.34.3    3.3.3.3
R2#show mpls ldp discovery 
 Local LDP Identifier:
    2.2.2.2:0
    Discovery Sources:
    Interfaces:
	Ethernet0/1 (ldp): xmit/recv
	    LDP Id: 3.3.3.3:0; no route

PHP次末跳弹出机制

在使用次末跳弹出之前，到达目的地的数据仍然是标签包，目的地需要先查找标签转发信息库，然后删除标签变成IP包，再次查找FIB表。出现两次查表，浪费性能。

在使用了次末跳弹出机制之后，R3会产生一个空标签给R2，告诉R2我就是目的地，这样R2就会在发给R3之前将标签删除。

LDP在给本地直连条目分配标签的时候，会分配隐含空标签(标签数值为3)，这样倒数第二跳就会知道下一跳就是目的地了，然后提前删除标签。

路由汇总对MPLS的影响

路由汇总本质上是抑制明细条目，然后本地产生一条新的汇总路由，并且更新出去

所以汇总路由的目的地就是执行汇总的这台路由器，导致路由条目在汇总路由器前一跳被弹出标签。

如果是在MPLS VPN或者BGP路由黑洞中，这种提前弹出标签的行为，会直接丢包。

文章作者: AaronXu
文章链接: https://iproute.cn/2020/05/01/mpls/
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