MPLS学习笔记
多协议标签交换MPLS（Multiprotocol Label Switching）是一种IP（Internet Protocol）骨干网技术。MPLS在无连接的IP网络上引入面向连接的标签交换概念，将第三层路由技术和第二层交换技术相结合，充分发挥了IP路由的灵活性和二层交换的简捷性。
MPLS起源于IPv4（Internet Protocol version 4），其核心技术可扩展到多种网络协议，包括IPv6（Internet Protocol version 6）、IPX（Internet Packet Exchange）和CLNP（Connectionless Network Protocol）等。MPLS中的“Multiprotocol”指的就是支持多种网络协议。
由此可见，MPLS并不是一种业务或者应用，它实际上是一种隧道技术。这种技术不仅支持多种高层协议与业务，而且在一定程度上可以保证信息传输的安全性。
MPLS学习
网络结构
LSR 标签交换路由器 ———— 进行MPLS标签交换和报文转发
MPLS 域 ———— 由LSR构成的网络区域
LER 边缘路由器 ———— 位于MPLS域边缘，连接其他网络的LSR
LSP 标签交换路径 ———— 单项路径，与数据流方向一致
当IP报文进入MPLS网络时，MPLS入口LER分析报文内容并添加标签。当IP报文离开时，标签由出口LER弹出
体系结构
控制平面：负责产生和维护路由信息以及标签信息
  路由信息表RIB：由IP路由协议生成，用于选择路由
  标签分发协议LDP：负责标签的分配，标签转发信息表的建立，标签交换路径的建立，拆除等工作。
  标签信息表LIB：由标签分发协议生成，用于管理标签信息
转发平面：就是数据平面。负责IP报文和MPLS标签报文的转发
  转发信息表FIB：从RIB提取路由信息生成，负责IP报文的转发
  标签转发信息表LFIB：由标签分发协议在LSR上建立LFIB，负责带MPLS标签报文的转发
转发等价类FEC：
MPLS将具有相同特征的报文归一类，称为转发等价类FEC（Forwarding Equivalence Class），属于同FEC的报文在转发过程中被LSR以相同方式处理。
标签
标签是只具有本地意义的标识符，用于唯一标识一个分组所属的FEC。
———————— 一个标签代表一个 FEC
MPLS标签长度为4个字节。封装在链路层和网络层之间，可支持任意链路层协议
Label ： 标签值域 20bit
Exp ： 用于扩展 3bit 常用于做CoS ，当设备阻塞时，优先发送优先级高的报文
S ： 栈底标识 1bit MPLS支持多层标签 S=1 时为最底层标签
标签栈（Label Stack）是指标签的排序集合。靠近二层首部的标签称为栈顶MPLS标签或外层MPLS标签（Outer MPLS label）；靠近IP首部的标签称为栈底MPLS标签或内层MPLS标签（Inner MPLS label）。理论上，MPLS标签可以无限嵌套。目前MPLS标签嵌套主要应用在MPLS VPN、TE FRR（Traffic Engineering Fast ReRoute）中。
标签栈按先出后进方式组织标签，从栈顶开始处理标签。
LSP建立
MPLS需要事先为报文分配好标签，建立一条LSP才能进行报文转发。
LSP 分为静态LSP和动态LSP两种。
静态LSP
静态LSP是用户通过手工为各个转发等价类分配标签而建立的。由于静态LSP各节点上不能相互感知到整个LSP的情况，因此静态LSP是一个本地的概念。
静态LSP不使用标签发布协议，不需要交互控制报文，因此消耗资源比较小，适用于拓扑结构简单并且稳定的小型网络。但通过静态方式分配标签建立的LSP不能根据网络拓扑变化动态调整，需要管理员干预。
配置静态LSP时，管理员需要为各LSR手工分配标签，需要遵循的原则是：前一节点出标签的值等于下一个节点入标签的值。
动态LSP
动态LSP的标签发布协议
动态LSP通过标签发布协议动态建立。标签发布协议是MPLS的控制协议（也可称为信令协议），负责FEC的分类、标签的分发以及LSP的建立和维护等一系列操作。
动态LSP的基本建立过程
标签由下游LSR分配，按从下游到上游的方向分发。如下图，由下游LSR在IP路由表的基础上进行FEC的划分，并根据FEC分配标签，通告给上游的LSR，以便建立标签转发表和LSP。
转发（浅层）
基本概念
标签操作类型包括 标签压入 Push，标签交换 Swap和标签弹出 Pop
Push：当报文进入MPLS域时，LER在报文二层和IP首部之间插入新标签
Swap：当报文在MPLS域中转发时，根据标签转发表，用下一跳分配的标签，替换MPLS报文的栈顶标签
Pop：当报文离开MPLS域时，将MPLS报文的标签剥掉
PHP：弹出特性PHP penultimate Hop Popping。在最后一跳节点，标签已经没有使用价值。可以利用倒数第二跳特性PHP，在倒数第二跳节点处将标签弹出，减少最后一跳负担。默认情况下，支持PHP的Egress节点分配给倒数第二跳节点的标签值为3
转发过程
如上图所示，MPLS标签已分发完成，建立了一条LSP，其目的地址为4.4.4.2/32。则MPLS基本转发过程如下：
1) Ingress节点收到目的地址为4.4.4.2的IP报文，压入标签Z并转发。
2) Transit节点收到该标签报文，进行标签交换，将标签Z换成标签Y。
3) 倒数第二跳Transit节点收到带标签Y的报文。因为Egress分给它的标签值为3，所以进行PHP操作，弹出标签Y并转发报文。从倒数第二跳转发给Egress的报文以IP报文形式传输。
4) Egress节点收到该IP报文，将其转发给目的地4.4.4.2/32。
转发（深层）
基本概念
在MPLS详细转发过程中涉及的相关概念如下：
Tunnel ID：
为了给使用隧道的上层应用（如VPN、路由管理）提供统一的接口，系统自动为隧道分配了一个ID，也称为Tunnel ID。该Tunnel ID的长度为32比特，只是本地有效。
NHLFE：
下一跳标签转发表项NHLFE（Next Hop Label Forwarding Entry）用于指导MPLS报文的转发。
NHLFE包括：Tunnel ID、出接口、下一跳、出标签、标签操作类型等信息。
FEC到一组NHLFE的映射称为FTN（FEC-to-NHLFE）。通过查看FIB表中Tunnel ID值不为0x0的表项，能够获得FTN的详细信息。FTN只在Ingress存在。
ILM
入标签到一组下一跳标签转发表项的映射称为入标签映射ILM（Incoming Label Map）。
ILM包括：Tunnel ID、入标签、入接口、标签操作类型等信息。
ILM在Transit节点的作用是将标签和NHLFE绑定。通过标签索引ILM表，就相当于使用目的IP地址查询FIB，能够得到所有的标签转发信息。
详细转发过程
当IP报文进入MPLS域时，首先查看FIB表，检查目的IP地址对应的Tunnel ID值是否为0x0。
1) 如果Tunnel ID值为0x0，则进入正常的IP转发流程。
2) 如果Tunnel ID值不为0x0，则进入MPLS转发流程。
在MPLS转发过程中，FIB、ILM和NHLFE表项是通过Tunnel ID关联的。
§ Ingress的处理：通过查询FIB表和NHLFE表指导报文的转发。
1) 查看FIB表，根据目的IP地址找到对应的Tunnel ID。
2) 根据FIB表的Tunnel ID找到对应的NHLFE表项，将FIB表项和NHLFE表项关联起来。
3) 查看NHLFE表项，可以得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型。
4) 在IP报文中压入出标签，同时处理TTL，然后将封装好的MPLS报文发送给下一跳。
§ Transit的处理：通过查询ILM表和NHLFE表指导MPLS报文的转发。
1) 根据MPLS的标签值查看对应的ILM表，可以得到Tunnel ID。
2) 根据ILM表的Tunnel ID找到对应的NHLFE表项。
3) 查看NHLFE表项，可以得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型。
4) MPLS报文的处理方式根据不同的标签值而不同。
a) 如果标签值>＝16，则用新标签替换MPLS报文中的旧标签，同时处理TTL，然后将替换完标签的MPLS报文发送给下一跳。
b) 如果标签值为3，则直接弹出标签，同时处理TTL，然后进行IP转发或下一层标签转发。
§ Egress的处理：通过查询ILM表指导MPLS报文的转发或查询路由表指导IP报文转发。
1) 如果Egress收到IP报文，则查看路由表，进行IP转发。
2) 如果Egress收到MPLS报文，则查看ILM表获得标签操作类型，同时处理TTL。
a) 如果标签中的栈底标识S=1，表明该标签是栈底标签，直接进行IP转发。
b) 如果标签中的栈底标识S=0，表明还有下一层标签，继续进行下一层标签转发。