目录
MPLS基础概念
MPLS协议发展历程
MPLS网络结构
建立LSP的标签操作动作
MPLS标签分配和交换的体系结构
MPLS标签结构
MPLS报文转发
MPLS报文转发涉及的相关概念
MPLS报文转发的基本流程
MPLS报文转发的具体流程
MPLS对TTL的处理
MPLS基础概念
MPLS（多协议标签交换协议），是一种应用于运营商IP骨干网的数据交换技术，采用短而定长的标签进行数据转发。
MPLS起源于IPv4网络，但目前其核心技术可通过扩展支持多种网络层协议，如IPv6、IPX（因特网包交换）、CLNP（无连接网络协议）等，在数据链路层上支持PPP、以太网、HDLC等多种协议
MPLS协议发展历程
20世纪90年代，互联网流量快速增长，基于CPU驱动的路由表数据转发模式在进行数据转发时占用了设备的CPU资源，转发效率低，成为网络数据转发的瓶颈，快速路由技术成为当时研究的热点，在各种方案中，IETF确定了MPLS协议作为标准的协议。
不过随着硬件技术的发展，路由查找速度和设备性能已经不是阻碍网络发展的瓶颈了，这使得MPLS在提高转发速度方面不再具备明显的优势。MPLS在设计时定位在TCP/UDP网路体系结构中的2.5层位置，即位于链路层和网络层之间，但是加上其“Multiprotocol”的设计理念，使得MPLS在VPN、TE（流量工程）、QoS等应用方面变得更加灵活
MPLS网络结构
路由器角色
LSR（Label Switch Router标签交换路由器）
MPLS网络中的路由器，进行MPLS标签交换和报文转发的网络设备
如果收到报文的二层协议字段为0x8847，则表示此报文为MPLS标签报文
LER---边界LSR（边缘路由器）
位于MPLS网络边缘，连接其它网络（如IP网络）的LSR，主要进行标签的分发和剥离
标签转发涉及的基本概念
LSP（Label Switched Path 标签交换路径）——具有方向性
- IP报文在MPLS网络转发过程中所经过的路径就为LSP
- LSP是从MPLS网络的入口到出口的一条单向路径
- 在一条LSP上，沿着数据包转发的方向，相邻的LSR分别称为上游LSR和下游LSR，下游LSP为路由始发方向
- 下游LSR给上游LSR分配标签（即标签分配方向与数据包转发方向相反，与路由发布的方向相同）
FEC（等价转发类）
- 一般具有相同特征的报文为同一FEC，相同的FEC报文在MPLS网络中将获得相同的处理方式
- 这个特征可以是报文的源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口、VPN实例、QoS策略等要素中的一个或者多个
- 在MPLS网络中，常见的就是基于目的IP地址来划分FEC，并为其分配标签
- 对于一条FEC来说，沿途所有设备都必须有此目的IP地址（并且前缀和掩码必须完全相同），才可以建立一条LSP（即不能随便做路由聚合的操作）
FEC与LSP的关系
同一FEC的报文走的是同一条LSP
可以理解为 相同特征的报文打上同一标记，同一标记的走同一条路径进行转发
建立LSP的两种标签类型
标签用来唯一标识一个FEC
入标签（In lable） —— 本地自己产生
出标签（Out lable）—— 由邻居分配（针对动态LSP）
FEC和出入标签之间的关系（同一台设备上）
相同FEC的入标签之间必须一致，出标签之间必须一致；但是出标签和入标签之间可以相同，也可以不同（因为入标签是由本地分配的，出标签是由下游节点分配的，之间没有唯一性要求）
不同FEC的入标签必须不同；不同FEC的出标签可以相同，也可以不同
下一跳和出入标签之间的关系
对于下一跳相同的不同路由，出标签必须不同（是同一下游节点为不同FEC下发的标签）
对于下一跳也不同的不同路由，出标签可以相同，也可以不同（是由不同下游节点为不同FEC下发的标签）
建立LSP的三种节点
一条LSP有且只有一个入节点和一个出节点，可以有0各或多个中间节点
需要先有LSP，才可以确定入节点、出节点等
入节点（Ingress）
LSP的入口LER称为入节点（打标签操作）
中间节点（Transit）
LSP的中间的LSR称为中间节点（进行标签交换和转发）
出节点（Egress）
LSP的出口LER称为入节点（剥离标签操作）
建立LSP的标签操作动作
Push：标签压入， 可能会在Ingress或Transit节点上发生，在二层协议头和IP头部之间插入一个MPLS标签，或者是在现有标签栈顶再增加一个新的出标签（标签嵌套）
Swap：标签交换，会在Transit节点上发生，根据标签转发表查找下一跳，用下一跳分配的标签（出标签）交换MPLS报文中原有的栈顶标签
原有MPLS报文可以携带一层或多层标签，不过只会替换最外层标签
Pop：标签剥掉，在当报文离开MPLS域时，将MPLS报文的标签剥离掉，使得后续报文按照IP路由转发
会在倒数第二跳Transit节点（PHP特性-在LDP协议中有讲解）或者最后一跳Egress节点发生
MPLS标签分配和交换的体系结构
MPLS体系主要是由控制平面和转发平面构成
控制平面（产生和维护路由信息以及标签信息）
RIB（Routing Information Base）：又称为路由表，由各种IP路由协议生成的表项，用于进行路由选择
LDP：一种动态标签分发协议，负责MPLS标签的分配、LFIB的建立，LSP的建立与拆除等工作
LIB（Label Information Base）：由LDP协议生成的表项（每个LSR都会基于所收到的每个FEC的标签映射信息，建立LIB表项），用于管理标签信息，包含FEC网段、入标签、出标签等信息
LDP和LIB的关系就类似于IP路由协议和路由表RIB的关系
转发平面（负责普通IP报文的转发以及MPLS标签报文的转发）
FIB（Forwarding Information Base）：用于指导IP报文转发，从RIB提取必要的路由信息生成；包含目的网段、出接口、下一跳IP地址、路由标记、路由优先级等信息
LFIB（Label Forwarding Information Base）：用于指导MPLS报文转发，从LIB提取必要的信息生成；包含目的网段、出接口、下一跳、入标签、出标签等信息
MPLS标签结构
MPLS标签封装在数据链路层和网络层之间，总共32Bit
标签（Label）是一个短而定长的、只有本地意义的表示，用于唯一标识一个FEC
Label（20bit）：标签值字段
0～15：特殊标签
16～1023： 静态LSP和MPLS TE中静态CR-LSP共享的标签空间。
1024及以上：LDP、RSVP-TE、MP-BGP等动态信令协议的标签空间。
Exp（3bit）：标识MPLS报文的优先级，数值越小，优先级越低，当设备阻塞时，优先发送优先级高的报文；主要用于Qos场景
S（1bit）：栈底标识，由于MPLS支持多层标签（即标签嵌套），当S值为1时表明为最底层标签，其它各层标签S值为0
TTL（8bit）：和IP报文中的TTL（Time To Live）意义相同，用于限制MPLS报文的传输距离
MPLS报文转发
MPLS报文转发涉及的相关概念
Tunnel ID字段：32bit，就只是本地有效，需要在本地设备上唯一
NHLFE（Next Hop Label Forwarding Entry）：
下一跳标签转发表项，存储转发MPLS报文的下一跳信息，用于指导MPLS报文转发
包含Tunnel ID、报文出接口、报文出标签、标签操作类型、报文下一跳等信息
ILM（Incoming Label Map）：
入标签映射，将每个入标签都映射到NHLFE表项上（如果单个标签映射到多个NHLFE则表示此入标签为多路径）
包含Tunnel ID、入标签、入接口、标签操作类型等信息
主要用于接收带标签的报文并对其进行转发
在MPLS转发过程中，FIB、ILM和NHLFE表项之间是通过Tunnel ID关联的（每个厂商对于MPLS控制层面的做法不同，以上介绍的是华为）
例如锐捷不是使用Tunnel来区分是IP转发还是MPLS转发，而是专门通过FTN表来实现，收到IP报文时，如果发现此目的IP在FTN表中，则直接将IP报文在转发时封装标签
华为可以将LFIB再细化为ILM表、NHLFE表
锐捷可以将LFIB表再细化为ILM表、NHLFE表、FTN表
MPLS报文转发的基本流程
IP报文和MPLS报文的转发主要是依靠FIB表和LFIB表项的
当收到普通IP报文时，查找FIB表，如果Tunnel ID为0x0，则进行普通报文IP转发（通过FIB表转发）。如果Tunnel ID为非0x0，则进行MPLS转发（通过LFIB表）
当收到带标签的报文时，查找LFIB表，如果对应的标签为普通标签，则进行MPLS转发。如果对应的标签为特殊标签（例如标签3），则将标签弹出，进行IP转发
MPLS报文转发的具体流程
将LFIB再细化为ILM表和NHLFE表，来讨论其转发流程
不同节点对标签不同的处理方式
Ingree：入节点，执行Push动作。
- 查看FIB表，根据目的IP地址找到对应的Tunnel ID
- 根据FIB表的Tunnel ID找到对应的Nhlfe表项，得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型
- 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：中间节点，执行Swap动作。
- 根据MPLS的标签值查找对应的ILM表，得到对应入标签对应的Tunnel ID
- 根据Tunnel ID找到对应的Nhlfe表项，得到出接口、下一跳、出标签和标签操作类型
- 如果MPLS的标签值≥16，则用新标签替换MPLS报文中的旧标签，同时处理TTL，然后将封装好的MPLS报文通过LFIB表项发送给下一跳
- 如果标签值为3，则直接弹出标签，同时处理TTL，然后将封装好的MPLS报文发送给下一跳
Egress：出节点，执行Pop动作。
- 如果Egress收到IP报文，则根据FIB表转发
- 如果Egree收到MPLS报文，根据MPLS的标签值找到对应的ILM表，获得标签操作类型进行相应的标签操作，并处理TTL
- 对MPLS报文进行标签操作结束后，如果标签中的栈底标识S=1，则表明该标签是栈底标签，直接进行IP转发
- 对MPLS报文进行标签操作结束后，如果标签中的栈底标识S=0，则表明还有下一层标签，继续下一层标签转发
MPLS对TTL的处理
两种模式，Uniform和Pope模式
Uniform模式：（缺省）
在入节点，IP TTL减1映射到MPLS TTL字段
此后报文在MPLS网络中按照标准的TTL处理方式处理
在出节点将MPLS TTL减1后映射到IP TTL字段
Pipe模式：
在入节点，IP TTL值减1，MPLS TTL字段为固定值（255）
此后报文在MPLS网络中按照标准的TTL处理方式处理。
在出节点会将IP TTL字段的值减1。
即IP分组经过MPLS网络时，无论经过多少跳，IP TTL只在入节点和出节点分别减1
注意事项
在MPLS VPN应用中，出于网络安全的考虑，需要隐藏MPLS骨干网络的结构，这种情况下，对于私网报文，Ingress上使用Pipe模式。
当TTL到达0时，TTL过期的节点向数据包的源地址发送ICMP超时；不过产生该ICMP信息的界定啊并不是直接向源发送ICMP超时信息，而是将不可送达的数据包的原始标签栈压入到ICMP数据包，并根据新压入标签栈的顶层标签转发该数据包
入节点系统视图：undo ttl propagate 配置ttl模式为Pipe文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-491367.html
ttl propagate 配置ttl模式为propagate文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-491367.html
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