MPLS-多协议标签交换
标签交换
基于2.5层的标签号进行路由行为,开始传输数据包的时候需要查询两张表,一个路由表一个ARP表然后人们就想可不可以少查点表,然后MPLS就出现了,MPLS就是是在数据包的2.5层压入一个标签号,路由器基于2.5层标签号查询本地的一个LFIB表即可进行数据转发,第一个路由器压入标签,最后一个路由要弹出标签,中间的每个路由只查询一张表,如果A到B中间经过的路由很多,标签交换优势较大。
但是随着包交换的加速,使用标签交换失去了快速查表得优势
包交换发展
原始的包交换
传输数据包的时候需要查询两张表,一个路由表一个ARP表
数据包进入路由器后,路由器需要查询本地的路由表(RIB- 路由信息数据库).再基于下一跳或者目标ip查询本地的ARP表,才能进行数据的转发
快速包交换
(数据流:发包的时候一次性发多个,每次发包的时候连着的就是数据流,一般规定是10个)
现在来了一波数据流,数据流由10个包构成,数据流来到第一个路由器,路由器对第一个表进行原始包交换,然后产生一个缓冲,缓冲里记录了第一个包的转发规则,假设第二个数据流与第一个数据流的间隔很短吗,第二个包也可以按缓冲的转发规则进行转发
特快交换
思科发明,非思科设备都有相应的机制,无需路由,直接交换。
特快交换得过程是首先将路由表转换成一个FIB表(路由表和FIB表示共存的),FIB是完成了递归以后得路由表(当查表得时候不需要去按照对应得路由条目递归,直接就是目标然后对应得接口),FIB是一个纯二进制表,由于是纯二进制,所以可以被物理设备直接读取直接编译,省去了数据编译得过程
将ARP表转换成一个ADJ(邻接表)将从哪到哪的目标MAC和源MAC表记录下来
然后将FIB和ADJ合成一个表
特点:在将路由器表转换过程中,存储递归查询结果;同时将新封装的二层地址进行绑定
下面是一个表的例子
IP fast0/0 172.16.20.115(7)
(递归后的出接口) 0 packets, 0 bytes
epoch 0
sourced in sev-epoch 357
Encap length 14
701CE7662A9768EFBD1D24C50800 新的二层封装
目标MAC 源MAC 类型号
当代MPLS存在的意义
1、解决BGP的路由黑洞 2、MPLS VPN 3、MPLS TE 流量工程
注:随着包交换的加速,使得今天的MPLS技术也开始基于FIB表工作;来提高MPLS的工作效率
MPLS的工作过程
控制层面
1)在没有MPLS时控制层面仅生成RIB(路由表)和FIB(转发信息数据库);FIB是基于RIB生成;
2)MPLS协议会启动TDP(cisco私有)或LDP(公有),直连设备间将建立邻居关系(MPLS负责搞标签,然后之后就是TDP或者LDP工作了
LDP-- 基于UDP和TCP的646端口工作;双方先使用udp发送组播hello包发现邻居,获取邻居ip地址(lsr-id,建议用环回),再和该直连邻居建立TCP的会话;邻居关系建立后;为了邻居关系间的稳定,一般使用设备的环回地址来建立tcp会话(为啥用环回原理和BGP的一样);建议设置环回地址为mpls协议的route-id,该id值将携带在组播收发的hello报文中,之后自动进行tcp会话建立;
总结:MPLS协议需要在直连邻居间使用router-id地址来进行TCP的会话;故前提条件为,route-id必须为设备真实使用的ip地址,建议为环回地址—稳定; 组播hello包在直连的物理接口上收发,来获取对端的router-id,自然也要求router-id值间路由可达;
因此正常在建立LDP的邻居关系前,路由协议已经收敛完成,RIB和FIB表已经生成;
3)MPLS在建立邻居关系后,生成邻居表;LDP协议再基于FIB表中学习到的路由条目生成标签号;
cisco设备默认基于FIB表中所有学习到的路由条目生成标签号,华为设备默认仅基于FIB表中32位掩码的主机路由生成标签号;原因在于正常32位主机路由为ospf学习的环回接口,正常工程中只有BGP和MPLS VPN才会基于环回通讯,使用标签转发;其他普通流量还是基于特快包交换来进行;反观cisco在启动mpls以后,所有流量将基于标签转发,降低了转发效率(前提为默认)
4)标签号生成后,将存储于本地的LIB表-标签信息数据库;LIB表将在邻居间共享;LIB表中装载本地及邻居为每条路由分发的标签号;
5)运行MPLS协议的设备,将LIB和FIB进行结合,将标签号和最佳路径的关系映射生成LFIB表(标签转发信息数据库)
RIB—》FIB---》LIB---》LFIB 前两张表为路由协议工作后生成,后两张表为MPLS的LDP协议生成;
数据层面
没有MPLS协议,基于FIB表正常转发即可
名词
MPLS domain
MPLS的工作半径
edge LSR(PE)
边界标签交换路由器,第一跳和最后一跳也就是贴标签和弹出表签的路由器被称为PE,中间的被称为P
工作mpls域的边缘,连接域外设备
LSR (P)
标签交换路由器 整体工作MPLS域内 ,中间的路由被称为P
数据层面工作过程
当流量进入到第一台pe设备时, 在没有特快交换之前,路由器基于目标IP地址查询本地的RIB;之后还要在LIB表中对应才能确定流量是否应该压入标签,需要两张表的查询;在存在特快交换时,流量进入第一pe时,直接查询FIB表,表中关联标签号,将直接确定是否压入标签;流量再到P路由器,接收到流量中若存在标签基于LFIB表转发,若没有标签基于FIB表即可;流量从最后一台边界离开MPLS 域时将弹出标签;
存在标签号的流量,进入路由器时,入标签表应该为本地路由器分配的编号,出标签为本地的下游(下一跳)设备分配的标签号; 上下游的概念基于数据层面进行标定
来个例子理解一下
控制层面
假设现在使用LDP,这时LDP会为FIB的每一条路由分配一个标签号就以下图为例子
上图1有两个环回,且其他设备都通过某种路由协议学习到了两条环回的路由,然后都转换成了FIB表,然后LDP开始工作,LDP为每个设备去往1上环回的两条路由,都添加了一个标签号,然后这个号是要存到一个LIB表中,然后思考一下每个人是不是要将自己的LIB表中的标签号告诉别人一下,才可以让别人知道如何用标签到,所以LIB中也会装上下游邻居的号。然后LDP将FIB表和LIB表结合到一起生成了一个转发规则LFIB。
数据层面
假设现在在4号设备后面有一台电脑,要去ping1号设备的1.0环回,数据流量是不是来了,4号设备要为这个流量打一个标签号,标签号就是3号设备上1.0网段的标签号,就是18,然后当流量来到2上,标签号会替换成2号设备上的标签号(这个替换成前面设备的标签号的意思是可以借此来确定自己的路,比如说从4号设备的流量到了3号设备,3号设备一看标签号是不是就知道去1.0了,然后3及改成2的去往1.0网段标签)。
标签号
标签被压入在2层与3层之间,称为2.5层 (看下面图片的Label,就是标签号)
标签的格式---32位,4个字节
前20位为标签号,2^20个标签号;其中1-15号保留,作为特殊编号;
第21-23位exp,3位8个数,为优先级,用于QOS策略使用;(没有做策略是000)
第24位为栈底位,该位为1标识该标签为最后一层标签;MPLS最大可以在一个数据包中封装3次标签;(MPLS一层标签、MPLS VPN两层、MPLSTE3层)
当打上标签时,后面的路由就不会拆包拆到三层所以三层的ttl就不变,所以在这个标签号中TTL生存时间,(为啥要有这个TTL,在第一次压入标签时.将当前数据包中的3层TTL复制到标签中:之后查询一次标签TTL减一,在最后一跳设备弹出标签时将2.5层的TTL复制到3层报头中)
次末跳优化
举个例子理解一下
3这个号是很特使的编号,3号就是告诉上一台设备,上一台设备是倒数第二跳,然后倒数第二跳就会将标签号弹掉,比如下图第三台设备18去往的下一台就是3,然后18去往最后一台设备就会将标签号弹掉,然后最后一个设备不查LFIB,查一下FIB
下一张图是查询LFIB然后19去往域外,然后再返回查FIB,一共查了两张表
总结
边界LSR将本地的直连网段传递给MPLS域内邻居后,LDP分配标签号为3,告知倒数第二跳设备它的身份;导致倒数第二跳设备在查询LFIB表后,已知转发路径的前提下提前弹出标签,使得最后一跳路由器均只需要查询FIB表; 否则最后一跳路由器在查询LFIB表后,弹出标签还需要查询FIB
配置
MPLS – LDP配置
[r2]mpls lsr-id 2.2.2.2 必须先定义mpls的router-id,要为本地设备的真实ip地址,且邻居可达,因为该地址将用于建立TCP会话,建议使用环回地址
[r2]mpls 再开启mpls协议
[r2-mpls]mpls ldp 再激活LDP协议
[r2-mpls-ldp]q
之后需要在所有标签经过的接口上开启协议
[r2]interface GigabitEthernet 0/0/1
[r2-GigabitEthernet0/0/1]mpls 先开启MPLS
[r2-GigabitEthernet0/0/1]mpls ldp 再激活LDP协议
当启动配置完成后,邻居间使用UDP报文组播收发hello包;之后基于hello包中的router-id地址进行TCP会话的建立;
查询
[r3]display tcp status
TCPCB Tid/Soid Local Add:port Foreign Add:port VPNID State
b4cf3d64 167/6 3.3.3.3:646 4.4.4.4:50858 0 Established
b4cf3adc 167/3 3.3.3.3:50806 2.2.2.2:646 0 Established
当tcp会话建立后,邻居间基于TCP会话再建立邻居关系,生成邻居表
[r3]display mpls ldp peer
再然后基于本地的FIB表,默认华为仅针对32位的主机路由生成标签号;存储于LIB表中,之后邻居间共享LIB表;
[r3]display fib 查看FIB表
[r4]display mpls ldp lsp 查看LIB表,装载本地和邻居为各条路由分配的标签号。最后路由器将LIB和FIB集合,生成最佳路径的标签转发规则—LFIB
[r4]display mpls lsp 查看LFIB表
注:默认华为仅针对32位主机路由分配标签(因为正常数据交换的时候是用包的特快交换)
首先查FIB看FIB的路由然后看Tunnel-id是不是0x0,如果不是,查这条FIB的详细信息
[r2]display fib verbose
假设是去56.1.1.0网段的,找到56.1.1.0的信息看最后一行就会,发现一个标签号1029,来到下一个设备就会查询LFIB,1029相对应得,下一台设备得标签号
[r3]mpls
[r3-mpls]lsp-trigger all 开启功能,将针对fib表中所有路由进行标签号的分配
[r2]tracert -v -a 2.2.2.2 56.1.1.2
使用mpls解决BGP的路由黑洞
以上面这张图片为例子
3和4没有建立任何BGP邻居所以现在1去ping6时,会在3上出现路由黑洞,3会把1得数据包丢掉
这时在2345上配置MPLS
(MPLS协议并不会为通过BGP协议学习的路由条目分配标签号;而是在访问这些BGP路由目标网段时,在流量中压入到达这些网段的BGP下一跳设备地址的标签号;)
例:R2从BGP邻居5.5.5.5 学习到6.6.6.0 网段的路由;R2在访问6.6.6.0 时,将在数据包中压入到达5.5.5.5ip地址的标签号,来穿越中间没有运行BGP协议的设备;3和4中也有到达5得IP地址得标签号,实现打破路由黑洞。
注:华为设备默认不为BGP协议执行下一跳标签机制,cisco默认执行;
注:r2上配置r5上也要配置,流量能去能回
[r2 ] route recursive-lookup tunnel 配置路由基于隧道进行递归查找
想让里面访问外面,发布缺省
BGP在实际工程里的一个选路逻辑
用下面这张图来解释一下
黑色的圈都是运行了BGP的路由蓝色的圈都是as内部的路由,然后黑色的通过bgp学习到里面的路由,里面的路由通过缺省去往外面,然后若AS内有个路由想访问另一个AS内的路由是首先经过缺省找到离自己最近的一个配置了BGP的路由,然后这个BGP通过MPLS找到另一个AS的运行BPG的路由
MPLS VPN
并不是由客户自己配置
相当于公网(运营商配置,收费项目)做一个vpn然后帮你转发私有的流量,所以安全,模拟专线,不可以上网,上网自己拉宽带
配置逻辑
以下图作为例子
控制层面
上面A和B是不同的公司A1和A2是相同公司,然后1和2的接口都是私网地址,要是配公网就成了宽带了,现在是要拉专线,1被称为CE端2被称为PE端。假设现在A有一个1./24的路由给了2,相当于人用户将自己的路由给运营商,然后6也有一条路由也是1.0也给了运营商,运营商如何区分两条路由,2号设备会往这个路由上赋值RD值(RD值格式X:X),赋值后就可以区分了,现在新的问题出现了,要把这两条路由放在那里,放在正常路由表示不对的,因为2的路由表示公网路由表,放私网路由就是有问题的,所以在2上要开两个VRF空间(1一个6一个)然后将路由放在这里,现在问题又出现了,如何传到右边,使用234上的路由协议是不可以的,234上的路由协议示传共有路由的,还有普通协议示传不了这个路由的,这个路由不是标准的IPv4路由,是VPNIPv4路由,里面带RD值和RT值。然后只有BGP可以传,原因BGP由社团属性可以带过去这个路由,然后BGP可以非直连建邻。现在2通过单播传私有路由到4上,到4上后如何把路由对端不同的空间里,1的路由要放到5的空间里,6的路由要放到7的空间里,这个区分要靠RT值,2上RT值要和4上RT值一样,然后4在传到5和7上。
数据层面
首先5要ping1,然后4查自己的VRF空间的路由表,然后里面下一跳是2,然后MPLS开始起作用,贴了标签后到达2,然后2通过多层标签号来确定对应的空间(不可以使用RD和RT值,因为现在是数据层面的包,不是控制层面)
总结(可与上面例子对应一下)
CE将私有路由传递到PE端
PE端在收到不同CE发送过来的相同网段路由时,使用RD值进行区分---格式X:X 32位
PE端将附上RD的私有路由不能直接装载于本地公有路由表中,需要放置到对应的VRF(虚拟路由转发)空间内;之后再路由付RT值,用于传递到对端PE设备,对端区分信息;
VPNV4路由=普通IPV4路由+RD+RT
VPNV4路由需要MP-BGP来进行传递;对端基于RT值,将路由装载到对应的VRF空间内,再共享给对应的CE;
控制层面工作完成后,数据层面需要基于MPLS来工作,由于数据层面不能携带RD/RT值;故mpls将在数据包中压入两层标签,外层标签用于穿越中间设备,打破BGP路由黑洞;内层标签用于对应VRF空间;
配置命令
配置1和2的相连的接口IP
先配置1,2等等再配置,因为2的接口一配置这条路由就宣告到了公网了,就不是私网路由
ISP部分
IGP路由
MPLS域
配置MPLS VPN
[r2]ip vpn-instance a 创建名为a的vrf空间
[r2-vpn-instance-a]ipv4-family 进入IPV4的配置模式下
[r2-vpn-instance-a-af-ipv4]route-distinguisher 1:1 RD值
[r2-vpn-instance-a-af-ipv4]vpn-target 1:1 RT值 必须对端的PE端一致
[r2]interface GigabitEthernet 0/0/0 进入链接CE端的接口
[r2-GigabitEthernet0/0/0]ip binding vpn-instance a 关联到vrf空间
[r2-GigabitEthernet0/0/0]ip address 192.168.2.2 24 配置私有ip地址
注:在关联到vrf空间前不能配置接口ip,否则该地址的直连路由将进入公有路由表;
[r2]display ip routing-table vpn-instance a 查看空间内的私有路由表
[r2]ping -vpn-instance a 192.168.2.1 正常测试将在公有路由表中查询记录;该命令为基于VRF空间a进行路由查询
PE与PE间建立MP-BPG邻居关系
[r2]bgp 2
[r2-bgp]router-id 2.2.2.2
先和对端建立正常BGP邻居关系,可用于传递正常的公网路由
[r2-bgp]pe 4.4.4.4 as-number 2
[r2-bgp]pe 4.4.4.4 connect-interface LoopBack 0
[r2-bgp]pe 4.4.4.4 next-hop-local
同时还需要再在IPV4的家族模式中,与对端建立一个VPNV4的关系,用于传递VPNV4路由
[r2-bgp]ipv4-family vpnv4
[r2-bgp-af-vpnv4]peer 4.4.4.4 enable
[r2-bgp]display bgp vpnv4 all peer 查看mp-bgp邻居关系
CE端与PE端交互路由
静态
CE端直接编写静态路由即可;
PE端编写到VRF空间内的静态路由
[r2]ip route-static vpn-instance a 192.168.1.0 24 192.168.2.1
将本地vrf空间内的静态和直连路由重发布到BGP协议传递到对端的PE
[r2]bgp 2
[r2-bgp]ipv4 vpn-instance a
[r2-bgp-a]import-route direct
[r2-bgp-a]import-route static
<r4>display bgp vpnv4 vpn-instance a routing-table 查看mp-bpg的BGP表
OSPF
CE端正常启动OSPF即可
PE端,启动VPNV4专用的ospf协议
[r4]ospf 2 vpn-instance a
[r4-ospf-2]area 0
[r4-ospf-2-area-0.0.0.0]network 192.168.3.1 0.0.0.0
之后使用双向重发布,实现路由共享
[r4]bgp 2
[r4-bgp]ipv4-family vpn-instance a
[r4-bgp-a]import-route ospf 2
[r4]ospf 2 vpn-instance a
[r4-ospf-2]import-route bgp 文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-662929.html
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