假装网络工程师20——MPLS动态LSP介绍

时间：2020-09-28 13:15:39 阅读：34 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

一、背景介绍

之前介绍静态LSP在小规模的场景下可以进行手动配置，当网络规模变大时，静态LSP的配置就变得复杂，他需要为每一个FEC创建label，手工配置的静态LSP就不符合当前场景。类似于IGP的ospf，rip等协议的路由表，MPLS在控制面也需要一个协议来构建标签表，此处用到的协议就是ldp（label distribute protocol）。当控制面的标签表构建完成后，在实际转发时路由器看的是标签转发表（lfib），这点跟igp的fib表概念很相似。

二、实验介绍

本次实验拓扑如下图所示：
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在上图中，端口的IP地址为xx.0.0.x/24（x为路由器编号），如R1上g0/0/0接口地址为12.0.0.1/24，每个路由器的使用x.x.x.x/32（x为路由器编号）作为：

loopback 0地址
ospf router-id
mpls lsr-id
ldp通信地址

类似于BGP协议，LDP协议也需要一个地址作为通信地址，这个地址默认是lsr-id的公网地址，如果是私网地址则为接口的主IP地址，所以本例中ldp的通信地址默认为x.x.x.x/32，为了让通信地址能够正常通信，在MPLS下层需要借助IGP协议，本例采用ospf协议

三、配置信息

接口IP地址这些设置省略，本次仅演示R1上的配置，其余路由器上配置类似，不再赘述：

# 先打通底层IGP，为后续MPLS做准备
[R1]ospf 1 router-id 1.1.1.1 
[R1-ospf-1]area 0
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 12.0.0.1 0.0.0.0
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.1 0.0.0.0

# 全局使能MPLS，lsr-id不会自动选举，必须手动设置
[R1]mpls lsr-id 1.1.1.1   
[R1]mpls
[R1]mpls ldp 

# 在对应接口上启用mpls功能 
[R1]interface g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]mpls 
[R1-GigabitEthernet0/0/0]mpls ldp

至此，配置完成，可以通过tracert来查看1.1.1.1/32去往5.5.5.5/32确实是通过标签转发进行，而没有通过IGP走IP报文

<R1>tracert -v -a 1.1.1.1 5.5.5.5

 traceroute to  5.5.5.5(5.5.5.5), max hops: 30 ,packet length: 40,press CTRL_C t
o break 

 1 12.0.0.2[MPLS Label=1026 Exp=0 S=1 TTL=1] 30 ms  30 ms  20 ms 

 2 24.0.0.4[MPLS Label=1025 Exp=0 S=1 TTL=1] 30 ms  20 ms  30 ms      #注意：此处是倒数第二跳一弹出标签，后续会详细介绍

 3 45.0.0.5 40 ms  30 ms  30 ms

四、MPLS LDP详解

1.建立LDP邻居

当路由器的物理接口激活LDP协议后，该接口会向224.0.0.2组播发送数据报文用于发现邻居
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数据报文中会携带用于LDP通信的地址，默认情况下通信地址是lsr-id的公网地址，如果lsr-id不是公网地址，则会用接口的主地址作为通信地址，，后期等LDP邻居建立后，邻居之间的keepalive报文也是通过该地址通信
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通信地址也可以手动指定

[R1-GigabitEthernet0/0/0]mpls ldp transport-address ?
  Ethernet         Ethernet interface
  GigabitEthernet  GigabitEthernet interface
  LoopBack         LoopBack interface
  NULL             NULL interface
  interface        Specify Transport Address As One Of Interface

当接口相互之间交互过通信地址后，由地址大的一方主动发起TCP会话请求，经过三次握手后最终建立连接，至此LDP邻居关系建立完成
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2、LDP协议的标签分发策略

LDP协议默认会给每一个32位的FEC分配一格标签，且在MPLS中，这些标签虽然是无序分发的，但有下面3种策略

主动发送/被动拉取
主动分发：当A路由器为他的FEC分配完标签后主动通告给它的LDP邻居（默认）
被动拉取：当A路由器为他的FEC分配完标签后，当它的LDP邻居请求时再发送给它的邻居
```
[R2-GigabitEthernet0/0/1]mpls ldp advertisement ?
dod  Downstream On Demand Advertisement Mode
du   Downstream Unsolicited Advertisement Mode
```
等待/非等待
等待：对于不同路由器上相同的FEC，只有收到下游路由器通告的标签后才会将自己给这个FEC分配的标签通告给上游路由器（默认）
非等待：路由器给FEC分配标签后直接转发给LDP邻居，不需要等待下游路由器对该FEC的通告
自由/保守
自由：由于低层IGP互通，对于一个FEC可能会有多个路由器为他分配标签，但它只会选择路由表中下一跳路由器分配的标签作为LSP路径，对于其他路由器为这个FEC分配的标签自由策略是保留（默认）
保守：保守策略就是不保留除下一跳路由器之外，其他路由器为这个FEC分配的标签

3、LDP的水平分割

类似RIP协议一样，LDP协议也有水平分割，即从一个接口接收到了FEC标签，不会把本地为这个FEC分配的标签从这个接口再发出去。但水平分割这个策略默认是关闭的，同一时刻就可能有以下这种情况

R2与R3都在向对方发送相同FEC的标签，此时LSP之所以能够不成为环路的原因就是他会选择IGP中下一跳地址通告的FEC标签作为LSP路径

4、LDP的POP弹出标签动作

不同于静态MPLS最后一跳弹出标签，启用LDP后它的POP动作发生在倒数第二跳

从下面可以看出，R4再将数据报文交给R5的时候，就已经变成了纯IP报文，这么做的原因是为了减轻MPLS域边界路由器的负担，同时提升转发效率。如果弹出标签的动作发生在边界路由器上，他则要先再转发表中找到相应的隧道信息拆掉标签，再一次查询转发表进行IP报文转发。
```
<R1>tracert -v -a 1.1.1.1 5.5.5.5

traceroute to  5.5.5.5(5.5.5.5), max hops: 30 ,packet length: 40,press CTRL_C t
o break 

1 12.0.0.2[MPLS Label=1026 Exp=0 S=1 TTL=1] 30 ms  30 ms  20 ms 

2 24.0.0.4[MPLS Label=1025 Exp=0 S=1 TTL=1] 30 ms  20 ms  30 ms      

3 45.0.0.5 40 ms  30 ms  30 ms 
```
那么他是如何判断哪个交换机是倒数第二个从而触发POP动作的呢？MPLS的LDP标签是从1024开始分发，他有0~15共16个保留标签，路由器默认会给本地起源的FEC标签分配为3

当上游路由器发现下游FEC标签为3时，就触发POP动作，会弹出标签将IP报文送给边界路由器
```
[R4]dis tunnel-info tunnel-id 0x1
Tunnel ID:                    0x1
Tunnel Token:                 1
Type:                         lsp
Destination:                  5.5.5.5
Out Slot:                     0
Instance ID:                  0
Out Interface:                GigabitEthernet0/0/1
Out Label:                    3
Next Hop:                     45.0.0.5
Lsp Index:                    4097
```
这么做虽然减轻了边界路由器的负担提升了转发效率，但是也带来了一个新的问题：标签中EXP用于优化的信息丢失，通常一个优化是要求端到端的，这样就不满足端到端的要求，解决办法是用标签0代替标签3，他会保留除label外的其他字段

这样最后边界路由器看到label 0时直接进行IP报文转发，而优先级等字段也得以保留

五、总结

通过上述内容，我们可以将动态LDP总结为以下几点：
1. MPLS域中的LDP协议会依赖低层的IGP协议进行LSP路径选择与防环
2. LDP协议默认工作在主动，等待，自由模式下
3. LDP协议的POP动作发生在倒数第二跳