MPLS --- 多协议标签交换
包交换
--- 所谓包交换，数据组成数据包，在各个网络节点中不断传递，最终到达目标。
（可以简单的理解为是三层转发的过程）
其实，我们对于包交换的转发方式并不是很满意，主要是因为他的转发效率太低：
1，完成过程需要查两张表 --- 路由表，ARP缓存表
2，路由表的匹配原则 --- 最长匹配原则
3，递归查找 --- 在一定情况下，设备需要递归查找出接口或者下一跳。
4，IPV4头部是可变长头部 --- 则处理头部信息时必须依靠软件来处理。相较而言，交
换机的二层转发可以基于硬件来实现（通过使用支持二元运算的硬件芯片。如：
CAM），这样，即使MAC地址表中的条目数量很多，也可以在短时间内完成匹配动
作，效率要远高于路由表的软件查找。
标签交换
在二层和三层封装之间，添加一个和路由条目存在映射关系的标签，之后，维护一张
记录对应关系和转发接口表。携带标签的数据来到设备上，将先看到标签，之后，基于
维护的表进行转发，而不看三层的IP数据。因为标签本身短小而且定长，所以其转发效
率应该高于包交换。
但是标签交换需要给数据包中先打上标签，之后到达目标之前，还需要弹出标签，因
为标签只是在传输过程中提高转发效率的手段。因为有这些动作的存在，所以，标签交
换转发效率的提升相较于包交换并不明显。
因为标签交换的转发效率提升并不是很明显，所以，我们在数据转发上又继续研发改进
包交换。包交换至今，存在3次大的变更。
1，进程交换 --- process switching --- 最早的包交换，就是每个数据包到设备上需要
先根据IP地址查询路由表，之后，在查看ARP缓存表实现转发。
2，快速包交换 --- Fast switching --- 基于流的包交换 --- 一次路由，多次交换 --- 一
股数据流来到设备上，只需要针对数据流中的第一个数据包进行路由查询过程，之后，
将数据包的特征（一般使用五元组来标识数据流）及转发方式记录在缓存中，之后，数
据流中的其他数据包来到设备上，将直接比对缓存中的特征，比对上则直接按照转发方
式进行转发，而不需要所有数据包都进行路由过程，可以大大的提高转发效率。
3，思科的特快交换 --- Cisco Express Forwading --- 简称CEF，其思路就是将路由表
和ARP缓存表中的内容进行预读取，之后都记录在CEF表中。并且该表支持硬件转发。
虽然CEF是思科的私有技术，但是，各大厂商也根据其思路设计出了属于自己的特
快交换技术。华为在进行数据转发时，使用的就是FIB（转发信息数据库），该表
就是可以支持硬件处理的转发表。
MPLS --- 和包交换共同发展的一个标签交换技术。因为标签交换中的标签需要很路由信息相
关，MPLS作为多协议标签交换技术，可以识别并兼容多种三层协议（IPV4,IPV6…），其兼
容性较强。
MPLS主要应用于三大领域
1，用于解决BGP的路由黑洞问题。
2，MPLS VPN
3，MPLS TE --- 流量工程 --- 简单理解为控制流量转发的路径。
所有路由器激活MPLS之后，将按照MPLS的规则实现标签交换，这些运行了标签交换
的设备所组成的MPLS网络，我们称为 MPLS域。
所有运行了MPLS的路由器，都可以称为 LSR（标签交换路由器）
因为所有匹配到同一条路由的所有数据报文，他们最终走的路由都是一样的，所以，
我们只需要给他们分配同一个标签即可。在MPLS中，我们把这些具有相同特征的数据
报文称为 FEC --- 等价转发类 。一个FEC只需要分配一个标签即可。
标签分配后，设备需要将路由信息和标签的映射关系记录在一张表中 --- LIB（标签信
息表） ，之后，结合FIB表，生成 LFIB（标签转发表） --- 这张表中记录的时标签编号，
和对应出接口和下一跳信息。
MPLS和包交换一样，其过程也可以分为控制层面和数据层面
包交换
控制层面 --- 路由协议的数据流方向，目的时为了获取未知网段的路由信息，生成
路由表。
数据层面 --- 设备基于已经完善的路由表（FIB表），来转发具体的数据信息，其
方向和控制层面相反
MPLS
控制层面 --- 基于FEC分配标签，并获取其他LSR对同一个FEC分配的标签，记录
生成LIB表，之后再结合FIB表生成LFIB表。（这个过程可以通过手工静态实现，也
可以通过动态协议来实现 --- LDP协议：标签分发协议）
数据层面 --- 设备基于LFIB表，根据标签进行转发。
入站LSR --- ingress --- MPLS域的一个边界，之前数据包中不存在标签，数据来到设备
上之后，需要压入标签，完成压入动作的设备，我们称为入站LSR。
中转LSR --- transit --- 在标签交换过程中完成标签置换动作的LSR
出站LSR --- egress --- 弹出标签，之后基于三层IP头部进行包交换的LSR设备。
我们标签交换数据流量走过的路径 --- R1 - R2 - R3 - R4，这条路径我们称为
LSP --- 标签交换路径。 特别注意，LSP是分方向的，如果想要实现1.0网段和2.0网段的
互通，除了要有R1-R2-R3-R4这条LSP外，还需要构建一条R4-R3-R2-R1的LSP。
Label --- 标签号 --- 前20位（0 - 2的20次方 --- 这个标签的取值范围可以理解为标签空间。
每台设备的标签空间都是独立的。），是标签转发的主要标识依据。
0 - 15 --- 特殊标签值 --- 不能直接分配，每一个都存在特殊含义。
16 - 1023 ---- 一般用于静态LSP的搭建
1024 - 2的20次方 --- LDP等一些动态协议分配标签的取值范围
EXP --- 主要做策略用，占3位 --- 可以理解为是优先级，数值越大，优先级越高，越高则可以
优先转发数据。
S --- 栈底位 --- 仅占1位 --- 标签不止可以打一个，可以打两个或多个。这些标签头部的有序
集合我们称为标签栈。 --- 如果存在多个标签，且该标签是最后一个标签，则栈底位置1，不
是则置0。如果只有一个标签，则栈底位置1。
TTL --- 生存时间 --- 和三层IP头部中的TTL值作用一样，每经过一台设备转发需要减1，因为
在标签交换过程中，不看IP头部，所以，TTL的计数作用就放在标签中了。在进入MPLS域
时，由入站LSR将IP头部中的TTL值复制压入到标签中，之后，离开MPLS域时，再弹出标签
时，将标签中的TTL值再复制回IP头部。
静态LSP搭建
1，创建路由条件 --- 静态搭建LSP不需要所有设备都具备路由信息，因为所有路径都需
要人工手工说明。只有边界设备（入站LSR和出站LSR）需要具备路由，因为他们将成为
核查条件。
[r1]ip route-static 4.4.4.0 24 12.0.0.2
2，配置MPLS
1，配置LSR-ID
MPLS要求每台LSR设备都拥有唯一的身份标识，我们使用LSRID来标识，这
个参数由32位二进制构成，按照IP地址格式配置，但是，只能手工配置，不
能自动生成。（注意：一般情况下，我们习惯使用设备的环回接口的IP地址
作为LSR - ID）
[r1]mpls lsr-id 1.1.1.1
2，激活MPLS
全局激活
[r1]mpls
Info: Mpls starting, please wait... OK!
[r1-mpls]
接口激活 --- 所有参与MPLS转发的接口都需要激活
[r1-GigabitEthernet0/0/0]mpls
3，搭建静态LSP
入站LSR
[r1]static-lsp ingress 1to4 destination 4.4.4.0 24 nexthop 12.0.0.2 out-label 16
destination 4.4.4.0 24 nexthop 12.0.0.2 --- 这个需要和本地路由表中的内容对应上，
否则静态LSP将搭建失败
out-label --- 出站标签 --- 即R1将这个数据包转发后压入的标签，R2收到数据包
后，需要根据这个标签判断到底是到达那个网段的数据包。
中转LSR
[r2]static-lsp transit 1to4 incoming-interface GigabitEthernet 0/0/0 in-label 16 nexthop
23.0.0.2 out-label 17
incoming-interface --- 数据进入的接口
in-label --- 入站标签 --- 这个标签必须和R1上配置的出站标签相同
出站LSR
[r4]static-lsp egress 1to4 incoming-interface GigabitEthernet 0/0/0 in-label 18
4.4.4.0/24 12.0.0.2 GSU t[902] GE0/0/0 0x1 --- 注意，在入站LSR上，需
要根据FIB表中标识判断其需要走标签交换，标识就是tunnel ID为非0值。
[r1]display mpls static-lsp --- 查看静态LSP
LDP协议 --- 标签分发协议
LDP协议主要需要完成的任务：1，分配标签；2，传递标签
因为LDP协议需要完成以上两个任务，所以，我们需要先保证MPLS域中运行IGP协议来获
取路由信息。 --- IGP协议是LDP协议的基础。
1，LDP激活后需要先在本设备上为FEC分配标签。 --- 如果该设备是这个FEC的出站
LSR时，LDP才会 主动 为这个FEC分配标签。例如，R4是4.0网段的出站LSR，则R4会主
动为4.0网段分配一个标签。但是R1，R2，R3均不是出站LSR，则都不会主动分配标
签。但是，构建LSP时也都需要有4.0网段的标签。所以，当R4将自己的标签信息传递到
R3时，R3收到后，将进行 检查环节 --- 看本地路由表中是否存在到达4.0网段的路由信
息，且路由表中的下一跳是否和通告者相同，如果检查成功，则R3也会为4.0网段分配
一个标签，依次类推。 ---- 这种标签分配方式我们称为 有序模式 。 --- 华为设备默认选
择的是有序模式 。
除了有序模式以外，还存在一种标签分配方式 --- 独立模式 。独立模式就是设备可以自
主的分配标签而不需要等待其他设备的通告。
2，传递标签
传递标签的前提条件是设备之间必须先是LDP对等体关系才行，而对等体关系建立
的前提条件是需要先建立LDP会话 。
LDP会话存在两种类型 --- 1，本地会话 --- 直连设备之间建立的LDP会话
2，远程会话 --- 并不一定是直连设备，可以通过手工指
定的方式去创建远程的LDP会话。（LDP会话可以实现非直
连建邻。）
LDP会话在建立本地会话时，不需要指定邻居关系，也可以建立。 --- 因为LDP协议会先
以组播（224.0.0.2 --- 所有路由器都会监听的本地链路组播地址）的形式发送hello包发
现邻居关系。 --- hello包将使用UDP协议进行封装，源目端口均为646号端口。
本地LDP会话建立的过程：
1，在激活了LDP之后，LSR的接口首先会周期性的发送Hello（默认5S为周期，保活
时间默认为3倍周期，15S）包来发现LDP对等体关系。
hello包在发现邻居的过程中，会携带一些参数，主要有两个参数，一个时传输地址，一
个是LDP ID
传输地址：
这个传输地址是后续需要进行TCP会话建立使用的地址。这个传输地址默认使用配
置的 LSR-ID ，所以，我们配置设备LSR-ID时要求必须使用环回接口的IP地址，并且
保证该地址可达，因为后面需要使用这个地址建立TCP会话。
LDP ID：
如果设备激活了LDP协议，则需要具有一个LDP ID。 ---- 由48位二进制构成。 ---
32:16 --- 前面32位二进制使用的就是LSR-ID。后16位一般写0。
2，双方交互完hello包之后，则获取到对方的传输地址，之后将基于这个传输地址，建
立TCP会话。
在建立TCP会话之前，也需要进入 检查环节 --- 检查传输地址的可达性。
因为双方都收到了对方的传输地址，则都将发起TCP会话的建立，这样将造成资源
浪费，因为一方发起则建立的时一个双向的通道。所以，LDP在发起TCP会话之前，
会先比较传输地址，谁的传输地址大，谁就是主动方，则可以主动发起TCP会话请
求
3，完成TCP会话建立之后，将开始建立LDP会话。传输地址大的一方，优先发送初始化
的报文，里面将包含需要协商建立LDP会话的参数。对端收到后，如果认可，可以将自
己的初始化报文发送，并且同时发送一个Keeplive报文，进行确认。如果双方都确认完
成，则LDP会话建立完成。
LDP协议也会周期性的发送keeplive来保活会话。 ---- 周期时间为15S，失效判断时间为
3倍周期时间，默认45S。
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