HCIE Routing&Switching之MPLS LDP理論

　　前文我們了解了MPLS的靜態LSP配置相關話題，回顧請參考https://www.cnblogs.com/qiuhom-1874/p/16937104.html；今天我們來聊一聊標簽分發協議LDP相關話題；

　　我們知道在mpls網路中，只要有了標簽，轉發就是一件很簡單的事；但是如何產生標簽，卻是MPLS中較難的部分；手動靜態配置吧，過于繁瑣，且容易出錯；為此，MPLS有一個叫LDP的協議出現了；

　　LDP簡介

　　LDP是Label Distribution Protocol的首字母縮寫翻譯成中文就是標簽分發協議；該協議主要用于動態分配和維護mpls標簽；在LSR之間通過建立LDP Session來交換彼此的標簽，完成標簽的分發；建立了LDP Session的兩臺設備稱為LDP Peers（LDP鄰居或者叫對等體）；

　　提示：LDP通過hello資訊建立起鄰居，隨后建立起LDP會話后，就開始在LDP鄰居間交換標簽和FEC映射，從而完成LSP的建立；

　　LDP訊息型別

　　LDP封裝在UDP或TCP之上，埠號為646；

　　LDP發現機制

　　提示：LDP發現機制有兩種，第一種是LDP基本發現機制，即發現直連鄰居，使用組播；通過周期性的發送LDP Link Hello，建立本地LDP會話；第二種是LDP擴展發現機制，即發現非直連的鄰居，使用單播；通過周期性發送LDP Targeted Hello，建立遠端LDP會話；

　　提示：基本發現機制使用組播地址224.0.0.2；基本方式只能用于兩個路由器直連，不能跨網段；

　　提示：擴展發現機制使用單播，所以可以跨路由器，使用各自的單播地址建立會話；前提是這兩個單播地址是能夠互通的；

　　LDP鄰居發現程序

　　提示：LDP hello訊息中使用UDP封裝，發送周期為5秒，使用組播地址224.0.0.2（所有路由器）；hello訊息中，攜帶Transport Address欄位，該欄位默認域設備配置的LSR ID一直，表明與對端建立鄰居關系時所使用的ip地址；所以我們配置的LSR ID 需要保證路由可達，同時對應的介面也需要存在；只有保證兩個LSR ID路由可達能夠互相通信以后，對應雙方才會正式通過TCP的三次握手，用自己的LSR ID來建立起鄰居；當然這是默認情況；我們也可以根據自己的需求來更改transport address欄位資訊；

　　LDP會話建立程序

　　提示：建立會話階段由地址大的一方向發送協商引數，協商引數包括LDP協議版本，標簽分發方式、Keepalive保持定時器的值、最大PDU長度和標簽空間等；如果對端不能接受相關引數，則發送Notification訊息來終止LDP會話的建立：如果對端能接受，則對端發送keepalive訊息并攜帶上自己的引數資訊，隨后本端收到引數后檢查是否接受，接受就發送keepalive訊息，隨后雙方都收到了對方的keepalive訊息以后，對應會話就建立起了；LDP會話建立成功后，隨后就進行fec的創建與標簽的分發；

　　提示：以上是LDP整個活動周期，最初是兩個路由器通過發送hello訊息尋找建立鄰居，隨后通過transport address建立tcp三次握手，隨后就是發送協商引數進行會話建立；會話建立好以后，對應雙方進行fec的創建與標簽的分發；最后一個是會話沒有能正常建立就會發送Notification訊息告知對方會話建立失敗，終止LDP會話的建立；

　　LDP標簽的發布和管理

　　LDP會話建立后，LDP協議開始交換標簽映射等訊息用于建立LSP；RFC5036本別定義了標簽發布方式、標簽分配控制方式、標簽保持方式來決定LSR如何發布標簽和管理標簽；

　　標簽發布方式

　　提示：標簽的發布方式有兩種，DU(Downstream Unsolicited,下游自主)；所謂下游自主是指LSR無需從上游獲得標簽請求訊息即可進行標簽的分配與分發；DoD（Distribution on Demand，下游按需）；所謂下游按需是指LSR必須從上游獲得標簽請求訊息之后進行標簽分配與分發；華為和思科設備默認是采用DU（下游自主），這是因為在網路拓撲發生變化時，采用DU可以快速反應為新的拓撲分發標簽，收斂時間相對于DoD較短；

　　標簽分配控制方式

　　提示：Label Distribution Control Mode，標簽分配控制方式；為一條路由前綴分配標簽的前提條件；標簽由設備自動隨機生成；標簽分配控制方式也有兩種型別；一種是Independent，一種是Ordered；Independent表示獨立；所謂獨立是指LSR可以主動分配標簽，無需燈帶下游的標簽；Ordered表示有序，有序是指LSR只有收到下游的標簽后，才能分配標簽；華為設備默認采用Ordered模式，這樣是為了避免下游ip分組的標簽為分配或收斂時間較長，上游的標簽已分配，資料開始轉發而造成資料丟失；思科設備默認采用Independent；也就是說Independent追求快速，但不穩定，可能出現資料丟失的情況；Ordered追求穩定，但是相對于Independent要慢；

　　標簽的發布方式和控制方式的組合

　　標簽保持模式

　　Label Retention Mode，標簽保持模式是指如何保留從鄰居接收到的標簽；

　　自由模式（Liberal）

　　提示：所謂自由模式是指保留鄰居發送的所有標簽，無論鄰居是否是自己的下一跳；這種方式的優點是，路由發送變化能夠快速建立新的LSP進行資料轉發；缺點就是消耗更多的記憶體和標簽空間；

　　保守模式（Conservative）

　　提示：保守模式是指只保留來自下一跳鄰居的標簽；這種模式的優點是節省記憶體和標簽空間；缺點是路由發生變化時必須從新的下一跳那里獲得標簽后才能資料轉發，收斂較慢；通常與DoD方式一起；華為和思科設備默認采用Liberal自由模式；

　　LDP建立LSP到資料轉發程序

　　LDP建立LSP程序

　　提示：IGP協議負責實作mpls網路內路由可達，為fec的分組提供路由；LDP協議負責實作對FEC的分類、標簽的分配以及LSP的建立和維護等操作；

　　MPLS資料轉發程序

　　提示：在mpls網路中，資料包在每臺路由器上根據已分配的標簽進行標簽的封裝和轉發；當資料包到達egress節點時，對應發出的資料包都不會代有標簽，因為非mpls網路路由器，它是識別不了mpls標簽的；其次在mpls網路中，如果流量很大的情況下，如果讓egress節點再處理標簽就會額外給egress節點帶來負擔，所以更妥當的做法是在倒數第二跳節點將標簽剝離掉，讓egress節點直接用ip路由轉發會更為妥善（它不需再查標簽轉發表，然后再查ip路由表，而是直接查找ip路由表將對應資料包轉發出去）；

　　提示：倒數第二跳彈出的具體程序如上圖所示；RTC收到RTB發送代有標簽1026的報文，查找LFIB（Label Forwarding Information Base，標簽轉發資訊資料庫）表，發現分配的出標簽為隱式空標簽3，于是執行彈出標簽的動作，并將ip資料包轉發給下游路由器RTD；RTD收到RTC發送ip報文，直接查找自己的FIB表，根據FIB表中的出介面進行ip報文封裝并轉發出去；

　　提示：最下游路由器在標簽分發時，會給倒數第二跳路由器分發標簽為3的標簽，表示倒數第二跳發出的資料包，剝離標簽，即最后一跳路由器收到不帶標簽的資料包；

　　倒數第二跳彈出

　　PHP（Penultimate Hop Popping）；所謂倒數第二跳彈出是指在mpls網路中當攜帶有標簽的資料包到達倒數第二跳路由器時，會將對應的標簽剝離，然后將資料包轉發給最后一跳；這是因為在最后一跳節點，標簽已經沒有使用價值；在這種情況下將標簽彈出，減少最后一跳的負擔；

　　提示：上圖主要描述了在mpls網路中，標簽在最后一跳節點都會將所有標簽剝離，然后將原始資料包轉發至下一個非mpls網路的路由器；

　　提示：上圖描述了倒數第二跳彈出的示意圖；在倒數第二跳時間頂層標簽剝離，減輕最后一跳的負擔；這里說一下，倒數第二跳彈出主要是彈出頂層標簽（如果有多層標簽的情況下）；即路由器查看標簽轉發表發現轉發出去的標簽為3，對應就會把原有標簽剝離，然后轉發給下一跳路由器；對應路由器收到的資料包就不帶任何標簽；

　　特殊保留標簽

　　提示：標簽3是隱式空標簽（Implicit-null），表示通知倒數第二跳路由器移除頂層標簽；這里需要注意標簽3其實永遠不會出現在MPLS報文的標簽堆疊中；即我們抓包是看不到對應標簽3的；

　　提示：標簽0顯式空標簽（explicit-null），表示通知路由器直接彈出標簽；在實施QOS時，最后一跳必須攜帶EXP位，因此標簽不能被彈出，需要配置顯式空標簽，此時分配給特定路由器的標簽值為0并轉發給LDP鄰居；

　　簡單講，當路由器查看LFIB表發現轉發出去的標簽為3，對應資料包發出時，對應標簽就被剝離掉了；所以到最后一跳的資料包是不帶標簽；當路由器查看LFIB表發現轉發出去的標簽為0，對應資料包發出時還是會攜帶標簽0，到達最后一跳，對應資料包是攜帶標簽0；兩者區別就是隱式空標簽在倒數第二跳轉發之前被剝離，顯式空標簽是在最后一跳資料轉發出去之前剝離；

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