02-MPLS 工作原理--MPLS报头版

该文档主要是解释下面内容：

■MPLS报头结构和各个主要字段的作用.

■带标签的报文是如何进行转发的

■保留MPLS标签名称，以及他们的作用。

■确定MPLS MTU在MPLS网络中的重要性。

MPLS中，都是用标签进行交换/PUSH/POP进行数据的转发。

标签有三种工作模式:交换/添加/移除

当一个路由器收到一个IP报文的时候，进行的查找是IP查找。在cisco IOS中，进行IP查找的报文进行的是CEF(cisco express forwarding)的查找。而路由器收到一个带标签报文的时候，查找是在该路由器的LFIB中进行的.(show mpls forwarding-table).

通过LFIB（标签查找）的方式进行转发的话，那么该报文离开路由器时就应该是带上标签的.

下面就是查找CEF表的IP报文的转发和查找LFIB表的MPLS报文转发的操作。

下面有几种情况分别会用到上面的图，需要建立概念：

■如果一台入站LSR收到一个IP报文，并且要将标记后进行转发，那么就是图中的IP-to-Local转发实例。

■如果一个LSR收到一个带标签的报文，他需要将标签去掉转发出去，就是Label-to-IP转发实例.

■收到报文携带有标签，转发出去需要压入新的上游分发给自己的新标签，Label-to-label.

■最后就是IP-to-IP,没有标签，直接走快转表转发了。也就是传统的IP转发，逐跳进行。

下面来看看，目的指向6.1.1.2/24的IP报文进入LSR后，被打上标签18(18是下游分配给本端的标签)，然后从接口G2/0转发出去的实例：

从CEF表和LFIB表都可以看到，到目的6.1.1.2的报文，tag imposed 18,是下游分配给本端的标签，所以18作为G2/0的出标签.

CEF交换是唯一一种可以用于标记的报文的IP转发模式，其他的注入IP快速交换之类的IP转发模式都是不能用来标记报文的，所以，CEF交换是唯一一种可以与MPLS相结合的IP转发模式，所以在启用MPLS功能的时候，首要任务是一定要是能IP CEF(当然现在的版本都是默认CEF打开的,不用手工打开，但需要了解CEF的作用。)

接下来看看LFIB,标签转发表。在MPLS中，这个表是相当重要的，就相当于IP中的路由表一样，通过LFIB建立转发等价类FEC，相同目的的数据流走一样的标签。

这里有些概念需要澄清一下。

local: 是由LSR自己分配的，但是分配到哪里？是从自己分配给上游的路由器。

Outgoing: 是由下游路由器分配给本端的标签。

这里一共有6个条目，一条条来说。

1, 16 Pop tag [T] 10.1.1.2/32 0 Tu0 point2point //这个是给MPLS TE流量工程tunnel接口相关的，这里暂时不做解释。有专题解释关于MPLS TE的。

可以参考MPLS TE专题系列：http://361531.blog.51cto.com/351531/d-7

或者下载已经整理好的PDF文档：http://down.51cto.com/data/250965

2, 17 Pop tag 4.1.1.0/24 0 Gi2/0 2.1.1.2

如果收到标签是17的报文，移除所有的标签，然后以IP转发的形式进行传输，目的地是4.1.1.0网络。由接口G2/0作为出接口.

3, 18 Pop tag 3.1.1.0/24 0 Gi2/0 2.1.1.2

如果收到标签是18的报文，移除所有的标签，然后以IP转发的形式进行传输，目的地是3.1.1.0网络。由接口G2/0作为出接口

4, 19 19 5.1.1.0/24 0 Gi2/0 2.1.1.2

如果收到标签是19的报文，首先删除19这个标签，然后用19来进行替换(虽然这里标签都为19，但是，一定要注意，第一个local=19是我发给上游路由器的标签，而第二个19是下游路由器发给我的，标签可以一样，但是替换的过程路由器是不会省略的，所以标签只是本地有效，并不冲突)，然后以MPLS报文转发的形式进行传输，目的地是5.1.1.0网络。由接口G2/0作为出接口

5, 20 18 6.1.1.0/24 0 Gi2/0 2.1.1.2

如果收到标签是20的报文，首先删除20这个标签，然后用18来进行替换,以MPLS报文转发的形式进行传输，目的地是6.1.1.0网络。由接口G2/0作为出接口

6, 21 Aggregate 1.1.1.0/24[V] 416

这个是分配给VRF的标签.聚合属性.

说了那么多标签,有一种情况是未知标签，意思就是在本地LFIB数据库中找不到相关的信息。

按常理来说，上游路由器发送到本端的MPLS 报文，标签部分实际是本端路由器通告给上游路由器的，所以一定在本端本地LFIB表中能够找到的，但是因为一些错误或者网络问题的故障，这些送过来的报文的标签在本地库里面没有找到。

这个时候，怎么处理这些报文呢？

LSR可以采取两种措施，移除以后尽力转发报文，或者丢弃报文。

CISCO IOS中采取的措施是丢弃行为。原因是，如果LSR移除标签进行尽力转发，他根本就不知道标签后面携带的是什么报文。是IPv4?IPv6？二层帧？还是其他报文？即使现在转发出去，也不能保证下游路由器能顺利转发，而且还浪费了硬件资源。

所以，丢，是丢得相当正确的.

在现实生活中，大家都有这样的经历，如果一个事情从头到尾都已经了完整的计划和精密的部署，都不一定能成功。要保证一个事情99%是相当困难的，一个细微的环节出问题，就会导致失败，所以说CISCO丢得好，至少不要去浪费自己或者其他设备的资源。对于运营商来说，每个设备都已经跑到了极限，他们只会更加高兴。

我们已经知道了MPLS报文的格式：

0-20位是标签位.一共可以组合出1048575个标签出来。

0-15是保留标签，数据流进行转发的时候，不使用这些标签。

0-显式空NULL标签.

3-隐式空标签.

1-路由器报警标签.

14-OAM报警标签。

CISCO的IOS里面用的是隐式空标签.

implicit-Null.

在以前的时间里，我一直没有真正的理解显示空和隐式空真正的含义。今天找了一个相关的开发老师把这个概念理清楚了。

下面是我总结出来的一些概念,不对的请达人些指教.

隐式空标签：

该标签的标签号固定为3，该标签我理解就是一个概念上的东西，用show命令show mpls forwarding-table都看不到这个3，那么为什么要用这个标签呢？好处在哪里？

这里涉及到另外一个概念是PHP次末节点弹出机制.

这里随便借用了一个拓扑图。假设R3是P设备，R4和R5是PE.

那么当MPLS报文送到R3往R4和R5进行转发的时候，在R3上面就会把标签pop出去，剥离标签以后，用隐式空标签3安装在报文前面，实际上已经就是纯IP报文了，然后转发给R4或者R5,那么两个PE设备负责的事情就是纯粹的IP转发了，减轻了PE设备的压力。

否则的话，PE设备需要做的事情是收到了报文以后首先剥离标签，然后查找路由表进行IP报文的转发，这样加大了设备工作流程。

凡是做过工程的朋友都知道，运营商的P设备一般都是很强悍的至少是CISCO7200级别的设备，或者是7600.GSR等等，但是对于PE来说，CISCO 3800/2800都可以来做。这也就是为什么PE的需求不是那么要求高的原因了。不知道这样说是否说明清楚了。

正是因为有了PHP的设计思路，所以才有了隐式空标签的出现。

简单说来，为了减轻PE的压力，在倒数第二跳直接将标签弹出，以纯IP的报文格式传送给PE.让PE直接走IP转发.

显式空标签：

有了隐式空标签以后，其实隐式空标签也有缺陷的。我们都知道MPLS标签报文的结构：

其中，0-20位是标签位，S位和TTL位先不管，还有8位的EXP位，这就是其中的QOS位。

相当于IP报头中的IP precedence和DSCP一样，是用来着色的。但是这里试想一下，如果客户需要做端到端的QOS，那么一定会从头到尾都需要有相关的着色位是有色的。PHP工作机制在倒数第二跳弹出以后，会把整个MPLS报文头移除，而不是单纯的移除标签，那么如果原来有的EXP假如是8，这个时候EXP也会随MPLS报头一起删除，试问，在MPLS骨干网中，下一跳PE如何来做QOS呢？

所以为什么之前说的隐式空标签是一个概念。因为MPLS报文头被移除了。而现在需要用0这个显示空标签来进行替代，实际上是保留MPLS报文头，标签为0，EXP/S/TTL全部都保留下来传递到下一跳，最后就是PE来做P的工作，收到报文，先经过QOS队列，然后剥离标签进行IP转发。虽然这样可以做端到端的QOS，但是弊端就是对PE设备的性能压力比较大。

PS:对于IPv6来说，显示空标签不是0，而是2.

对于隐式空和显示空标签，我还有一个疑问，咨询了研究院的老师以后，就更加清楚了，这里也分享出来：

以前我在做工程的时候，我记得运营商的PE，从VRF收到客户侧的数据报文以后，会加上MPLS报文头从骨干网传输出去，当时我做实验证明了一个理论就是，设备(cisco/MAIPU)会自动根据从VRF接收到的报文的IP precedence或者是DSCP复制出来，然后粘贴为MPLS报文头的EXP字段。也就是说，IP报文经过PE到骨干网，PE设备会将IP的TOS那8个字节复制到MPLS header的EXP中去。那么从PE出来的时候是否也会复制呢？

如果要复制，那也就是说不需要显示空标签。按照这个逻辑应该是标准为只对进设备的报文进行复制，PHP倒数第二跳出去的报文不会从MPLS头里EXP再复制到IP的TOS去。也就是IP的服务类型service type里面去。所以这里才有了显示空标签的应用.这个是和研发老师进行确认了的。

下面是在迈普的设备和CISCO设备上的配置方式。

我们都知道设备默认的是隐式空标签。所以不需要配置。

在迈普的设备上面，要先显示空标签，需要在MPLS LDP下面进行配置：

这里迈普的设备用显示空标签是全局的能力，也就是说，在mpls ldp下面配置了explicit-null以后，该设备作为P在对于所有的PE都会用显示空标签，并不能针对哪些特殊的对象进行选择性的操作。

cisco设备的操作方式是：

请参考图中的mpls ldp explicit-null to bbb,bbb是一个ACL的名字。

这样比较灵活。

当然也可以让整个设备都做显示空0出去：

mpls ldp explicit-null

还要提一下TTL,这个也是MPLS 报头中的一个东西，在IPV4报头中，TTL是如此的重要。TTL通常是255，每经过一跳（三层设备）就会减少1，知道最后为0就会丢弃，发送ICMP type=11和0.在MPLS中，IP的TTL会减1，然后复制到MPLS TTL中，在用MPLS转发的时候IP的TTL不会变化。最后当标签被剥离的时候，会在MPLS TTL减1，然后再复制到IP的TTL中。

下面要看得是MPLS MTU,关于这个专题，这里只是略微带过。有一个详细的解释在：

http://361531.blog.51cto.com/351531/657564

总结一下：

MPLS的MTU一定会比IP的MTU要大，如果你想不分片传输报文的话，下面我自己整理了一个公式：

MPLS MTU=IP MTU+4*N (N代表标签的个数)

再用一个以前做的实验来阐述MPLS MTU的设置：

IP MTU=1500,MPLS MTU=1503, 源地址ping目的-f不分片-l 1500。结果掉包不通。

IP MTU=1500,MPLS MTU=1504, 源地址ping目的-f不分片-l 1500。结果通。

其实这里就验证了那个公式，MPLS MTU一定大于IP MTU.因为还要加上4*N个标签.

那么这里再想一下，如果IP MTU=1500, MPLS =1500.

那么数据报文在什么情况下就会分片？答案是：IP 长度在1496的时候就会分片。如果ping x.x.x.x -l 1500 -f

一定是掉包。大家可以做实验进行验证 :)

还要提到的一点是，命令为：

在默认情况下，ip MTU=1500,MPLS MTU=1500.意味着在IP MTU=1496的时候，就会分片。

(IP MTU+4*N)>MPLS MTU的话，一定会掉包。

这就是今天的主题。关于MPLS 报文头的一些相关内容.

本文转自 hny2000 51CTO博客，原文链接:http://blog.51cto.com/361531/669767