MPLS-LDP实际应用

概述MPLS(multiprotocollabelswitching)体系有多种标签分配协议，LDP标签分配协议是这些协议中使用较广的一种。LDP是LSR之间协商标签含义的过程，标签就是用于两个LSR之间进行数据转发的。利用LDP可以实现将网络层的路由信息直接映射到数据链路层的交换路由，进而建立起标签交换路径（LSP）。LSR之间将依据本地转发表中对应于一个特定FEC的入标签、下一跳节点、出标签等信息连接在一起，从而形成跨越整个MPLS域的标签交换路径。1基本概念：1.1LSR支持标签交换的路由器。可以实施MPLS中描述的标签交换控制和转发的网络设备。入口LSR(又称边缘LSR或标记边缘路由器(LER))：在这个“起始点”上，该LSR必须检查数据包并按照特定的LSP对该数据包进行分类。由于需要根据诸如源/目的IP地址、DiffServ代码点、端口号码或应用的内容等多种标准分类数据包，入口LSR通常比普通路由器更多地用于处理数据包的分类。转发LSR(又称核心LSR)：转发LSR接收带标记的数据包，进行标记交换，并将这些数据包按照带标记的数据包进行再转发。在MPLS网络的所有LSR中，转发LSR通常必须要具备非常高的性能指标。衡量核心LSR的性能，通常是看该设备能维护的大量动态标记交换路径（LSP）、设备的路由性能，或者是两者的结合。出口LSR（又称边缘LSR或标记边缘路由器(LER)）：出口LSR接收带标记或者无标记的数据包，将每个数据包转换为IP数据包并进行发送。将数据包转换为IP数据包是出口LSR的繁重任务。这是由于MPLS标记栈条目必须被剥离，TTL信息必须从标记复制到IP包头，而且必须重新计算IP校验和。出口路由器的性能可能由于某些因素而降低，包括路由和LSP数量以及IP路由安排的复杂性等。1.2LSP(标签交换路径)有一个或多个标签交换跳连接而成的路径。通过标签交换，分组可以从一个LSR转发到另一个LSR.1.3LDPPeer(LDP对等体):用LDP协议交换mpls标签的两台LSR互称为LDPpeer。在他们之间存在LDPsession。1.4Labelspace(标签空间):标签空间是用来讨论标签分配/分发的。现存在两种标签空间：基于接口的，基于平台的。基于接口的标签空间是为每个接口分配一个空间。只有当LDPPeer直连到接口上时基于接口的标签空间才有意义。基于平台的标签空间是为多个接口分享同一个标签空间。1.5FEC(转发等价类)：转发等价代表了一个分组集合，属于该集合的分组产生的时间可能不一致，但是它们对于传输过程的要求是完全相同的。在常规的IP转发过程中，每经过一个结点，分组都要被查表一次，以确定它的FEC；而在MPLS中，分组判定属于哪一个特定FEC的工作仅在它进入MPLS网时做一次，之后就不再需要。FEC可以依据对某些特定分组的特定处理需求建立，也可以仅仅依据网络地址前缀建立。而每一个具有标记交换功能的路由器（LSR）都将建立一个表格，该表由本结点的FEC和FEC对应的标记组成，以指明一个分组如何被转发，这个表被称为标记信息库（LIB）。1.6TLV(Type-Length-ValueEncoding):LDP应用TLV编码LDP消息携带的很多信息，所有的LDP消息都有如下格式：012301234567890123456789012345678901+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|U|MessageType|MessageLength|+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|MessageID|+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+||++|MandatoryParameters|++||+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+||++|OptionalParameters|++||+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+一共有11个消息类型：NotificationMessage；HelloMessage；InitializationMessage；KeepAliveMessage；AddressMessage；AddressWithdrawMessage；LabelMappingMessage；LabelRequestMessage；LabelAbortRequestMessage；LabelWithdrawMessage；LabelReleaseMessage。每一种消息的格式都一样只是填充的内容不同。1.7LDPIdentifiers（LDPID）LDPIdentifiers长度为6个字节，用于标识LSR的标签空间。前四字节标识LSR，必须是全局唯一值。后两字节标识LSR特定的标签空间。基于平台的标签空间，后两字节都是零。LDPIdentifiers可以表示为LSRId：labelspaceid例如192.168.1.1：0.0,10.10.10.1：2.1。2LDP消息交换：LDP协议中规定了四类LDP消息：Discoverymessages：用来通告和维护网络中LSR的存在；Sessionmessages：用来建立、维护和停止对等体之间的session；Advertisementmessages：用来创建、改变和删除针对FEC的标签绑定；Notificationmessages：用来提供建议性的消息和错误通知。发现消息提供了一种机制，LSR通过周期性的发送HELLO报文表明它在网络中的存在。使用“发往所有路由器”的子网多播地址（224.0.0.2）的UDP报文。Hello消息以UDP报文发向ldp端口（646）。LSR通过hello消息学习到其他LSR，当它决定与其建立LDPsession时，LSR通过TCP连接建立LDP初始化进程。当成功的完成LDP初始化后，两台LSR称为LDPPeer，可以交换通告消息了。为了LDP操作的可靠，Sessionmessages(session消息)、Advertisementmessages（通告消息）和Notificationmessages（通知消息）均使用TCP连接，只有Discoverymessages(发现消息)使用UDP连接。3LDP错误处理通过Notificationmessages（通知消息），LDP错误或其他事件发送到LDPPeer。有两种类型的通知消息:错误消息------用来发送致命的错误。如果LSR从LDP对等体的LDPsession中接受到错误消息，LSR将关闭TCP连接，终止LDPsession。释放从此LDPsession中获得的所有标签映射。通知消息------传送LSR信息或先前从LDP对等体接收到消息的状态。4LDP工作过程：4.1LDP发现机制LDP发现机制用于LSR发现潜在的LDPPeer。有两种发现机制：基本发现机制------用于发现链路上直连的LSR邻居。扩展发现机制------用于发现链路上非直连LSR。4.1.1基本发现机制LSR通过周期性的发送LDPHELLO报文,实现LDP基本发现机制的。HELLO报文中携带LDPIdentifier及一些其他信息（例如：labelspace、transportaddress）。如果LSR在特定端口接收到LDPHELLO,表明此端口存在链路层潜在的LDP对等体（即：HELLO邻接体）。它可以获得此接口的LDP邻接标签空间。4.1.2扩展发现机制通过扩展发现机制可以建立链路上非直连LSR之间的LDPsession。LSR周期性的发送TargetHello到指定地址，实现LDP扩展发现机制的。TargetHello使用UDP报文，目的地址是指定地址，目的端口是LDP端口（646）。TargetHello同样携带LDPIdentifier及一些其他信息（例如：transportaddress、holdtime）。如果LSR在特定端口接收到TargetHELLO,表明此端口存在链路层潜在的LDP对等体。它可以获得此接口的LDP邻接标签空间。基本发现机制和扩展发现机制之间的差别：A、targethello的目的地址是指定的IP地址，而不是组播地址（224.0.0.2）；B、基本发现机制是对称的，而扩展发现机制是非对称的。主动方LSR发送targethello给接收方LSR，接收方决定是否回应还是丢弃（Hellomessage—commonparametersTLV中的Rbit决定。）。接收方LSR选择周期性发送targethello给主动方LSR作为回应。(也就是说只要单方发送targethello就可以建立session。)4.2LDPsession的建立和维护4.2.1LDPsession建立两台LSR之间交换HELLO消息触发LDPsession的建立。LDPsession建立过程分为两步：-------以transport地址建立TCP连接；-------session的初始化。举例说明：图1假定LSR1和lSR2均采用基于平台的标签空间,表示为LSR1:0,LSR2:0。通过HELLO的交换，LSR1产生HELLO邻接，将链路与LSR1：0和LSR2：0绑定在一起。1、首先，LSR1与LSR2之间建立LDPsession。LSR1决定其transport地址作为TCP连接的一端A1,同样LSR2决定它的transport地址作为TCP连接的另一端A2。A1的选取如下：a、如果LSR1在0/1接口上发送的Hello报文中携带TransportAddress（此项是任选的），那么此TransportAddress就是A1；b、如果LSR1在0/1接口上发送的Hello报文中没有携带TransportAddress，那么此A1是LSR1的LSRID地址；LSR2的A2选取也一样。2、接着，LSR1通过对比A1和A2的大小,决定它在session建立中充当的角色，是active还是passive。如果A1A2，则LSR1充当active方；反之，LSR1是passive方。A1和A2作为无符号整数的对比过程如下：a、如果A1和A2不是同一地址家族，他们不能比较，session不能建立；3、如果LSR1是active方，它主动向A2地址、LDP端口（646）发起TCP连接。如果LSR1是passive方，它等待LSR2向自己的LDP端口建立TCP连接。注意：LSR1获取A2是通过LSR2发送的HELLO消息而得到的。4.2.2LDPsession初始化LSR1和LSR2建立Transport连接以后，他们通过交换Initializationmessages（初始化消息）协商session参数。协商的参数包括：LDP协议的版本，标签分发的方式（下游主动分发还是下游按需分发），holdtime等等。协商完成后，LSR1和LSR2之间建立基于标签空间LSR1:0和LSR2:0之间的LDPsession。以图1为例，以LSR1角度分析。连接建立后，如果LSR1是active方，它发送初始化消息给LSR2开始协商session参数。如果LSR1是passive方，它等待LSR2发送的初始化消息。LSR1LSR20/10/0在基于接口的标签空间下，如果LSR1与LSR2之间存在多条链路连接，passiveLSR直到接收到Initializationmessages，才能知道新近建立的TCP连接与那个标签空间相连。Initializationmessage携带了双方的LDPIdentifi