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HCIE-MPLS专题(2020.07.06不完整)

发布于 2020-07-05 | 分类于 HCIE-华为认证 | 17分钟 | 3906字数 | 浏览量：

MPLS专题拓扑以及ENSP拓扑使用

MPLS专题拓扑
上课之前开启以下设备
ENSP拓扑使用

简单回顾

  1. TCP/IP端到端通信模型，IP转发的特点、依据：逐跳转发（路由黑洞）、依据目标地址和路由表（策略）转发
  2. BGP路由黑洞解决方案：全互联、路由反射器、同步IGP（即路由引入）、联盟
  3. MPLS多协议标签交换，高速转发，这是一种增加了能源消耗的转发技术，但是效率提高了。MPLS转发类似大型超市，需要扫码枪和很多收银员；传统IP转发类似小卖部，不需要这么多辅助工具与员工。
  4. 依据数据库完成设备的数据处理或者转发角色，路由协议：邻居表、路由表、数据库（LSDB、BGP table、topology base（EIGRP））
  5. MPLS提供了一种相对比较简单的转发决策方法，在帧模式当中，将一个或者多个标签插入在二层头部后面，MPLS域的路由器依据标签做转发决策，标签是32bit固定长度的数值
  6. MPLS进阶路线：MPLS --> MPLS-VPN ---> MPLS-TE（流量工程） ---> SegmentRouting（分段路由，靠源决定路由往哪发）
  7. 转控分离：控制层面----负责形成转发表项，比如路由协议等；数据层面----负责转发数据

MPLS基本原理

MPLS术语等

  1. 在IP网络与MPLS网络的交界处，边界的设备通常称为入站LSR（标签交换路由器）
  2. 路由器做IP转发，需要哪些基础内容：配置IP地址、产生直连路由、配置路由协议、产生路由表、路由原理、IP报文。
    MPLS路由器LSR转发报文又需要些什么呢？标签（标签协议）、具备标签转发表（标签分发协议+路由协议）、标签报文（IP报文+标签）
  3. 术语：
    1. CE：客户边界设备。CE(Customer Edge)，用户边缘设备，服务提供商所连接的用户端路由器。CE路由器通过连接一个或多个PE路由器，为用户提供服务接入。CE路由器通常是一台IP路由器，它与连接的PE路由器建立邻接关系
    2. PE：运营商边界设备。PE(Provider Edge)，即Provide的边缘设备，服务提供商骨干网的边缘路由器，它相当于标签边缘路由器（LER）。PE路由器连接CE路由器和P路由器，是最重要的网络节点。用户的流量通过PE路由器流入用户网络，或者通过PE路由器流到MPLS骨干网
    3. P：运营商内部的设备，仅仅负责帮助转发数据。P(Provider)，是核心层设备，提供商路由器，服务提供商是不连接任何CE路由器的骨干网路由设备，它相当于标签交换路由器（LSR）
    4. LSR：标签交换路由器
    5. LER：标签边缘路由器（PE）
    6. CPE：三巨头中两个互联，为同一个客户服务
    7. MCE：MCE功能是Multi-CE的简称，具有MCE功能的交换机可以在BGP/MPLS VPN组网应用中承担多个VPN实例的CE功能，减少用户网络设备的投入
    8. vrf（思科称vpn instance）：在PE设备上起到隔离作用，每一个vrf提供一个独立的路由表，同时甚至能够提供独立的路由协议进程
    9. LSP：标签交换通道，LSP是一个单向通道，与数据流的方向一致
    10. FIB：转发信息库，来自路由表拷贝
    11. LIB：标签信息库，由标签协议根据路由产生的标签和路由的对应关系
    12. LFIB：标签转发信息库，把FIB和LIB两者结合在一起
    13. FEC：转发等价类。MPLS将具有相同特征的报文归为一类，称为转发等价类FEC，属于相同FEC的报文在转发过程中被LSR以相同方式处理。FEC可以根据源地址、目的地址、源端口、目的端口、VPN等要素进行划分。例如，在传统的采用最长匹配算法的IP转发中，到同一条路由的所有报文就是一个转发等价类
    14. NHLFE：下一跳标签转发表项，用于指导MPLS报文的转发，包括Tunnel ID、出接口、下一跳、出标签、标签操作类型等信息。FEC到一组NHLFE的映射称为FTN（FEC-to-NHLFE），通过查看FIB表中Tunnel ID值不为0x0的表项，能够获得FTN的详细信息，FTN只在Ingress存在
    15. Tunnel ID：为了给使用隧道的上层应用（如VPN、路由管理）提供统一的接口，系统自动为隧道分配了一个ID，也称为Tunnel ID。该Tunnel ID的长度为32比特，只是本地有效
    16. ILM：入标签到一组下一跳标签转发表项的映射称为入标签映射ILM，ILM包括Tunnel ID、入标签、入接口、标签操作类型等信息。ILM在Transit节点的作用是将标签和NHLFE绑定。通过标签索引ILM表，就相当于使用目的IP地址查询FIB，能够得到所有的标签转发信息。
  4. BGP路由与IGP路由的一个区别：跨越设备传递，BGP路由都带有下一跳

MPLS基本结构

  1. MPLS\VPN报文转发流程：
    1. CE --> IngressPE
      CE --> IngressPE
      1. CE将报文发给与其相连的VRF接口，PE在本VRF的路由表中进行查找，得到了该路由的公网下一跳地址（为下一步查找公网标签准备）和私网标签（此时数据头部已经含有私网标签）
      2. 在把该报文封装一层私网标签后，在公网的标签转发表中查找下一跳地址，再封装一层公网标签后，交予MPLS转发
        一共两次查找，两层标签，公网标签在外。入站IP报文，先查LFIB ，命中则压入标签转发，否则再查FIB，IP转发
    2. IngressPE --> EgressPE --> CE
      IngressPE --> EgressPE --> CE
      1. 该报文在公网上沿着LSP转发，并根据途径的每一台设备的标签转发表进行标签交换
      2. 在倒数第2跳处，将外层的公网标签弹出(Pop Label)，交给目的PE设备（隐式(标签值为3)/显示空标签，用于QoS）
      3. PE设备根据内网的私网标签判断该报文属于哪个VRF
      4. 弹出内网的私网标签，在目的VRF中查找路由表，根据下一跳发给相应的CE

MPLS和MPLS\VPN的最大区别：MPLS\VPN解决方案能够帮助运营商为用户提供服务，可以用一个MPLS网给多个用户提供服务

  1. 华为设备开启MPLS
[R1]mpls lsr-id 11.1.1.1
[R1]mpls
[R1]route recursive-lookup tunnel  // 非标签路由可以迭代到LSP隧道
Info: Mpls starting, please wait... OK!
[R1-mpls]mpls ldp
[R1-mpls-ldp]inter g0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]mpls 
[R1-GigabitEthernet0/0/1]mpls ldp
[R1-GigabitEthernet0/0/1]q
  1. 中国LT承载A网组网方式（现网真实案例）
    中国LT承载A网组网方式
    中国LT路由型MPLS VPN业务由中国LT综合IP承载网进行承载。
    综合IP承载网可承载全国性的MPLS-VPN业务（即省际、国际MPLS-VPN业务），也可承载省内MPLS-VPN业务，即省分公司所辖范围内的MPLS-VPN业务。
    综合IP承载网全网设备（包括海外POP点设备）都运行在同一个AS（9929）域内。
    综合IP承载网全网分为三层结构：核心层（CR）、汇聚层（BR）和接入层（AR）；其中，接入层AR设备即我们所说的PE设备，用以接入MPLS-VPN业务。
  2. MPLS结构
    MPLS结构
    • IP报文入站：查找IP转发表，出去可能是IP报文，也可能是标签报文
    • 标签报文入站：查找标签转发表，出去可能是IP报文，也可能是标签报文
      MPLS体系结构
    • 控制平面：负责产生和维护路由信息以及标签信息
      • 路由信息表RIB：由IP路由协议生成，用于选择路由
      • 标签分发协议：负责标签的分配、标签转发信息表的建立、标签交换路径的建立、拆除等工作
      • 标签信息表LIB（Label Information Base）：由标签分发协议生成，用于管理标签信息
    • 转发平面：即数据平面，负责普通IP报文的转发以及带MPLS标签报文的转发
      • 转发信息表FIB：从RIB提取必要的路由信息生成，负责普通IP报文的转发
      • 标签转发信息表LFIB：简称标签转发表，由标签分发协议在LSR上建立LFIB，负责带MPLS标签报文的转发

MPLS标签格式

MPLS帧格式

MPLS帧模式封装在2、3层之间，信元模式的MPLS已经淘汰
帧模式MPLS

MPLS头部信息

MPLS头部信息
  • MPLS头部总长度为4bytes (32bits)
  • 标签Label长度20bits
  • EXP（Experimental Use）长度3bits：用作QoS
  • S（Bottom of Stack）长度1bit：栈底位，如果置位则表示最后一层标签
  • TTL长度8bits
    标签空间：指标签的取值范围。标签空间划分如下：
  • 0～15：特殊标签
    • 0：IPv4 Explicit NULL Label（显示空标签），表示该标签必须被弹出（即标签被剥掉），且报文的转发必须基于IPv4。如果出节点分配给倒数第二跳节点的标签值为0，则倒数第二跳LSR需要将值为0的标签正常压入报文标签值顶部，转发给最后一跳。最后一跳发现报文携带的标签值为0，则将标签弹出。
    • 1：Router Alert Label（警告标签），只有出现在非栈底时才有效。类似于IP报文的“Router Alert Option”字段，节点收到Router Alert Label时，需要将其送往本地软件模块进一步处理。实际报文转发由下一层标签决定。如果报文需要继续转发，则节点需要将Router Alert Label压回标签栈顶。
    • 2：IPv6 Explicit NULL Label（显示空标签），表示该标签必须被弹出，且报文的转发必须基于IPv6。如果出节点分配给倒数第二跳节点的标签值为2，则倒数第二跳节点需要将值为2的标签正常压入报文标签值顶部，转发给最后一跳。最后一跳发现报文携带的标签值为2，则直接将标签弹出。
    • 3：Implicit NULL Label（隐式空标签），倒数第二跳LSR进行标签交换时，如果发现交换后的标签值为3，则将标签弹出，并将报文发给最后一跳。最后一跳收到该报文直接进行IP转发或下一层标签转发。
    • 4～13：保留
    • 14：OAM Router Alert Label（MPLS的操作管理），MPLS OAM通过发送OAM报文检测和通告LSP故障。OAM报文使用MPLS承载。OAM报文对于Transit LSR和倒数第二跳LSR是透明的。
    • 15：保留
  • 16～1023：静态LSP和静态CR-LSP共享的标签空间
  • 1024及以上：LDP、RSVP-TE、MP-BGP等动态信令协议的标签空间

MPLS标签嵌套

MPLS标签嵌套
  • PID：标识二层头部后面的报文类型
    • Ethernet：
      • 0x0800 IPv4
      • 0x8847 MPLS 单播报文
      • 0x8848 MPLS组播报文
    • PPP：
      • 0x8021 IPv4
      • 0x8281 MPLS 单播报文
      • 0x8283 MPLS组播报文
  • 标签嵌套应用
    • MPLS VPN
    • MPLS TE

MPLS转发流程

标签行为总结

  • 压入标签，PUSH
  • 交换标签，SWAP
  • 弹出标签，Pop（remove，隐式空标签）
  • UNTAG/No label(没有标签) 出现问题，在MPLS\VPN的环境下只能丢弃报文
  • Aggregate（聚合），把报文拿掉MPLS之后转发给 一个VPN-INSTANCE接口

LDP协议原理

实验

实验一：实施LDP

  • 域内IGP
  • 域内LDP
    • 配置 ldp router-id
    • 开启mpls以及ldp
  • PE之间MP-BGP、VPNv4
  • PE vrf/VPN-instance
  • PE-CE路由交互
  • 规划：
    • R1和R10通过以太网接口G2/0/0互联
    • R1\R3为PE设备
    • R8\R10为CE设备

思科

# 域内IDP：配置 ldp router-id；开启mpls以及ldp
R1(config)#ip cef
R1(config)#mpls ip
R1(config)#mpls label protocol ldp   
R1(config)#mpls ldp router-id loopback 0 force   // mpls 排错组合拳
R1(config)#interface e0/1
R1(config-if)#mpls ip
R1(config-if)#inter e0/2
R1(config-if)#mpls ip   
R1(config-if)#int s1/0
R1(config-if)#mpls ip 

# PE之间 MP-BGP、VPNv4
R1(config-router)#no bgp default ipv4-unicast   // 关闭默认的IPv4能力，切换到 MP-BGP 工作模式
R1(config-router)#address-family vpnv4 unicast   // 进入VPNv4 地址族  
R1(config-router-af)#neighbor 33.1.1.1 activate   // 在地址族下激活邻居

R3(config)#router bgp 100  // 从头配一个
R3(config-router)#no bgp default ipv4-unicast 
R3(config-router)#neighbor 11.1.1.1 remote-as 100
R3(config-router)#neighbor 11.1.1.1 up lo0 
R3(config-router)#address-family vpnv4 unicast 
R3(config-router-af)#neighbor 11.1.1.1 activate 

# PE vrf/VPN-instance
R3(config)#ip vrf cisco   // 创建 vrf ，这种配置方式仅仅支持 ipv4 【PE本地隔离】
R3(config-vrf)#rd 1:1  // 定义路由区分器的值  【64bit的一个值，全局区分】96bit 的 VPNv4路由=32bit用户路由+64bit的路由区分器
R3(config-vrf)#route-target 1:1  // 定义路由标记的值  【收发控制，实际上是一个扩展团体属性】
R3(config)#int e0/3
R3(config-if)#ip vrf forwarding cisco  // 将接口划分入vrf，与全局和其它vrf隔离开
R3(config-if)#ip address 83.1.1.3 255.255.255.0  // 注意，如果先配置了ip地址，后划分vrf，则划分vrf的操作将会移除所有ip地址
R3#show ip route vrf cisco
R3#show ip vrf 
R3#show ip vrf detail  

# vrf的另外一种配置方式：
R1(config)#vrf definition cisco
R1(config-vrf)#rd 1:1
R1(config-vrf)#address-family ipv4 
R1(config-vrf-af)#route-target 1:1
R1(config-vrf)#inter e0/3
R1(config-if)#vrf forwarding cisco  
R1(config-if)#ip address 110.1.1.1 255.255.255.0            

# PE-CE路由交互
R8
interface Loopback0
 ip address 88.1.1.1 255.255.255.0
R8(config)#ip route 10.1.1.0 255.255.255.0 83.1.1.3

R10
interface Loopback0
ip address 10.1.1.1 255.255.255.0
R10(config)#ip route 88.1.1.0 255.255.255.0 110.1.1.1

R1(config)#ip route vrf cisco 10.1.1.0 255.255.255.0 110.1.1.10  // vrf 指向CE背后网络的静态路由
R3(config)#ip route vrf cisco 88.1.1.0 255.255.255.0 83.1.1.8

# 在PE设备上对客户路由进行重分布
R3(config)#router bgp 100
R3(config-router)#address-family ipv4 vrf cisco  // 一个专属于特定客户的地址族
R3(config-router-af)#redistribute static 

# 验证：
R1#show ip route vrf cisco
R1#show bgp vpnv4 unicast all   // R1#show bgp vpnv4 unicast vrf cisco
R1#show bgp vpnv4 unicast vrf cisco 88.1.1.0/24

R3#show bgp vpnv4 unicast vrf cisco labels 
   Network          Next Hop      In label/Out label
Route Distinguisher: 1:1 (cisco)
   10.1.1.0/24      11.1.1.1        nolabel/17
   88.1.1.0/24      83.1.1.8        16/nolabel

华为

# 实现域内 IGP
# 实现域内 LDP(R1和R3)
[R1]mpls lsr-id 11.1.1.1
[R1]mpls
[R1-mpls]mpls ldp
[R1]inter g0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]mpls
[R1-GigabitEthernet0/0/1]mpls ldp

# 实现PE之间 MP-BGP、vpnv4(R1和R3)
[R3]bgp 100
[R3-bgp]ipv4-family vpnv4
[R3-bgp-af-vpnv4]peer 11.1.1.1 enable 

#实现 vpn-instance(R1和R3)
R1
ip vpn-instance qytang
ipv4-family
route-distinguisher 1:1
vpn-target 2:2 export-extcommunity
vpn-target 2:2 import-extcommunity

interface GigabitEthernet2/0/0
ip binding vpn-instance qytang
ip address 110.1.1.1 255.255.255.0 

# 实现PE-CE路由交互
[R1]ip route-static *PN-instance qytang 10.1.1.0 24 110.1.1.10
[R10]ip route-static 88.1.1.0 24 110.1.1.1
[R3]ip route-static *PN-instance qytang 88.1.1.0 24 83.1.1.8
[R8]ip route-static 10.1.1.0 24 83.1.1.3
bgp 100
ipv4-family vpn-instance qytang 
import-route static
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