CCNP路由实验之十二 MPLS

2022-07-24 09:52:29

个、第3个数据包„„同样的操作。包含查询路由表、重写MAC地址，CRC校验等。

系列路由器。或者12000系列路由器。

Netflow switching 通过一种标准的交换机制，处理了流的第一个数据包，然后就创建了网路流缓存。

设计网络流交换的目的是，提供一种高效率的机制。来处理扩展或复杂的訪问列表时，不必像其它的交换方式一样丧失同样多的系统性能。在网络流交换方式下，能够为每一个流收集具体的记账信息。对于新公布的IOS软件来说，网络流交换被专门用来实现该目的。而不再用来交换数据包了。在同一时候启用CEF和网络流交换的情况下。CEF为IP数据包提供交换路线。并生成流缓存。而网络流交换被用来向流收集器输出统计信息。

这些流信息包含基于每一个用户、每种协议、每一个端口以及每种类型的服务统计信息。

这些信息被广泛用于各种目的，比如：网络分析和规划、记账以及计费。经过统计，大致65536条数据流（flow）会耗费4MB的systembuffer

Cisco Express Forwarding 思科CEF是最为高效的一种三层协议。进程交换和基于缓存的交换都是数据驱动。CEF是拓扑驱动（topology-driven），并与路由选择表紧密相关， CEF 是由新的cisco设备使用的提供线速路由选择的技术。CEF让分组交换全然绕过路由处理器。通过专门的数据结构来完毕。该数据结构通过路由处理器和交换处理器之间的一个通信过程来动态更新。通常，CEF被觉得是“没有路由，一直交换”基于CEF的机制针对全部的分组，包含给定流中的第一个分组都用硬件处理的。路由选择表仍然由路由器的CPU维护，可是创建了两张额外的表：转发信息库（FIB，Forwarding Information Base）表：该表是从路由选择表中拷贝过来的转发信息，不包含不论什么路由选择协议信息。

路由表有不论什么增删变化。FIB表均会随之变化;邻接表：维护一个邻近结点（假设两个节点能通过第2层一跳到达彼此则被觉得是邻接）以及他们相关的第2层MAC重写或下一条信息的数据库。FIB表由一棵四层的树组成，是依照IPv4所使用的点分十进制来分层的，CEF依赖最长匹配转发算法，这意味着依照降序搜索整棵树知道“最长匹配。 FIB和邻接表都被优化提供进行转发决定所需的信息，而没有很多其它的其它信息，假设FIB表已满，兴许表项将和现有表项比較。并以牺牲不具体表项的代价来保存更具体的表项。

FIB表的长处：1、能够被硬件ASIC调用2、解决递归路由问题。直接找到下一跳3、扩展性。应用于MPL.邻接表是由ARP实现的。将第2层地址映射到对应的第3层地址上。路由器能从路由选择更新中发现下一跳路由器，并对应的在暂时表中添加表项。这个处理让路由器构建了第3层分组转发所需的下一跳重写信息。整体来讲CEF的长处：1、可扩展性（Scalability）：当激活了分布式CEF（Distributed CEF）模式时。CEF在每一块线卡（line card）上也提供了全部的交换能力。2、增强了性能：CEF使用CPU率较低，很多其它的CPU处理能力能够专注于第3层的服务，比方动态路由协议的执行。3、弹性（Resilience）：在大型动态网络中，CEF提供了更好的一致性和稳定性

ATM是以信元为基本单位进行信息传输、复用和交换的。ATM信元具有53字节的固定长度，当中前5个字节是信元头，其余48个字节是有效载荷。

ATM信元头的功能有限，主要用来标识虚连接，另外也完毕了一些功能有限的流量控制，拥塞控制，差错控制等功能。ATM传输数据技术屏弃了繁琐的路由查找，改为简单高速的标签交换，它适用于局域网和广域网，它具有高速传输数据率和支持很多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。ATM有它自己的參考模型，既不同于位报头;在ATM中。标记置于虚电路标识符/虚通道标识符(VCI/VPI)信元报头中。对于MPLS可扩展性很关键的一点是标记仅仅在通信的两个设备之间有意义。在网络核心，路由器/交换机仅仅解读标记并不去解析IP数据包。

IP包进入网络核心时，边界路由器给它分配一个标记。自此，MPLS设备就会自始至终查看这些标记信息，将这些有标记的包交换至其目的地。

因为路由处理降低，网络的等待时间也就随之缩短，而可伸缩性却有所添加。

MPLS数据包的服务质量类型能够由MPLS边界路由器依据IP包的各种參数来确定。如IP的源地址、目的地址、端口号、TOS值等參数。另外对于到达同一目的地的IP包，可依据其TOS值的要求来建立不同的转发路径，以达到其对传输质量的要求。同一时候，通过对特殊路由的管理。还能有效地解决网络中的负载均衡和拥塞问题。

当网络中出现拥塞时。MPLS可实时建立新的转发路由来分散流量以缓解网络拥塞。

MPLS网络结构

MPLS网络由LER（标签边缘路由器）和LSR（标签交换路由器）组成。

LER位于ATM骨干网的边缘并作为MPLS的入口／出口路由器。LER执行全部的第三层功能和由执行LDP而产生的基于LIB（LabelInforinationBase）的标签绑定功能。LER连到网络内部的LSR。LSR执行基于LIB的标签交换，具有第三层转发分组和第二层交换分组的功能。同一时候也能执行传统IP选路协议和执行一个特殊控制协议与相邻LSR协调FEC／标签的绑定信息。LER与LSR之间的LSP是通过LDP协议建立起来的。

转发等价类: MPLS作为一种分类转发技术，将具有同样转发处理方式的分组归为一类，称为FEC（Forwarding EquivalenceClass。转发等价类）。

同样FEC的分组在MPLS网络中将获得全然同样的处理。

FEC的划分方式很灵活。能够是以源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议类型或VPN等为划分依据的随意组合。

比如，在传统的採用最长匹配算法的IP转发中，到同一个目的地址的全部报文就是一个FEC。
标签 :Label是一个长度固定。仅具有本地意义的短标识符。用于唯一标识一个分组所属的FEC。一个标签仅仅能代表一个FEC。

标签长度为4个字节，假设链路层协议具有标签域，如ATM的VPI/VCI。则标签封装在这些域中叫做信元模式；否则。标签封装在链路层头和网络层数据之间的一个垫层中叫做帧模式。这样，随意链路层都能够支持标签。标签共同拥有4个域：标签共同拥有4个域：
- Label时表示为最底层标签。
- TTL时表示每一个接口指定一个标签空间；取值为0时表示整个LSR使用一个标签空间。
- LDP标签分发　：标签的分发过程有两种模式。主要差别在于标签映射的公布是上游请求（DoD）还是下游主动公布（DU）。具有标签分发邻接关系的上游LSR和下游LSR之间必须使用同样的标签公布方式。否则LSP无法正常建立

DoD（downstream-on-demand）模式　：上游LSR向下游LSR发送标签请求消息（Label Request Message）。当中包含FEC的描写叙述信息。下游LSR为此FEC分配标签。并将绑定的标签通过标签映射消息（Label Mapping Message）反馈给上游LSR。

下游LSR何时反馈标签映射消息。取决于该LSR採用的标签分配控制方式。

採用Ordered方式时，仅仅有收到它的下游返回的标签映射消息后，才向其上游发送标签映射消息；採用Independent方式时，无论有没有收到它的下游返回的标签映射消息，都马上向其上游发送标签映射消息。上游LSR通常是依据其路由表中的信息来选择下游LSR。
DU（downstream unsolicited）模式　下游LSR在LDP会话建立成功后。主动向其上游LSR公布标签映射消息。上游LSR保存标签映射信息，并依据路由表信息来处理收到的标签映射信息。

标签分配控制方式（LabelDistribution Control Mode）分为两种：

独立标签分配控制（Independent）：LSR能够在随意时间向与它连接的LSR通告标签映射。这样的方式可能导致在收到下游标签之前就向上游公布了标签。
有序标签控制方式（Ordered）：对于LSR上某个FEC的标签映射，仅仅有当该LSR已经具有此FEC下一跳的标签映射消息或者该LSR就是此FEC的出口节点时，该LSR才干够向上游发送此FEC的标签映射。

　标签保持方式（Label Retention Mode）是指LSR对收到的、但眼下暂时用不到的标签—FEC绑定的处理方式。标签保持方式也分为两种：

*标签保持方式（Liberal）：对于从邻居LSR收到的标签映射，无论邻居LSR是不是自己的下一跳都保留。

使用*标签保持方式，LSR能够迅速适应路由变化；而使用保守标签保持方式，LSR能够分配和保存较少的标签数量。
守标签保持方式（Conservative）：对于从邻居LSR收到的标签映射，仅仅有当邻居LSR是自己的下一跳时才保留。保守标签保持方式通常与DoD方式一起，用于对于标签空间有限的LSR

　标签交换中的几个基本概念

NHLFE（Next Hop LabelForwarding Entry）：下一跳标签转发项。用于描写叙述对标签执行的操作。包含入栈（Push）操作和交换（Swap）操作。
FTN（FEC to NHLFE map）：在Ingress节点将转发等价类FEC映射到NHLFE的过程。
ILM（Incoming Label Map）：入标签映射。

对于接收的标签分组，LSR将标签映射到NHLFE的过程。包含空（Null）操作、出栈（Pop）操作。

标签交换的过程　入口LER（Ingress）将进入网络的分组划分成转发等价类FEC。属于同样FEC的分组在MPLS域中将经过同样的路径。即使用同一条LSP。LSR对到来的FEC分组分配一个标签，然后从对应的接口转发出去。标签交换的具体操作描写叙述例如以下：

LSP沿途的全部LSR都先建立ILM，入标签是依据ILM表项进行映射的；
对于接收到的标签分组，LSR将标签映射到NHLFE。
LSR仅仅需依据标签从标签信息表中找到对应的NHLFE，用新的标签替换原来的标签，然后对标签分组继续转发

标签分发与分配的注意：

标签的分配是将MPLS标签插入到数据包中；
标签的分发是将MPLS标签传递给邻居路由器
标签的分配仅仅在本地有意义
标签的分配（allocation）：决定需不须要对该路由条目分配标签。或者说给什么样的条目分发标签。对于帧模式来说，这个动作是本地路由器作出的，与其它路由器无关
标签的分发(distribution)：决定将产生的标签传递给谁、怎样传的过程
标签的保留：像ARP一样，在路由条目失效后一定时间内标签继续有效
帧模式的标签分配原则是：independantcontrol独立控制。即无论能否收到邻居传递过来的标签。都会对本地前缀分配标签。
帧模式的标签分发原则是：下游自主，即无论你有没实用到我发给你的标签，仅仅要建立了邻居关系，我都会把我本地的标签发给你。这里的上下游是指数据转发的上下游。
帧模式的标签保留原则是：*。即谁分配的标签谁保留。
帧模式的标签保存：将邻居传递过来的标签保存在LFIB里面，同一时候保存在FIB里面
信元模式的标签分配原则：按序
信元模式的标签分发原则：按需，即收到请求之后才分发。
信元模式的标签保留原则：保守，即仅仅保留下游路由器发过来的标签

F）LDP的操作主要包含下面四个阶段

发现阶段　：在这一阶段，希望建立会话的LSR向相邻LSR周期性地发送Hello消息，通知相邻节点自己的存在。

通过这一过程。LSR能够自己主动发现它的LDP对等体，而无需进行手工配置。

LDP有两种发现机制：

基本发现机制用于发现本地的LDP对等体，即通过链路层直接相连的LSR，建立本地LDP会话。这样的方式下，LSR周期性以UDP报文形式从接口发送LDP链路Hello消息（LDP Link Hello），发往标识“子网内全部路由器”的组播地址。

LDP链路Hello消息带有接口的LDP标识符及其它相关信息。假设LSR在某个接口收到了LDP链路Hello消息。则表明在该接口（链路层）存在LDP对等体。
字节，所以仅仅要改成比正常MTU多8字节就可以。）
而改MTU还必须在MPLS网络中全部设备上进行更改，除非同意分段。

MPLS对TTL的处理

MPLS的TTL处理包含IP TTL复制和ICMP响应报文返回路径这两个方面
1. IP TTL复制　：MPLS标签中包含一个8位的TTL域，其含义与IP头中的TTL域同样。依据RFC 3031中的描写叙述。LSR节点在对分组压入标签时。须要将原IP分组或下层标签中的TTL值复制到新添加的标签的TTL域。
  
  LSR在转发标签分组时，对栈顶标签的TTL值做减一操作。标签出栈时，再将栈顶的TTL值拷贝回IP分组或下层标签。TTL除了用于防止产生路由环路外，也用于实现tracert功能：假设在Ingress节点使能IP TTL复制功能，报文在LSP中经过的每一跳都体现为IP TTL逐跳递减，tracert的结果将反映报文实际经过的路径。假设不在Ingress节点使能IP TTL复制功能。则报文在LSP中经过的跳数不会导致IP TTL递减，tracert的结果不包含MPLS骨干网络中每一跳，就好像Ingress路由器与Egress路由器是直连的。
2. ICMP响应报文　：在MPLS VPN网络中。P路由器无法对MPLS承载的VPN报文进行路由。当MPLS报文的TTL超时时。ICMP响应报文将依照LSP继续传送，到达LSP终点路由器后，再依据IP路由转发ICMP响应报文。这样的处理方式添加了网络流量和报文转发时延。对于仅有一层标签的MPLS报文，当TTL超时时，直接使用IP路由返回ICMP响应报文
检測MPLS LSP

　在MPLS中，假设LSP转发数据失败。负责建立LSP的MPLS控制平面将无法检測到这样的错误，这会给网络维护带来困难。

MPLS LSP Ping/Traceroute为用户提供了发现LSP错误、并及时定位失效节点的机制。类似于普通IP的Ping/Traceroute。MPLS LSP Ping/Traceroute使用MPLS Echo Request报文和MPLS Echo Reply报文检測LSP的可用性。MPLS Echo Request中携带须要检測的FEC信息，和其它属于此FEC的报文一样沿LSP发送，从而实现对LSP的检測。

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