HCIP-18 MPLS LDP原理与配置

目录
  • LDP基本概念
    • LDP协议概述
    • LDP会话、LDP邻接体、LDP对等体
    • LSR ID与LDP ID
    • LDP消息
  • LDP工作原理
    • LDP会话建立
      • LDP会话状态机
      • LDP会话建立 - 发现阶段与TCP连接建立
      • LDP会话建立 - 会话建立与保持
      • LDP邻居状态
      • LDP会话状态
    • LDP标签分发
      • 标签的发布和管理
      • 上游与下游
      • 标签发布方式 - DU模式
      • 标签发布方式 - DoD模式
      • 标签分配控制方式 - 独立模式
      • 标签分配控制方式 - 有序模式
      • 标签保留 - 自由模式
      • 标签保留 - 保守模式
      • PHP特性
      • 隐式空标签与显式空标签 (1)
    • LDP工作过程详解
      • 组网介绍
      • 标签分发 - Egress LSR
      • 标签分发 - Transit LSR
      • 标签分发 - Ingress LSR
      • 标签转发 - Ingress LSR
      • 标签转发 - Transit LSR
      • 标签转发 - Egress LSR
    • 在MPLS中，运行LDP协议的LSR的操作小结
  • LDP基本配置
    • LDP基本配置命令
    • 配置案例
    • 检查配置 - 查看LSP

MPLS是一种根根据标签报文中携带的短而定长的标签来转发数据的技术。
MPLS的一个基本概念就是两台LSR必须对在它们之间转发的数据的标签使用上“达成共识”。LSR之间可以运行标签分发协议（Label Distribution Protocol，LDP）来告知其他LSR本设备上的标签绑定信息，从而实现标签报文的正确转发。
本文将介绍LDP基本工作原理与特性，以及LDP的基本配置。

LDP基本概念

LDP协议概述

LDP是MPLS的一种控制协议，相当于传统网络中的信令协议，负责FEC的分类、标签的分配以及LSP的建立和维护等操作。LDP规定了标签分发过程中的各种消息以及相关处理过程。
LDP的工作过程主要分为两部分：

  1. LSR之间建立LDP会话。
  2. LSR之间基于LDP会话动态交换标签与FEC的映射信息，并根据标签信息建立LSP。

LDP会话、LDP邻接体、LDP对等体

LSR之间交互标签绑定消息之前必须建立LDP会话。LDP会话可以分为：
本地LDP会话（Local LDP Session）：建立会话的两个LSR之间是直连的；
远程LDP会话（Remote LDP Session）：建立会话的两个LSR之间可以是直连的，也可以是非直连的。
两台LSR之间交互Hello消息之后，即建立起邻接体（Adjacency）关系；
在建立邻接体关系的基础上，两台LSR之间交互LDP会话消息，建立起LDP会话，两台设备之间形成LDP对等体关系；

LSR ID与LDP ID

每一台运行了LDP的LSR除了必须配置LSR ID，还必须拥有LDP ID。
LDP ID的长度为48bit，由32bit的LSR ID与16bit的标签空间标识符（Label Space ID）构成。
LDP ID以“LSR ID : 标签空间标识”的形式呈现。例如2.2.2.2:0。
标签空间标识一般存在两种形态：
值为0：表示基于设备（或基于平台）的标签空间；
值非0：表示基于接口的标签空间。

LDP消息

运行LDP协议的LSR之间通过交换LDP消息来实现邻居发现、会话建立与维护以及标签管理等功能。

LDP工作原理

LDP会话建立

LDP会话状态机

LDP使用5种状态描述LDP会话状态机。

LDP会话建立 - 发现阶段与TCP连接建立


发现阶段
设备通过周期性地发送LDP链路Hello报文（LDPLink Hello），实现LDP基本发现机制。
LDP链路Hello报文使用UDP报文，目的地址是组播地址224.0.0.2。如果LSR在特定接口接收到LDP链路Hello报文，表明该接口存在LDP邻接体。
TCP连接建立阶段
Hello报文中携带传输地址，双方后续将使用传输地址建立LDP会话。
传输地址较大的一方作为主动方，主动发起建立TCP连接。
经过TCP三次握手之后，两者建立起TCP连接。

LDP会话建立 - 会话建立与保持


TCP连接建立成功后，主动方R2（传输地址大的一方）发送LDP初始化报文，协商建立LDP会话的相关参数。
LDP会话的相关参数包括LDP协议版本、标签分发方式、KeepAlive保持定时器的值、最大PDU长度和标签空间等。
被动方R1收到初始化报文后，若接受R2的相关参数，则回应KeepAlive报文作为确认，为了提高发送效率同时发送自己的初始化报文。
R2收到R1的初始化报文后，若接受相关参数，则回复KeepAlive报文给R1。
双方都收到对端的KeepAlive报文后，会话建立成功。后续通过周期性发送的KeepAlive报文

LDP邻居状态

<R1>display mpls ldp peer
LDP Peer Information in Public network
A '*' before a peer means the peer is being deleted.
------------------------------------------------------------------------------
PeerID TransportAddress DiscoverySource
------------------------------------------------------------------------------
2.2.2.2:0 2.2.2.2 GigabitEthernet0/0/0
------------------------------------------------------------------------------
TOTAL: 1 Peer(s) Found.

PeerID：LDP邻居的LDP ID；
2.2.2.2代表的是邻居节点的LSR ID；
0代表的是标签空间是基于平台的；
TransportAddress：LDP邻居的传输地址；
2.2.2.2代表邻居用来建立TCP连接的IP地址。

LDP会话状态

<R1>display mpls ldp session
LDP Session(s) in Public Network
Codes: LAM(Label Advertisement Mode), SsnAge Unit(DDDD:HH:MM)
A '*' before a session means the session is being deleted.
------------------------------------------------------------------------------
PeerID Status LAM SsnRole SsnAge KASent/Rcv
------------------------------------------------------------------------------
2.2.2.2:0 Operational DU Passive 0000:00:33 133/133
------------------------------------------------------------------------------
TOTAL: 1 session(s) Found.

Status：LDP会话的状态；
Operational表示LDP会话建立成功；
LAM：标签发布模式：
标签发布模式有DU和DoD两种模式（后文介绍）；
此例中采用的是DU（下游自主）模式；
SsnRole：LSR在LDP会话中的角色；
Active表示建立LDP会话的主动方；Passive表示建立LDP会话的被动方；

LDP标签分发

标签的发布和管理

在MPLS网络中，下游LSR决定标签和FEC的绑定关系，并将这种绑定关系发布给上游LSR。
LDP通过发送标签请求和标签映射消息，在LDP对等体之间通告FEC和标签的绑定关系来建立LSP
标签的发布和管理由标签发布方式、标签分配控制方式和标签保持方式来决定。

上游与下游

MPLS根据数据的转发方向确定上、下游关系。标签报文从上游LSR发出，被下游LSR接收并处理。
如图所示，对于到达192.168.3.0/24的LSP而言，R3是R2的下游LSR，R1是R2的上游LSR。

标签发布方式 - DU模式

DU模式
对于一个特定的FEC，LSR无需从上游获得标签请求消息即进行标签分配与分发。
LSR会主动将自己为FEC捆绑的标签通告给上游邻居，无需邻居先发起请求再通告。

标签发布方式 - DoD模式

DoD模式
对于一个特定的FEC，LSR获得标签请求消息之后才进行标签分配与分发。
一般情况下，对特定FEC的访问需求会触发标签请求消息。

标签分配控制方式 - 独立模式

独立（Independent）模式
本地LSR可以自主地分配一个标签绑定到某个FEC，并通告给上游LSR，而无需等待下游的标签。

标签分配控制方式 - 有序模式

有序（Ordered）模式
对于LSR上某个FEC的标签映射，只有当该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的出节点时，该LSR才可以向上游发送此FEC的标签映射。

标签保留 - 自由模式

自由（Liberal）模式
LSR收到的标签映射可能来自下一跳，也可能来自非下一跳。
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。

标签保留 - 保守模式

保守（Conservative）模式
对于从邻居LSR收到的标签映射，只有当邻居LSR是自己的下一跳时才保留。

PHP特性


PHP（Penultimate Hop Popping，次末跳弹出），如果激活了PHP特性，那么egress节点在为本地路由分配标签的时候，会分配一个特殊标签—3，该标签被称为隐式空标签（Implicit NULL Label）。当LSR转发一个标签报文时，如果发现对应的出标签值为3，则LSR会将栈顶标签弹出，并将里面所封装的数据转发给下游LSR。

隐式空标签与显式空标签 (1)

缺省情况下，Egress节点向倒数第二跳分配隐式空标签（implicit-null），即特殊标签3。
但在部署QoS的场景下，标签被弹出后，其中的优先级也会一并丢失。

显式空标签机制，Egress节点向倒数第二跳分配特殊标签0。
R3在转发标签报文时，若出标签封装为0，则不会将标签头部弹出，标签头部中的QoS信息得以保存。R4在收到带0标签的报文的时候，直接弹出标签，不用去查找ILM表项。
缺省情况下，Egress分配的是隐式空标签，通过label advertise explicit-null使能Egress节点向倒数第二跳分配显式空标签。

LDP工作过程详解

组网介绍

网络中已经部署OSPF路由协议且各设备之间能够正常学习到对方的路由信息。
已在各设备及相应接口上激活MPLS及LDP，且在相邻的设备之间已正常建立本地LDP会话。
所有LSR均采用DU + Independent +Liberal方式。

标签分发 - Egress LSR

R4直连网段192.168.4.0/24，R4将主动为到达该网段的路由分配标签，如1041，并主动通过LDP协议报文将标签映射通告给LDP对等体R2和R3。

标签分发 - Transit LSR

以R2为例，在其路由表中，192.168.4.0/24路由的下一跳为R4，当它从R4收到关于192.168.4.0/24的标签映射通告时，由于该通告来自下游LDP邻居，因此这将触发它自己为该路由分配标签1021，并将标签映射通告给LDP邻居（如R1）。R3同理。

标签分发 - Ingress LSR

R1收到LDP邻居R2及R3通告过来的关于192.168.4.0/24路由的标签映射后，将这两个标签都存储起来，但是由于在自己的路由表中，到达192.168.4.0/24的下一跳是R2，因此当前它只会使用R2所通告的标签1021。

标签转发 - Ingress LSR

R1作为Ingress LSR，需要对接收的IP报文执行Push操作压入标签，并进行标签转发。

标签转发 - Transit LSR

R2作为Transit LSR，需要对接收的IP报文执行Swap操作交换标签，并进行标签转发。

标签转发 - Egress LSR

R4作为Egress LSR，需要对接收的IP报文执行Pop操作交换标签，并进行IP转发。

在MPLS中，运行LDP协议的LSR的操作小结

LSR首先通过运行IGP协议（例如OSPF、IS-IS等）来构建路由表、FIB表；
LDP根据相应的模式，为路由表中的路由前缀（FEC）分配标签；
LDP根据相应的模式，将自己为路由前缀分配的标签，通过LDP标签映射报文通告给LDP邻居；
LSR将自己为路由前缀分配的标签，以及LDP邻居为该路由前缀通告的标签存储起来，并与出接口、下一跳地址等信息形成关联（标签转发表项）；
当LSR转发到达目的网络的标签报文时，所使用的出站标签总是下游LDP邻居所通告的标签，此处所指的下游邻居，是设备的路由表中到达该目的网络的下一跳设备。

LDP基本配置

LDP基本配置命令

  1. 使能LDP
    [Huawei] mpls Idp
    mpls ldp命令用来使能本节点的LDP能力,并进入LDP视图。
    [Huawei-GigabitEthernet0/0/0] mpls Idp
    在接口视图下,使能当前接口的LDP功能。需先使能全局LDP能力后才能执行接口下的LDP使能命令。
  2. 配置LDP远端会话
    [Huawei] mpls Idp remote-peer remote-peer-name
    mpls ldp remote-peer命令用来创建远端对等体并进入远端对等体视图。
    [Huawei-mpls-Idp-remote-PeerName] remote-ip ip-address
    remote-ip命令用来配置LDP远端对等体的IP地址。
  3. 配置触发LSP的策略
    [Huawei-mpls] Isp-trigger { all | host | ip-prefix ip-prefix-name | none }
    Isp-trigger命令用来指定哪些静态路由及IGP路由会触发LDP LSP的建立,缺省情况下,根据32位地址的IP路由触发LDP建立LSP。
    all:所有静态路由和IGP路由项触发建立LSP。配置该命令后,所有静态路由及IGP路由会触发LDP建立LSP,会导致LSP数量庞大,占用过多的标签资源,以及整网LSP收敛速度变慢。故一般情况下不推荐配置此命令。
    host:32位地址的IP路由触发建立LSP。
    ip-prefix ip-prefix-name:根据IP地址前缀列表触发建立LSP。
    None:不触发建立LSP。
  4. 配置LDP标签发布模式
    [Huawei-GigabitEthernet0/0/0] mpls Idp advertisement { dod | du }
    缺省情况下,标签发布模式为下游自主标签分发(Downstream Unsolicited)。
    如果标签分配方式为DU,则标签保持模式为Liberal。
    如果标签分配方式为DOD,则标签保持模式为Conservative。
  5. 配置LDP标签分配控制方式
    [Huawei-mpls-Idp] label distribution control-mode { independent | ordered }
    缺省情况下,LDP标签分配控制方式为有序标签分配控制(Ordered)。
  6. 配置PHP特性
    [Huawei-mpls] label advertise { explicit-null | implicit-null | non-null }
    缺省情况下,出节点向倒数第二跳分配隐式空标签(implicit-null)。
    explicit-null:出节点向倒数第二跳分配显式空标签。
    implicit-null:出节点向倒数第二跳分配隐式空标签。
    non-null:出节点向倒数第二跳正常分配标签。

配置案例


背景：R1、R2、R3和R4之间运行了IGP协议，已经实现了IP层面的互联互通。
需求：通过配置MPLS以及LDP，使得192.168.1.0/24网段和192.168.4.0/24网段可以通过标签交换的方式实现互访。
使能设备上基础的MPLS和LDP功能，以R1为例：

[R1]mpls
[R1-mpls]quit
[R1]mpls ldp
[R1-mpls-ldp]quit
[R1]interface GigabitEthernet 0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]mpls
[R1-GigabitEthernet0/0/0]mpls ldp
[R1-GigabitEthernet0/0/0]quit

由于192.168.1.0/24不是32位掩码的路由，所以要额外配置触发LSP建立：

[R1]ip ip-prefix ldp permit 192.168.1.0 24
[R1-mpls]lsp-trigger ip-prefix ldp

同理，R4也需要进行相应的配置

[R4]ip ip-prefix ldp permit 192.168.4.0 24
[R4-mpls]lsp-trigger ip-prefix ldp

检查配置 - 查看LSP

查看R1使用LDP创建的LSP相关信息

[R1]display mpls ldp lspLDP LSP Information
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DestAddress/Mask In/OutLabel UpstreamPeer NextHop OutInterface
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
10.0.2.2/32 1024/3 10.0.2.2 10.0.12.2 GE0/0/0
10.0.3.3/32 1025/1025 10.0.2.2 10.0.12.2 GE0/0/0
192.168.1.0/24 3/NULL 10.0.2.2 192.168.1.254 GE0/0/1
*192.168.1.0/24 Liberal/1027 DS/10.0.2.2
192.168.4.0/24 1027/1028 10.0.2.2 10.0.12.2 GE0/0/0

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