MPLS --- 多协议标签交换技术

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包交换 

包交换转发效率不高的问题所在：

标签交换

包交换的变更

包交换

标签交换

构建静态LSP：

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包交换 

数据组成数据包，之后，在各个网络节点中不断传递，最终到达目标。

包交换转发效率不高的问题所在：

1，在整个包交换的过程中，需要先查询路由表之后在查看ARP缓存表两张表来完成转发过程，导致效率较低；

2，路由表的匹配原则 --- 最长匹配原则导致路由表的查询效率不会太高

3，路由表存在递归查找的过程

4，IP头部是可变长头部，导致我们对IP头部进行读取时需要使用软件进行处理，无法基于硬件进行快速的查找。

标签交换

标签交换在二层和三层封装之间，添加一个和路由条目存在映射关系的标签，之后维护一张记录对应关系及转发接口的表，携带标签的数据来到设备上，先看标签，之后基于维护的标签转发表进行转发，而不再需要查看三层的内容。因为标签本身短小且定长，所以，其转发效率将高于包交换。

但是标签交换需要先给数据包中打上标签，之后在到达目标之前还需要将标签弹出，因此，标签交换只是在转发过程中提高了效率，整体上相比较包交换提升并不明显

包交换的变更

1，进程交换 --- process switching --- 最早期的包交换 --- 每一个数据包都需要先查看路由表，之后再看ARP缓存表来确定二层封装内容。

2，快速包交换（fast switching） --- 基于流的包交换 --- 一次路由，多次交换 --- 当一股数据流来到设备上，我们只针对第一个数据包执行路由过程，将路由的结果和数据包特征（五元组）记录在缓存当中。之后，数据流中的其他数据来到设备将直接对比缓存中的五元组，相同，则直接按照转发方式进行转发二不在进行路由过程。

3，思科的特快交换技术 --- Cisco Express Forwading --- 简称CEF技术。主要是将路由表和ARP缓存表中的内容进行预读取（就是将该递归的进行递归运算，该查ARP缓存表的提前查好），之后将结果记录在CEF表中，而CEF表是支持硬件转发的，所以，可以极大的提升路由的转发效率。

虽然CEF技术是思科的私有技术，但是各大厂商也基于其思路设计出了属于自己特快交换技术。华为设备在进行路由转发时就基于FIB（转发信息表），这个表是支持硬件转发的。

虽然标签交换无法替代包交换成为主流的转发技术，但是，依然和包交换在共同的发展，MPLS就是包交换和标签交换共同发展的产物，主要因为在一些领域下，标签交换可以做到更好：

1，用于解决BGP的路由黑洞

2，MPLS VPN

3，MPLS TE --- 流量工程 --- 简单理解流量工程就是控制流量转发的路径。

所有运行标签交换的路由器组成的转发网络，我们可以看作是一个MPLS网络，我们将他称为MPLS域。我们将这些运行了MPLS的设备称为LSR --- 标签交换路由器

基于标签交换前提首先得有标签，标签是每台LSR基于本地的路由表中的路由条目来生成的。我们将所有具有相同特征（所有匹配到同一条路由条目的数据包）的数据包称为FEC --- 等价转发类。同一个FEC需要配置同一个标签。

每台LSR将自己的标签和FEC的映射信息记录在本地的一张表中，这张表被称为 ---LIB（标签信息表）。之后，将和FIB表进行结合，生成LFIB表 --- 标签转发信息表。

在整个过程中，LSR设备除了需要自己分配标签以外还需要知道其他LSR设备针对同一个FEC分配的标签，所以，标签交换和包交换一样也分为两个层面 --- 控制层面，数据层面

包交换

控制层面 --- 路由协议的数据流方向，目的是为了获取未知网段的路由信息，生成路由表。

数据层面 --- 设备基于已经完善的路由表（FIB）来转发具体的数据信息，其方向正好和控制层流量相反。

标签交换

控制层面 --- 基于FEC分配标签，并获取其他LSR对同一个FEC分配的标签，之后，记录生成LIB表，之后结合FIB生成LFIB表。 --- 这个过程可以基于静态来完成，也可以基于动态协议来完成 --- LDP协议 --- 标签分发协议

数据层面 --- 设备基于LFIB表，根据标签进行转发。

入站LSR --- （ingress）MPLS域的边界，当没有标签的数据包来到入站LSR上，他需要在数据包中压入标签。

中转LSR --- （transit） 完成标签置换动作的LSR设备。

出站LSR --- （egress）--- 也是MPLS域的边界，完成标签的弹出动作。

整个过程中，数据层流量流动的路径为R1-R2-R3-R4，这条路径我们称为LSP --- 标签交换路径。需要注意的是，LSP是单向的，如果想让数据双向来回，则还需要构建一条R4-R3-R2-R1的路径。

 

Label --- 20位 --- 0 - 2的20次方 --- 我们将标签号的取值范围称为标签空间，每台LSR设备的标签空间都是独立的。

        其中：

                0 - 15 ---- 特殊标签值 --- 我们分配的时候不能直接分配，因为每个特殊标签都拥有其特殊的含义

                16 - 1023 ---- 一般应用于静态LSP搭建

                1024 - 2的20次方 ---- 应用于LDP等动态标签交换协议来分配时使用

EXP --- 占3位 --- 做策略使用的 --- 一般000，可以理解为优先级，优先级高则可以优先转发。

S --- 占1位 --- 栈底位 --- 标签不止可以打一个，可以打多个，我们将多个标签的有序集合称为标签栈。如果存在多个标签，需要使用这个标记位进行标识。如果是最后一个标签，则该位置1，如果不是，则置0。

TTL --- 生存时间 --- 和三层的TTL值一样，主要目的是为了防止数据包在环路中无限循环下去。数据来到入站LSR时，将把三层的TTL值复制到标签中，在MPLS域中没经过一次转发，TTL减1，之后，在出站LSR上弹出标签，再将标签中的TTL值复制到三层包头中。

构建静态LSP：

1，保证路由条件 --- 静态只需要边界设备拥有来回路由信息即可

2，配置LSR

        入站LSR

        1，给LSR配置LSR-ID --- 32位二进制构成，都是按照IP地址格式来写，但是，只能手动配置

        [r1]mpls lsr-id 1.1.1.1 --- LSR-ID建议使用环回接口的IP地址

        2，激活MPLS

        1，全局激活MPLS

        [r1]mpls

        2，接口激活MPLS --- 所有需要参与MPLS数据收发的接口都需要激活

        [r1-GigabitEthernet0/0/0]mpls

3，构建静态的LSP

[r1]static-lsp ingress 1to4 destination 4.4.4.0 24 nexthop 12.0.0.2 out-label 1000

1，下一跳 --- 必须和路由表中的下一跳相同

2，out-label --- 出站标签 --- 下一跳设备接受后需要根据这个标签判断数据到达那个网段。

4，配置中转LSR：

[r2]static-lsp transit 1to4 incoming-interface GigabitEthernet 0/0/0 in-label 1000 nexthop 23.0.0.2 out-label 1001

1，in-label --- 入站标签 --- 入站标签必须和上一跳配置的出战标签相同

4，配置出战LSR：

[r4]static-lsp egress 1to4 incoming-interface GigabitEthernet 0/0/0 in-label 1002

[r1]display mpls static-lsp --- 查看静态LSP