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1. Label Distribution Protocol（标签分发协议）特征

  • 是 MPLS 的一种控制层面（信令）的协议
  • 以单播形式发送 Hello 消息发现的邻接体叫做远端邻接体
  • 以组播「224.0.0.2」形式发送 Hello 消息发现的邻接体叫做本地邻接体
  • 本地 LDP Session 建立在两个 LSR 之间（直连）
  • 远端 LDP Session 可以建立在 LSR 之间（直连）或远端（非直连）
  • 通过「UDP 646 」发现 Peer
  • 通过「TCP 646 」建立 Session
  • LDP 默认是为 32/ IGP 分发标签
  • LSR-ID 需要 IGP 可达，默认下也是传输地址
  • MPLS 域内一般都是 LDP
  • 在华为设备上，LSR-ID 也是传输地址。在其他厂商可能是自动选的 Loopback IP 地址大的作为 LSR-ID
  • 沿途的所有设备到达更新源地址必须是相同的掩码
  • TTL 和环路检测，默认依赖 IGP，如果是 IGP 出现环路那么 LDP 也会出现环路

    LDP 简单来说：就是通过 UDP646 发现邻居，通过 TCP646 建立邻居关系，然后为本地的 /32 位路由分配标签，通过传输地址（LSR-ID）通告给下游设备，下游设备通过分配的标签进行数据转发［转发的前提是 IGP 可达和下一跳可达（传输地址可达），放入 LFIB 的前提是 IGP 最优］

2. LDP Message

除了 Discovery（Hello）消息使用 UDP（端口646）外，LDP 的 Session、Advertisement 和 Notification 消息都使用 TCP（端口646）传输

1）LDP Message 类型

一共四类报文

  • Discovery Message：宣告和维护网络中的 LSR
  • Session Message：建立、维护和终止 LDP Peer 之间的会话
  • Advertisement Message：生成、改变和删除 FEC 的标签映射
  • Notification Message：宣告告警和错误信息

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2）发现邻居

用于 LSR 发现潜在的 LDP 对等体，并相互交换Label/FEC 映射（标签映射只有本地有意义）

  • 直连组播发现机制：［周期性地发送 UDP 的 Hello 消息，目的地址是组播地址 224.0.0.2 来发现直连的 LSR］。如果 LSR 在特定接口接收到 Hello 消息，则该接口存在 LDP 对等体
  • 单播远端发现机制：［周期性地发送 UDP 的 Hello 消息到指定 IP 地址］。如果 LSR 接收到 Hello 消息，表明该 LSR 存在 LDP 对等体

    3）建立 Session 过程

    MPLS LDP - 图3
  1. 双方互相发送 Hello 消息，Hello 消息中携带传输地址（也是 LSR-ID），用来建立 LDP Session
  2. 传输地址大的做为主动方，发起建立 TCP 连接
  3. TCP 建立完成后，主动方发起初始化消息，开始协商 LDP Session 参数（LDP Version、Label 分发方式、Keepalive 保持定时器、PDU 长度、标签空间等）
  4. 被动方认可参数协商后，则发送初始化消息和 Keepalive 消息给主动方
  5. 主动方收到初始化信息后，回应 Keepalive 消息给被动方，此时 Session 建立

注：如果不认可相关参数，则发送 Notification 消息，终止 LDP Session 建立

4）常见的 LDP Session 故障

  1. IGP 协议错误导致 LSR-ID 地址不可达（传输地址不可达）
  2. 环回接口掩码错误（华为默认只仅仅为 /32 的路由分发标签）
  3. 修改传输地址
  4. 认证
  5. ACL 引发的问题

    5）LDP 状态机

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    3. LDP 标签的分发、控制和保持

华为设备默认：DU + Ordered + Liberal

1）LDP 标签空间

基于平台（设备）的标签空间，会话中的 LDP ID 末位为 0，LSR 为一个目的网段只分配一个标签，并将该标签发送给所有的 LDP Peer

2）LDP 标签分发方式

  • 自主方式（DU）：LSR 不需要从上游获得标签请求，自主的向 FEC 分配标签，并向上游通告该 FEC 的标签映射
    • 华为设备默认只为 32位的主机路由分配标签，可以在 MPLS 下修改为其他前缀分配 lsp-tirgeer all

  • 按需方式（DoD）：LSR 需要获得上游的标签请求才能分发标签和向上游通告该 FEC 的映射标签

    3）LDP 标签控制方式

    下游设备为上游分配标签，上游使用该标签承载数据

  • 独立分配（Independent）：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

    • 下游自主方式（DU + Independent）：LSR（Transit）无需等待下游（Egress）的标签，就会直接向上游（Ingress）分发标签
    • 下游按需方式（DoD + Independent）：发送 FEC 标签请求的LSR（Ingress）的直连下游（Transit）会直接回应标签，而不必等待来自最终下游（Egress）的标签

  • 有序分配（Ordered）：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

    • 下游自主方式（DU + Ordered）：LSR（Transit）只有收到下游（Egress）的标签映射消息，才会向上游（Ingress）分发标签
    • 下游按需方式（DoD + Ordered）：发送 FEC 标签请求的 LSR（Ingress）的直连下游（Transit）只有收到最终下游（Egress）的标签映射消息，才会向上游（Ingress）分发标签

      4）LDP 标签保持方式

  • 自由方式（Liberal）：从邻居收到的标签映射，无论邻居 LSR 是不是自己的下一跳都保留

    • 当网络拓扑变化引起下一跳邻居改变时，可以迅速重建 LSP，但需要更多的内存和标签空间

  • 保守方式（Conservative）：从邻居收到的标签映射，只有当邻居 LSR 是自己的下一跳时才保留

    • 当网络拓扑变化引起下一跳邻居改变时，较慢的重建 LSP，但节省了内存和标签空间

      4. LDP 优化机制

      1）次末跳弹出 PHP

      任意 LSP 设备都会为自身的直连接口（/32 Loopback 接口）向上游分配 PoP/3 的标签

  • 在最后一条节点上，标签几乎没有了使用价值。如果没有次末跳弹出，出口 PE 设备会查找 LFIB 后移除标签，再查找 FIB 转发进行报文的转发，这样会增加出口 PE 设备负担（一般出口 PE 性能不高）。这时就需要利用「PHP 特性（标签为隐式空标签 3）」，在倒数第二跳就将标签弹出，减少最后一跳的负担。最后一跳直接进行 IP 转发或内层标签转发

    2）TTL 的处理方式

    管道模式可以隐藏拓扑结构

① Uniform（统一模式）

在出口/入口 PE 处把 IP TTL 和 MPLS TTL 互相拷贝（TTL 繁衍）

  • 在入口 PE 不做改变的把 IP TTL -1 拷贝到 MPLS TTL，在 MPLS 传输时按照外层 TTL 进行转发，在次末跳上把 MPLS TTL 拷贝到 IP TTL

MPLS LDP - 图5

② Pipe（管道模式）

把整个 MPLS 域看成一台设备，MPLS 域内按照 MPLS 标准的 TTL 处理。在出 MPLS 域时 IP TTL - 1

MPLS LDP - 图6

3）ICMP 响应报文

单层标签时，通常采用第一种方式回应 TTL 超时消息；多层标签时，通常采用第二种方式回应 TTL 超时消息

  1. 如果 LSR 上有到达报文发送者的路由，则通过 IP 路由，直接向发送者回应 TTL 超时消息
  2. 如果 LSR 上没有到达报文发送者的路由，则 ICMP 响应报文将按照 LSP 继续传送，到达 LSP 出节点后，由出口 PE 节点将该消息返回给发送者

    5. LDP-IGP 的同步

LDP 与 LGP 同步功能主要用来解决 LSP 中存在主备链路的组网下，通过抑制 IGP 正常发布路由来保证 LDP 和 IGP 同步收敛，减少 LSP 流量的丢失

  • MPLS LDP-IGP 的解决方案不能用于 BGP 的标签分发
  • LDP-IGP 同步计时器
    • Hold-Down Timer：用来抑制 IGP 邻居建立的时间
    • Hold-Max-Cost Timer：用来控制通告接口链路最大 Cost 值的时间
    • Delay Timer：用来抑制 LSP 建立的时间
  • LDP-IGP 没有同步带来的问题

MPLS LDP - 图7

  • 主链路故障恢复后，由于 IGP 比 LDP 收敛速度快，IGP 会先于 LDP 切换回主链路，导致的 LSP 流量丢失
    • 当故障恢复后，开始建立 LDP 邻居，并同时使用 Hold-Down Timer 时间抑制 IGP 的邻居建立。只有 LDP Session 建立后，双方互相发送Mapping 消息并进行 IGP 的同步建立。当 IGP 邻居关系建立后，切换回原来的主链路
  • 主链路正常，但 LDP Session 发生故障。LSP 流量从主链路切换到备份链路，而 IGP 流量继续从主链路转发，导致 LSP 流量丢失
    • LDP Session 故障，LDP 会通知 IGP 主链路向邻居发布最大 Cost 值，启动 Hold-Max-Cost 定时器，并切换至备份链路
    • 防止 LDP 会话一直不能重新建立，可通过配置 Hold-Max-Cost 定时器为永久发布最大开销值，使流量在主链路的 LDP 会话重新建立之前，一直都使用备份链路

LDP-IGP同步.pdf

6. 环路检测

一般来说 IGP 中没有环路（依赖 IGP 进行防环），则 LDP 中也不会有环路

  • TTL 环路检测（IGP）
    • 帧模式的 MPLS 使用 TTL
    • 信元模式的 MPLS 没有 TTL
  • 距离矢量法（与 BGP 的 AS-Path 类似）
    • LSR 会检测本设备的 LSR-ID 是否包含在路径信息中。路径信息中没有本设备的 ID，则添加。如果在路径信息中包含了本设备的 LSR-ID，则认为产生环路，从而终止 LSP 的建立。
  • 最大跳数法（与 RIP 的最大跳数限制类似）
    • 每经过一个子网（设备）跳数值 + 1，一旦超过规定的最大值，则认为产生环路，从而终止 LSP 的建立