MPLS学习( by quqi99 )

作者：张华  发表于：2013-06-29
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          在谈MPLS时，先回顾一下路由选择协议算法( 动态路由，动态自学习转发规则。Linux本身将ipv4 forward功能打开可添加路由规则做静态路由器，动态路由可有一个软件Quagga来模拟)，它分为两类：

1）内部网关协议IGP，如RIP，OSPF等

2）外部网关协议EGP，如BGP。

       RIP（Routing Information Protocol, 路由信息协议）是一种基于距离向量的路由选择协议，它仅和相邻路由器交换信息，交换的信息是“我到本自治系统中所有网络的（最短）距离，以及每个网络应该经过的下一跳路由器。它的缺点是，网络中的一个路由器出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器，即所谓的”好消息传播得快，而坏消息传播得慢“。

        OSPF(Open Shortest Path First, 开放最短路径优先）是一种基于链路状态协议，它不像RIP只和相信路由器交换信息，而是采取洪泛法和本自治系统内所有的路由器交换信息，这样每个路由器都知道全网的拓扑结构。为了使它应用于规模很大的网络，它将一个自治系统再划分为若干个更小的自治系统，在一个区域内的路由器最好不要超过200个。

可以设置IP帧的服务类型（TOS）字段，将它设置为代价加权值，这样就可能算出多条代价相同的路径，OSPF为每条路径负载平衡分配通信量。而RIP只能找到某个网络的一条路径。

         BGP（网络边界协议）是一种基于路径向量的路由算法，它不是为了找最佳路由，而是为了找一个比较好的路由。每个自治系统出一个路由器作为BGP发言人和其他自治系统的BGP发言人通过TCP建立连接协商到达某一目的地址需要可经过哪个自治区域。

          然后我们再回顾一下路由器的原理。

          路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，通过路由表来控制从哪个输入端口转到哪一个输出端口。那么它就分为“转发”和路由选择“两个层面，如下图，转发表是根据路由表建立的。路由选择是多个路由器协同构建路由表，当网络拓扑发生变化时，动态地改变所选择的路由，它是用软件实现的。而转发表则根据路由表得出的从哪个端口进的要往哪个端口转，为提高转发速度它可以通过硬件来实现。在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表的区别，而是笼统地的使用路由表这一名词。我在这里专门提这事，是因为MPLS也就是在转发表这一块引入了标签的概念，因为标签是等长的，不像IP一样不等长要用最大长度匹配算法影响效率。

           

            最早使用的路由器就是利用普通的计算机，用计算机的CPU作为路由器的路由选择处理机。当某个输入端口（网卡）收到一个分组时，就中断通过CPU，然后分组就从输入端口复制到存储器中，CPU再从分组首部中提取目的地址，查找路由表，再将分组复制到合适的输出端口（网卡）的缓存中，这就是下面基于存储器的交换结构。

          后来有不经过CPU直接走总线的，但总线忙的时候就会被阻塞去等。

          再后来有基于互连网络的交换方式，它有2N条总线，可以使N个输入端口和N个输出端口相连。

                       

         上面已经谈到了MPLS的实质就是在转发表中引入了标签的概念，以前的路由器是通过目的地址进行转发的，发出数据的路由器不知道数据会怎么转发，而是走一步看一步。但是LSR（Label Switching Router)标签路由器它先就通过LDP(Label Switched Protocol)标签分配协议发一个包到目的地址，利用L3层的路由功能就把要转发的路径LSP（Label Switched Path)先事先确定下来了，接下来LDR就照着这个已经早就算好的LSP一步步转发就好了，从而提供了效率。

        并且它提供了转发等价类（FEC， Forwarding Equivalence Class)的概念，即安同样的方式对待，即可以由管理员灵活地将目的地址相同的数据包归为一类，或者将目的地址和源地址相同的数据包归为一类（就就相当于普通的路由器），具体将具有某种服务质量的数据包归于一类。总之，非常灵活。归为一类的FEC就会分配一个相同的具有本地意义的标签。在用LDP协议确实LSP时也早就在每一个LSR上为每一个FEC分配好本地有意义的标签了。通过FEC的灵活设置，可以很灵活的控制从入LSR到出LSR的路径，从而实现负载均衡（也称为流量工程）。

        所以现在的关键就是LDP如何生成LSP。刚才已经说了LSP的建立实质就是将FEC和标签进行绑定。例如当网络的路由改变时，如果有一个边缘LSR发现自己的路由表中出现了新的目的地址，并且这一地址不属于任何现有的FEC，则该边缘LSR需要为这个新目的地址建立一个新的FEC。

        1）边缘LSR决定该FEC将要使用的路由，向其下游LSR发起标签请求消息，并指时是要为哪个FEC分配标签。

        2）下游LSR收到请求消息后，根据本地的路由表找出对应该FEC的下一跳，继续向下游LSR发出标签请求消息。

        3）出口LSR最终收到这种消息之后，就为该FEC分配合法的标签信息，并向上游报告它分配的标签。

        4）收到标签分配消息的LSR检查本地存储的标签请求消息状态，如果数据库中记录了相应的标签请求消息，LSR将为该FEC进行标签分配，然后继续向上游报告标签分配消息。

       5）入口LSR也做上步同样的操作。这时，就完成了LSP的建立，接下来就是各LSR根据这事先生成好的LDP进行转发了。

       

       另外值得一提的是，维护标签可以使用上面提到的LDP专有协议，也可以通过扩展BGP来实现。

    VRF: Virtual RoutingForwarding，VPN路由转发表，也称VPN-instance（VPN实例），是PE为直接相连的site建立并维护的一个专门实体，每个site在PE上都有自己的VPN-instance，每个VPN-instance包含到一个或多个与该PE直接相连的CE的路由和转发表，另外如果要实现同一VPN各个Site间的互通，该VPN-instance还就应该包含连接在其他PE上的发球该VPN的Site的路由信息。

VPN路由传递过程

1. PE从CE接收路由，放入相应的VRF；
2. 发送方PE将VRF中的IPv4路由添加VRF中配置的RT-Export，RD等参数变为VPN v4路由然后通过MP-iBGP邻居传递给远端PE；
3. 远端PE接收到VPN v4路由后，比较本地VRF中的Import RT和接收到的Export RT，如果发现至少一个匹配项，则将VPN v4路由还原成IPv4路由导入到对应的VRF；
4. 远端PE将VRF中的路由传递给CE；

// RT是Route Target的缩写，RT的本质是每个VRF表达自己的路由取舍及喜好的方式，主要用于控制VPN路由的发布和安装策略;

//  RD是Route Distinguisher的缩写，是说明路由属于哪个VPN的标志;

 https://wiki.openstack.org/wiki/QuantumBGP_MPLS_VPN 这个链接是OpenStack中对MPLS的设计：

    上面说了，两个自治区域中会有两个BGP发言人进行协商，那这两个发言人称之为一对peer, Neutron Server和BGP peer之间通过BGPMplsVPNDriver这个BGP发言人进程来实现协商过程。这个过程的命令使用顺序如下：

Create bgpmplsvpngroup

  quantum bgpmplsvpngroup-create --name test --route-target 6800:1

List bgpmplsvpngroup

 quantum bgpmplsvpngroup-list -c id -c name -c route_target

Set bgpmplsvpngroup id to env variable

  GROUP=`quantum bgpmplsvpngroup-list -c id -c name -c route_target  | awk '/test/{print $2}'`

Delete bgpmplsvpngroup

  quantum bgpmplsvpngroup-delete <id>

Create virtual router

  quantum router-create router1

Create network which will connect virtual router and PE router

  quantum net-create net-connect

Create subnet in the above network

  quantum subnet-create net-connect 50.0.0.0/24 --name=subnet-connect

Create BGP MPLS VPN

  quantum bgpmplsvpn-create --name=vpn1 --route_distinguisher=6800:1 --connected_subnet=subnet-connect --routes '[{"destination": ["10.0.0.0/24", "20.0.0.0/24"], "router_id": "router1"}]' --remote_prefixes list=true 30.0.0.0/24 40.0.0.0/24 --connect_to list=true $GROUP --connect_from list=true $GROUP

List BGP MPLS VPN

  quantum bgpmplsvpn-list

Delete BGP MPLS VPN

  quantum bgpmplsvpn-delete vpn1

Insert VPN service to the router

  quantum router-service-insert router1 vpn1

20150116华为公司的另外一个类似的BP

数据模型

• MPLS VPN: /v2.0/inter_dc/, Mapping connectivity between attachment circuits in different DCs using tunnels
• Attachment Circuit: /v2.0/inter_dc/attachment_circuits, Mapping the connectivity between PE and CE in MPLS
• Provider Edge: /v2.0/inter_dc/provider_edges,  Mapping the concept of PE in MPLS
• Tunnel: /v2.0/inter_dc/tunnels, Mapping the connectivity between PE and PE in MPLS that provide Qos, Backup-type and Bandwidth criteria

L2层DC间互联，L2层直接使用overlay方式不交换路由，L3层互联在CE和PE之间需要交换路由

L2层DC间互联

1, First step is to create provider edges in Datacenter-1 and Datacenter-2.
POST /v2.0/inter_dc/provider_edges
{
"provider_edges": [
  {
   "name": "DC1_Provider_Edge”
  },
  {
   "name": "DC2_Provider_Edge”
  }]
}
2, Attachment circuits can be created for each tenant to attach the L2 networks to the provider edge in each datacenter.
POST /v2.0/inter_dc/attachment_circuits
{
"attachment_circuits": [
  {
   "name": "DataCenter 1",
   "type": "L2"  // Other options L3
   "provider_edge_id": "<UUID of provider edge 1>",
   "networks": [
    {
        "network_id": "<UUID of L2 network to be extended>"
    }
     // More L2 networks are allowed
    },
    {
    "name": "DataCenter 2",
    “type”: “L2” // Other options L3
    "provider_edge_id": "<UUID of provider edge 2>",
    "networks": [
     {
        "network_id": "<UUID of L2 network to be extended>"
     }
       // More L2 networks are allowed
    }]
}
3, create mpls_vpn
POST /v2.0/inter_dc/mpls_vpns
{
    "mpls_vpn":
    {
      "name": "Datacenter Interconnect",
       “type”: “L2”, // Other options: L3
       "tunnel_options": {
             "tunnel_type": "fullmesh", //Other options: Customized
              "tunnel_backup": "frr", // Other options: Secondary
              "qos": "Gold", // Other options: Silver, Bronze
              "bandwidth": "10" // Unit: Gbps
     }
     "attachment_circuits": [
      {
        "attachment_circuit_id": "<UUID of attachment circuit>"
      },
      {
        "attachment_circuit_id": "<UUID of attachment circuit>"                
      }]
   }
}

L3层DC间互联
just associate with router rather network in attachement_ciruits, then define the tunnels. 
[1], https://docs.google.com/a/canonical.com/file/d/0B3xdv0OBUS0SMmFQb0tZMmR3RUE/edit
[2], https://review.openstack.org/#/c/101044/