RFC3031MPLS中文版打印.docx
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2.MPLS介绍
这个文档规定mpls的体系结构。
注意利用mpls进行多播处理不是本文档讨论的内容。
2.1.简介
在无连接的网络层，一个分组在从源到目的的过程中，在它途径的每个路由器上，每个路由器都会独立的进行转发控制。
也就是说，每个路由器都要分析分组的首部，每个路由器都要允许路由算法。
并且，每个路由器根据分组首部分析的结果和路由算法的结果独立的选择分组的下一跳。
分组首部中包含的信息远远超过用于选择下一跳所需的信息。
为一个分组选择下一跳可以被看作是两个功能的组合。
首先是讲所有的可能收到的分组划分成为一系列的“转发等价类（FECs）”。
其次，将每个等价类映射到一个下一跳上去。
映射到同一个等价类中的不同的分组，从转发的观点来看是没有差别的。
属于同一个FEC并且是从同一个节点来的所有分组将在同一个通道中传送。
（或者，如果使用多路径路由的话，他们将使用这个FEC对应的一套路径。
）
在传统的ip转发中，一个路由器在自己的路由表中为两个不同的分组进行路由查找的时候，如果发现他们具有相同的地址前缀X，则认为他们属于相同的FEC。
这个X是对每个分组的目的ip地址进行最长匹配的结果。
当一个分组在网络中传送的过程中，每一跳都重新检查该分组的首部，并且将其分配的一个FEC中。
在mpls网络中，一个分组被分配到一个fec的动作只会发生在这个分组进入mpls网络的时候。
分组所属的fec使用一个定长的值来编码，就是所谓的标签。
当一个分组被转发给它的下一跳的时候，标签和分组一起发送，也就是说这个分组转发之前被打上了标签。
在后续的路由器的处理中，不需要再对分组的网络层首部进行分析。
分组的标签被当作索引对转发表进行查找，得到下一跳和一个新的标签。
老的标签被新的标签替换，分组被转发给它的下一跳。
在mpls的转发中，一旦一个分组被分配给一个fec，后续的路由器都将不再进行进一步的分组首部的分析。
所有的后续的转发工作都是由标签驱动的。
这是和传统的分组转发相比具有优势的地方。
mpls的转发只需要进行标签的查找和替换，而不需要进行网络层首部的分析。
一个分组一旦进入了mpls网络，就会被指定一个FEC，入口路由器可以使用任何和分组相关的信息来决定这个分组的fec的分配。
包括分组的网络层首部之外的信息，例如分组的输入端口等。
传统的转发过程只能参考分组的首部信息。
同一个分组，如果从网络的不同的入口路由器进入网络，它的标记是不一样的。
而在传统的转发中，由于分组的入口路由器的标志符无法和分组一起在网络中传送。
分组的fec的指定可以被设计得非常的复杂以适应各种各样不同的应用。
并且这种复杂性不会对中间的负责分组标签转发的路由器产生任何的影响。
有时候，在一个分组进入网络之前，需要显式的指定分组路径，而不是由路由算法动态的选择。
这个需求是策略路由和流量工程所需要的。
在传统转发过程中，这需要使用到“源路由”技术。
在mpls中，一个标签可以用来表示一条路径，显式路由的标志符不需要想源路由技术那样由分组自己携带路由信息。
有效路由器分析分组ip首部信息不仅仅是为了获取下一跳，还用首部中的信息来决定分组的优先级和服务类型。
从而对不同的分组选择不同的丢弃门限或者时间限制。
Mpls允许分组的优先级和服务类型完全的或者部分的信息可以从标签中获取，当然这不是必须的。
在这种情况下，你可以说一个标签表示的是一个fec和优先级或者cos的组合。
Mpls定位在多协议的标签交换，多协议是由于这个技术可以被应用到任何的物理层协议。
在这个文档中，我们关注的是将ipv4作为网络层的协议。
一个支持mpls的路由器被称为“标签交换路由器”或者LSR。
3.MPLS基础
本节我介绍一些mpls的基本概念和一些常用的方法。
3.1.标签
所谓标签是一个短小的固定长度的本地标志符，用来标记FEC。
被加入到一个分组上的标签表示这个分组所属的FEC。
一般来说，一个分组到一个FEC的指定都是基于或者部分基于这个分组的网络层地址。
但是，这个标签并不是分组的网络层地址的简单编码。
如果Ru和Rd都是lsr，他们会约定当Ru发送一个分组给Rd的时候，如果这个分组是一个特殊的FECF的一员的话，Ru将这个分组加上标签L。
也就是说，他们将就在分组从Ru传送到Rd时标签L和等价类F的绑定达成共识。
作为这种共识的结果，L成为Ru的表示等价类F的输出标签，同时成为Rd的表示等价类F的输入标签。
注意，任何不是从Ru发送到Rd的分组，即使它属于等价类F，都不能用L表示。
L是一个任意值，它到F的绑定是针对Ru和Rd的，是一个本地的操作，而不是针对整个的lsp或者mpls网络的。
像上面我们在说的分组从Ru发送到Rd这种情况，实际上我们并不是在暗示这个分组是在Ru产生或者Rd就是这个分组的目的。
更适当的说法是，我们指的是那些所有的在这两个lsr上或者他们中任意一个lsr上传送的分组。
有时候，对于Rd来说，分辨一个收到的分组的标签L是否是由Ru添加的，是一件非常困难甚至是不可能的事情。
（一般来说，这种情况发生在Ru和Rd不是直接相连的。
）在这种情况下，Rd必须保证从标签到等价类的绑定是一对一的。
也就是说，Rd绝对不能和Ru1协定将L绑定到等价类F1，同时又和Ru2协定将L绑定到F2。
除非Rd可以保证在收到一个标签L的时候，能够区分他们是由Ru1还是Ru2发送的。
每个lsr都有责任确保他们可以唯一的解释输入标签。
3.2.上游和下游lsr
假设Ru和Rd协定在分组从Ru发送到Rd的时候将L绑定到等价类F。
对于这个绑定来说，Ru是上游lsr，而Rd是下游lsr。
对于一个给定的绑定，我们说一个节点是上游，一个节点是下游，意味着在分组从上游节点发送到下游节点的时候，用一个特殊的标签来表示一个特殊的FEC。
这并不意味着这个FEC中的分组将被从上游节点路由到下游节点。
3.3.标签分组
一个打了标签的分组是一个被添加了标签的分组。
在某些情况下，标签是存在于一个封装的首部，这个首部就是为了标签的目的而添加的。
在另外一些情况下，标签存在于已经存在的数据链路层或者网络层首部，只要这里有相应的字段可以完成这个目的。
所使用的编码技术对于编码标签的实体和解码标签的实体必须是一致的。
3.4.标签分配和分发
在mpls体系结构中，绑定一个标签L到特殊的一个等价类F是由一个lsr决定的，这个lsr是对于这个绑定来说是下游节点。
下游lsr通知上游lsr这个绑定。
因而，标签是“下游分配”的，标签绑定的分发是沿着“从下游到上游”的方向的。
如果一个lsr已经被设计成只能在一定的数字范围内查找标签的话，那么它仅仅需要确保它只能在这个数字范围内绑定标签。
3.5.一个标签绑定的属性
一个特殊的标签L到等价类F的绑定，由Rd分发给Ru，可以关联一些属性。
如果当Ru作为下游节点分发它的标签到等价类F的绑定的时候，必然的，它同样要将它从Rd那里收到的关联到等价类F的属性分发出去。
3.6.标签分发协议LDP
一个标签分发协议是一套用于lsr通知其他lsr它所做出的标签等价类的绑定的处理过程。
两个使用ldp来交换标签等价类绑定信息的lsr，对于他们所交换的绑定信息来说，被成为“标签分发对等实体”。
如果两个lsr是标签分发对等实体，我们会说，在他们中间存在一个“标签分发邻接”。
（注意，两个lsr可能对一系列绑定来说都是标签分发对等实体，但是对于其他的一些绑定，可能就不是标签分发对等实体。
）
LDP还包括某些协商过程，在这个协商过程中，两个对等实体需要获取对方的mpls的能力。
Mpls的体系结构并不假设只有一个ldp。
实际上，不少的不同样的ldp都已经或者正在标准化。
现有的协议已经被扩展用来进行标签分发。
（例如：
MPLS-BGP、MPLS-RSVP-TUNNELS）。
新的协议也已经被定义以用来进行标签分发。
（例如：
MPLS-LDP、MPLS-CR-LDP）。
在这个文档中，我们试图使用首字母缩写“LDP”来描述MPLS-LDP协议，当我们说“标签分发协议”的时候，我们表示的是通用的标签分发协议，而不会使用缩写。
3.7.下游主动分发vs.下游按需分发
mpls体系结构允许一个lsr显式请求它的下一跳，关于一个特殊的FEC到标签的绑定。
这种方式称为“下游按需”标签分发。
Mpls体系结构也允许一个lsr分发绑定信息给那些没有显式请求该信息的lsr。
这称为“下游主动”标签分配。
只提供“下游主动”或者只提供“下游按需”或者两者都提供的方式都是可以的。
到底提供的是哪种方式依赖于一个mpls实现的接口的特性。
这两种标签分发技术可以被应用于同一个网络。
在一个给定的标签分发连接中，上游节点和下游节点必须使用相同的技术。
3.8.标签保持模式
一个lsrRu可能从Rd收到或者已经收到一个标签绑定到一个特殊的FEC，即使对于这个FEC来说，Rd不是Ru的下一跳，或者Rd不再是Ru的下一跳。
关于是否保持这个绑定是否丢弃这个绑定，Ru存在一个选择。
如果Ru保持这个绑定，如果对于这个FEC来说，Rd最终成为Ru的下一跳的时候，它可以立即开始再次使用这个绑定。
如果Ru丢弃这个绑定，如果Rd后来成为下一跳，这个绑定将要被再次请求。
如果一个lsr支持“自由标签保持模式”，它维护从不是自己下一跳的lsr收到的关于标签到等价类的绑定。
如果一个lsr支持的是“保守标签保持模式”，它将丢弃这个绑定。
自由标签保持模式允许快速的适应路由的变化，但是保守标签保持模式对于lsr来说只需要维护较少的标签。
3.9.标签栈
迄今为止，我们已经描述的都是一个被标签的分组都只携带一个标签。
我们将要看到，分组携带多个标签的模型是非常有用的。
这些标签被组织成后进先出的栈，我们成为标签栈。
虽然，mpls支持一个层次，对标签分组的处理是完全和层次结构独立的。
处理总是基于栈顶的标签，并不关注在这个标签之下的其它的标签是否存在，或者这个标签之上的标签是否曾经存在。
一个非标签的分组可以被看作是一个标签栈为空的分组，它的标签栈深度为0。
如果一个分组的标签栈的深度为m，我们将栈底的标签成为1级标签，它之上的标签成为2级标签，栈顶的标签成为m级标签。
当我们介绍lsp通道和mpls层次的概念的时候，大家就会清楚标签栈的使用了。
3.10.下一跳标签转发表项NHLFE
nhlfe用于转发标签分组。
它包括以下的信息：
∙分组的下一跳。
∙对分组的标签栈的操作；有以下几种：
∙使用一个新的标签替换栈顶标签；
∙弹出标签栈；
∙使用新的标签替换栈顶标签，并且将一个或者多个标签入栈；
∙在发送分组的时候使用的数据链路层封装；
∙当发送分组的时候对标签栈的编码方式；
∙为了正确处理分组所需的其他信息。
注意，在一个给定的lsr上，分组的“下一跳”可能是这个lsr自己。
在这种情况下，这个lsr应该弹出栈顶标签，然后将弹出栈顶标签的分组再发送给自己处理。
然后，它将进行第二次转发判断，这次是基于弹出后的标签栈进行的转发判断。
这时候可能还是一个标签分组，或者变成一个ip的分组。
这意味着在某种情况下，lsr需要操作ip首部以进行转发分组的处理。
如果分组的“下一跳”是当前的lsr的话，那么标签栈的操作必须是“弹出”。
3.11.输入标签映射ILM
ILM将每个输入标签映射到一组nhlfe上去。
它用于标签分组的转发。
如果ilm映射一个标签到一组nhlfe上，这些nhlfe包含一个以上的表项，那么在转发之前必须中这些表项中选择一个用来作为转发的依据。
从这一组中选择一个的过程不是本文档讨论的内容。
这种多nhlfe的方式在需要多条等值的链路的负载平衡的时候是非常有用的。
3.12.等价类到nhlfe的映射FTN
FTN将每个fec映射到一组nhlfe上去。
在转发非标签的分组的时候使用这个映射，这些非标签的分组在转发之前会变成标签分组。
如果ftn将一个fec映射到一组nhlfe上，这些nhlfe中包含多个元素，在分组转发之前必须选择其中一个。
如何选择不是本文档讨论的内容。
这种方式在需要多条等值的链路的负载平衡的时候是非常有用的。
3.13.标签交换
标签交换在转发一个分组的过程中按照如下的步骤。
为了转发一个标签分组，一个lsr检查分组的标签栈顶的标签。
使用ilm来将这个标签映射到一个nhlfe。
使用这个nhlfe中的信息来决定向何处转发分组，并且对标签栈进行操作。
然后，将新的标签栈进行编码加入到分组中，标签转发这个分组。
为了转发一个非标签的分组，一个lsr分析网络层首部，决定这个分组的FEC。
然后使用ftn将这个fec映射到一个nhlfe。
使用这个nhlfe中的信息来决定向何处转发分组，并且对标签栈进行操作（这时，弹出标签栈顶的操作肯定是不合法的。
）。
然后，将新的标签栈进行编码加入到分组中，标签转发这个分组。
需要非常注意的是，当使用标签交换的时候，下一跳是从nhlfe中得到的，这和不使用mpls的路由转发是不一样的。
3.14.标签的范围和唯一性
一个给定的lsrRd绑定标签L1到等价类F，并且分发这个绑定给标签分发对等实体Ru1。
Rd还绑定L2到等价类F，然后分发这个绑定到标签分发对等实体Ru2。
L1是否等于L2不是mpls体系结构所决定的，这是一个本地的问题。
一个给定的lsrRd绑定标签L到等价类F1，分发这个绑定给标签分发对等实体Ru1。
Rd还绑定标签L到等价类F2，分发这个绑定到标签分发对等实体Ru2。
如果Rd可以分辨一个分组的标签栈顶为L是由Ru1还是Ru2添加的话，就可以不要求F1一定等于F2。
在这种情况下，我们说Rd对Ru1和Ru1分发的标签使用了不同的“标签空间”。
一般的说，如果下面的条件满足的时候，Rd才可以分辨是Ru1还是Ru2在标签栈顶插入了这个相同的标签L。
－Ru1和Ru2是Rd分发标签L的绑定的唯一的标签分发对等实体，并且
－Ru1和Ru2都是提供点到点链路接口直接和Rd相连的。
当这些条件满足的时候，一个lsr可以在接口的范围内使用标签，也就是说，标签在每个接口上是唯一的。
我们可以说这个LSR用“基于接口的标签空间”。
当这些条件不满足的时候，标签在分配它的lsr内部必须是唯一的，我们称这个lsr使用“基于平台的标签空间”。
如果一个特殊的lsrRd使用两个点到点接口和一个Ru相连，Rd可以分发给Ru一个标签L到等价类F1的绑定，同时还有一个标签L到等价类F2的绑定，F1！
＝F2，如果并且只有当每个绑定只在一个点到点接口上是有效的。
在其他情况下，Rd都不能分发给Rd将一个标签L到两个不同的等价类的绑定。
即使绑定被看作是在不同的层次上，这个限制也是要遵守的。
在mpls中，没有为不同的层次保留不同的标签空间的概念。
当解释一个标签的时候，标签的层次是毫不相关的。
这里有一个问题，对于一个lsr来说可能使用多个按平台的标签空间，或者在同一个接口上使用多个按接口的标签空间。
体系结构并不禁止这样的应用。
然而在这种情况下，lsr必须使用某种方法来决定一个特定的输入标签是属于哪个标签空间的。
当然，mpls的体系结构并不负责规定这方面的内容。
例如，MPLS-SHIM规定了使用不同的标签空间给单播和多播，使用一个数据链路层代码点来区分两种标签空间。
3.15.标签交换路径，lsp输入点，lsp输出点
一个m层的lsp对于一个分组P来说是一系列的路由器，，具有以下的特征：
R1是LSP输入点，是一个lsr，它添加一个标签到分组P的标签栈顶，生成一个深度为m的标签栈；
对于所有的I，1在分组p从R1到R[n-1]发送的过程中，分组p的标签栈的深度始终保持为m；
对于所有的I，1对于所有的I，1这是由于：
转发决定根本不能基于标签栈或者网络层首部；
决定是基于一个添加进去的标签栈进行的（也就是说，在一个m＋k级的标签上，k>0）。
从另外一个方面来说，我们可以将分组p的m层的lsp看作下面一系列的路由器：
由一个lsr（lsp入口）开始，它添加一个m层的标签，
所有的这些中间lsr根据m层标签进行转发判断，
在lsp出口上，转发决定由m-k层标签交换决定，或者由非mpls转发过程处理。
这样的结果或者假设是不论何时一个lsr添加一个标签到一个标签分组中去，需要确保新的标签新标签对应一个等价类，这个等价类的lsp出口是分配标签栈中第二个标签的lsr。
如果对于一个特定的分组p（p的m层标签对应的是等价类F的时候），有一条m层的lsp的话，我们把这一系列的lsr称为“一个特定的等价类F的lsp”。
考虑一组可能是等价类F的lsp输入节点的节点。
对于等价类F，每个输入节点都有一条lsp。
如果一定数量的这样的lsp具有相同的lsp出口的时候，我们可以认为这一套lsp是一个树，他们的根是lsp出口。
（因为数据在这个树中向根的方向传送，这可以被称作多点到点树。
）我们可以因此说这是这个特定的等价类F的“lsp树”。
3.16.倒数第二跳弹出
按照上一节的定义，如果对于分组p来说，是m级的LSP，p在从R[n-1]传送到Rn的时候，它的标签栈深度可以是m-1。
也就是说，标签栈在LSP的倒数第二跳弹出，而不是在lsp的出口。
从体系结构的观点，这是最好的做法。
M层标签的目的是将分组送到Rn。
一旦R[n-1]已经决定了发送这个分组到Rn，这个标签就不再有任何的用处，实际上就不再需要再带着它了。
实现倒数第二跳弹出还有个实际的好处。
如果我们不这样作的话，当lsp出口收到一个分组，它首先要查找栈顶标签，然后会发现它自己实际上就是这个分组的lsp出口。
它必须将标签出栈，然后检查分组中剩下的部分。
如果标签栈中还有其他的标签，出口将查找这个标签，然后根据转发的结果转发这个分组。
（在这种情况下，m层lsp的分组的出口对于m-1层lsp来说是一个中间节点。
）如果标签栈中没有其他标签，分组将按照网络层目的地址进行转发。
注意，这样的话，出口就要进行两次标签查找和一次地址查找。
如果，使用倒数第二跳弹出，那么当在倒数第二跳查找这个标签的时候，它需要明确：
1、它自己是倒数第二跳；并且2、下一跳是谁。
倒数第二跳出栈，基于对标签的查找结果转发分组。
当lsp出口收到这个分组的时候，栈顶的标签已经是它自己的转发所需要的标签了。
如果分组只有一个标签，lsp的出口将只用检查网络层首部，根据网络层地址进行转发。
这种技术允许出口只进行一次查找，倒数第二跳也只用查找一次。
如果下面两个条件满足，那么在一个标签交换的系统中转发的“快速通道”会很容易实现：
－如果我们可以假设只需要一次查找，那么代码将会非常的简单；
－代码可以基于一个“时间预算”，它假设只需要一次的查找。
实际上，当倒数第二跳弹出实现的话，lsp的出口甚至都可以不是一个lsr。
然而，一些硬件交换引擎可能不支持标签栈的弹出，所以这个功能不是普遍需要的。
还是可能在某些情况下不需要倒数第二跳弹出。
因此，只有当出口节点明确的需要，或者lsp中的下一个节点不支持mpls的时候，倒数第二跳才可以弹出标签。
（如果lsp中的下一跳支持mpls，但是不需要倒数第二跳弹出，那么倒数第二跳不会知道自己就是倒数第二跳节点。
）
一个支持标签栈弹出的lsr，当它的下游标签分发对等实体请求这个功能的话，这个节点必须进行倒数第二跳弹出。
标签分发协议初始化的时候必须允许每个lsr决定它的邻接lsr是否可以弹出标签栈。
一个lsr绝对不能要求一个标签分发对等实体弹出标签栈，除非对方真的可以实现这个功能。
如果使用倒数第二跳弹出的话，那么就需要搞清楚出口节点是否可以正确解释收到的分组的标签栈中的栈顶标签。
只要3.14中描述的唯一性和范围的规则都正确遵守的话，那么就可以明确的解释收到的分组的栈顶标签。
3.17.LSP的下一跳
对于一个特定的标签分组，在一个特定的lsr中，lsp的下一跳是用于转发分组的nhlfe中的下一跳。
一个特定的fec的Lsp的下一跳是ftn映射的这个fec在nhlfe中的下一跳。
注意，lsp的下一跳可能和网络层路由算法指示的下一跳不同。
当我们描述网络层路由算法的下一跳的时候，我们使用“L3下一跳”这个术语。
3.18.无效的输入标签
如果一个lsr收到了一个标签分组，而这个输入的标签还没有被绑定的话，这个lsr应该怎么做？
它可以看作这个分组没有标签，分组作为非标签分组来转发。
然而，在某种情况下，这样做可能会导致环回。
如果上游lsr认为这个标签是绑定到一个显式路由，下游lsr认为这个标签没有被绑定到任何一个fec，并且如果这个非标签分组的逐跳ip路由将这个分组送回到上游lsr的话，就会形成一个环回。
还有一种可能就是，这个标签表示的路由无法从ip首部推算出来。
因此，当收到一个输入标签无效的标签分组的时候，必须丢弃这个分组，除非可以确定转发这个非标签分组不会有任何麻烦。
3.19.lsp控制：
有序vs独立
一些fec是由地址前缀产生的，这些地址前缀是通过动态的路由算法进行分发的。
这些fec的lsp的建立可以通过以下两种方式：
独立lsp控制或者有序lsp控制。
在独立lsp控制方式中，每个lsr，只要它承认了一个特殊的fec，就独立的将一个标签绑定到这个fec上去，标签将这个绑定分发给它的标签分发对等实体。
这种方法和传统的ip路由的工作方法相一致，依赖于路由算法的快速聚合来保证每个数据包被正确的分发。
在有序lsp控制方式中，一个lsr只会当它自己是这个fec的出口lsr的时候，才会将一个标签绑定到一个特定的fec上去。
或者是它已经从一个fec的下一跳收到这个fec的标签绑定。
如果想要保证在一个特定的fec中的业务所经过的路径有一些特殊的属性的时候（例如，业务不会两次经过任一个节点，一定数量的资源对这些业务是可用的，或者业务必须按照显式路由传送，等等。
），必须使用有序控制。
在独立控制下，一些lsr会在lsp被完全建立起来之前，对fec中的业务进行交换，并且，因此这个fec中的一些业务会在相应特性要求之外的路径中传播。
如果fec的确认是相应的lsp建立的结果的话，也是需要有序控制的。
有序lsp的建立可以是从入口开始的，也可以是从出口开始的。
有序控制和独立控制是可以同时使用的。
然而，除非一个lsp中的所有的lsr都使用有序控制方式，否则，网络表现出的整体的效果是独立控制方式的，因为一个节点是无法保证在整个lsp被建立之前是否被使用的。
这个体系结构允许每个节点独立的选择独立控制和有序控制。
由于这两种方法的相互作用，一个给定的lsr只需要支持其中一个。
一般的说，独立控制和有序控制的选择对标签分发机制没有任何影响。
3.20.聚合
将业务划分到fec中的一种分发是为每个路由表中的地址前缀创建一个独立的fec。
然而，在一个特定的mpls域中，这将导致多个fec中的业务实际上使用的是相同的路径。
例如，一组不同地址前缀可能具有相同的出口节点，并且标签交换仅仅是用来将业务送到出口节点。
在这种情况下，在这个mpls域中，这些fec的集合也是一个fec。
这就产生了一个选择：
可以为每个fec绑定不同的标签，或者也可以将这些fec的集合使用一个标签来绑定并且将这个标签应用到这个集合中的所有的业务。
将一个标签绑定到fec的集合标签将这个标签应用到集合中所有的业
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