LDP基本概念

1. 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的工作过程主要分为两部分：
       LSR之间建立LDP会话。
       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。

2. 基本概念

（1）LDP会话

    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：建立会话的两个LSR之间是直连的；
       远程LDP会话：建立会话的两个LSR之间可以是直连的，也可以是非直连的。

（2）LDP邻接体

    两台LSR之间交互Hello消息之后，即建立起邻接体（Adjacency）关系；

（3）LDP对等体

    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；

（4）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。
    构成：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
    呈现形式：LDP ID以“LSR ID : 标签空间标识”
    标签空间标识的两种形态：
       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。

3. LDP消息

    按照消息的功能，LDP消息一共可以分为四大类型：发现消息（Discovery Message），会话消息（Session Message），通告消息（Advertisement Message）和通知消息（Notification Message）。

（1）发现消息：

用来宣告和维护网络中一个LSR的存在；用于通告和维护网络中LSR的存在，如Hello报文。

（2）会话消息：

用于建立、维护和终止LDP对等体之间的会话，如Initialization报文、KeepAlive报文。

（3）通告消息：

用来生成、改变和删除FEC的标签映射；

（4）通知消息：

用来宣告告警和错误信息。
    LDP消息承载在UDP或TCP之上，端口号均为646 。其中发现消息用来发现邻居，承载在UDP报文上。
    其他消息的传递要求可靠而有序，所以LDP使用TCP建立会话，会话、通告和通知消息都基于TCP传递。

4. LDP报文封装

    LDP协议报文包括了LDP头部和LDP消息两部分。

（1）LDP头部中携带了LDP版本、报文长度等信息；

       Version占用2Byte，表示LDP版本号，当前版本号为1。
       PDU Length占用2Byte，以字节为单位表示除了Version和PDU Length以外的其他部分的总长度。
       LDP Identifier，即LDP ID，长度6Byte，其中前4Byte用来唯一标识一个LSR，后2Byte用来表示LSR的标签空间。

（2）LDP消息中携带了消息类型、消息长度等信息。

       U占用1个bit，为Unknown Message bit。无法识别的消息，U=0，返回通告；
            当U=1时，忽略该无法识别的消息，不发送通告给生成者。
       Message Length占用2个bytes，以字节为单位表示Message ID、Mandatory Parameters和Optional Parameters的总长度。
       Message ID占用32个bit，用来标识一个消息。 
       Mandatory Parameters和Optional Parameters分别为可变长的该消息的必须的参数和可选的参数。 
       Message Type表示具体的消息类型。

LDP工作原理

1. LDP会话建立

状态机

    LDP状态切换信息查看：debug mpls ldp session

5种状态：

Non-Existent状态：

初始状态，双方发送HELLO消息，选举主动方，在收到TCP连接建立成功事件后变为Initialized状态。
    命令：
       mpls ldp timer hello-hold命令用来设置Hello保持定时器的值。
       undo mpls ldp timer hello-hold命令用来恢复缺省值。
       缺省情况下，链路Hello保持定时器为15秒，目标Hello保持定时器为45秒。

       链路Hello配置举例：
          [R4-GigabitEthernet0/0/0]mpls ldp timer hello-hold ?
            INTEGER<3-65535>  Discovery Hello-hold timer value(in seconds)
       目标Hello保持定时器配置举例：
          [R4]mpls ldp remote-peer ?
            STRING<1-32>  Specify the remote peer name
          [R4-mpls-ldp-remote-r2]mpls ldp timer hello-hold ?
            INTEGER<3-65535>  Discovery Hello-hold timer value(in seconds)

       mpls ldp timer hello-send命令用来配置Hello发送定时器的值。
       undo mpls ldp timer hello-send命令用来恢复缺省配置。
       缺省情况下，Hello发送定时器的值是Hello保持定时器值的1/3。

Initialized状态：

该状态下分为主动方和被动方两种情况
      主动方将主动发送Initialization消息，转向OpenSent 状态，等待回应的Initialization消息；
      被动方在此状态等待主动方发给自己的Initialization消息，如果收到的Initialization消息的参数可以接受，则发送Initialization和KeepAlive转向OpenRec状态。
      主动方和被动方在此状态下收到任何非Initialization消息或等待超时时，都会转向Non-Existent状态。

OpenSent 状态：

此状态为主动方发送Initialization消息后的状态，在此状态等待被动方回答Initialization消息和KeepAlive消息，
如果收到的Initialization消息中的参数可以接受则转向OpenRec状态，
如果参数不能接受或Initialization消息超时则断开TCP连接转向Non-Existent状态。

OpenRec状态：

  在此状态不管主动方还是被动方都是发出KeepAlive后的状态，
  在等待对方回应KeepAlive，只要收到KeepAlive消息就转向Operational状态；
  如果收到其它消息或KeepAlive超时则转向Non-Existent状态。
    graceful-restart timer reconnect命令用来配置LDP会话重连接定时器的值。
    undo graceful-restart timer reconnect命令用来恢复缺省设置。
  缺省情况下，LDP会话重连接定时器的值是300秒。
  [R4-mpls-ldp]graceful-restart timer recovery ?
  INTEGER<3-3600>  Value of the Recovery time(in seconds)

Operational状态：

该状态是LDP Session成功建立的标志。
在此状态下可以发送和接收所有其它的LDP消息。在此状态如果KeepAlive超时或收到致命错误的Notification消息（Shutdown消息）
或者自己主动发送Shutdown消息主动结束会话，都会转向Non-Existent状态。

（2）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（LDP Link 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：
       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。

（3）会话建立与保持

    TCP连接建立成功后，主动方（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。
    被动方收到初始化报文后，若接受主动方的相关参数，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。
    主动方收到被动方的初始化报文后，若接受相关参数，则回复KeepAlive报文给被动方。
    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报文保持会话。

（4）查看邻居状态

    命令：
       <R2>disp mpls ldp peer
    关键字段：
       PeerID：LDP邻居的LDP ID；
       TransportAddress：LDP邻居的传输地址；

（5）查看LDP会话状态

    命令：
       <R1>display mpls ldp session 
    关键字段：
       Status：LDP会话的状态；
       LAM：标签发布模式：
       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；

2. LDP标签分发

（1）概述：

    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；
    标签分配：LSR从本地标签空间中取出一个标签与FEC绑定；
    标签分发：LSR将标签与FEC的绑定关系通知给上游LSR；
    上游、下游：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；

（2）标签发布方式

    DU（下游自主）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；（默认）
         系统默认支持LDP为所有对等体分标签，即每个节点都可以向所有的对等体发布标签映射关系，不再区分上下游关系。
    DoD（下游按需）模式：对于一个特定的FEC，LSR获得标签请求消息（对特定的FEC访问时触发）之后才进行标签分配与分发；
         只有上游邻居向自己请求标签映射时，LSR才会通告标签映射给该邻居。

    配置命令：
         [R4-GigabitEthernet0/0/0]mpls ldp advertisement ?
           dod  Downstream On Demand Advertisement Mode
           du   Downstream Unsolicited Advertisement Mode

（3）标签分配控制方式：需与标签发布方式结合使用

    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。
         DU+独立：可以在上游LSR无请求，且自身没有收到下游LSR的标签绑定信息的情况下，主动向上游LSR通告标签绑定信息。
         DoD+独立：只要收到上游LSR的标签请求消息，可以在自身没有收到下游LSR的标签绑定信息的情况下，主动向上游LSR通告标签绑定信息。

    有序（Ordered）模式：只有当LSR收到特定FEC下一跳发送的特定FEC标签映射消息或者LSR是LSP的出节点时，LSR才可以向上游发送标签映射消息。（默认）
         DU+有序：不论上游LSR是否由请求，必须收到下游LSR对此FEC的标签绑定信息才向上游LSR发布标签绑定信息，
         所以必须由Egress LSR作为LSP建立的”起点“；
         DoD+有序：只要收到上游LSR的标签请求消息，且自身已经收到下游LSR的标签绑定信息的情况下，才向上游LSR通告标签绑定信息，
         所以必须由Ingress LSR发起请求，逐跳请求到Egress LSR，最终由Egress LSR开始，向上游建立LSP。

    CE设备支持修改，命令：
         label distribution control-mode { independent | ordered }命令用来配置LDP标签分配控制方式。
         undo label distribution control-mode命令用来恢复缺省配置。
         缺省情况下，LDP标签分配控制方式为有序标签分配控制（Ordered）。

         [*R8-mpls-ldp]label distribution control-mode ?
            independent  Independent Label Distribution Control
            ordered      Ordered Label Distribution Control

（4）标签保留

   自由（Liberal）模式：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。（默认）
         优点：路由发生变化时能够快速建立新的LSP进行数据转发（保留了所有的标签）；
         缺点：需要分发和维护不必要的标签映射。
    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。
         优点：只需要保留和维护用于转发数据的标签，以达到节约标签的目的。
         缺点：LSP的重建比较慢，通常与DoD方式一起，用于标签空间有限的LSR。

（5）PHP（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）。
    在数据转发时，次末跳（倒数第二跳）发现出标签值为3，于是将标签头部弹出，将IP报文转发给Egress LSR，Egress LSR则仅需执行一次查询操作（查询FIB表）即可获得相应的转发信息，转发效率得到了提升。

（6）隐式空标签与显式空标签

    隐式空标签（implicit-null）：Egress节点向倒数第二跳分配特殊标签3。（缺省）
         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（Explicit-null）：Egress节点向倒数第二跳分配特殊标签0。
         次末跳在转发报文时，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。
         Egress LSR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。
    配置命令：
         [R4-mpls]label advertise ?
           explicit-null  Explicit-null（显式空标签）
           implicit-null  Implicit-null（隐式空标签）
           non-null       Non-null（正常分配标签）

3. LDP工作过程详解

华为设备目前缺省模式为下游自主方式（DU）＋ 有序标签分配控制方式（Ordered）＋ 自由标签保持方式（Liberal）。
    在MPLS中，运行LDP协议的LSR的操作：
         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。