「MPLS」- 报文格式

当上层为 MPLS 协议时：
1）以太网头部中，Type==0x8847；
2）在 PPP 中，Header.Protocol==0x8281；

报文格式

Label | 标签

用于携带标签值，长度 20 bit；

EXP | Experimental Use

其主要用于 CoS（Class of Service），长度 3bit；

该字段在早期的 MPLS 标准中被定义，意为试验性的字段，但实际上该字段主要被用于 CoS。为了避免歧义，RFC5462 重新定义该字段，命名为流分类（Traffic Class）；

S（Bottom of Stack）

栈底位，指示该标签头部是否为最后一层标签，长度 1-bit；

S==1，则表示当前标签头部为栈底，指示设备该标签为最后一个标签；
S==0，则表示当前标签头部之后依然还有其他标签头部；

TTL（Time To Live）

用于当网络出现环路时，防止标签报文被无限制转发，与 IP-Header.TTL 具有相同的意义，长度 8bit；

IP TTL

根据 RFC 3031 描述，LER 在对 Packet 压入标签时，需要将原 IP Packet 或下层标签中的 TTL 值拷贝到新增加的标签的 TTL 域。LSR 在转发标签分组时，对栈顶标签进行 TTL – 1 操作。标签弹出时，再将栈顶的 TTL 值拷贝回 IP Packet 或下层标签中；

TTL 除了用于防止产生路由环路外，也用于实现 tracert 功能：
  • 若在 Ingress LSR 使用 IP TTL 复制功能，则报文在 LSP 中经过的每一跳都体现为 IP TTL 逐跳递减，tracert 的结果将反映报文实际经过的路径；
  • 若在 Ingress LSR 禁用 IP TTL 复制功能，则报文在 LSP 中经过的跳数不会导致 IP TTL 递减，tracert 的结果不包括 MPLS 骨干网络中每一跳，就好像 Ingress LSR 与 Egress LSR 是直连的；

根据 RFC 3443 描述，其定义两种 MPLS 对 IP Packet TTL 的处理模式：

Uniform Mode（MPLS 拷贝 TTL 字段）：报文进入 MPLS Network 时，Ingress LSR 将 IP TTL – 1 映射到 MPLS TTL 字段。报文在 MPLS Network 中传递时，按照标准的 TTL 处理方式处理。报文在离开 MPLS Network 时，Egress LSR 将 MPLS TTL – 1 并映射到 IP TTL 字段；

Pipe Mode（MPLS 创建 TTL 字段）：在 Ingress 中，IP TTL – 1，且字段 MPLS TTL 为固定值（华为 255），此后报文在 MPLS Network 中按照标准的 TTL 处理方式处理，在出节点会将 IP TTL – 1，即 IP Packet 经过 MPLS Network 时，无论中间经过多少设备，只在出入节点处将 IP Packet TTL 值分别减少 1；

默认情况下，MPLS 对 TTL 的处理模式为 Uniform；

在实际 MPLS 应用中，出于网络安全的考虑，需要隐藏 MPLS Networking 结构。针对该需求，对于私网报文，Ingress LSR 上不能使用 TTL 的复制功能，以防止 tracert 探测 MPLS Networking 结构。而应该使用 Pipe Mode，在 Ingress 中通过将 TTL 设置为 255，以此忽略业务报文的 TTL 值。

ICMP 响应报文

在 MPLS Networking 中，P 路由器无法对 MPLS 承载的报文进行路由。当 MPLS 报文的 TTL 超时时，ICMP 响应报文将按照 LSP 继续传送，到达 LSP 终点路由器后，再根据 IP 路由转发 ICMP 响应报文。这种处理方式增加了网络流量和报文转发时延。对于仅有一层标签的 MPLS 报文，当 TTL Timeout 时，直接使用 IP 路由返回 ICMP 响应报文；

Label Stack | 标签栈

MPLS 支持一层或多层标签头部，针对这些标签头部的有序集合，其被称为标签栈（Label Stack）；

当标签栈中存在多个标签时，这些标签的顺序是非常讲究的：

  • 最靠近 L2 Header 的标签是栈顶标签，标签中的 S==0；
  • 最靠近 L3 Header 的标签是栈底标签，标签中的 S==1；

栈顶也被称为外层标签。栈底也被称为内层标签。

Label Space | 标签空间

Label-Space，标签空间，指标签的取值范围；

注，MPLS Label 仅具有本地意义，即说明每台 LSR 间的 Label Space 是相互独立的，即每台 Router 都可以使用完整的标签空间（即标签值可以重复使用）；

标签值的范围及规划如下：

0~15

特殊标签值；

Label==0 被定义为 IPv4 显式空标签（IPv4 Explicit NULL Label）。表示该标签必须被弹出（即标签被剥掉），且报文的转发必须基于 IPv4。如果出节点分配给倒数第二跳节点的标签值为 0，则倒数第二跳 LSR 需要将值为 0 的标签正常压入报文标签值顶部，转发给最后一跳。最后一跳发现报文携带的标签值为 0，则将标签弹出；

Label==2 被定义为 IPv6 显式空标签（IPv6 Explicit NULL Label）。表示该标签必须被弹出，且报文的转发必须基于IPv6。如果出节点分配给倒数第二跳节点的标签值为2，则倒数第二跳节点需要将值为2的标签正常压入报文标签值顶部，转发给最后一跳。最后一跳发现报文携带的标签值为2，则直接将标签弹出。

Label==3 被定义为隐式空标签（Implicit NULL Label）。倒数第二跳LSR进行标签交换时，如果发现交换后的标签值为3，则将标签弹出，并将报文发给最后一跳。最后一跳收到该报文直接进行IP转发或下一层标签转发。

https://support.huawei.com/enterprise/zh/doc/EDOC1100127146/b5b946d#tab_dc_fd_mpls_000501

16~1023

用于 Static LSP、Static CR-LSP 的共享标签空间；

1024~1048575

是 LDP、RSVP-TE、MP-BGP 等动态信令协议的标签空间；动态信令协议的 Label Space 不是共享的，而是独立且连续的，互不影响；

报文示例

Frame 1317: 78 bytes on wire (624 bits), 78 bytes captured (624 bits) on interface -, id 0
Ethernet II, Src: HuaweiTe_1b:39:12 (00:e0:fc:1b:39:12), Dst: HuaweiTe_2e:74:4f (00:e0:fc:2e:74:4f)
MultiProtocol Label Switching Header, Label: 200, Exp: 0, S: 1, TTL: 126
    0000 0000 0000 1100 1000 .... .... .... = MPLS Label: 200 (0x000c8)
    .... .... .... .... .... 000. .... .... = MPLS Experimental Bits: 0
    .... .... .... .... .... ...1 .... .... = MPLS Bottom Of Label Stack: 1
    .... .... .... .... .... .... 0111 1110 = MPLS TTL: 126
Internet Protocol Version 4, Src: 1.1.1.3, Dst: 3.3.3.4
Internet Control Message Protocol

ICMP Request

Frame 171: 102 bytes on wire (816 bits), 102 bytes captured (816 bits) on interface -, id 0
Ethernet II, Src: HuaweiTechno_52:7c:e2 (00:e0:fc:52:7c:e2), Dst: HuaweiTechno_b9:05:85 (00:e0:fc:b9:05:85)
MultiProtocol Label Switching Header, Label: 1027, Exp: 0, S: 1, TTL: 254
    0000 0000 0100 0000 0011 .... .... .... = MPLS Label: 1027 (0x00403)
    .... .... .... .... .... 000. .... .... = MPLS Experimental Bits: 0
    .... .... .... .... .... ...1 .... .... = MPLS Bottom Of Label Stack: 1
    .... .... .... .... .... .... 1111 1110 = MPLS TTL: 254
Internet Protocol Version 4, Src: 2.2.2.2, Dst: 7.7.7.7
Internet Control Message Protocol

ICMP Reply

Frame 172: 102 bytes on wire (816 bits), 102 bytes captured (816 bits) on interface -, id 0
Ethernet II, Src: HuaweiTechno_b9:05:85 (00:e0:fc:b9:05:85), Dst: HuaweiTechno_52:7c:e2 (00:e0:fc:52:7c:e2)
MultiProtocol Label Switching Header, Label: 1024, Exp: 0, S: 1, TTL: 254
    0000 0000 0100 0000 0000 .... .... .... = MPLS Label: 1024 (0x00400)
    .... .... .... .... .... 000. .... .... = MPLS Experimental Bits: 0
    .... .... .... .... .... ...1 .... .... = MPLS Bottom Of Label Stack: 1
    .... .... .... .... .... .... 1111 1110 = MPLS TTL: 254
Internet Protocol Version 4, Src: 7.7.7.7, Dst: 2.2.2.2
Internet Control Message Protocol

参考文献

MPLS 对 TTL 的处理 – 竞予科技
HuaWei ❀ MPLS 对 TTL 的处理_乐学善思的技术博客_51CTO 博客

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