第154篇：MPLS 标签分配协议——LDP 工作原理
关键词
LDP、标签分发协议、LDP 邻居、UDP 发现、TCP 会话、LIB、LFIB、标签映射
一、LDP 扮演的角色
上篇我们学习了 MPLS 的核心概念：标签、FEC、LSP。但有一个关键问题没有解决——标签是如何分配到每个 LSR 上的？
答案是：通过 LDP（Label Distribution Protocol，标签分发协议）。
LDP 是 MPLS 域内最基础的标签分发协议，它负责： 1. 发现 LDP 邻居——让 LSR 知道哪些邻居也支持 MPLS 2. 建立 LDP 会话——在邻居之间建立 TCP 连接，传递标签信息 3. 分发标签绑定——告诉邻居"某个 FEC 对应某个标签" 4. 维护标签信息库——持续更新标签和 FEC 的映射关系
补充：除 LDP 外，还有 RSVP-TE（用于 MPLS TE）、MP-BGP（用于 MPLS VPN）、Segment Routing 等标签分发方式。LDP 是 MPLS 中最基本、最广泛使用的协议。
二、LDP 邻居发现
2.1 发现机制
LDP 邻居发现分为两个层次：
1. 基本发现（链路本地）
──────────────────────────────────────
每台 LSR 通过 UDP 多播（224.0.0.2:646）
周期发送 LDP Hello 报文
目的 IP：224.0.0.2（所有路由器）
目的端口：646（LDP 知名端口）
收到 Hello 后，确认邻居存在
2. 扩展发现（目标 IP）
──────────────────────────────────────
用于非直连邻居的 LDP 会话
Hello 发送到指定的 IP 地址
应用场景：MPLS TE 的 Targeted LDP 会话
2.2 Hello 报文包含的信息
LDP Hello 报文内容：
- LSR ID（标识发送方）
- Label Space ID（标签空间，通常为 0）
- Hold Time（邻居保持时间，默认 15 秒）
- 可选参数：IPv4/IPv6 地址等
保持时间：如果在 Hold Time 内没有收到邻居的 Hello 报文，则认为该邻居 Down。默认 15 秒，如果连续 3 次没有收到（3 × Hello 间隔），则超时。
三、LDP 会话建立
3.1 建立过程（6 步）
步骤 1：LDP Hello（UDP 组播）
RTA ──────────── 224.0.0.2:646 ──────────── RTB
双方周期发送 Hello，感知到对方存在
│
步骤 2：TCP 连接建立
RTA ──────────── 发起 TCP :646 ──────────── RTB
由较大 LSR ID 的一方主动发起 TCP 连接
│
步骤 3：LDP Initialization
RTA ── Initialization 报文（协商参数）──▶ RTB
RTA ◀── Initialization 报文（协商参数）── RTB
│
步骤 4：KeepAlive 确认
RTA ────────── KeepAlive ────────▶ RTB
RTA ◀───────── KeepAlive ──────── RTB
→ 至此会话建立完成
│
步骤 5：标签映射（Address + Label Mapping）
RTA ◀══ Label Mapping (FEC→Label) ══ RTB
RTA ══ Label Mapping (FEC→Label) ◀══ RTB
│
步骤 6：定期 KeepAlive 维护
RTA ◀══════ KeepAlive ══════▶ RTB （默认 60 秒）
3.2 关键参数协商
Initialization 报文中协商的参数：
| 参数 | 默认值 | 说明 |
|---|---|---|
| KeepAlive Time | 30 秒 | 会话保持时间，双方取较小值 |
| Hello Hold Time | 15 秒 | 邻居保持时间 |
| Label Advertisement Mode | DU | 分发模式（DU / DoD） |
| Label Retention Mode | Liberal | 保留模式（Liberal / Conservative） |
四、标签分发方式
4.1 DU（Downstream Unsolicited）——下游主动分发
RTA RTB
│ │
│ FEC=10.0.0.0/24 │
│ Label=100 ◀───────────│ RTB 主动将标签分配给 RTA
│ │
│ FEC=20.0.0.0/24 │
│ Label=200 ◀───────────│ RTB 主动将标签分配给 RTA
│ │
──── RTA 收到的 LIB ────
FEC Received From Label
10.0.0.0/24 RTB 100
20.0.0.0/24 RTB 200
- DU（默认模式）：下游 LSR 不需要上游请求，主动为所有已知 FEC 分配标签并通告给邻居
- 优势：LSP 建立快，所有 FEC 的标签信息提前就绪
- 劣势：产生较多标签通告报文
4.2 DoD（Downstream on Demand）——按需分发
RTA RTB
│ │
│ Label Request │
│ FEC=10.0.0.0/24 ───────▶│ RTA 请求特定 FEC 的标签
│ │
│ Label Mapping │
│ FEC=10.0.0.0/24 ◀───────│ RTB 只分配请求的标签
│ Label=100 │
- DoD：上游 LSR 需要标签时才发送请求，下游 LSR 仅在收到请求后分配标签
- 优势：节省标签资源
- 劣势：LSP 建立延迟（需要先请求再等待标签）
4.3 标签保留模式
| 模式 | 行为 | 适用场景 |
|---|---|---|
| Liberal（自由模式，默认） | 保留所有收到的标签（即使不是最优下一跳） | 快速收敛，切换下一跳时不用重建 LSP |
| Conservative（保守模式） | 只保留最优下一跳的标签 | 标签资源受限的设备 |
五、LDP 的核心数据结构
5.1 LIB（Label Information Base）
LIB 是 LDP 维护的原始标签信息，记录从所有邻居收到的标签映射。
LIB（标签信息库）： | FEC Neighbor Label | | | --- | --- | | 10.0.0.0/24 RTB 100 10.0.0.0/24 RTC 150 20.0.0.0/24 RTB 200 20.0.0.0/24 RTC 250 | ← 从 RTB 收到 ← 从 RTC 收到 |
5.2 LFIB（Label Forwarding Information Base）
LFIB 是真正用于转发的标签表，从 LIB 中选出一条最优路径。
LFIB（标签转发信息表）： | In-Label Out-Label Out-Intf Next-Hop | | | --- | --- | | 300 100 GE0/0/1 10.1.1.2 400 - (pop) GE0/0/2 10.1.2.2 | ← 到 10.0.0.0/24 ← PHP |
从 LIB 到 LFIB 的流程：
LIB（所有邻居的标签）
│
│ IGP 路由表中选择最优下一跳
▼
为最优下一跳分配的标签确定 Out-Label
│
│ 本地分配入标签
▼
LFIB（转发表）
六、LDP 的标签分配过程示例
网络拓扑（所有链路运行 OSPF）：
R1 ─── R2 ─── R3 ─── R4
│
Loopback0: 4.4.4.4/32
步骤：
1. OSPF 使所有路由器知道 4.4.4.4/32 的路由
2. LDP 在所有接口上 Hello → 发现邻居
3. LDP 建立 TCP 会话
4. 标签映射过程（以 4.4.4.4/32 为例）：
R4：为 4.4.4.4/32 分配标签（隐式空标签/implicit-null）
│
│ Label Mapping: FEC=4.4.4.4/32, Label=implicit-null
▼
R3：收到 R4 的标签
为 4.4.4.4/32 分配本地标签 200
│
│ Label Mapping: FEC=4.4.4.4/32, Label=200
▼
R2：收到 R3 的标签
为 4.4.4.4/32 分配本地标签 200 → PHP（次末跳弹出）
│
│ Label Mapping: FEC=4.4.4.4/32, Label=300
▼
R1：收到 R2 的标签
加入 LIB
最终 LFIB：
R1：4.4.4.4/32 → push 300 → R2
R2：入标签 300 → swap 200 → R3
R3：入标签 200 → pop → R4
七、LDP 的收敛
7.1 LDP 与 IGP 的联动
LDP 的收敛依赖于 IGP（OSPF/ISIS）的收敛： - IGP 路由收敛 → LDP 重新计算下一跳 → 更新 LIB/LFIB - LDP-IGP 同步：当链路恢复时，LDP 会等待标签分发完成后再通知 IGP 启动邻接，避免标签未就绪前转发黑洞
7.2 FRR（快速重路由）
MPLS 环境下的 FRR 依赖于 LDP 的 Liberal 标签保留模式： - 即使备用路径不是最优路径，LDP 也保留了备用路径的标签 - 主路径故障时，直接切换到备用路径的标签，无需重新计算
八、总结
| 知识点 | 核心要点 |
|---|---|
| LDP 作用 | 在 LSR 之间分发标签映射，自动建立 LSP |
| 邻居发现 | UDP 组播到 224.0.0.2:646 |
| 会话建立 | TCP 连接（646 端口）+ Initialization + KeepAlive |
| 标签分发模式 | DU（主动分发，默认）和 DoD（按需分发） |
| 标签保留模式 | Liberal（保留所有）和 Conservative（仅保留最优） |
| LIB vs LFIB | LIB 存所有邻居的标签；LFIB 存最优路径的标签 |
九、思考
- LDP 是如何发现邻居的？使用什么协议和端口？
- DU 和 DoD 两种标签分发模式的区别是什么？
- Liberal 标签保留模式为什么有利于快速收敛？
- LIB 和 LFIB 之间的关系是什么？
- LDP 会话建立过程中，Initialization 报文协商了哪些参数？
下篇预告：第155篇《LDP 邻居建立与标签分发方式（DU/DoD）》——深入探讨 LDP 会话的每种状态，以及 DU 和 DoD 模式下的标签分发细节。