本節書摘來自異步社群《mpls在cisco ios上的配置》一書中的第1章，第1.9節，作者 【美】lancy lobo, ccie #4690 , umesh lakshman，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視
mpls在cisco ios上的配置
當裝置互聯鍊路的封裝協定是atm時，用來傳輸資料的結構稱為信元（cell）。是以，atm裝置之間使用的mpls機制應用在信元時，稱為信元模式mpls。如前所述，路由模式的atm pvc也可以運作幀模式mpls，本節不做讨論。
在信元模式mpls網絡中，核心網的lsr是atm交換機，都基于atm信元頭的資訊轉發資料，這樣的lsr稱為atm lsr。atm交換機隻執行資料層的轉發功能，是以将atm交換機作為atm lsr時，必須增加控制層元件—lsc（label switch controller，标簽交換控制器）。lsc執行mpls的控制層功能，例如标簽配置設定和分發。某些型号的atm lsr本身具備了mpls控制層元件，是以不需要額外增加lsc。
如果atm交換機與lsc共同組成atm lsr，那麼atm交換機隻執行控制層的轉發功能1。是以，信元模式mpls的标簽必須能夠寫入atm信元頭，準确地說，是vpi/vci字段。同時，atm信元頭與ip封包頭之間還需要插入mpls标簽。這種機制使得資料層裝置可以正确轉發mpls資料包。而控制層的資料包，例如路由協定和分發标簽的協定所産生的資料包，則是由atm lsr的控制層元件産生，并通過atm lsr之間的控制vc（control virtual circuit）實作互通。
信元模式mpls的标簽結構與幀模式mpls的标簽結構一緻，如圖1-6所示。為了保證atm lsr可以根據标簽值轉發信元，atm信元頭的vpi/vci需承載标簽值。如圖1-17所示，atm lsr在atm信元頭和ip封包頭之間插入mpls标簽。
圖1-18所示的信元模式mpls網絡由入向atm e-lsr、核心atm lsr和出向atm e-lsr組成。atm lsr之間的互聯接口稱作lc-atm接口（label switching controlled-atm interface，标簽交換控制的atm接口）。lc-atm接口可以轉發承載着客戶流量的信元，也可以轉發控制層的流量。預設配置下，轉發控制層流量的控制vc是vpi/vci 0/32。整合型的atm lsr（本身具備的mpls的控制層和資料層元件）與atm e-lsr交換控制層資訊，同時執行資料層的信元轉發操作。如果atm交換機和lsc組成atm lsr，那麼lsc與atm e-lsr交換控制層資訊，生成ip轉發表、标簽表和标簽轉發表；atm交換機可以根據lsc的标簽轉發表資訊執行信元轉發操作。
如圖1-18所示，相鄰atm lsr需要在控制層建立鄰居關系，用來交換igp路由資訊和mpls标簽資訊。為了在atm交換機之間正确轉發ip路由資訊，所有atm e-lsr和atm lsr都建立了帶内（in-band）的控制vc專門用來轉發控制資訊。預設配置下，控制vc使用vpi/vci 0/32，并且使用aal5協定（rfc2684）封裝ip資料包。控制vc可以通過指令修改vpi/vci，但是，為了確定atm lsr可以正确交換控制層資訊，所有atm lsr都必須配置相同的vpi/vci作為控制vc。
在信元模式mpls網絡中，标簽取代了vpi/vci成為信元轉發的依據。atm lsr在atm信元頭和ip封包頭之間插入标簽或标簽棧，此标簽或标簽棧的頂層标簽值需要複制到vpi/vci中。這種機制允許atm交換機可以正确轉發atm信元，同時，直連的atm lsr之間在控制vc上交換控制層資料包。
圖1-19是信元模式mpls網絡，a1和a2是atm lsr，r1和r2是atm e-lsr，網絡172.16.10.0/24是r1的直連網絡。
信元模式mpls的标簽配置設定和分發操作，與幀模式mpls很相似。下遊atm e-lsr r1為網絡172.16.10.0配置設定本地标簽，并向上遊分發。a1和a2也執行此過程。信元模式mpls和幀模式mpls的主要差別，是信元模式mpls不執行次末跳彈出和将标簽值複制在vpi/vci中。另外，在信元模式mpls中，所有标簽都在特定接口下有效；而幀模式mpls的标簽可以在lsr的全局範圍内有效，也可以在特定接口下有效。
在圖1-19中，假設所有atm lsr都使用vpi 1，r1、a1、a2和r2分别為網絡字首172.16.10.0/24配置設定了本地标簽l1、l2、l3和l4，那麼atm lsr的ip轉發表、标簽表和标簽轉發表的狀态如圖1-19所示。
信元模式mpls的資料層轉發過程如下。
1．r2 接收去往172.16.10.0/24的ip資料包，壓出向标簽1/l3，轉發給下一跳a2。
2．a2 接收atm信元，查詢标簽轉發表，用出向标簽1/l2替代标簽1/l3，轉發給a1。
3．a1 接收atm信元，查詢标簽轉發表，用出向标簽1/l1替代标簽1/l2，轉發給r1。請讀者注意，a1是次末跳lsr，但是不執行次末跳彈出，這是信元模式mpls與幀模式mpls的重要差別。r1直接彈出标簽，将ip資料包轉發至目的網絡。
信元模式mpls的資料層轉發過程如圖1-20所示。
在信元模式mpls中，atm信元頭沒有ttl，是以atm信元無法像幀模式mpls的ip資料包或mpls資料包那樣使用ttl來執行環路檢測。ldp的功能是标簽配置設定和分發，主要依靠3層路由協定實作防環功能。
在信元模式mpls中，ldp具有兩種環路檢測機制，如前所述，ldp發送tlv格式的消息，是以防環機制也是通過tlv實作的。例如，rfc 3035介紹了路徑矢量tlv，可以實作環路檢測功能。如圖1-21所示，ldp pdu由版本号、pdu長度、ldp辨別和ldp消息組成。其中，ldp消息可以包含多個tlv，每個tlv都包括u比特、f比特、類型、長度和值。
u（unknown）比特置1時，lsr忽略u比特所在的tlv，并且繼續處理ldp消息中的其他tlv；如果置0，lsr忽略整個ldp消息，并向資料源發送錯誤通告消息。
f（forward）比特隻有在u比特置1時才有意義，當f比特也置1時，那麼lsp可以繼續轉發此ldp消息。
“類型”辨別了“值”的含義。在信元模式mpls中，ldp tlv隻有兩種類型，分别跳數（hop-count）和路徑矢量（path vector），都用于環路檢測。
長度辨別了值的長度，機關是位元組。
值是字元串，長度是位元組的整數倍。
在信元模式mpls的環路檢測機制中，第一種tlv是跳數tlv，與标簽一起被ldp分發到ldp對端lsr。跳數tlv的格式和分發過程如圖1-22所示。
圖1-22描述了跳數tlv的格式和操作過程。跳數tlv是可選的，在建立ldp會話的過程中，lsr可以協商是否需要使用跳數tlv。lsr可以通過跳數tlv計算出其到達目的網絡所經過的跳數。在圖1-22中，r1向a1分發本地标簽1/l1與172.16.10.0/24的映射，同時攜帶了跳數tlv=1；a1接收ldp消息以後，向a2分發本地标簽1/l2與172.16.10.0/24的映射，同時攜帶了跳數tlv=2；a2接收ldp消息以後，向r2分發本地标簽1/l3與172.16.10.0/24的映射，同時攜帶了跳數tlv=3。是以，r2得知去往172.16.10.0/24需要經過3跳。
在信元模式mpls網絡中，ldp執行環路檢測所使用的第2種tlv是路徑矢量tlv。對于熟悉bgp的讀者來說，路徑矢量tlv與bgp的as path屬性有相似之處。在bgp中，as path屬性包括了bgp路由所經過的所有as号，是以可以實作bgp路由的環路檢測。路徑矢量tlv中包括了ldp請求消息或ldp更新消息所經過的逐跳lsr的ldp router-id。如果lsr接收到ldp請求消息或ldp更新消息，發現路徑矢量tlv中已經包括了自己的ldp router-id，那麼此lsr通過丢棄請求或更新消息的方式避免環路。路徑矢量tlv的格式和操作過程如圖1-23所示。
在圖1-23中，r1、a1、a2、r2和a3的ldp router-id分别是1、2、3、4和5。r1将其ldp router-id 1放入路徑矢量tlv，随同标簽1/l1通過ldp分發給上遊的atm lsr a1。a1将其ldp router-id 2字尾到路徑矢量tlv中，随同标簽1/l2通過ldp分發給上遊的atm lsr a2（為簡化路徑矢量tlv的描述，圖1-23暫不考慮a1向a3的ldp分發）。a2将其ldp router-id 3字尾到路徑矢量tlv中，随同标簽1/l3通過ldp分發給上遊的atm lsr r2。假設a3從a2接收路徑矢量tlv，将其ldp router-id 5字尾到路徑矢量tlv中，通過ldp分發給a1。此時，a1發現路勁标簽tlv中已經包含了ldp router-id 2，是以a1拒絕接收此ldp分發。在信元模式mpls中，雖然沒有ttl機制來防止環路，但是跳數tlv可以設定最大跳數，而路徑tlv可以防止産生環路。
在信元模式mpls網絡中，如果lsr接收了多個上遊lsr對于同一個網絡字首的标簽請求，那麼，此 lsr 為每個上遊 lsr 都生成映射此網絡字首的本地标簽。是以，當atm e-lsr的數量很多時，與其直連的核心atm lsr需要維護的标簽數量會迅速增加。相應的優化技術是atm lsr生成全局範圍有效的本地标簽，即為每個上遊lsr分發相同的标簽。
在信元模式mpls網絡中，lsr減少标簽數量的最常用技術是虛電路整合（vc-merge）。在虛電路整合中，一個lsr為每個網絡字首配置設定一個标簽，其上遊lsr經過此lsr向目的網絡發送資料包時，都使用相同的出向标簽。圖1-24是在圖1-19的網絡中增加新的atm e-lsr r3，直連到atm lsr a2。當禁用虛電路整合時，針對網絡字首172.16.1.0/24，a2分别為上遊lsr r2和r3配置設定本地标簽1/l3和1/l5。經過ldp分發過程以後，r2和r3分别以1/l3和1/l5作為網絡字首172.16.1.0/24的出向标簽。
但是，信元模式mpls網絡開啟了虛電路整合以後，r2和r3都使用1/l3作為網絡字首172.16.1.0/24的出向标簽，是以虛電路整合可以減少atm lsr需要維護的标簽數量。
atm lsr開啟了虛電路整合以後，雖然可以減少atm lsr需要維護的标簽數量，但是也引入新問題—信元交織（cell interleave）。atm lsr開啟了虛電路整合以後，所有上遊lsr都使用相同的出向标簽向目的網絡發送資料包。如果多個上遊lsr同時向相同的目的網絡發送atm信元，那麼atm lsr無法識别這些atm信元來自哪個上遊lsr，因為這些atm信元的vpi/vci相同（标簽相同）。來自不同上遊lsr且具有相同vpi/vci的atm信元混合在一起，使得對端路由器無法将atm信元承載的資料還原為ip資料包，稱為“信元交織”。
圖1-26所示的信元模式mpls網絡禁用了虛電路整合，atm lsr a2直連着atm e-lsr r2和r3。a2為網絡字首172.16.1.0/24配置設定兩個本地标簽1/l3和1/l5。a2為了确定本地标簽1/l3和1/l5所對應的出向标簽，需要向a1發送标簽請求。a2接收a1的标簽1/l2以後，将本地标簽1/l3和1/l5的出向标簽都設定為1/l2。但是，a2無法向a1傳遞資料源的資訊。是以，如果a1接收了vpi/vci 1/l2的atm信元，那麼a1無法判斷該atm承載的資料來自r2或r3。
在某些情況下，atm lsr之間隻傳遞來自于某個資料源的atm信元，而将來自于另一個資料源的atm信元緩存起來。在被傳遞的atm信元中，最後一個atm信元的“幀結尾”比特位置1，即這些被傳遞的atm信元可以還原為完整的ip資料包。然後，atm lsr将緩存中的可以還原為完整ip資料包的atm信元轉發出去，這樣就可以為另一個資料源提供資料轉發服務。是以，這樣解決方案可以繼承虛電路整合的優勢，但是當多個資料源同時向相同的網絡發送資料時，atm lsr的緩存機制會引入轉發延遲。
如果atm lsr沒有緩存atm信元的能力，那麼atm lsr需要禁用虛電路整合以避免信元交織及相關問題。
1 atm交換機隻能根據atm信元頭的資訊轉發資料包，無法解析atm負荷中的資訊。—譯者注