MPLS ΠΑΔ

MPLS περιεχόμενα Multiprotocol Label Switching MPLS layer 3 Virtual Private Networks MPLS layer 2 Virtual Private Networks ΠΑΔ

MPLS περίληψη Αυτή η παρουσίαση εξηγεί τα χαρακτηριστικά του Multi-protocol Label Switching (MPLS) σε σύγκριση με το παραδοσιακό ATM και το IP routing. Θα δούμε τα βασικά MPLS concepts και την ορολογία όπως επίσης και την αρχιτεκτονική MPLS label format and Label Switch Router (LSR). Βασικά ζητήματα που θα δούμε Μειονεκτήματα του IP Routing Βασικά MPLS Concepts MPLS Labels and Label Stack MPLS εφαρμογές Διαφορές μεταξύ Tag Switching and MPLS ΠΑΔ

Εισαγωγή MPLS: Multiprotocol Label Switching Παραδοσιακό μοντέλο OSI Το επίπεδο 2 παρέχει πρωτόκολλα όπως το Ethernet και SONET τα οποία μπορούν να μεταφέρουν frames σε επίπεδο ενός LAN. Το επίπεδο 3 παρέχει πρωτόκολλα διευθυνσιοδότησης και δρομολόγησης Το MPLS μπορεί να θεωρεί ως ένα “layer 2.5” δικτυακό πρωτόκολλο το οποίο παρέχει επιπρόσθετα χαρακτηριστικά κατά την μετάδοση δεδομένων σε ένα δίκτυο ΠΑΔ

Παραδοσιακό IP routing ελέγχει την IP διεύθυνση του παραλήπτη (IP destination lookup) καθορίζει ποιο είναι το επόμενο hop πραγματοποιώντας μία αναζήτηση στον πίνακα δρομολόγησής του προωθεί το πακέτο στο επόμενο hop. Η παραπάνω διαδικασία επαναλαμβάνεται σε κάθε δρομολογητή, όπου ο καθένας λαμβάνει ανεξάρτητα την απόφαση δρομολόγησης, μέχρι το πακέτο να φτάσει στον επιθυμητό παραλήπτη. Ανεξάρτητη απόφαση προώθησης των πακέτων σε κάθε ενδιάμεσο δρομολογητή. Μη βελτιστοποίηση της κίνησης ΠΑΔ

Παραδοσιακό IP routing Το σχήμα δείχνει πως οι routers σε ένα ISP προωθούν πακέτα με βάση τη διεύθυνση προορισμού. Το σχήμα δείχνει ότι όλοι οι routers πρέπει να εκτελούν το routing protocol (BGP) για να έχουν την πληροφορία δρομολόγησης. Κάθε router στο path πραγματοποιεί ένα destination-based routing lookup σε ένα μεγάλο πίνακα προώθησης. Η πολυπλοκότητα του Forwarding σχετίζεται με το μέγεθος του πίνακα προώθησης και το μηχανισμό μεταγωγής. ΠΑΔ

Traffic Engineering και IP To σχήμα δείχνει μία τοπολογία με άνισα links. Τα Traffic patterns δείχνουν ότι η περισσότερη κίνηση μεταφέρεται μεταξύ Α και Β. Το παραδοσιακό IP forwarding δεν έχει ένα κλιμακώσιμο μηχανισμό για να επιτρέψει τη χρήση του backup link (unequal load balancing). Policy-based routing θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την επιλογή πακέτων και τη δρομολόγησή τους διαμέσου του the backup link. Αυτό δεν είναι δυνατό σε κίνηση υψηλού όγκου λόγω περιορισμών που θα επέλθουν στις επιδόσεις. ΠΑΔ

Βασικές αρχές του MPLS To MPLS είναι ένας μηχανισμός μεταγωγής που χρησιμοποιεί labers (αριθμούς) για να προωθήσει πακέτα. Τα Labels συνήθως αντιστοιχούν σε L3 διευθύνσεις προορισμού (όπως και στο IP routing) Τα Labels είναι δυνατό να αντιστοιχούν σε άλλες παραμέτρους (Quality of Service, [QoS], source address, etc.). Το MPLS σχεδιάστηκε για να υποστηρίζει και άλλα protocol stacks εκτός του IP (π.χ. ATM). To Label switching πραγματοποιείται ανεξάρτητα από το L3 πρωτόκολλο. ΠΑΔ

Μεταγωγή Ετικέτας Η λειτουργία του πρωτοκόλλου MPLS στηρίζεται στην τεχνική μεταγωγής ετικέτας. Ο πρώτος δρομολογητής του MPLS δικτύου πραγματοποιεί έναν έλεγχο στον πίνακα δρομολόγησης του (όπως συμβαίνει και στην IP δρομολόγηση). Βρίσκει τον τελικό δρομολογητή του δικτύου προορισμού (αντί να βρει το next hop). Βρίσκει ένα προκαθορισμένο μονοπάτι προς τον δρομολογητή του δικτύου προορισμού. Ο δρομολογητής προσαρτά μία ετικέτα στο πακέτο στηριζόμενος στην παραπάνω πληροφορία Υποστηρίζονται πολλαπλές ετικέτες σε ένα label stack Οι επόμενοι δρομολογητές του MPLS δικτύου χρησιμοποιούν την ετικέτα για να δρομολογήσουν τα πακέτα Δεν απαιτείται να πραγματοποιηθούν επιπρόσθετοι έλεγχοι στην επικεφαλίδα των IP πακέτων Στον δρομολογητή του δικτύου προορισμού η ετικέτα διαγράφεται Στην συνέχεια το πακέτο δρομολογείται σύμφωνα με την παραδοσιακή IP δρομολόγηση Η μεταγωγή ετικέτας πραγματοποιείται ανεξάρτητα από το πρωτόκολλο δρομολόγησης επιπέδου 3. ΠΑΔ

Πλεονεκτήματα Μεταγωγή Ετικέτας Αρχικά το πρωτόκολλο MPLS είχε ως σκοπό να περιορίσει το πρόβλημα των IP lookups Η εισαγωγή του Classless Inter-Domain Routing (CIDR) είχε ακούσιες συνέπειες Εισήγαγε στην IP δρομολόγηση την έννοια του “longest prefix matching” η οποία είχε υψηλές απαιτήσεις σε μνήμη στους δρομολογητές. Οι ακριβείς αντιστοιχίσεις σε IP διευθύνσεις ήταν ποιο εύκολο να υλοποιηθούν σε επίπεδο υλικού. Στην μεταγωγή ετικέτας Μόνο ο πρώτος δρομολογητής του MPLS δικτύου πραγματοποιεί ένα IP lookup και οι ενδιάμεσοι δρομολογητές πραγματοποιούν μεταγωγή πακέτων στηριζόμενοι σε μία ετικέτα. Μείωση του φορτίου στους δρομολογητές κορμού, και κατανομή των IP lookups δρομολόγησης στους δρομολογητές των άκρων. ΠΑΔ

Πλεονεκτήματα Μεταγωγή Ετικέτας Σύγχρονα ASICs έχουν περιορίσει αρκετά τα προβλήματα του longest prefix matching Μπορούν να πραγματοποιηθούν αρκετά εκατομμύρια IP routing lookups ανά δευτερόλεπτο με σχετικά εύκολο και φτηνό τρόπο. Ωστόσο τα IP routing lookups εξακολουθούν να αποτελούν ένα σημαντικό μέρος του κόστους του δρομολογητή Οπότε γιατί χρειαζόμαστε το MPLS ; Για την υλοποίηση μηχανισμών Traffic Engineering Δυνατότητα ελέγχου του τρόπου με τον οποίο δρομολογείται η κίνηση, διαχείρισης της χωρητικότητας, προτεραιοποίησης των υπηρεσιών και αποφυγής της συμφόρησης Για την υλοποίηση Multi-Service δικτύων Δυνατότητα παράδοσης υπηρεσιών μεταφοράς δεδομένων και IP δρομολόγησης, πάνω από την υποδομή δικτύων μεταγωγής πακέτων Για την βελτίωση της ανθεκτικότητας (resiliency) των δικτύων (τεχνική MPLS Fast Reroute) ΠΑΔ

Τεχνολογία MPLS ΠΑΔ

Παράδειγμα MPLS Το σχήμα δείχνει την κατάσταση κατά την οποία ένας ενδιάμεσος κόμβος δεν είναι ανάγκη να υλοποιήσει ένα χρονοβόρο routing lookup. Αντιθέτως, ο router απλά αλλάζει (swaps) ένα label με ένα άλλο (Το 5 αντικαθίσταται από το 3) και προωθεί το πακέτο με βάση το λαμβανόμενο label (3). Σε μεγαλύτερα δίκτυα, αποτέλεσμα του MPLS είναι να πραγματοποιούν έλεγχο της δρομολόγησης (routing lookup) μόνο οι ακραίοι δρομολογητές (edge routers) Όλοι οι routers του δικτύου κορμού (core routers) προωθούν τα πακέτα με βάση τις επικεφαλίδες. ΠΑΔ

Μηχανική κίνησης και MPLS Το MPLS επίσης υποστηρίζει traffic engineering. Οι Traffic engineered σήραγγες (tunnels) δημιουργούνται με βάση την ανάλυση της κίνησης (traffic analysis) για να προσφέρουν εξισορρόπηση φόρτου (load balancing ) μεταξύ άνισων μονοπατιών. Πολλαπλά τα traffic engineering tunnels οδηγούν στο ίδιο destination αλλά χρησιμοποιούν διαφορετικά μονοπάτια. Το παραδοσιασκό IP forwarding θα εξανάγκαζε όλη την κίνηση να χρησιμοποιήσει το ίδιο μονοπάτι με βάση το destination-based forwarding decision. Το Traffic engineering προσδιορίζει το μονοπάτι στην πηγή με βάση επιπλέον παραμέτρους (διαθέσιμοι πόροι και περιορισμοί στο δίκτυο). ΠΑΔ

Βασικές Έννοιες MPLS MPLS Label Switch Path (LSP) Χρησιμοποιείται ένα πρωτόκολλο σηματοδοσίας όπως είναι για παράδειγμα το LDP, RSVP-TE, CR-LDP. Κατηγορίες MPLS δρομολογητών Label Edge Router (LER) ή ingress node Ο δρομολογητής o οποίος προσαρτά πρώτος μία ετικέτα σε ένα πακέτο και το προωθεί μέσω ενός MPLS LSP. Label Switching Router (LSR) ή transit node Ενδιάμεσος δρομολογητής ενός LSP ο οποίος πραγματοποιεί MPLS μεταγωγή ετικετών. Egress node Ο τελικός δρομολογητής ενός LSP ο οποίος απομακρύνει την ετικέτα από το πακέτο. Όλοι οι MPLS δρομολογητές ανταλλάσσουν πληροφορία δρομολόγησης, ετικέτες και προωθούν πακέτα. ΠΑΔ

Ρόλοι MPLS Δρομολογητών P – Provider router Δρομολογητής κορμού ο οποίος πραγματοποιεί μόνο μεταγωγή ετικετών PE – Provider Edge router Ακραίος δρομολογητής ο οποίος επικοινωνεί με το δίκτυο του πελάτη και προσαρτά/αφαιρεί ετικέτες στα/από τα πακέτα. Διαθέτει χαρακτηριστικά τερματισμού πολλαπλών υπηρεσιών (Internet, L3VPN, L2VPN, VPLS). CE – Customer Edge router Ο δρομολογητής του πελάτη ο οποίος διασυνδέεται με το PE ΠΑΔ

Αρχιτεκτονική του MPLS Το επίπεδο ελέγχου Control plane—ανταλλάσσει L3 πληροφορία δρομολόγησης και ετικέτες Το επίπεδο δεδομένων (Data plane)— προωθεί πακέτα με βάση τα labels Το Control plane περιλαμβάνει πολύπλοκους μηχανισμούς όπως την ανταλλαγή πληροφορίας δρομολόγησης (OSPF, EIGRP, IS-IS, BGP, etc.) με επικεφαλίδες (Tag Distribution protocol [TDP], Label Distribution protocol [LDP], RSVP, κτλ) Το Data plane είναι μία απλή μηχανή προώθησης Το Control plane διατηρεί τα περιεχόμενα του label switching table (label forwarding information base ή LFIB) ΠΑΔ

Αρχιτεκτονική του MPLS Ο μηχανισμός label exchange είναι απλά ένα add-on για τη διάδοση ετικετών που χρησιμοποιούνται για L3 destinations. Το σχήμα δείχνει τα δύο συστατικά του control plane: Το OSPF που λαμβάνει IP network 10.0.0.0/8 από τον αριστερό γείτονα και το προωθεί στο δεξιό. Το LDP που λαμβάνει την ετικέτα 17 από τον αριστερό γείτονα για να χρησιμοποιηθεί σε πακέτα με destination address 10.x.x.x όταν προωθούνται στο γείτονα. Ένα local label 4 δημιουργείται και στέλνεται στους upstream neighbors. Το LDP εισάγει μία εγγραφή στον LFIB πίνακα του Data Plane, όπου το label 4 αντιστοιχείται to label 17. Το data plane μετά προωθεί τα πακέτα με το label 4 μέσω των κατάλληλων διεπαφών και αντικαθιστά με το 17. ΠΑΔ

MPLS προώθηση. Ένας LSR μπορεί να παρέχει τις ακόλουθες λειτουργίες Insert(impose): εισάγει ένα label ή ένα stack of labels στον ingress. Swap: Ανταλλάσσει ένα label με το next-hop label ή με ένα stack of labels στο δίκτυο κορμού. Remove(pop): Εξαγωγή ενός label στον egress κόμβο. ΠΑΔ

Ας τα πάρουμε από την αρχή. Forwarding equivalent class (FEC) Μία FEC είναι το σύνολο όλων των forwarding addresses που έχουν το ίδιο πρόθεμα (prefix). Επομένως, οι διευθύνσεις σε ένα router μπορούν να ομαδοποιηθούν σε ένα αριθμό από μη κοινών FECs. Τα IP πακέτα που ανήκουν στο ίδιο FEC έχουν την ίδια διεπαφή εξόδου Labels Ένα label είναι ένας σύντομος, σταθερού μήκους identifier που έχει τοπική ισχύ (i.e. Είναι έγκυρο σε ένα απλό άλμα μεταξύ δύο routers). Ένα A label σε ένα πακέτο αναπαριστά τη FEC στην οποία έχει ανατεθεί το πακέτο. Το label που ανατίθεται στο πακέτο δεν είναι μία κωδικοποίηση της διεύθυνσης προορισμού. ΠΑΔ

Κατηγοριοποίηση Η κατηγοριοποίηση των FEC είναι ευέλικτη. Μπορεί να στηρίζεται σε οποιονδήποτε συνδυασμό: Διεύθυνσης πηγής Διεύθυνσης προορισμού Θύρας πηγής Θύρας προορισμού Τύπος πρωτοκόλλου Ιδιωτικό Εικονικό Δίκτυο Κάθε FEC συσχετίζεται με μία συγκεκριμένη ετικέτα και ένα μονοπάτι προώθησης. Όλα τα πακέτα που ανήκουν στο ίδιο FEC, έχουν υποχρεωτικά την ίδια ετικέτα Πακέτα με την ίδια ετικέτα αλλά με διαφορετικό QoS, μπορεί να ανήκουν και σε διαφορετικό FEC ΠΑΔ

Label Distribution protocol Οι MPLS δρομολογητές πρέπει να ανταλλάσσουν πληροφορίες ετικετών μεταξύ τους ngress node (Push λειτουργία): Πρέπει να γνωρίζει ποια ετικέτα θα πρέπει να αντιστοιχήσει σε μία δεδομένη FEC για να προωθήσει τα πακέτα. Transit node (Swap λειτουργία): Πρέπει να γνωρίζει ποια ετικέτα θα πρέπει να χρησιμοποιήσει για την swap λειτουργία την οποία εφαρμόζει στα εισερχόμενα πακέτα. Egress node (Pop λειτουργία): Πρέπει να ενημερώσει τον upstream δρομολογητή ποια ετικέτα θα πρέπει να αντιστοιχήσει σε μία συγκεκριμένη FEC. Για την διανομή της πληροφορίας ετικετών μεταξύ των MPLS δρομολογητών χρησιμοποιείται το πρωτόκολλο Label Distribution Protocol (LDP) Εκτός από το πρωτόκολλο LDP χρησιμοποιούνται και άλλα πρωτόκολλα για την ανταλλαγή πληροφοριών ετικετών. ΠΑΔ

Label Distribution protocol Εκχωρεί και κατανέμει ετικέτες σε prefixes που διαφημίζονται από unicast πρωτόκολλα δρομολόγησης OSPF, IS-IS, EIGRP, κτλ. Χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο UDP (port 646) για την εγκατάσταση μίας συνόδου και το πρωτόκολλο TCP (port 646) για την ανταλλαγή των LDP μηνυμάτων. LDP λειτουργίες Ανακάλυψη LDP peer Εγκατάσταση LDP συνόδου Ανάθεση MPLS ετικετών, διανομή και ανανένωση MPLS ετικετών Βάσεις δεδομένων που χρησιμοποιούνται από το LDP Label Information Database (LIB) Routing Information Database (RIB) ΠΑΔ

LDP λειτουργίες Εκκίνηση του LDP Αντιστοίχιση τοπικών ετικετών που είναι αποθηκευμένες στην LIB σε prefixes που είναι αποθηκευμένα στην RIB. Ανακάλυψη MPLS peer και εγκατάσταση συνόδου. Ανταλλαγή αντιστοιχίσεων MPLS ετικετών. Το LDP αλληλοεπιδρά με το MPLS επίπεδο προώθησης και ελέγχου (MPLS control and forwarding plane) ΠΑΔ

Η θέση του Label. Δεν υπάρχει χώρος στο IPv4 πακέτο για ένα label. Αν το IP network λειτουργεί πάνω από ΑTM network/ Frame Relay, το label μεταφέρεται στο VPI/VCI field/DLCI field. Για το Ethernet, και point-to-point συνδέσεις που εκτελούν ένα πρωτόκολλο σύνδεσης όπως το PPP, το label ενθυλακώνεται μεταξύ του LLC header και του IP header (shim header). ΠΑΔ

Label format. To MPLS χρησιμοποιεί ένα 32-bit label field που περιέχει την ακόλουθη πληροφορία: 20-bit label (αριθμός) 3-bit experimental field (Μπορεί για παράδειγμα να φέρει την ένδειξη class-of-service (CoS), που χρησιμοποιείται για να ορίσει τη σειρά με την οποία τα IP packets μεταδίδονται στην έξοδο ενός interface.) 1-bit bottom-of-stack indicator (υποδεικνύει αν πρόκειται για το τελευταίο label πριν το IP header) 8-bit TTL (όπως το TTL στο IP header) ΠΑΔ

Label stack. O Protocol identifier στο L2 header καθορίζει ότι το payload ξεκινά με label (labels) και ακολουθείται από IP header Το Bottom-of-stack bit υποδεικνύει αν το επόμενο next header είναι ένα άλλο label ή L3 header Ο Receiving router χρησιμοποιεί μόνο το top label ΠΑΔ

Label Switching Routers (LSRs). Ένας LSR είναι ένας IP router που τρέχει MPLS. Είναι ενήμερος για τα MPLS πρωτόκολλα ελέγχου και λειτουργεί ένα ή περισσότερα layer 3 routing protocols Συσχετίζει labels σε FECs, Προωθεί τα πακέτα με βάση τα labels, και φέρνει εις πέρας τη συνηθισμένη προώθηση IP με βάση τα προθέματα. Προσοχή: Ένας MPLS κόμβος είναι ένας LSR αλλά δεν είναι ανάγκη να προωθεί πακέτα IP. Για ευκολία, θα αναφερόμαστε στον LSR και θα εννοούμε και τις δύο οντότητες. ΠΑΔ

Λειτουργία MPLS δικτύου ΠΑΔ

MPLS domain Ένα MPLS domain είναι ένα συνεχές σύνολο από MPLS nodes που είναι στο ίδιο domain δρομολόγησης ή διαχείρισης. Μέσα σε ένα MPLS domain, τα IP πακέτα μετάγονται με βάση τα labels. Ένα MPLS domain είναι δυνατό να συνδέεται με άλλα MPLS ή non-MPLS domains. ΠΑΔ

MPLS παράδειγμα. Όταν ένας LSR ταυτοποιεί τη νέα FEC με πρόθεμα <x.0.0.0, μάσκα y.0.0.0>, διαλέγει ένα label από μία δεξαμενή με ελεύθερα labels και το βάζει σαν εγγραφή στον πίνακα label forward information base (LFIB). Επιπλέον αποθηκεύει το label στο forwarding information based (FIB) σε μία εγγραφή όπου συσχετίζεται με τη FEC. Οι άλλοι LSRs πράττουν το αυτό. ΠΑΔ

MPLS παράδειγμα. Η κατάσταση των εγγραφών ΠΑΔ

MPLS παράδειγμα. Οι LSRs διανέμουν την τοπική πληροφορία συσχέτισης (binding information) στους διπλανούς LSRs. Ο LSR B τη στέλνει στους A, D, και C. Ο A αναγνωρίζει ότι είναι upstream για το B, και χρησιμοποιεί την πληροφορία για να ενημερώσει την εγγραφή στην LFIB. Παρόμοια πράττουν και οι υπόλοιποι LSRs. Σαν αποτέλεσμα, κάθε entry στην LFIB του κάθε LSR θα τροποποιηθεί όπως παρακάτω: ΠΑΔ

MPLS παράδειγμα – τελική εικόνα. ΠΑΔ

MPLS – LSP (Label switched path). Η ακολουθία των routers για ένα συγκεκριμένο πακέτο π.χ., A,B, D, E, ή C, D, E είναι γνωστό σαν LSP. LSP ingress LSR: Πρόκειται για τον Α για το μονοπάτι A, B, D, E. Σπρώχνει (pushes) το label 62 μέσα στη στίβα από labels που βρίσκεται στο πακέτο. LSP egress LSR: Αυτός είναι ο LSR E για το ίδιο μονοπάτι. Προωθεί το πακέτο είτε χρησιμοποιώντας ένα χαμηλού επιπέδου label ή την καθιερωμένη IP forwarding διαδικασία. ΠΑΔ

Πρωτόκολλα και MPLS IGP (OSPF, IS-IS, EIGRP) στον κορμό του MPLS δικτύου για την κατασκευή των πινάκων δρομολόγησης των MPLS δρομολογητών. RSVP ή/και LDP στον κορμό του δικτύου για σηματοδοσία. MP-iBGP στους PE δρομολογητές (για την παροχή MPLS υπηρεσιών) ΠΑΔ

MPLS Παράδειγμα με label stack. ΠΑΔ

MPLS Παράδειγμα με label stack. Τα labels στο MPLS B domain δημιουργούν μία σήραγγα. Στο τέλος της σήραγγας, ο LSR μπορεί να μη γνωρίζει που να προωθήσει το πακέτο. Αυτό μπορεί εύκολα να λυθεί με τη χρήση του label stack. ΠΑΔ

Πρωτόκολλα και MPLS IGP (OSPF, IS-IS, EIGRP) στον κορμό του MPLS δικτύου για την κατασκευή των πινάκων δρομολόγησης των MPLS δρομολογητών. RSVP ή/και LDP στον κορμό του δικτύου για σηματοδοσία. MP-iBGP στους PE δρομολογητές (για την παροχή MPLS υπηρεσιών) ΠΑΔ

NHLFE. Next hop label forwarding entry (NHLFE) Πρόκειται για την εγγραφή στην LFIB που συσχετίζει ένα εισερχόμενο label με ένα εξερχόμενο. Παρέχει την παρακάτω πληροφορία. Το επόμενο βήμα του πακέτου (next hop) Ποια λειτουργία θα εκτελεστεί στη label stack του πακέτου Οι επόμενες λειτουργίες μπορούν να εκτελεστούν Αντικατάσταση του label με ένα συγκεκριμένο καινούργιο Εξαγωγή του label (Pop ) από τη στοίβα Αντικατάσταση του label που βρίσκεται στην κορυφή της label stack με ένα καινούργιο και ώθηση (push) ενός ή περισσοτέρων labels στη στοίβα. ΠΑΔ

ILM. Incoming label map (ILM) Χρησιμοποιείται για να αντιστοιχίσει ένα εισερχόμενο label με ένα σύνολο από NHLFEs. Μία από τις εγγραφές χρησιμοποιείται τη φορά Πρακτικά επιτρέπει την εισαγωγή πολλαπλών μονοπατιών για load balancing, protection, etc ΠΑΔ

Επιλογή δρομολόγησης Route selection Δύο κύριες μέθοδοι χρησιμοποιούνται για την επιλογή ενός συγκεκριμένου FEC hop-by-hop routing explicit routing. Hop-by-hop routing Κάθε κόμβος επιλέγει ανεξάρτητα τον επόμενο κόμβο (next hop) για ένα FEC όπως ακριβώς στα IP δίκτυα. Η πληροφορία του επόμενου κόμβου παρέχεται από ένα πρωτόκολλο δρομολόγησης, (OSPF, BGP, etc) Explicit routing Η αποκλειστική δρομολόγηση είναι ένα προκαθορισμένο μονοπάτι στο δίκτυο και είναι γνωστό σαν CR-LSP. Η διαδρομή μπορεί να είναι διαφορετική από αυτή που διαφημίζεται από τα routing protocols !!!! Ένας LSR καθορίζει τον επόμενο κόμβο για το FEC βασιζόμενος στην αποκλειστική διαδρομή. ΠΑΔ

Σχήματα εγκατάστασης LSP Έχουμε θεωρήσει ότι τα FECs αντιστοιχούν σε προθέματα διευθύνσεων που διανέμονται μέσω ενός δυναμικού αλγόριθμου δρομολόγησης. Η εγκαθίδρυση ενός LSP για τα FECs μπορεί να υλοποιηθεί με τους παρακάτω τρόπους Ανεξάρτητος LSP έλεγχος Οργανωμένος LSP έλεγχος (ordered LSP control) Independent LSP control Κάθε LSR μόλις αναγνωρίσει ένα νέο FEC, συσχετίζει ένα label σε αυτό και το διαφημίζει στους γείτονές του (το παράδειγμα που είδαμε πριν) όπως ακριβώς στα συμβατικά IP datagram routing δίκτυα. Ordered LSP control Η ανάθεση των labels λειτουργεί αντίστροφα εκκινώντας από τον egress LSP LSR. Συγκεκριμένα Ένας LSR συσχετίζει ένα label σε ένα FEC μόνο όταν είναι ο egress LSR για αυτό το FEC, ή αν έχει λάβει μία συσχέτιση από τον επόμενο κόμβο για αυτό το FEC. O Ordered LSP έλεγχος μπορεί να εκκινήσει και από τον ingress LSR. ΠΑΔ

Aggregation - Συνάθροιση Για κάθε FEC ένα LSP εγκαθιδρύεται όπως είδαμε. Μέσα σε ένα MPLS domain, είναι δυνατό πακέτα που ανήκουν σε διαφορετικά FECs να ακολουθήσουν την ίδια διαδρομή. Αυτό μπορεί να συμβεί αν τα πακέτα έχουν τον ίδιο egress node. Μέσα στο ίδιο MPLS domain, η ένωση αυτών των FECs είναι ένα νέο FEC. Δεδομένου ενός συνόλου από FECs που μπορούν να συναθροιστούν είναι δυνατό να Συναθροιστούν σε ένα μοναδικό FEC Να συναθροιστούν σε διαφορετικά FECs Να μην συναθροιστούν Στον ordered control ένας LSR μπορεί να επιλέξει οποιαδήποτε από τις παραπάνω λύσεις Στον ανεξάρτητο έλεγχο, η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη. ΠΑΔ

MPLS και εφαρμογές. To MPLS χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές: Unicast IP routing Multicast IP routing MPLS-Traffic Engineering Quality of Service (QoS) Virtual private networks (MPLS VPNs) Any Transport over MPLS (AToM) Ανεξάρτητα από την εφαρμογή, η λειτουργία χωρίζεται στο control και στο data plane: Οι εφαρμογές διαφέρουν στο control plane Όλες χρησιμοποιούν ένα κοινό label switching data plane Τα data planes των Edge LSR στο επίπεδο L3 μπορεί να διαφέρουν ΠΑΔ

MPLS και εφαρμογές. Συνήθως χρησιμοποιείται ένα label για ένα πακέτο Οι επόμενες εφαρμογές μπορεί να παράγουν παραπάνω από ένα MPLS VPNs(δύο labels—Το πάνω label δείχνει τους egress routers και το δεύτερο label υποδεικνύει το VPN) Traffic Engineering (MPLS-TE)(δύο ή παραπάνω labels —το πάνω label δείχνει το τελικό άκρο της traffic engineering σήραγγας και το δεύτερο label δείχνει τον προορισμό) MPLS VPNs σε συνδυασμό με Traffic Engineering(τρία ή περισσότερα labels) ΠΑΔ

MPLS και εφαρμογές. Unicast IP routing Χρειαζόμαστε δύο μηχανισμούς στο control plane IP routing protocol (OSPF, IS-IS, EIGRP, etc.) Label distribution protocol (LDP or TDP) To routing protocol μεταφέρει την πληροφορία σχετικά με την προσβασιμότητα των δικτύων. Το Label distribution protocol συσχετίζει (binds) labels σε δίκτυα που διαφημίζονται μέσω του routing protocol Το FEC είναι όπως είδαμε ένα δίκτυο προορισμού που είναι αποθηκευμένο στο IP routing table ΠΑΔ

MPLS και εφαρμογές. Mutlicast IP routing Δεν απαιτείται ένα αφιερωμένο πρωτόκολλο για την υποστήριξη multicast κίνησης κατά μήκος ενός MPLS domain Το PIM version 2 με επεκτάσεις για το MPLS χρησιμοποιείται για τη διάδοση πληροφορίας δρομολόγησης όπως και τη διάδοση των labels Εδώ το FEC αντιστοιχεί σε μία διεύθυνση προορισμού multicast που είναι αποθηκευμένη στο multicast routing table ΠΑΔ

MPLS και εφαρμογές. MPLS – TE Κάθε LSR πρέπει να δει τη συνολική τοπολογία του δικτύου (μόνο το OSPF και το IS-IS διατηρούν τη συνολική τοπολογία) Κάθε LSR απαιτεί επιπρόσθετη πληροφορία για τις ζεύξεις στο δίκτυο (διαθέσιμοι πόροι και περιορισμοί). Τα OSPF and IS-IS έχουν επεκτάσεις που μπορούν να διαδώσουν την επιπλέον πληροφορία Κάθε edge LSR πρέπει να μπορεί να δημιουργήσει ένα LSP κατά απαίτηση. RSVP ή Constraint-based Routing LDP (CR-LDP) χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός LSP για τη μετάδοση labels που ανταποκρίνονται στις ανάγκες των MPLS-TE tunnels. ΠΑΔ

MPLS και εφαρμογές. Quality of service To QoS είναι μία επέκταση του unicast IP routing που προσφέρει διαφοροποιημένες υπηρεσίες (differentiated services) Επεκτάσεις στο TDP ή στο LDP χρησιμοποιούνται για να διαδώσουν διαφορετικά labels για διαφορετικές classes H FEC είναι ένας συνδυασμός του δικτύου προορισμού και της class of service ΠΑΔ

MPLS και εφαρμογές. VPN Τα δίκτυα μαθαίνονται μέσω ενός IGP (OSPF, EBGP, RIPv2ή static) από ένα πελάτη ή μέσω BGP από άλλους εσωτερικούς routers Τα Labels διαδίδονται μέσω του multi-protocol BGP Δύο labels χρησιμοποιούνται Το FEC είναι ίσο με τον VPN site descriptor ή το VPN routing table ΠΑΔ

Συνολική εικόνα εφαρμογών. ΠΑΔ

Case study 1 - TE. Οι ροές από τον R1 και τον R8 μέσω του R5 παίρνουν το πάνω μονοπάτι μέσω του R3 ως αποτέλεσμα προώθησης στον R2 που βασίζεται στον προορισμό. Για τον R2 δεν υπάρχει διαφορά αν τα πακέτα φτάνουν από τον R8 ή από τον R1. Ο R2 ενδιαφέρεται απλά για τον προορισμό. Σαν αποτέλεσμα, το πάνω μονοπάτι θα υπερ-χρησιμοποιηθεί (over utilized) ενώ το κάτω μονοπάτι (μέσω R6 και R7) θα υπο-χρησιμοποιηθεί. ΠΑΔ

Case study 1 - TE. Λύση: traffic engineering ΠΑΔ

Case study 2 - VPN. Σε αυτή την περίπτωση, ο service provider λειτουργεί ένα MPLS based δίκτυο ώστε να παρέχει VPN services στους πελάτες A, B and C. Ο A θα πρέπει να μπορεί να ανταλλάξει κίνηση μεταξύ όλων των sites των πελατών του, το ίδιο ισχύει και για τους υπόλοιπους πελάτες. ΔΕΝ ΘΑ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΥΠΑΡΧΕΙ ΔΙΑΡΡΟΗ ΠΑΚΕΤΩΝ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΠΕΛΑΤΩΝ. Το πρόβλημα λύνεται μέσω του MPLS VPN υποδείγματος: Step 1: Ο Router-X (ingress edge router) λαμβάνει ένα IP packet από τον πελάτη A Step 2 : Σε αυτό το πακέτο ενθυλακώνεται το MPLS και του ανατίθεται ένα label stack από δύο labels Step 3: Το πάνω label υποδεικνύει πως το πακέτο θα προωθηθεί ώστε να φτάσει τον router-Z (egress edge router) Step 4: Το δεύτερο label δείχνει στον router-Z πως θα προωθήσει το πακέτο σε ένα site του Α. ΠΑΔ

MPLS standards H MPLS λειτουργία είναι διαθέσιμη στους Cisco routers από την έκδοση Cisco IOS software version 11.1CT και μετά. Ονομάζεται Tag Switching και το switching part είναι ίδιο με αυτό του MPLS standard H μόνη διαφορά μεταξύ MPLS και Tag Switching είναι το label distribution protocol Το ιδιοταγές πρωτόκολλο της Cisco χρησιμοποιεί το TDP Ο οργανισμός IETF θέτει το LDP σαν το πρότυπο label distribution protocol Αν και TDP and LDP είναι λειτουργικά ισοδύναμα, δεν είναι συμβατά Μπορούν να συνυπάρχουν σε ένα MPLS domain εφόσον δύο peers κάνουν χρήση του ίδιου πρωτοκόλλου. ΠΑΔ

TDP vs LDP To MPLS και το Tag Switching είναι πανομοιότυπα στο data plane Η μόνη διαφορά είναι στο control plane όπου το Tag Switching χρησιμοποιεί το Cisco proprietary TDP και το MPLS χρησιμοποιεί το ανοιχτό πρότυπο LDP Το TDP χρησιμοποιεί UDP και TCP port number 711 Το LDP χρησιμοποιεί UDP and TCP port number 646 Το παρακάτω σχήμα δείχνει πιθανούς συνδυασμούς LDP, TDP ΠΑΔ

Υλοποίηση του MPLS To MPLS υλοποιείται ανά διεπαφή μέσω της ενεργοποίησης ενός ή και των δύο πρωτοκόλλων διανομής labels (TDP, LDP) Τη στιγμή που το LDP ή το TDP ενεργοποιείται, ένας router θα προσπαθήσει να βρει γείτονες μέσω των διεπαφών και να εγκαθιδρύσει ένα TDP/LDP session Το TDP είναι το default label distribution protocols στους CISCO routers. Βασικές εντολές mpls ip, ή tag−switching ip (σε παλιότερους routers CISCO): ενεργοποίηση του MPLS σε ένα interface show mpls forwarding−table: Χρησιμοποιείται ώστε να ελέγξει το MPLS forwarding table, που είναι το ανάλογο του IP routing table για standard IP routing. Παρέχει περιγραφές των inbound and outbound labels και των πακέτων show mpls ldp bindings or show tag−switching tdp bindings: Χρησιμοποιείται για να δούμε τα label bindings που αντιστοιχίζονται σε ένα προορισμό. Τα τοπικά και τα απομακρυσμένα bindings μπορούν να ειδωθούν. (Παρόμοια λειτουργία επιτυγχάνει και η show mpls ip bindings ΠΑΔ

Υλοποίηση του MPLS Παράδειγμα του show mpls forwarding−table και του show mpls ip bindings : ΠΑΔ