ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΕΤΙΚΕTΤΑΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ (MULTI-PROTOCOL LABEL SWITCHING)

Συμβατικά Δίκτυα IP Δρομολογητές Δρομολόγηση Υπηρεσία χωρίς σύνδεση Απόληξης Πυρήνα Δρομολόγηση Hop-by-hop Εξετάζει επικεφαλίδα επιπέδου 3 (IP) Υπηρεσία χωρίς σύνδεση

Multi-Protocol Label Switching Προσφέρει υποδομή δικτύου προσανατολισμένου στη σύνδεση Τι είναι: τεχνολογία προώθησης πακέτων που κάνει χρήση ετικετών (labels) για να αποφασίσει που θα προωθήσει τα εισερχόμενα πακέτα Σε ποιο σημείο εφαρμόζεται: μεταξύ επιπέδων 2 & 3 Γιατί ‘multi-protocol’: είναι ανεξάρτητη από πρωτόκολλα του επιπέδου 2 ή 3.

Η διαστρωμάτωση στο MPLS RIP OSPF IP Network Layer IS-IS BGP LDP/CR-LDP TE-RSVP MPLS Data Link Layer ATM (VPI/VCI) / FRAME RELAY (DLCI) / TDM (timeslot) / X25 (LCN) Η διαστρωμάτωση στο MPLS

Βασικές Αρχές MPLS (2) Λειτουργία προώθησης πακέτων Βασική ιδέα: γίνεται ανά πακέτο απαιτητική ως προς υπολογιστική ισχύ  Για το λόγο αυτό η τεχνολογία MPLS απλουστεύει τη δρομολόγηση Βασική ιδέα: Οι δρομολογητές απόληξης εκτελούν κανονικά λειτουργία δρομολόγησης οι δρομολογητές πυρήνα εκτελούν λειτουργία μεταγωγής, η οποία ως λειτουργία επιπέδου 2 είναι πιο γρήγορη

Αρχιτεκτονική δικτύου μεταγωγής με ετικέτα Βασικές Αρχές MPLS (3) Οι δρομολογητές του δικτύου πυρήνα αναβαθμίζονται και γίνονται Δρομολογητές-Μεταγωγείς (Label-Switched Routers, LSRs). Δρομολογητής Ακμής Δρομολογητής - Μεταγωγέας με Ετικέτα Αρχιτεκτονική δικτύου μεταγωγής με ετικέτα

Βασική Λειτουργία MPLS Μεταγωγή ετικέτας για προώθηση πακέτων Ετικέτα (καθορισμένου μεγέθους) εισάγεται στο πακέτο όταν εισέρχεται σε δίκτυο MPLS Σε κάθε LSR το πακέτο προωθείται με βάση την τιμή της ετικέτας Το πακέτο αποστέλλεται με νέα τιμή στην ετικέτα Label Information Base (LIB) Αντιστοιχίζει τις ετικέτες εισόδου-εξόδου στον LSR Label Switched Path (LSP) Σταθερό μονοπάτι για δεδομένα που ορίζεται από την μεταβολή στις τιμές της ετικέτας Το μονοπάτι καθορίζεται από την αρχική τιμή της ετικέτας Forwarding Equivalence Class (FEC) Το πλήθος των πακέτων που προωθούνται με τον ίδιο τρόπο Μία ή περισσότερες FECs μπορεί αντιστοιχηθούν σε ένα LSP.

Παράδειγμα Λειτουργίας Δικτύου MPLS 1 1 2

Παράδειγμα Λειτουργίας Δικτύου MPLS Δυο ροές δεδομένων από το τερματικό X, μια προς τον Y, και μια προς τον Z που αποτελούν τα δυο LSPs. Ο LSR A είναι το σημείο εισόδου στο δίκτυο MPLS για τα δεδομένα από το τερματικό X. Όταν αυτός λάβει πακέτα από τον X, ο LSR A προσδιορίζει την FEC για κάθε πακέτο, συμπεραίνει ποιο LSP να χρησιμοποιήσει και προσθέτει μια ετικέτα στο πακέτο. Ο LSR A τότε προωθεί το πακέτο στο κατάλληλο σημείο προσαρμογής (interface) για το LSP. O LSR B είναι ένας ενδιάμεσος LSR. Αυτός παίρνει κάθε πακέτο με ετικέτα που λαμβάνει και χρησιμοποιεί το ζευγάρι {εισερχόμενο σημείο προσαρμογής, τιμή ετικέτας} για να αποφασίσει για το ζευγάρι {εξερχόμενο σημείο προσαρμογής, τιμή ετικέτας} με το οποίο θα προωθήσει το πακέτο. Οι LSR C και LSR D λειτουργούν σαν δρομολογητές εξόδου από το δίκτυο MPLS. Εκτελούν το ίδιο ψάξιμο όπως οι ενδιάμεσοι LSRs, αλλά το ζευγάρι {εξερχόμενο σημείο προσαρμογής, τιμή ετικέτας} μαρκάρει το πακέτο σαν να εξέρχεται από το LSP. Αφαιρούν τις ετικέτες από τα πακέτα και τα προωθούν χρησιμοποιώντας δρομολόγηση επιπέδου 3.

Κατανομή Ετικέτας (Label Distribution) Πίνακες LIB σε κάθε LSR γεμίζουν με αντιστοιχίσεις {εισερχόμενο σημείο προσαρμογής, τιμή ετικέτας} προς {εξερχόμενο σημείο προσαρμογής, τιμή ετικέτας} Δύο τεχνικές: downstream unsolicited LDP downstream on-demand CR-LDP, RSVP-TE Είναι πιθανό και τα δυο να γίνουν ταυτόχρονα και το LSP να συναντηθεί στη μέση του δικτύου Σε όλες τις περιπτώσεις, οι ετικέτες κατανέμονται αντίθετα από τη διεύθυνση της ροής δεδομένων Παράδειγμα: Ο LSR D ειδοποιεί τον LSR B ότι ο LSR B πρέπει να χρησιμοποιήσει την ετικέτα 47 για όλα τα πακέτα για τον Host Z. Ο LSR B διαθέτει μια καινούργια ετικέτα (21), εισάγει την αντιστοίχιση στον πίνακα προώθησης που έχει και ειδοποιεί τον LSR A πως πρέπει να χρησιμοποιήσει την ετικέτα 21 για όλα τα πακέτα για τον Host Z.

Συγκεκριμένες Διαδρομές (Explicit Routes) Συγκεκριμένη ακολουθία βημάτων από είσοδο προς έξοδο δικτύου Αυστηρός έλεγχος Κάθε διαδρομή που εγκαθίσταται στο δίκτυο γίνεται με χρήση σηματοδοσίας Διαδρομή: Αυστηρή / Χαλαρή Σκοποί: Κατανομή κίνησης σε δίκτυο με πολύ κίνηση Δρομολόγηση σε περίπτωση βλάβης (ή για υποστήριξη ενάντια σε βλάβες)

Το Πρωτόκολλο Κατανομής Eτικετών (Label Distribution Protocol, LDP) Καθορίζει σύνολο από διεργασίες και μηνύματα με τα οποία οι LSRs εγκαθιδρύουν LSPs Δύο LSR που χρησιμοποιούν LDP για να ανταλλάξουν πληροφορίες για συνδεδεμένες ετικέττες ονομάζονται ομότιμα και η σύνδεση μεταξύ τους ονομάζεται συνεδρία Για την εγκαθίδρυση συνεδριών χρησιμοποιείται το πρωτόκολλο TCP, το οποίο εγγυάται την αξιόπιστη μεταφορά των μηνυμάτων κάθε συνεδρίας Μηχανισμός εύρεσης ομότιμων LSRs Δύο μέθοδοι κατανομής ετικετών Downstream Unsolicited Downstream On demand Παράδειγμα ...

Δρομολόγηση με περιορισμούς Για καλύτερη και πιο αποδοτική εκμετάλλευση των πόρων ενός δικτύου είναι επιθυμητό ένα πακέτο να περάσει από μια συγκεκριμένη διαδρομή LSP σύμφωνα με κάποια κριτήρια-περιορισμούς. Για να επιτευχθεί αυτό έχουν προταθεί δύο πρωτόκολλα: Constraint Routed LDP, CR-LDP Πρωτόκολλο Κατανομής ετικέτας με περιορισμούς RSVP με επεκτάσεις, RSVP-TE Πρωτόκολλο Δέσμευσης Πόρων με επεκτάσεις

CR-LDP Χρησιμοποιεί μηνύματα απλού LDP Εισάγει και επιπλέον δεδομένα για να καθορίζει υποχρεωτικά μονοπάτια ή άλλους περιορισμούς. Χρησιμοποιεί συνεδρίες TCP μεταξύ ομότιμων LSRs και στέλνει μηνύματα για κατανομή ετικέτας κατά την διάρκεια των συνόδων Τα επιπλέον μηνύματα που εισάγει το CR-LDP είναι LSPID: επιτρέπει τον χαρακτηρισμό μιας μοναδικής κλειστής διαδρομής (τούνελ-tunnel) ER: καθορίζει ακριβώς τον κάθε κόμβο μιας διαδρομής (στην ουσία είναι ένας αριθμός από διευθύνσεις IP που πρέπει να ακολουθήσει το πακέτο) Resource Class (ή Color): περιορίζει το μονοπάτι σε κόμβους με συγκεκριμένο επίπεδο ποιότητας υπηρεσίας παράμετροι κίνησης που καθορίζουν την μεταχείριση του πακέτου και την κράτηση πόρων στο δίκτυο Peak Rate, Committed rate, Excess Burst size, Variable Delay

Χρήση CR-LDP για εγκατάσταση LSP LSP από τον LSR A στον LSR C Οι παράμετροι κίνησης απαιτούν το LSP να περάσει μέσω του LSR B. O LSR A στέλνει LABEL_REQUEST με μια συγκεκριμένη διαδρομή (B, C). Ο LSR A δεσμεύει τους πόρους που χρειάζεται για το καινούργιο LSP, και μετά προωθεί το μήνυμα στον LSR B μέσω της συνόδου TCP. O LSR B δεσμεύει τους πόρους, τροποποιεί το LABEL_REQUEST και το προωθεί στον LSR C. Ο LSR C διαπιστώνει ότι είναι ο κόμβος εξόδου για το νέο LSP. Εκτελεί οποιαδήποτε τελική διαπραγμάτευση για τους πόρους και δεσμεύει μια ετικέτα για το νέο LSP Η ετικέτα προωθείται στον LSP B μέσω του LABEL_MAPPING που περιέχει τις τελικές παραμέτρους κίνησης Ο LSR B το αντιστοιχεί στην αρχική αίτηση, οριστικοποιεί την δέσμευση, δεσμεύοντας μια νέα τιμή ετικέτας για το LSP, ενημερώνει την LIB του και στέλνει την τιμή της ετικέτας στον LSR Α μέσω ενός LABEL_MAPPING Η επεξεργασία στον LSR A είναι παρόμοια, αλλά ο LSR A δεν δεσμεύει ετικέττα ούτε προωθεί το μήνυμα σε έναν επόμενο LSR επειδή αυτός είναι ο LSR εισόδου για το νέο LSP

RSVP-TE Παράδειγμα: εγκατάσταση LSP από τον LSR A στον LSR C Απλό RSVP : για δέσμευση πόρων. Δύο βασικά μηνύματα: PATH και RESV Λειτουργικά αντίστοιχο με LDP Το μήνυμα PATH επεκτείνεται με παραμέτρους: LABEL_REQUEST & EXPLICIT_ROUTE Το μήνυμα RESV επεκτείνεται με παράμετρο: LABEL_MAPPING Παράδειγμα: εγκατάσταση LSP από τον LSR A στον LSR C Διαφορά με CR-LDP: η κράτηση πόρων γίνεται με το μήνυμα RESV

Διαφορές CR-LDP και RSVP-TE   CR-LDP RSVP Επίπεδο μεταφοράς TCP IP Ασφάλεια Ναι Υποστήριξη πολλαπλών προορισμών Όχι Συγχώνευση LSP Κατάσταση LSP Σκληρή Απαλή Ανανέωση LSP (Refresh) Δεν χρειάζεται Περιοδική, βήμα-βήμα Διαθεσιμότητα Επαναδρομολόγηση Συγκεκριμένη δρομολόγηση Αυστηρή και χαλαρή Pinning της διαδρομής Ναι, μετά από καταγραφή της διαδρομής Προ-εγκατάσταση LSP Ναι, βάση προτεραιοτήτων Προστασία LSP Έλεγχος Κίνησης Forward Path Reverse Path Αστυνόμευση Έμμεση Ρητή Layer 3 Protocol Indicated Περιορισμός Resource Class

Επαναδρομολόγηση & Προστασία Επαναδρομολόγηση LSP Εξασφάλιση μιας καινούργιας διαδρομής για ένα LSP μετά από γνωστοποίηση βλάβης ή αλλαγής στην τοπολογία του δικτύου. Μια αυστηρή συγκεκριμένη διαδρομή (explicit route) μπορεί να επαναδρομολογηθεί μόνο από τον LSR εισόδου. βλάβη σε κάποιο σημείο ενός LSP πρέπει να αναφερθεί σε αυτόν θα καταστρέψει ολόκληρο το LSP Η επαναδρομολόγηση υποστηρίζεται από το CR-LDP και από το RSVP με μικρές διαφορές Με RSVP: ανανέωση (refresh) του Path για ένα LSP. Παλιά διαδρομή τερματίζει με time-out (μειονέκτημα: σπαταλούνται πόροι από την παλιά διαδρομή) Με CR-LDP & RSVP: μέθοδος Make–before–break: η παλιά διαδρομή χρησιμοποιείται κατά την εγκατάσταση της νέας διαδρομής. Μετά ο LSR χρησιμοποιεί τη νέα διαδρομή και καταστρέφει την παλιά (πλεονέκτημα: αποφεύγεται διπλή κράτηση πόρων) Προστασία LSP Προγραμματισμός εναλλακτικών διαδρομών από την αρχή με αυτόματη μεταγωγή εάν η αρχική διαδρομή καταστραφεί Μεταγωγή στην νέα διαδρομή στον ελάχιστο χρόνο

Ανακεφαλαίωση Πλεονεκτημάτων MPLS Αλλάζει το μοντέλο δρομολόγησης στο IP από connectionless σε connection-oriented Βελτιώνει την απόδοση προώθησης πακέτων στο δίκτυο Χρησιμοποιεί τεχνικές μεταγωγής επιπέδου 2 Είναι απλό και εύκολα υλοποιήσιμο Είναι πιο γρήγορο Υποστηρίζει ποιότητα υπηρεσίας Χρησιμοποιεί τεχνικές εγκατάστασης LSP με βάση την ποιότητα υπηρεσίας Είναι κλιμακώσιμο (scalable) Συμβάλλει στη διαλειτουργικότητα δικτύων Αποτελεί γέφυρα μεταξύ IP και ATM Διευκολύνει την συνεργασία IP-over-SONET για την κατασκευή δικτύων οπτικής μεταγωγής Διευκολύνει τη δημιουργία VPNs

Ανακεφαλαίωση Περιγραφής Λειτουργίας Ένας LSR Απόληξης κάνει τις παρακάτω λειτουργίες: Αναγνωρίζει την κλάση ισοδύναμης προώθησης βάσει της διεύθυνσης προορισμού και ίσως και την ποιότητα υπηρεσίας (η ποιότητα υπηρεσίας μπορεί να αναγνωρισθεί κοιτάζοντας την οκτάδα TOS της επικεφαλίδας του πακέτου IP) Βρίσκει την κατάλληλη ετικέτα από το πίνακα δρομολόγησης ετικέτας Τοποθετεί την ετικέττα στο πακέτο και το προωθεί στον επόμενο κόμβο Ένας ενδιάμεσος LSR κάνει τις εξής λειτουργίες: Χρησιμοποιεί την ετικέτα (εισόδου) ως δείκτη στον πίνακα δρομολόγησης ετικέτας για να βρει τη θύρα εξόδου και τη ετικέτα εξόδου. Ανταλλάσσει την ετικέτα εισόδου με την ετικέτα εξόδου Προωθεί το πακέτο στον επόμενο κόμβο