MPLS ΠΑΔ 1. 2-2 MPLS περίληψη  Αυτή η παρουσίαση εξηγεί τα χαρακτηριστικά του Multi-protocol Label Switching (MPLS) σε σύγκριση με το παραδοσιακό ATM.

MPLS ΠΑΔ 1

2-2 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 2-3 Παραδοσιακό IP routing  Κύρια μειονεκτήματα αυτής της στρατηγικής  Τα Routing protocols χρησιμοποιούνται από όλες τις συσκευές για τη διανομή της πληροφορίας δρομολόγησης  Ανεξάρτητα από το routing protocol, οι routers πάντα προωθούν πακέτα με βάση τη διεύθυνση του προορισμού και μόνο.  Τα Routing lookups πραγματοποιούνται σε κάθε router. Κάθε router στο δίκτυο παίρνει ανεξάρτητη απόφαση κατά την προώθηση πακέτων.  Το MPLS συνδράμει στη μείωση του αριθμού των routing lookups, αλλάζει τα forwarding κριτήρια και δεν απαιτεί τη λειτουργία ενός συγκεκριμένου routing protocol σε όλες τις συσκευές.

ΠΑΔ 2-4 Λίγα λόγια για IP routing  Οι επόμενες διαφάνειες έχουν σαν στόχο να σας εντάξουν ομαλά στο IP routing και τη φιλοσοφία του ώστε να κατανοήσουμε τι αλλάζει στο MPLS.  Θα συζητήσουμε  IP format  Routing τεχνικές  OSPF  Προγραμματισμός του σε Cisco συσκευές

Δύο σημαντικές λειτουργίες του 3 ου ε π ι π έδου  Προώθηση : Μετακίνηση των π ακέτων α π ό την είσοδο του router στην κατάλληλη έξοδο  Δρομολόγηση : Ο καθορισμός της διαδρομής π ου θα ακολουθήσουν τα π ακέτα α π ό την π ηγή στον π ροορισμό  Αλγόριθμοι δρομολόγησης Αναλογία:  δρομολόγηση: διαδικασία σχεδιασμού του ταξιδιού από την πηγή στον προορισμό  προώθηση: διαδικασία να βγεις από συγκεκριμένη έξοδο στην εθνική οδό ΠΑΔ 5

1 2 3 0111 value in arriving packet’s header routing algorithm local forwarding table header value output link 0100 0101 0111 1001 32213221 Αλληλεπίδραση μεταξύ routing, forwarding Ο αλγόριθμος δρομολόγησης καθορίζει το end-end-path Ο πίνακας προώθησης καθορίζει την τοπική προώθηση σε αυτό το router ΠΑΔ 6

Μοντέλα υ π ηρεσιών του ε π ι π έδου δικτύου Network Architecture Internet ATM Service Model best effort CBR VBR ABR UBR Bandwidth none constant rate guaranteed rate guaranteed minimum none Loss no yes no Order no yes Timing no yes no Congestion feedback no (inferred via loss) no congestion no congestion yes no Guarantees ? ΠΑΔ 7

Συνδεσμικές - ασυνδεσμικές υ π ηρεσίες  To datagram δίκτυο π αρέχει connectionless υ π ηρεσίες  Το virtual-circuit δίκτυο π αρέχει connection υ π ηρεσίες στο ε π ί π εδο του δικτύου  Σε αναλογία με τις TCP/UDP connection-oriented / connectionless υ π ηρεσίες δικτύου μεταφοράς, αλλά :  υ π ηρεσία : α π ό host σε host  Καμία ε π ιλογή : Το δίκτυο π αρέχει τη μία ή την άλλη  Υλο π οίηση : Στην καρδιά του δικτύου ΠΑΔ 8

Virtual circuits – Εικονικά κυκλώματα  call setup, λαμβάνει χώρα π ριν τη ροή των δεδομένων  Κάθε π ακέτο μεταφέρει ένα VC identifier ( όχι διευθύνσεις )  Κάθε router στο μονο π άτι διατηρεί την “ κατάσταση ” για κάθε σύνδεση  Οι π όροι της ζεύξης και του router ( εύρος ζώνης, buffers) θα διατεθούν στο VC ( αφιερωμένοι π όροι = π ροβλέψιμη υ π ηρεσία ) “Το μονοπάτι από την πηγή στον προορισμό συμπεριφέρεται σαν ένα κύκλωμα τηλεφωνικό”  Είναι προσανατολισμένο στις επιδόσεις (performance wise) ΠΑΔ 9

Υλο π οίηση VC Ένα VC α π οτελείται α π ό : 1. Το μονο π άτι α π ό την π ηγή στον π ροορισμό 2. Τους αριθμούς VC, ένας αριθμός για κάθε σύνδεση στο μονο π άτι 3. Τιμές στους π ίνακες π ροώθησης στους δρομολογητές κατά μήκος του μονο π ατιού  Το π ακέτο π ου ανήκει στο VC μεταφέρει το VC αριθμό ( αντί της διεύθυνσης π ροορισμού )  Ο VC αριθμός μ π ορεί να αλλάξει σε κάθε link.  O νέος VC αριθμός π ροκύ π τει στον π ίνακα π ροώθησης ΠΑΔ 10

VC Πίνακας π ροώθησης 12 22 32 1 2 3 VC number interface number Incoming interface Incoming VC # Outgoing interface Outgoing VC # 1 12 3 22 2 63 1 18 3 7 2 17 1 97 3 87 … … forwarding table in northwest router: VC routers διατηρούν την πληροφορία της κατάστασης της δέσμης ΠΑΔ 11

application transport network data link physical Εικονικά κυκλώματα : π ρωτόκολλα  ATM, frame-relay, X.25  Δεν χρησιμο π οιείται στο σημερινό Internet 1. initiate call 2. incoming call 3. accept call 4. call connected 5. data flow begins 6. receive data application transport network data link physical ΠΑΔ 12

Datagram δίκτυα  Καμία εγκατάσταση κλήσης  routers: καμία γνώση για τις end-to-end συνδέσεις  Καμία έννοια “connection” στο ε π ί π εδο του δικτύου  Τα π ακέτα π ροωθούνται με βάση τη διεύθυνση του π ροορισμού 1. send datagrams application transport network data link physical application transport network data link physical 2. receive datagrams ΠΑΔ 13

1 2 3 Datagram π ίνακας π ροώθησης IP destination address στην επικεφαλίδα του αφικνούμενου πακέτου routing algorithm local forwarding table dest address output link address-range 1 address-range 2 address-range 3 address-range 4 32213221 4 δις IP addresses, κατηγοριοποίηση με βάση εύρος διευθύνσεων και όχι μοναδικές διευθύνσεις (aggregation) ΠΑΔ 14

Ταίριασμα μεγαλύτερου π ροθέματος Εύρος διευθύνσεων προορισμού 11001000 00010111 00010*** ********* 11001000 00010111 00011000 ********* 11001000 00010111 00011*** ********* otherwise DA: 11001000 00010111 00011000 10101010 examples: DA: 11001000 00010111 00010110 10100001 Σε π οια διε π αφή ? Όταν αναζητείται η εγγραφή του πίνακα προώθησης για δεδομένη διεύθυνση προορισμού να χρησιμοποιείται το μεγαλύτερο πρόθεμα που ταιριάζει σε αυτή. Ταίριασμα π ροθέματος Link interface 0 1 2 3 ΠΑΔ 15

Datagram ή VC δίκτυο ? Internet (datagram)  Μεταφορά δεδομενων μεταξύ Η / Υ  “ ελαστική ” υ π ηρεσία, όχι αυστηρές α π αιτήσεις χρόνου.  Πολλα π λοί τύ π οι συνδέσεων  Διαφορετικά χαρακτηριστικά  Δύσκολη η ομοιόμορφηυ π ηρεσία  “ έξυ π να ” τερματικά συστήματα (computers)  Μ π ρούν να π ροσαρμοστούν, να ελέγξουν λάθη, κ. ο. κ.  Α π λό δίκτυο, η π ολυ π λοκότητα στα άκρα ATM (VC)  Εξέλιξη της τηλεφωνίας  Ομιλία:  Αυστηρές απαιτήσεις χρόνου  αναγκαία η ποιότητα της υπηρεσίας  “χαζά” τερματικά συστήματα  τηλέφωνα  Η πολυπλοκότητα στο δίκτυο ΠΑΔ 16

To ε π ί π εδο δικτύου στο Internet forwarding table Λειτουργίες του host, router στο ε π ί π εδο δικτύου : routing protocols Επιλογή μονοπατιού RIP, OSPF, BGP IP protocol συμβάσεις στη διευθυνσιοδότηση Μορφή των datagrams συμβάσεις στο χειρισμό των πακέτων ICMP protocol Αναφορά λαθών “Σηματοδοσία” στο router transport layer: TCP, UDP link layer physical layer network layer ΠΑΔ 17

ver length 32 bits data (variable length, typically a TCP or UDP segment) 16-bit identifier header checksum time to live 32 bit source IP address head. len type of service flgs fragment offset upper layer 32 bit destination IP address options (if any) Μορφή του IP datagram Αριθμός έκδοσης Μήκος header (bytes) Πρωτόκολλο πάνω επιπέδου Συνολικό μήκος datagram (bytes) Τύπος δεδομένων Για fragmentation/ reassembly Μέγιστος αριθμός εναπομεινάντων hops (μειώνεται σε κάθε router) e.g. timestamp, record route taken, specify list of routers to visit. Πόσο overhead?  20 bytes για TCP  20 bytes για IP  = 40 bytes + app layer overhead ΠΑΔ 18

IP addressing: Εισαγωγή  IP address: 32-bit για την ταυτο π οίηση host, router  interface: Σύνδεση μεταξύ host/router και της φυσικής ζεύξης  Οι routers έχουν π ολλα π λά interfaces  Οι host έχουν μία ενεργή interface (e.g., wired Ethernet, wireless 802.11) 223.1.1.1 223.1.1.2 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.9 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27 223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001 223 111 ΠΑΔ 19

Υ π οδίκτυα  IP address:  subnet part: Τα π ρώτα bits της IP  host part – Τα τελευταία bits της IP  Τι είναι το υ π οδίκτυο ?  interfaces με την ίδια subnet part της IP address  Μ π ορούν να ε π ικοινωνήσουν χωρίς την π αρέμβαση του router Το δίκτυο αποτελείται από 3 υποδίκτυα 223.1.1.1 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.9 223.1.3.2 223.1.3.1 subnet 223.1.1.2 223.1.3.27 223.1.2.2 223.1.2.1 ΠΑΔ 20

IP addressing: CIDR CIDR: Classless InterDomain Routing  Το μέρος της διεύθυνσης π ου υ π οδεικνύει το subnet είναι αυθαίρετου μήκους  Μορφή διεύθυνσης : a.b.c.d/x, ό π ου x είναι ο # bits στο subnet τμημα της διεύθυνσης 11001000 00010111 00010000 00000000 subnet part host part 200.23.16.0/23 ΠΑΔ 21

Ιεραρχικό addressing: route aggregation “Send me anything with addresses beginning 200.23.16.0/20” 200.23.16.0/23200.23.18.0/23200.23.30.0/23 Fly-By-Night-ISP Organization 0 Organization 7 Internet Organization 1 ISPs-R-Us “Send me anything with addresses beginning 199.31.0.0/16” 200.23.20.0/23 Organization 2...... H ιεραρχική διευθυνσιοδότηση επιτρέπει την αποδοτική διαφήμιση της πληροφορίας δρομολόγησης: ΠΑΔ 22

IPv6: Λόγοι υιοθέτησης  Κύριος λόγος : Το 32-bit διάστημα διευθύνσεων θα εξαντληθεί σύντομα.  Ε π ι π λέον λόγοι :  Η μορφή του header ε π ιτρέ π ει την ε π ιτάχυνση των processing/forwarding  Η αλλαγή του header διευκολύνει το QoS Μορφή του IPv6 datagram:  Σταθερού μήκους 40 byte header  Δεν ε π ιτρέ π εται fragmentation ΠΑΔ 23

Μορφή του IPv6 datagram priority: Καθορισμός προτεραιότητας μεταξύ των datagrams μίας ροής flow Label: Καθορισμός των datagrams που ανήκουν στην ίδια ροή (Η αρχή του “flow” δεν είναι καλώς ορισμένη). next header: Καθορισμός του πρωτοκόλλου ανώτερου επιπέδου για δεδομένα. data destination address (128 bits) source address (128 bits) payload len next hdr hop limit flow label pri ver 32 bits ΠΑΔ 24

Διαφορές με το IPv4  checksum: Εγκαταλεί π εται ώστε να μειωθεί η ε π εξεργασία σε κάθε κόμβο  options: Ε π ιτρέ π εται αλλά εκτός του header, με τη χρήση του “Next Header” π εδίου  ICMPv6: Νέα έκδοση του ICMP  Ε π ι π ρόσθετοι τύ π οι μηνυμάτων, e.g. “Packet Too Big”  Λειτουργίες για multicast group ΠΑΔ 25

Μετάβαση α π ό το IPv4 στο IPv6  Δεν είναι δυνατό να αναβαθμιστούν όλοι οι routers αυτόματα  Δεν έχουν καθοριστεί “flag days”  Πως θα λειτουργήσει το δίκτυο με μίξη α π ό IPv4 και IPv6 routers?  tunneling: Το IPv6 datagram μεταφέρεται σαν payload in IPv4 datagram μεταξύ των IPv4 routers IPv4 source, dest addr IPv4 header fields IPv4 datagram IPv6 datagram IPv4 payload UDP/TCP payload IPv6 source dest addr IPv6 header fields ΠΑΔ 26

Tunneling Φυσική άποψη: IPv4 A B IPv6 E F C D Λογική λειτουργία: IPv4 σήραγγα Που συνδέει IPv6 routers E IPv6 F A B ΠΑΔ 27

flow: X src: A dest: F data A-to-B: IPv6 Flow: X Src: A Dest: F data src:B dest: E B-to-C: IPv6 inside IPv4 E-to-F: IPv6 flow: X src: A dest: F data B-to-C: IPv6 inside IPv4 Flow: X Src: A Dest: F data src:B dest: E physical view: A B IPv6 E F C D logical view: IPv4 σήραγγα Που συνδέει IPv6 routers E IPv6 F A B Tunneling IPv4 ΠΑΔ 28

Network Layer 4-29 Κατηγοριο π οίηση αλγορίθμων Q: οικουμενική (global) η αποκεντρωμένη (decentralized) πληροφορία? global:  Όλοι οι δρομολογητές έχουν πληροφορία για το Link cost για όλη την τοπολογία  “link state” αλγόριθμοι decentralized:  O δρομολογητής γνωρίζει μόνο τα link costs των φυσικών του γειτόνων  “distance vector” αλγόριθμοι Q: static or dynamic? static:  routes change slowly over time dynamic:  routes change more quickly  periodic update  in response to link cost changes

Network Layer 4-30  collect routers into regions, “autonomous systems” (AS)  Each AS within an ISP  ISP may consist of one or more ASes  routers in same AS run same routing protocol  “intra-AS” routing protocol  routers in different AS can run different intra- AS routing protocol gateway router:  at “edge” of its own AS  has link to router in another AS Hierarchical Routing

Network Layer 4-31 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b Intra-AS Routing algorithm Inter-AS Routing algorithm Forwarding table 3c Interconnected ASes  forwarding table configured by both intra- and inter-AS routing algorithm  intra-AS sets entries for internal dests  inter-AS & intra-AS sets entries for external dests

Network Layer 4-32 Intra-AS Routing  also known as interior gateway protocols (IGP)  most common intra-AS routing protocols:  RIP: Routing Information Protocol  OSPF: Open Shortest Path First  IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (Cisco proprietary)

Network Layer 4-33 OSPF (Open Shortest Path First)  “open”: publicly available  uses link state algorithm  LS packet dissemination  topology map at each node  route computation using Dijkstra’s algorithm  OSPF advertisement carries one entry per neighbor  advertisements flooded to entire AS  carried in OSPF messages directly over IP (rather than TCP or UDP)  IS-IS routing protocol: nearly identical to OSPF

Network Layer 4-34 OSPF “advanced” features (not in RIP)  security: all OSPF messages authenticated (to prevent malicious intrusion)  multiple same-cost paths allowed (only one path in RIP)  for each link, multiple cost metrics for different TOS (e.g., satellite link cost set “low” for best effort ToS; high for real time ToS)  integrated uni- and multicast support:  Multicast OSPF (MOSPF) uses same topology data base as OSPF  hierarchical OSPF in large domains.

Network Layer 4-35 Hierarchical OSPF boundary router backbone router area 1 area 2 area 3 backbone area border routers internal routers

Network Layer 4-36  two-level hierarchy: local area, backbone.  link-state advertisements only in area  each nodes has detailed area topology; only know direction (shortest path) to nets in other areas.  area border routers: “summarize” distances to nets in own area, advertise to other Area Border routers.  backbone routers: run OSPF routing limited to backbone.  boundary routers: connect to other AS’s. Hierarchical OSPF

Network Layer 4-37 Internet inter-AS routing: BGP  BGP (Border Gateway Protocol): the de facto inter-domain routing protocol  “glue that holds the Internet together”  BGP provides each AS a means to:  obtain subnet reachability information from neighboring AS’s: eBGP  propagate reachability information to all AS-internal routers: iBGP  determine “good” routes to other networks based on reachability information and policy.  allows subnet to advertise its existence to rest of Internet: “I am here”

Network Layer 4-38 BGP basics  when AS3 advertises a prefix to AS1:  AS3 promises it will forward datagrams towards that prefix  AS3 can aggregate prefixes in its advertisement AS3 AS2 3b 3c 3a AS1 1c 1a 1d 1b 2a 2c 2b other networks other networks  BGP session: two BGP routers (“peers”) exchange BGP messages:  advertising paths to different destination network prefixes (“path vector” protocol)  exchanged over semi-permanent TCP connections BGP message

Network Layer 4-39 BGP basics: distributing path information AS3 AS2 3b 3a AS1 1c 1a 1d 1b 2a 2c 2b other networks other networks  using eBGP session between 3a and 1c, AS3 sends prefix reachability info to AS1.  1c can then use iBGP do distribute new prefix info to all routers in AS1  1b can then re-advertise new reachability info to AS2 over 1b-to- 2a eBGP session  when router learns of new prefix, it creates entry for prefix in its forwarding table. eBGP session iBGP session

Network Layer 4-40 Path attributes and BGP routes  advertised prefix includes BGP attributes  prefix + attributes = “route”  two important attributes:  AS-PATH: contains ASs through which prefix advertisement has passed: e.g., AS 67, AS 17  NEXT-HOP: the IP address of the router interface that begins the AS PATH.  gateway router receiving route advertisement uses import policy to accept/decline  e.g., never route through AS x  policy-based routing

Network Layer 4-41 BGP route selection  router may learn about more than one route to destination AS, selects route based on: 1.local preference value attribute: policy decision 2.shortest AS-PATH 3.closest NEXT-HOP router: hot potato routing 4.additional criteria

Network Layer 4-42 BGP messages  BGP messages exchanged between peers over TCP connection  BGP messages:  OPEN: opens TCP connection to peer and authenticates sender  UPDATE: advertises new path (or withdraws old)  KEEPALIVE: keeps connection alive in absence of UPDATES; also ACKs OPEN request  NOTIFICATION: reports errors in previous msg; also used to close connection

ΠΑΔ 2-43 OSPF ρυθμίσεις

ΠΑΔ 2-52 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 2-53 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 2-54 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 2-55 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 2-56 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 2-57 Αρχιτεκτονική του MPLS  Το MPLS έχει δύο βασικά συστατικά :  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 2-58 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 2-59 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 2-60 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 2-61 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 2-62 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 2-63 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 2-64 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 2-65 MPLS παράδειγμα.  Όταν ένας LSR ταυτοποιεί τη νέα FEC με πρόθεμα, 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 2-66 MPLS παράδειγμα.  Η κατάσταση των εγγραφών

ΠΑΔ 2-67 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 2-68 MPLS παράδειγμα – τελική εικόνα.

ΠΑΔ 2-69 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 2-70 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 2-71 MPLS Παράδειγμα με label stack.

ΠΑΔ 2-72 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 2-73 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 2-74 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 2-75 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 2-76 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 2-77 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 2-78 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 2-79 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 2-80 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 2-81 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 2-82 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 2-83 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 2-84 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 Top label δείχνει τον egress router (μέσω LDP ή TDP)  Το δεύτερο label δείχνει το outgoing interface στον egress router ή ένα routing table όπου πραγματοποιείται το routing lookup  Το FEC είναι ίσο με τον VPN site descriptor ή το VPN routing table

ΠΑΔ 2-85 Συνολική εικόνα εφαρμογών.

ΠΑΔ 2-86 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 2-87 Case study 1 - TE.  Λύση: traffic engineering

ΠΑΔ 2-88 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 2-89 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 2-90 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 2-91 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 2-92 Υλοποίηση του MPLS  Παράδειγμα του show mpls forwarding−table και του show mpls ip bindings :

MPLS ΠΑΔ 1. 2-2 MPLS περίληψη  Αυτή η παρουσίαση εξηγεί τα χαρακτηριστικά του Multi-protocol Label Switching (MPLS) σε σύγκριση με το παραδοσιακό ATM.

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Σχετικά με το έργο

Σχόλια

Είσοδος

Σύνδεση μέσω των κοινωνικών δικτύων:

MPLS ΠΑΔ 1. 2-2 MPLS περίληψη  Αυτή η παρουσίαση εξηγεί τα χαρακτηριστικά του Multi-protocol Label Switching (MPLS) σε σύγκριση με το παραδοσιακό ATM.

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Σχετικά με το έργο

Σχόλια