Systemy i sieci telekomunikacyjne: MPLS
Transcript of Systemy i sieci telekomunikacyjne: MPLS
Systemy i sieci telekomunikacyjne:telekomunikacyjne:MPLSWprowadzenie do MPLS
Krzysztof Wajda
Katedra Telekomunikacji AGHstyczeń, 2020
Plan wykładu
• Ewolucja od IP do MPLS • Klasyfikacja ruchu• Etykiety• Elementy funkcjonalne MPLS: LSR, E-LSR• Działanie LSR
2
• Działanie LSR• Dystrybucja etykiet
Motywacja wprowadzenia MPLS
• Krytyka skomplikowania techniki ATM • Przyspieszenie procesów realizowanych w
węzłach • Domyślna i prosta inżynieria ruchu• Fundamentalne wsparcie dla współpracy
3
• Fundamentalne wsparcie dla współpracy IP/ATM
• MPLS jako pomysł o zamierzonej łatwości działania porównywalnej z IP oraz szybkości działania ATM
Poprzednicy MPLS
• Cell Switching Router (Toshiba)
• IP Switching (Ipsilon)
• Tag Switching (Cisco)
4
• Tag Switching (Cisco)
• ARIS (IBM)
Poprzednicy MPLS – Ipsilon Networks
• IP Switching (Ipsilon)
• Firma specjalizowała się w IP switching
• IP Switch ATM 1600 wprowadzony w 1996
5
• IP Switch ATM 1600 wprowadzony w 1996 (cena 46 000 $): ATM hardware połączony z rutingiem IP
• Brak rynkowego sukcesu spowodował zakup firmy przez Nokię (1997 za 120 mln $)
IP, ATM, MPLS (1)
• IP = trasowanie + przełączanie/”forwarding”
• ATM = przełączanie na podstawie przygotowanej dwuwarstwowej struktury VP/VC + zaawansowane metody wsparcia
6
VP/VC + zaawansowane metody wsparcia QoS
• MPLS = przełączanie oparte na elastycznych zasadach prowadzących do zdefiniowania trasy dla zaklasyfikowanego strumienia ruchu
• IP = packet-based routing• ATM = cell-based circuit-switching• MPLS = frame-based circuit switching
based on labels
IP, ATM, MPLS (2)
7
StandardizationStandardization
MPLS - standardization
• Done by IETF• WG: Multiprotocol Label Switching• Area: Routing Area (rtg) • URL:
https://datatracker.ietf.org/wg/mpls/charter/
9
https://datatracker.ietf.org/wg/mpls/charter/
• Chairs: Loa Anderson (consultant), Nikolai Leiman (DT)
MPLS – RFC3468 (2003)
• The MPLS WG decision on MPLS signaling protocols
• WG: Multiprotocol Label Switching„consensus had been reached on:
• that the MPLS WG needs to focus its efforts on RSVP-TE (RFC 3209) as protocol for traffic engineering signalling.
10
(RFC 3209) as protocol for traffic engineering signalling. • that the Working Group will undertake no new work
related to CR-LDP. „Extending RSVP-TE to do in an MPLS environment what it
already was doing (handling QoS information and reserving resources) in an IP environment is comprehensible; you only have to add the label distribution capability.”
MPLS – RFC3031
Podstawowy dokument:E. Rosen, A. Viswanathan, R. Callon. Multiprotocol Label Switching Architecture. January 2001.
11
FundamentalsFundamentals
MPLS – motywacja
• Przenieść funkcjonalność i szybkość działania warstwy 2 (np. ATM, Ethernet) do warstwy 3 (IP):• Uprościć operacje w węźle• Zredukować wielkość bazy danych dla
13
• Zredukować wielkość bazy danych dla operacji trasowania.
MPLS – stos protokołów
warstwa „3”
14
warstwa „2,5”
warstwa „2”
MPLS – dystrybucja etykiet
• Systemy sygnalizacji: • CR-LDP,• RSVP-TE,
• inne (?) o funkcjonalności dystrybucji etykiet oraz zestawiania ścieżek,
15
etykiet oraz zestawiania ścieżek,
Pozycja MPLS w ewolucyjnym rozwoju nowoczesnych protokołów
Choć brak jest oficjalnego wsparcia dla CR-LDP ze strony IETF, prace wciąż trwają
MPLS
GMPLS
ATM
PNNI
16
CR-LDP RSVP-TE
GMPLS
CR-LDP RSVP-TE
ASON
CR-LDP RSVP-TE
Następstwo powołania obiektów w MPLS
FEC
Pakiet, strumień pakietów
17
FEC
LSP
Etykieta(y)
MPLS - węzły
• LSR – Label Switching Router, węzeł szkieletowy, dokonuje przełączania etykiet i kierowania pakietami
• E-LSR – Edge LSR, (używa się także określenia LER)
18
określenia LER)Klasyfikuje ruch (FEC), Przydziela etykietę, Inicjuje zestawianie ścieżki LSP
MPLS – ogólna budowa etykiet
• „shim label”
0 1 2 3 4 5 6 7 8 91
0
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6
1
7
1
8
1
9
2
0
2
1
2
2
2
3
2
4
2
5
2
6
2
7
2
8
2
9
3
0
3
1
Etykieta EXP S TTL
19
• „shim label” • podstawowy format używany dla
IP/MPLS/Ethernet,
Etykieta (label)
Obiekt, który jednoznacznie identyfikuje przepływ w interfejsie fizycznym lub logicznym
Etykiety mogą być specyficzne dla interfejsuEtykieta „5” w interfejsie X jest czymś innym niż etykieta
„5” w interfejsie Y
lub etykiety mogą być ogólne dla techniki
20
lub etykiety mogą być ogólne dla technikiEtykieta „5” pozostaje niezmienna bez względu na interfejs wewnątrz jednolitej domeny technologicznej
Wartość etykiety może ulegać zmianie przy każdym skoku
Etykieta - wartości
LABEL DESIGNATION
0 IPv4 Explicit Null
1 Router Alert
2 IPv6 Explicit Null
0-15 Reserved
21
2 IPv6 Explicit Null
3 Implicit Null
4-14 Reserved for Future Use
15 OAM
16 - 220-1 Production Use
Podstawa zestawiania ścieżek
Podstawowym pojęciem jest FEC (Forwarding Equivalence Class) –różnicowanie ruchu,na podstawie adresu IP,na podstawie reguł TE,
22
na podstawie reguł TE,na bazie definiowania ścieżki typu „explicit”,
konsekwencją ustalenia FEC jest przydzielenie etykiety.
LSP
• LSP – Label Switched Path• Nazywany często „tunelem”• Zawsze jednokierunkowe „unidirectional”• Klasyfikowane jako
Dedykowane p-p (point-to-point)
23
Dedykowane p-p (point-to-point) łączone (merging)
MPLS - forwarding
Pakiet przesyłany
na podstawie adresu IP
węzła docelowego
LER dodaje
etykietę do pakietu
Przekazywanie pakietu
na podstawie etykiety
Węzeł „egress”
usuwa etykietę
24
W trakcie przekazywania wzdłuż LSP, korzysta się wyłącznie z etykiety a nie adresu docelowego IP
LER: Label Edge Router
LSR: Label Switching Router
Zagnieżdżanie ścieżek LSP
• Mechanizm umożliwia wstawianie ścieżek LSP do
innych LSP Wprowadza skalowalność
• Zaimplementowane przez umożliwienie posiadania przez pakiet więcej niż jednej etykiety jako wyróżnika
25
jako wyróżnika Tworzy się stos etykiet
• LSR kieruje pakiet na podstawie etykiety ustawionej na szczycie stosu
• Można zagnieżdżać ścieżki do dowolnego poziomu
Zagnieżdżanie ścieżek - przykład
IP
Etykieta wprowadzona do pakietu
L2IP
L2IP L1
Przesłanie na podstawie etykiety
Zdjęcie etykiety zewnętrznej
Zdjęcie etykiety
Etykieta L1 wprowadzona do pakietu
Przesłanie na podstawie etykiety L1
26
IPL2IP
zewnętrznej etykiety wewnętrznej
Resilience
• Protekcja (protection), automatyczne i szybkie przywrócenie ciągłości transmisji, zwykle bez możliwości optymalizacji użycia zasobów
• Odtwarzanie (restoration),
27
• Odtwarzanie (restoration),długoterminowe i wysokopoziomowe działanie, prowadzące do optymalizacji uzycia zasobów transportowych
MPLS (Fast rerouting)
Splicing• Uprzednie (pre-
establishment) powołanie ścieżki alternatywnej
Stacking• LSP bypass
uszkodzonego łącza• Najkrótsze obejście• Może prowadzić do
28
alternatywnej • Może prowadzić do zogniskowanego natłoku
MPLS – forwarding + protekcja
A B
C
Z
Y
100
450
100
29
D
X
W MPLS Label
IP header
300100
Y
300
100
200
50
150
MPLS nad ATM„ships in the night”
ATM
MPLS
ATMSW
L
S
R
ATMSW
L
S
R
30
• Sygnalizacja (control plane) ATM iMPLS działa na tej samej platformie sprzeętowej ale są odseparowane
• Węzeł działa jednocześnie jako MPLS LSR i przełącznik ATM
• Zarządzanie zasobami– Podział przestrzeni VPI.VCI
(space partitioning)– TM
Rezerwacja pasmaCACKolejkowanieshaping/policing
• Zarządzanie pasmem
Label distributionLabel distribution
RSVPRSVP
MPLS - dystrybucja etykiet
A B
C
Y
Z
RE
SV
Lab 1
00
200100
300100
100200
Label
Information
Base
Label Switched
Router
Y: to B Y: to C
Y: to Y
33
D
Y
RSVP-TE
X
W
PATH Lab_Req Y
Need label for
Destination Y
(LABEL_REQUEST
object in
PATH msg)
RESV Lab 300
RE
SV
Lab 1
00
Respond with a
label (receive)
(LABEL object
in RESV msg)
100200300100
100300
• Protokół sygnalizacyjny pierwotnie zaprojektowany w środowisku pakietowym
• Transport przez TCP/IP lub UDP/IP
• Rezerwacja zasobów zorientowana na odbiorcę(jednokierunkowa transmisja danych)
• Dodatkowa funkcjonalność w środowisku IP !
RSVP (1)
34
• Dodatkowa funkcjonalność w środowisku IP !• …
• PATH• Od nadawcy do
odbiorcy
• Zastosowanie Tspec
Podstawowe wiadomości (PATH/RESV)
• RESV• Rezerwacja
zasobów na ścieżce powrotnej
35
• Zastosowanie Tspec (charakterystyka ruchu)
• Zestawienie ścieżki (i utrzymanie) przez cykliczne powtarzanie
ścieżce powrotnej
• Zapis w ruterach
• Potrzeba odświerzania rezerwacji
• Soft-state
LDP{Label Distribution Protocol){Label Distribution Protocol)
• LSP Establishment• LSP inicjowane przez sygnalizację (Control-
driven, automatic, hop-by-hop)• Każdy LSR (on the way) decyduje o kolejnym
skoku na podstawie lokalnej informacji IP (forwarding table)
Powołanie LSP (1)
37
(forwarding table)• LDP to system sygnalizacji• Realizowane jest mapowanie Label
Requests/Mappings
• Explicitely routed LSPs (CR-LSPs, constrained-based routed LSPs)
• Dodatkowe wymagania na trasowanie (z ograniczeniami):• Set-up and control of an LSP between LERs
Powołanie LSP (2)
38
• Set-up and control of an LSP between LERs (edge routers)
• Strict or loose route specification (dokładne lub wybiórcze wskazanie trasy)
• Przydział parametrów QoS dla LSP• Protokoły w MPLS: CR-LDP, RSVP-TE
• Zdefiniowany w RFC 3036• dwa węzły LSRs podejmują decyzję o znaczeniu
(przypisaniu) etykiet w transmisji między nimi i przez te węzły (internally) – powiązanie (mapping) FEC/label
LDP – Label Distribution Protocol
39
FEC/label• LDP zawiera reguły, które rutery LSR stosują w
celu dystrybucji etykiet• przepływ etykiet (informacji) jest realizowany w
przeciwnym kierunku (upstream) jak strumień danych użytkownika (downstream)
• unikalność etykiet w interfejsach
• RFC 3035:
• "MPLS using LDP and ATM VC Switching”
LDP – protokół w Control Plane
40
• Discovery messages – neighbour discovery -advertise the presence of a LSR (Hello)
• Session messages – establish and maintain LDPsessions (Initialization, Keep Alive)
• Advertisement messages - generate, change,
LDP – klasy wiadomości
41
• Advertisement messages - generate, change, delete label bindings (FEC<-->Label): Address, Address Withdraw, Label Mapping, Label Request, Label Withdraw, Label Release
• Notification Messages - contain advisory and error information
• LSR realizują wzajemnie funkcje Discovery między sąsiadami (neighbours) przez wysyłanie -wiadomości HELLO
• Zestawienie sesji TCP• Inicjowanie parametrów/metod:
LDP – sesje
42
• Inicjowanie parametrów/metod:• Metoda dystrybucji etykiet• Wartości zegarów (values of timers)
• Zakresy etykiet• Podtrzymanie sesji LDP (maintaining)
• użycie wiadomości Keep-Alive
• Downstream Unsolicited Distribution• LSR, który jest położony „w dole” transmisji
(Downstream LSR) wysyła Label Mapping bez żądania (solicitation) ze strony LSR położonego „w górze” (upstream LSR)
Downstream-on-demand Label Distribution
LDP – dystrybucja etykiet
43
• Downstream-on-demand Label Distribution• LSR, który jest położony „w górze” transmisji
(Upstream LSR) żąda (wysyłając Label Request) od LSR położonego „w dole” transmisji (downstream LSR) wyboru etykiety i wysłania wstecz mapowania etykiety (label mapping)
Realizacja przydziału etykiet „z dołu”
• LSP Setup Control• Independent Control
• LSR wysyła Label Mappings w dowolnym czasie
• Ordered Control
LDP – powołanie LSP
44
• Ordered Control• Egress LSR inicjuje dystrybucję etykiet (label
distribution)• LSR, który jest położony w kierunku „w dół”
(Downstream LSR) wysyła Label Mappings „w górę” tylko po otrzymaniu od innego LSR (sąsiada położonego bardziej „w dół”) – jest sekwencyjne żądanie (hop-by-hop)
• Hard-state protocol• (zmiana następuje po bezpośrednim żądaniu)
• Elastyczny sposób wybierania trasy• Strict, loose and loose pinned path set-up
• Zmiana (optymalizacja – path optimization) ścieżki
CR-LDP – rozszerzenie
45
• Zmiana (optymalizacja – path optimization) ścieżki realizowana w bezpieczny sposób • the make-before-break rule
• Niezbędne są rozszerzenia do LDP aby wskazać elementy ścieżki i przekazać parametry QoS • Explicit route TLV
• dokładnie wskazana ścieżka (zestaw węzłów) – explicit path
CR-LDP – rozszerzenie
46
– explicit path• Traffic parameters TLV (dla ATM i DiffServ)
• Peak Rate Token Bucket• Commited Data Rate Token• Route Pinning TLV
• Traffic parameters TLV (dla ATM i DiffServ) • Peak Rate Token Bucket
• Peak Data Rate• Peak Burst Size• Commited Data Rate
• Commited Data Rate Token Bucket (see srTCM)
CR-LDP – gwarancje parametrów
47
• Commited Data Rate Token Bucket (see srTCM)• Commited Data Rate• Commited Burst Size• Excess Burst Size
• Route Pinning TLV
IP/MPLS brieflyIP/MPLS briefly
OSPF + LDP
• OSPF definiuje ruting (widzialność adresów/sieci i metrykę - shortestpath)
• LDP propaguje informację o trasach• LDP propaguje informację o trasach
(pary sieć-etykieta)
• CR-LDP wprowadza dodatkową swobodę w definiowaniu tras
OSPF + RSVP-(TE)
• RSVP korzysta z OSPF definiuje ruting(widzialność adresów/sieci i metrykę -shortest path)
• RSVP przenosi informacje o rezerwacji przepustowości (ewentualnie o błędzie przepustowości (ewentualnie o błędzie rezerwacji)
• RSVP zestawia tunele „na żądanie” – nie propaguje całej informacji o zasobach/trasach
• OSPF przenosi info o stanach łączy (TED)
• Rezerwacja (konfiguracja) RSVP jest ograniczona w czasie („soft-state”)
Podsumowanie
• wieloprotokołowość, • skalowalność,• wszechstronne potraktowanie zagadnień
inżynierii ruchu, oparte na sygnalizacji, QoS, ale także na trasowaniu statycznym (CR)
51
ale także na trasowaniu statycznym (CR)• duże wymagania względem systemów
sygnalizacji,• ewolucja w kierunku G-MPLS.
Skróty
• FEC - Forwarding Equivalence Class• FTN - FEC to NHLFE Map• ILM - Incoming Label Map• LDP - Label Distribution Protocol• L2 - Layer 2
52
• L2 - Layer 2 • L3 - Layer 3• LSP - Label Switched Path• LSR - Label Switching Router• MPLS - MultiProtocol Label Switching• NHLFE - Next Hop Label Forwarding Entry• TTL - Time-To-Live
Literatura
•Yekhov, Rekhter, MPLS, Kluwer 2000• RFC3031, E. Rosen, A. Viswanathan, R. Callon. Multiprotocol Label Switching Architecture. January 2001.• RFC3036, LDP Specification L. Andersson, P.
53
• RFC3036, LDP Specification L. Andersson, P. Doolan, N. Feldman, A. Fredette, B. Thomas,
January 2001
• Wykłady: http://www.kt.agh.edu.pl/~wajda/students/systemy-i-sieci-telekomunikacyjne-3r-eit//
Dziękuję za uwagę !Dziękuję za uwagę !