of 46 /46
 Mata Kuliah TEKNOLOGI SWITCHING TEKNOLOGI SWITCHING ( Modul 7) ( Modul 7) Dosen : Ir. Hernandi Ilyas R., MT Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANI

Modul7 Teknologi Switching

Embed Size (px)

Text of Modul7 Teknologi Switching

Mata Kuliah

TEKNOLOGI SWITCHING( Modul 7)Dosen : Ir. Hernandi Ilyas R., MT

Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANI

...

MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING ( MPLS )

MPLS - DEFINISIMultiprotocol Label Switching (MPLS) adalah teknologi penyampaian data berbasis paket (packet switched) pada jaringan backbone berkecepatan tinggi. MPLS, merupakan suatu arsitektur untuk switching paket dan routing berkecepatan tinggi, meliputi proses designation, routing, forwarding dan switching aliran trafik melalui jaringan.Multiprotocol because it might be applied with any Layer 3 network protocol, although almost all of the interest is in using MPLS with IP traffic.

MPLS - DEFINISIMPLS didesain untuk menjawab problem-problem jaringan seperti networks-speed, scalability, quality-ofservice (QoS), dan traffic engineering. MPLS beroperasi pada suatu layer OSI Model yang secara umum berada diantara definisi tradisional dari Layer 2 (layer Data Link) dan Layer 3 (layer Network), dan sering disebut sebagai suatu protokol "Layer 2.5.

IntroductionOver the last few years, the Internet has evolved into a ubiquitous network and inspired the development of a variety of new applications in business and consumer markets. These new applications have driven the demand for increased and guaranteed bandwidth requirements in the backbone of the network. In addition to the traditional data services currently provided over the Internet, new voice and multimedia services are being developed and deployed. The Internet has emerged as the network of choice for providing these converged services. However, the demands placed on the network by these new applications and services, in terms of speed and bandwidth, have strained the resources of the existing Internet infrastructure. This transformation of the network toward a packet- and cell-based infrastructure has introduced uncertainty into what has traditionally been a fairly deterministic network. In addition to the issue of resource constraints, another challenge relates to the transport of bits and bytes over the backbone to provide differentiated classes of service to users. The exponential growth in the number of users and the volume of traffic adds another dimension to this problem. Class of service (CoS) and QoS issues must be addressed to in order to support the diverse requirements of the wide range of network users. In summary, despite some initial challenges, MPLS will play an important role in the routing, switching, and forwarding of packets through the next-generation network in order to meet the service demands of the network users.

Traditional Routing and Packet SwitchingThe initial deployment of the Internet addressed the requirements of data transfer over the network. This network catered to simple applications such as file transfer and remote login. To carry out these requirements, a simple software-based router platform, with network interfaces to support the existing T1/E1 or T3/E3based backbones, was sufficient. As the demand for higher speed and the ability to support higher-bandwidth transmission rates emerged, devices with capabilities to switch at the Level-2 (data link) and the Level-3 (network layer) in hardware had to be deployed. Layer-2 switching devices addressed the switching bottlenecks within the subnets of a local-area network (LAN) environment. Layer-3 switching devices helped alleviate the bottleneck in Layer-3 routing by moving the route lookup for Layer-3 forwarding to high-speed switching hardware. These early solutions addressed the need for wire-speed transfer of packets as they traversed the network, but they did not address the service requirements of the information contained in the packets. Also, most of the routing protocols deployed today are based on algorithms designed to obtain the shortest path in the network for packet traversal and do not take into account additional metrics (such as delay, jitter, and traffic congestion), which can further diminish network performance. Traffic engineering is a challenge for network managers.

Fungsi MPLSMPLS sebenarnya merupakan suatu Internet Engineering Task Force (IETF) yang kerangka kerjanya dispesifikasikan untuk mengefisiensikan proses designation, routing, forwarding, dan switching aliran trafik data melalui jaringan. Fungsi-fungsi MPLS dapat dijabarkan sebagai berikut : Menspesifikasikan mekanisme pengaturan aliran trafik dari granularitas yang bervariasi, seperti aliran antara hardware yang berbeda, mesin-mesin, atau bahkan antar aplikasi yang berbeda Sebagai protokol independent diantara Layer-2 dan Layer-3 Sebagai mesin untuk proses map IP addresses dan pe-labelan dengan panjang tetap sehingga dapat digunakan pada teknologi packet-forwarding dan packet-switching yang berbeda. Sebagai interface kepada protokol-protokol yang sudah ada seperti Resource reservation protocol (RSVP) dan Open shortest path first (OSPF) Mendukung protokol IP, ATM, dan frame-relay Layer-2

Fungsi MPLSTeknologi MPLS diterapkan dengan tujuan untuk meningkatkan kemampuan dari jaringan IP. Ide dasar dari pengembangan MPLS adalah menggunakan label untuk melakukan mekanisme switching di tingkat IP. Hal ini berbeda dengan jaringan IP yang menggunakan pengalamatan IP sebagai dasar mekanisme switching dan jaringan ATM yang menggunakan Virtual Circuit Identifier sebagai dasar mekanisme switching. Di dalam jaringan yang menggunakan protokol MPLS, paket yang masuk kedalam jaringan MPLS terlebih dahulu diberi label. Label yang diberikan dapat disusun dari berbagai variasi kriteria sesuai dengan yang diinginkan oleh Service Provider/pengguna. Berdasarkan label yang diberikan ini maka jaringan yang menggunakan protokol MPLS akan memperlakukan paket tersebut sesuai dengan nilai yang melekat pada label tersebut (high priority, low priority, dan lainnya).

Komponen MPLSLabel Switched Path (LSP): Merupakan jalur yang melalui satu atau serangkaian LSR dimana paket diteruskan oleh label swapping dari satu node MPLS ke node MPLS yang lain. Label Switching Router (LSR): Merupakan node MPLS yang mampu meneruskan paket-paket layer-3. LSR biasanya merupakan suatu perangkat router kecepatan tinggi sebagai core jaringan MPLS yang berpartisipasi membangun LSP menggunakan protokol persinyalan label yang sesuai dan switching kecepatan tinggi dari trafik data berbasis pada jalur (path) yang dibangun. MPLS Edge Node atau Label Edge Router (LER): Merupakan node MPLS yang menghubungkan sebuah domain MPLS dengan node yang berada diluar domain MPLS. LER adalah suatu perangkat yang dioperasikan pada edge jaringan akses dan jaringan MPLS. LER mendukung multiple port yang terkoneksi ke jaringan-jaringan yang tidak similar (misal frame relay, ATM, dan Ethernet) dan mem-forward trafik ini ke jaringan MPLS setelah membentuk LSP, menggunakan protokol persinyalan label pada ingress dan mendistribusikan trafik kembali ke jaringan akses pada egress. LER memainkan peranan penting dalam pemasangan/penyisipan dan pelepasan label, sewaktu trafik masuk dan keluar dari suatu jaringan MPLS.

Komponen MPLSIngress Node: Merupakan node MPLS yang mengatur trafik saat akan memasuki domain MPLS Egress Node: Merupakan node MPLS yang mengatur trafik saat meninggalkan domain MPLS MPLS label: merupakan label yang ditempatkan sebagai header MPLS MPLS node: Merupakan node yang menjalankan MPLS. Node MPLS ini sebagai protokol pengendali yang akan meneruskan paket berdasarkan label. FEC Forward Equivalence Class (FEC) merupakan representasi dari suatu group paket yang mempunyai requirement yang sama pada transport (forwarding)-nya (misal., melalui jalur yang sama dan perlakuan forwarding yang sama pula). Semua paket dalam group, dikirimkan melalui jalur yang sama dan menggunakan perlakuan/cara yang juga sama sampai ke tujuan.

Label Switched PathInterior Gateway Protocol

.

IGP = Interior Gateway Protocol

Contoh suatu Label Switch Path pada MPLS

Komponen MPLS - summaryDengan demikian, dapat disarikan bahwa suatu jaringan MPLS akan terdiri atas sirkit yang disebut Label Switched Path (LSP), yang menghubungkan titik-titik yang disebut Label Switched Router (LSR). LSR pertama dan terakhir disebut INGRESS dan EGRESS. Setiap LSP dikaitkan dengan sebuah Forwarding Equivalence Class (FEC), yang merupakan kumpulan paket yang menerima perlakuan forwarding yang sama di sebuah LSR. FEC diidentifikasikan dengan pemasangan label. Untuk membentuk LSP, diperlukan suatu protokol persinyalan. Protokol ini menentukan forwarding berdasarkan label pada paket. Label yang pendek dan berukuran tetap mempercepat proses forwarding dan mempertinggi fleksibilitas pemilihan path. Hasilnya adalah jaringan yang bersifat lebih connection oriented.

Sepintas Sejarah MPLS .

Prinsip Kerja MPLSContoh dengan konfigurasi berikut : R1 dan R6 adalah Edge Router (LER), ditempatkan di bagian depan/perbatasan dari domain IP. R2, R3, R4 dan R5 adalah Core Router (LSR) dan tidak berhubungan langsung dengan dunia luar kecuali melalui Edge Router.

Prinsip Kerja MPLSLER mengkonversi Paket IP ke Paket MPLS dan sebaliknya. Ketika paket-paket tersebut masuk ke LER, konversi yang dilakukan adalah dari paket IP ke paket MPLS, dan ketika keluar dari LER, konversi dari paket MPLS ke paket IP.

o LER menerima Paket IP, kemudian melakukan beberapa proses internal, dan mengkonversi paket menjadi paket MPLS kemudian mem-forwardnya ke dalam domain MPLS, sesuai ilustrasi sederhana berikut :

Prinsip Kerja MPLSUntuk memahaminya prose yang dilakukan LER, perhatikan skema paket IP berikut (L2 adalah Header dari Layer Data Link & L3 Header dari Network IP) :

Ketika sebuah Paket IP masuk ke Router LER, LER akan memasukkan/menyisipkan layer MPLS antara layer 2 dan layer 3. Dengan cara ini paket IP dikonversi ke paket MPLS.

Prinsip Kerja MPLSLSR mem-forward paket MPLS mengikuti beberapa instruksi yang telah tersimpan dalam suatu tabel. Berdasarkan informasi yang tersimpan dalam paket MPLS, yang disebut Label, kemudian Label tersebut memilih sebuah register dari tabel dan mengikuti instruksi yang terdapat dalam register ini, lalu mem-forward paket MPLS tersebut.

Prinsip Kerja MPLS.

Prinsip Kerja MPLS : Label SwappingProsedur Label swapping untuk memforward suatu paket adalah sebagai berikut : Untuk mem-forward suatu paket yang telah diberi label, LSR akan memeriksa label pada top dari stack (stack = tumpukan) label. Dalam hal ini digunakan ILM (Incoming Label Map) untuk me-map label tersebut ke suatu NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry). Dengan menggunakan informasi pada NHLFE, dapat ditetapkan kemana suatu paket akan di forward, dan membentuk operasi pada stak label paket. Kemudian ke dalam paket akan di encode stack label baru, dan mem-forward hasilnya. Untuk mem-forward suatu paket yang belum diberi label, LSR akan menganalisa header layer jaringan (network), untuk menentukan FEC dari paket. Kemudian menggunakan FTN (FEC to NHLFE Map) untuk me-map ke suatu NHLFE. Dengan menggunakan informasi pada NHLFE, dapat ditetapkan kemana paket akan di-forward, dan membentuk operasi pada stack label paket. Kemudian ke dalam paket akan di encode stack label baru, dan mem-forward hasilnya.

Header MPLSHeader layer MPLS yang disisipkan sebagai label mempunyai rincian sebagai berikut :

Panjang Header MPLS adalah 32-bit, dibagi menjadi 4 bagian : 20 bit digunakan untuk Label ; 3 bit untuk fungsi CoS (Class of Service) ; 1 bit untuk fungsi Stack ; dan 8 bit untuk time-to-live field (TTL). Dengan demikian, header MPLS berperan sebagai perekat antara header layer 2 dan layer 3.

Header MPLSi. Field label (20-bit) membawa nilai aktual dari label MPLS. ii. Field Class of Service (CoS) (3-bits) dapat mempengaruhi antrian dan algoritma discard yang diaplikasikan pada paket ketika ditransmisikan melalui jaringan. Karena field CoS mempunyai 3 bit, maka 8 layanan class yang berbeda dapat dilakukan. iii. Field Stack (S) (1-bit) adalah suatu hirarki stack label. Walau pun MPLS menggunakan konsep stacking, proses dari pe-label-an paket biasanya berbasis pada top label, tanpa mengabaikan kemungkinan bahwa ada label-label lain yang mungkin berada di atasnya pada saat sebelumnya, atau ada sejumlah label lain berada dibawahnya pada saat itu. Suatu paket yang belum diberi label dapat dianggap sebagai suatu paket yang label stack nya kosong (misal stack label mempunyai kedalaman 0). Jika suatu label stack paket mempunyai kedalaman (depth) m, dapat direferensikan ke label pada dasar stack sebagai label level 1 , kepada label di atasnya (jika sudah ada) sebagai label level 2 , dan ke label pada top dari stack sebagai label level m. Label stack digunakan untuk routing paket melalui tunnel LSP. iv. Field TTL (time-to-live) (8-bits) memberikan fungsi-fungsi TTL IP konvensional.

Enkapsulasi Paket IP dengan Header MPLS .

Operasi MPLSLangkah-langkah yang harus dilakukan bagi suatu paket data yang akan melewati domain MPLS adalah : label creation dan distribution table creation pada setiap router label-switched path creation label insertion/table lookup packet forwarding Pada pengiriman data dari terminal sumber ke tujuan melalui domain MPLS, tidak semua trafik sumber perlu ditransportasikan melalui jalur yang sama. Hal ini tergantung pada karakteristik trafik, LSP yang berbeda akan di created untuk paket-paket dengan permintaan CoS (Class of Service) yang berbeda.

Operasi MPLSPada gambar di bawah, LER1 adalah router ingress and LER4 adalah router egress.

OPERASI MPLS.

Operasi MPLSLangkah MPLS Keterangan Sebelum trafik diproses, router melekatkan suatu label ke suatu spesifik FEC dan membangun/mempersiapkan tabel-nya. Di LDP, downstream router akan menginisiasi distribusi dari label-label dan pelekatan dari label/FEC. Karakteristik yang berhubungan dengan trafik dan kapabilitas MPLS dinegosiasikan menggunakan LDP. Protokol transport akan digunakan sebagai protokol signaling. LDP menggunakan TCP.

label creation dan label distribution

Operasi MPLSLangkah MPLS Keterangan Pada pelekatan label, setiap LSR akan mengcreate entries pada tabel label information base (LIB). Isi dari tabel akan menspesifikasikan mapping antara suatu label dan suatu FEC. mapping antara port input dan tabel label input ke/dengan port output dan tabel label output. Entries akan di update ketika terjadi renegosiasi dari binding label

table creation

Operasi MPLSLangkah MPLS Keterangan Seperti ditunjukkan pada garis panah biru (lihat label switched path gambar), LSP di-create dengan arah berlawanan creation dengan creation entries di LIB. Router pertama (LER1) menggunakan tabel LIB untuk menemukan hop berikutnya dan merequest suatu label untuk FEC spesifik. label insertion/tablelookup Router-router berikutnya menggunakan label tersebut untuk menemukan hop berikutnya. Setelah paket mencapai egress LSR (LER4), label akan dibuang dan paket dikirim ke tujuan.

.

Path suatu paket sesuai gambar dapat di uraikan sebagai berikut : 1. LER1 tidak akan mendapat label untuk paket tersebut pada saat kejadian request. Sesuai gambar, LSR1 dianggap sebagai hop berikutnya bagi LER1. 2. 3. LER1 akan menginisiasi suatu label request ke arah LSR1. Request ini akan dipropagasi melalui jaringan sebagai mana diindikasiskan dengan garis hijau putus-putus. Setiap router intermediate akan menerima suatu label dari router downstreamnya, mulai dari LER2 dan bergerak upstream sampai LER1. Set up LSP diindikasikan sebagai garis biru putus-putus menggunakan LDP atau protokol signaling lainnya. Jika traffic engineering diperlukan, CRLDP akan digunakan untuk menetapkan setup jalur aktual untuk menjamin QoS/CoS sesuai yang dimintakan. LER1 akan menyisipkan label dan mem-forward paket ke LSR1. Setiap LSR berikutnya, misal LSR2 dan LSR3, akan memeriksa label pada paket yang diterima, menggantinya dengan label outgoing dan mem-forwardnya Ketika paket sampai di LER4, label akan dihilangkan karena paket akan keluar dari domain MPLS dan di-deliver ke tujuan. Jalur data aktual yang digunakan paket digambarkan sebagai garis merah putuhs-putus.

4.

packet forwarding5. 6.

7.

8.

Arsitektur Protocol Stack MPLSKomponen-komponen MPLS inti dapat dibagi menjadi beberapa bagian berikut : Protokol-protokol routing layer jaringan (IP) edge dari forwarding layer jaringan Switching berbasis label jaringan core label schematics dan granularity protokol persinyalan (signaling) untuk distribusi label Rekayasa trafik (traffic engineering) compatibility dengan beberapa variasi paradigma forwarding Layer-2 (ATM, frame relay, PPP)

Arsitektur Protocol Stack MPLSProtokol-protokol yang digunakan untuk operasi MPLS:

Arsitektur Protocol Stack MPLSThe routing module can be any one of several popular industry protocols. Depending on the operating environment, the routing module can be OSPF, BGP, or ATMs PNNI, etc. The LDP module utilizes transmission control protocol (TCP) for reliable transmission of control data from one LSR to another during a session. The LDP also maintains the LIB. The LDP uses the user datagram protocol (UDP) during its discovery phase of operation. In this phase, the LSR tries to identify neighboring elements and also signals its own presence to the network. This is done through an exchange of hello packets. The IP Fwd is the classic IPforwarding module that looks up the next hop by matching the longest address in its tables. For MPLS, this is done by LERs only. The MPLS Fwd is the MPLS forwarding module that matches a label to an outgoing port for a given packet. The layers, shown in the box with the broken line, can be implemented in hardware for fast, efficient operation.

Aspek Traffic Engineering Pada MPLSRekayasa trafik (traffic engineering, TE) adalah proses pemilihan saluran data trafik untuk menyeimbangkan beban trafik pada berbagai jalur dan titik dalam network Secara sederhana traffic engineering (TE) adalah proses memanipulasi trafik untuk menyesuaikan dengan jaringan yang ada. TE dapat dibentuk dengan memaksakan IP matrik ke interface-interface, yang tentunya bukan pilihan yang tepat untuk jaringan yang besar. Walau pun, model IP-overATM menawarkan traffic engineering melalui penggunaan route eksplisit private virtual channels (PVC), tetapi model IP-over-ATM sendiri mengalami problem seperti: mapping antara dua arsitektur berbeda ternyata memerlukan definisi dan maintenance dengan skema alokasi topologies, address spaces, routing protocols, signaling protocols, dan resource yang berbeda. MPLS-TE meminimisasi problem-problem ini dengan teknik TE yang connection-oriented dan merge dengan routing IP.

Obyektif dari Traffic EngineeringObyektif dari TE adalah : 1. Minimisasi congestion: Congestion terjadi baik ketika resources jaringan tidak cukup/tidak memadai untuk mengakomodasi beban trafik yang ditawarkan atau jika stream trafik di mapping secara tidak efisien ke dalam resources yang tersedia; menyebabkan subsets dari resources jaringan menjadi over-utilized sementara bagian jaringan lainnya under-utilized. 2. Operasi jaringan yang andal: Kapasitas yang memadai untuk restorasi layanan harus dapat terus terjaga mengantisipasi berbagai kemungkinan penyebab failure, dan pada saat bersamaan, juga harus dibuat mekanisme yang efisien dan cepat untuk melakukan re-route trafik melalui kapasitas redundan (cadangan). 3. Kebutuhan akan Quality of Service : Dalam suatu environment layanan multi-class, dimana stream trafik terdiri dari beberapa layanan dengan kebutuhan yang berbeda, maka implementasi traffic engineering menjadi sangat mutlak diperlukan. Dalam skenario ini, traffic engineering harus mampu mengakomodasi stream dari berbagai class serta mem-balancing resources jaringan.

Komponen Traffic EngineeringEmpat komponen fungsional yang digunakan MPLS pada strategi TE nya adalah : 1. Distribusi Informasi 2. Pemilihan Jalur (Path selection) 3. Persinyalan dan set-up jalur 4. Forwarding paket

Komponen Traffic Engineering1. Komponen Distribusi Informasi Traffic engineering requires detailed knowledge about the network topology as well as dynamic information about network loading. This can be implemented by using simple extensions to IGP so that link attributes (such as maximum link bandwidth, current bandwidth usage, current bandwidth reservation) are included as part of routers link-state advertisements. The standard flooding algorithm used by link-state IGP ensures that link attributes are distributed to all routers in ISPs routing domain. Each LSR maintains network link attributes and topology information in a specialized TE database (TED), which is used exclusively for calculating explicit paths for placement of LSPs on physical topology.

Komponen Traffic Engineering

2. Komponen Pemilihan Jalur (Path selection) On the basis of the network topology and link attributes in the TED and some administrative attributes obtained from user configuration, each ingress LSR calculates the explicit paths for its LSPs, which may be strict or loose. A strict explicit route is one in which the ingress LSR specifies all the LSRs in the LSP, while only some LSRs are specified in a loose explicit path. LSP calculations may also be done offline for optimal utilization of network resources.

Komponen Traffic Engineering3. Komponen Persinyalan dan set-up jalur The path calculated by the path selection component is not known to be workable, until LSP is actually established by the signaling component, because it is calculated on the basis of information present in TED, which may not be up-to-date. The signaling component is responsible for establishing LSP state and label binding and distribution in the path set-up process. 4. Komponen Forwarding paket Once the path is set-up, packet forwarding process begins at the Label Switch Router (LSR) and is based on the concept of label switching.

Aplikasi MPLSSaat ini aplikasi MPLS ditujukan untuk memenuhi kebutuhan jaringan backbone yang efektif dengan memberikan suatu solusi berbasis standar sebagai berikut : Meningkatkan performansi forwarding paket-paket di dalam jaringan (network) MPLS enhances and simplifies packet forwarding through routers using Layer-2 switching paradigms. MPLS is simple, which allows for easy implementation. MPLS increases network performance because it enables routing by switching at wireline speeds. Mendukung QoS dan CoS untuk berbagai layanan yang berbeda MPLS uses traffic-engineered path setup and helps achieve service-level guarantees. MPLS incorporates provisions for constraint-based and explicit path setup.

Aplikasi MPLSMendukung network scalability MPLS can be used to avoid the N2 overlay problem associated with meshed IPATM networks. Mengintegrasikan IP dan ATM di dalam jaringan MPLS provides a bridge between access IP and core ATM. MPLS can reuse existing router/ATM switch hardware, effectively joining the two disparate networks. Membangun interoperasional antar jaringan MPLS is a standards-based solution that achieves synergy between IP and ATM networks. MPLS facilitates IPover-synchronous optical network (SONET) integration in optical switching. MPLS helps build scalable VPNs with traffic-engineering capability.

VPN PADA MPLSSalah satu fitur MPLS adalah kemampuan membentuk tunnel atau virtual circuit yang melintasi jaringannya. Kemampuan ini membuat MPLS berfungsi sebagai platform alami untuk membangun Virtual Private Network (VPN) VPN yang dibangun dengan MPLS sangat berbeda dengan VPN yang dibangun berdasarkan teknologi IP, yang hanya memanfaatkan enkripsi data. VPN pada MPLS lebih mirip dengan virtual circuit dari Frame Relay atau ATM, yang dibangun dengan membentuk isolasi trafik. Trafik benar-benar dipisah dan tidak dapat dibocorkan ke luar lingkup VPN yang didefinisikan.

Fitur Bagi Customer

GMPLS

Pergeseran Teknologi ke IP/GMPLS

SummaryMPLS mewakili konvergensi teknologi IP dan ATM, dalam hal ini perpaduan mekanisme label swapping dan routing Routing pada MPLS terjadi hanya pada LER saja Mengoptimalkan implementasi QoS MPLS hanya melakukan enkapsulasi paket IP, tidak seperti ATM yang memecah paket Dengan MPLS-TE, dimungkinkan operasional jaringan yang andal dan efisien