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MPLS
MultiProtocol Label Switching
Universidade Santa CecícilaProf. Hugo Santana
Introdução
• requisitos mínimos de largura de banda, engenharia
de tráfego e QoS.
• convergência das tecnologias (voz e vídeo sobre IP).
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Introdução
Encaminhamento de pacotes na Internet
Algumas características:
• Não orientado à conexão
• Encaminhamento hop by hop
• Consulta ao cabeçalho do pacote
• Consumo de tempo
(processamento / consulta à tab. de rot.)
Introdução
MPLS - Multiprotocol Label SwitchingMecanismo que permite que a decisão do envio de pacotes seja realizada utilizando um rótulo de tamanho fixo, dinamizando este processo. Vantagens:
• melhor desempenho no encaminhamento de pacotes;
• criação de caminhos entre os roteadores; e
• possibilidade de associar requisitos de QoS, baseados nos rótulos carregados pelos pacotes.
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MPLS
• Solução para os problemas identificados nas
redes atuais – velocidade, escalabilidade,
gerenciamento de QoS e engenharia de tráfego
• utilização no núcleo de backbones IP, sobre
ATM ou frame-relay.
MPLS -
Redes de infra-estrutura suportados
Frame Relay
ATM
PPP
Packet Over Sonet/SDH
Ethernet
Token Ring, FDDI
Comutação ótica (MPλS)
Combinação de Abordagens precedentes
IPv4 IPv6 IPX Etc. Etc.
Ethernet
ATM
Frame R
elay
PPP
Etc.
Label Switching
Multiprotocol ao nível superior
Multiprotocol ao nível inferior
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Physical
Data Link
Network
Transport
Session
Presentation
Application • Funciona sobre várias tecnologias da camada 2:
– ATM
– SONET
– Ethernet
– PPP
MPLS - Não é um protocolo L2
Physical
Data Link
Network
Transport
Session
Presentation
Application • Não tem endereçamento nem funçõesde encaminhamento per si:
– Faz uso do endereçamento IP e o routing IP (com extensões)
MPLS - Não é um protocolo L3
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Physical
Data Link
Network
Transport
Session
Presentation
Application • Não existe um formato único paratransportar os dados de uma camadasuperior:
– shim - SONET
– VPI/VCI - ATM
– lambda - OXC
– etc...
Não é uma camada no Modelo OSI
MPLS - Histórico
Cell Switching Router (CSR) Toshiba
Tag Switching da Cisco
Não é baseado nos fluxos
Suporta outros protocolos do nível 2 além de ATM
ARIS da IBM (Aggregate Route-based IP Switching)
Não é baseado nos fluxos
IP Navegator da Ascend/Lucent
Fast IP da 3Com
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Representação
“Nuvem” MPLS
Funções de MPLS
• mecanismos para o tratamento de fluxos de
dados entre hardware, ou mesmo aplicações,
distintos
• independência em relação aos protocolos das
camadas 2 (enlace) e 3 (rede)
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Funções de MPLS (cont)
• mapeamento entre os endereços IP e labels,
para envio de pacotes
• interfaces com protocolos de roteamento, como
OSPF
• suporta IP, ATM e frame-relay
Terminologia MPLS– LSR (Label Switch Router) é o nome genérico dos
comutadores/routers MPLS
– Um LER (Label Edge Router) é um LSR (Ingress LSR ou Egress LSR) na fronteira do domínio MPLS
– Utiliza os protocolos existentes (OSPF, BGP, PIM, …) para criar os LSPs (Label Switched Path) entre extremos (fronteiras) do domínio MPLS por onde envia os pacotes com atributos pré-definidos
– Cada caminho (LSP) é representado por uma etiqueta (label)
– Cada pacote é etiquetado com uma etiqueta MPLS, por um LER à entrada do domínio MPLS, conforme os seus atributos antes de serreenviado por um LSP
– Os LSRs seguintes reenviam o pacote de acordo com a etiqueta
– As etiquetas podem ir sendo alteradas pelos LSR ao longo do LSP
– O LER de saída retira a etiqueta e envia o pacote para o seu destino
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Terminologia MPLSLDP: Label Distribution Protocol
Usado em conjunto com protocolos de encaminhamento da camada de rede para distribuir informação das etiquetas entre os dispositivos numa rede de comutação por etiquetas
LSP: Label Switched PathCaminho definido através do MPLS
FEC: Forwarding Equivalence ClassConjunto de pacotes a que é atribuído uma etiqueta e que são processados da mesma forma pelos routers ou comutadores
LSR: Label Switching RouterRouter que utiliza MPLS
LER: Label Edge Router (termo útil que não faz parte das normas) / edge LSRLSR operando na fronteira da rede e usado para inserir/remover etiquetas
Elementos de hardware – LSRLabel Switch Router
• roteador de alta velocidade, no núcleo da rede
MPLS
• estabelecimento dos LSPs (Label Switched
Path)(caminhos) e na comutação de dados em
alta velocidade, com base nos caminhos
estabelecidos.
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Elementos de hardware – LERLabel Edge Router• atua na fronteira entre uma rede de acesso e a rede
MPLS
• suporta a existência de múltiplas portas conectadas a redes distintas
• encaminha tráfego para a rede MPLS na entrada e redistribuindo o tráfego na saída
• papel fundamental na atribuição e remoção das etiquetas.
Elementos de software - FEC
• FEC - Forward Equivalence Class - agrupamento
de pacotes MPLS em função de características
comuns (destino, tipo de serviço, etc)
• Organizadas pelos LSR e armazenadas em LIB
(Label Information Base)
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Aplicações - Engenharia de tráfego
• seleção de um caminho de rede (netowork path), para encaminhamento de pacotes de dados
• utilização balanceada dos canais de comunicação.
• algoritmos de roteamento padrão, tais como IGP podem selecionar caminhos de rede que resultem em utilização desequilibrada de recursos
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MPLS - ArquiteturaPrincípios e componentes
Adicionar mecanismos orientados à conexãoIdentificar caminhos pré-definidos na rede entre 2 pontos extremosUm label é associado a cada caminho
Um caminho é chamado de LSP
Temos um Label Edge Router em cada ponto de entrada da redeO LER de entrada adiciona um header MPLS antes do pacote
Os roteadores interiores ao domínio enviam o pacote de acordo com o label e definem um novo label
O LER de saída (Egress LER) retira o label e envia o pacote ao seu destino de acordo com a tecnologia IP tradicional
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Resumo
LER LSR LSR LER
Ingress Egress
Prefixo IP -> LSP195.6.23/24
Etiqueta17
Nível 2 Nível 2
Próximo salto134.32.11.254
Tirar
etiqueta
Nível 2 Nível 2
Alterar etiqueta17 -> 5
Nível 2 Nível 2
Alterar etiqueta5 -> 21
Nível 2 Nível 2
195.6.23.55 17 5 21 195.6.23.55
MPLS - Arquitetura
FEC
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MPLS - Arquitetura
Princípios e componentes: a FEC (Forwarding Equivalent Class)
DefiniçãoUm conjunto de pacotes a ser tratados da mesma formaEles são todos enviados ao mesmo próximo saltoUma FEC é identificada por um Label
ExemplosPacotes unicast cujo endereço destinatário tem o mesmo prefixoPacotes unicast cujo endereço destinatário tem o mesmo prefixo e o mesmo campo TOS (ou DS)Pacotes unicast sujeitos à uma decisão de Engenharia de TráfegoPacotes unicast/multicast que pertencem à uma mesma VPNPacotes multicast de mesma origem e mesmos destinatários
MPLS - Arquitetura
Princípios e componentes: a FEC - Cont...
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MPLS - Arquitetura
Rótulos
MPLS - Arquitetura
Princípios e componentes: Rótulos
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MPLS - Arquitetura
Princípios e componentes: Rótulos
MPLS - Arquitetura
Princípios e componentes: Rótulos
Label: número de 20 bits (valores de 0 a 16 reservados)B serve para gerar os labels hierarquizados (Stack)
Marcar o último label antes do header IP
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• Formato do label:
MPLS - Caracterização
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Label | EXP |S| TTL |
• Cabeçalho = 4 octetos (32 bits)
– Label = valor da label a atribuir ao pacote (20 bits-1048576)
– EXP = bits experimentais, utilizados para QoS (3 bits)
– S = indicador do fim da pilha (1 bit)
– TTL = time to live (8 bits)
• Formato do label:
MPLS - Caracterização
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Label | EXP |S| TTL |
• Colocado entre o cabeçalho da camada 2 (Data Link) e o cabeçalho da camada 3 (Network), do Modelo Referencial OSI.
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MPLS - Arquitetura
LIB
MPLS - ArquiteturaTabela para encaminhamento: Label Information Base – LIB
O tratamento do encaminhamento é unificadoPara o tráfego unicast, o tráfego com QoS e o tráfego multicast
Duas opções possíveis1. Uma tabela global no LSR (um espaço de label por plataforma)2. Uma tabela por interface, como ATM (um espaço de label por interf.)
Um LSP é por natureza unidirecionalO tráfego de retorno necessita de outro LSP
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MPLS - Arquitetura
LSP
MPLS - ArquiteturaFunções a serem implementadas na criação de um LSP
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MPLS - Arquitetura
LDP
MPLS - ArquiteturaLDP - Label Distribution Protocol
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MPLS - ArquiteturaFuncionamento do LDP
Descrição do mecanismo de encaminhamento
MPLS - Principais Características• Encaminhamento na Internet (hop-by-hop)
• MPLS permite a construção de caminhos (LSPs) entre roteadores de entrada e saída em um domínio
• Insere um rótulo de 20 bits entre os cabeçalhos de camadas 2 e 3
• Pacotes são encaminhados pelos roteadores (LSRs) sem consultar a tabela de roteamento
• Embora seja multi-protocolo, estão sendo criados padrões apenas para o protocolo IP
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Descrição do mecanismo de encaminhamento
Fatores positivos quanto ao encaminhamento via MPLS
• A associação de um determinado pacote a uma FEC específica é feita um única vez, assim que o pacote entra no domínio MPLS
• O rótulo possui um tamanho fixo e consideravelmente pequeno
• O rótulo serve como índice, indicando qual o próximo hop a ser alcançado
Descrição do mecanismo de encaminhamento
Vantagens do encaminhamento via rótulos• Existem alguns switches que são capazes de realizar a
avaliação e substituição de rótulos, como é o caso dos switches ATM
• No momento da entrada de um pacote na rede, o LER irá associá-lo a uma FEC, sendo que este poderá utilizar informações que estão fora do cabeçalho da camada de rede
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Descrição do mecanismo de encaminhamento
Mais vantagens...• Pacotes idênticos podem entrar na rede através de roteadores
distintos e serem rotulados de forma diferente, sendo que decisões de encaminhamento dependerão do roteador de entrada, fato que não acontece no método convencional, pois a identidade do roteador de entrada não trafega juntamente com o pacote.
Descrição do mecanismo de encaminhamento
Mais vantagens...
• Algumas vezes, se deseja forçar um pacote a seguir uma determinada rota, sem o uso dos protocolos de roteamento dinâmicos. Isto é possível utilizando-se de políticas de engenharia de tráfego
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