MPLS – višeprotokolarna komutacija labela

Multi-Protocol Label Switching

dr Živko Bojović, dipl. ing.

21.04.23 1

MPLS -sadržaj Zašto MPLS? Šta je MPLS? Terminologija MPLS – koncept (RFC 3031) MPLS – kako radi? Enkapsulacija labela Label Distribution Protocol – LDP (RFC 3036) Traffic Engineering – RFC 2702 MPLS – L2 i L3 VPN MPLS i QoS (Class of Service, FC Class, E-LSP, L-LSP)21.04.23 2

Zašto MPLS – nedostaci IP? IP - prvi protokol i de facto jedini protokol za globalni rad na

Internetu

Nedostaci IP-a Klasičan IP ne može da pruži neke servise koji su

vremenom postali značajni za ozbiljne primene u oblasti pružanja telekomunikacionih servisa (traffic engineering, VPN,...)

Protokol bez uspostavljanja konekcije (nema garancija za QoS)

Problem sa rutiranjem saobraćaja21.04.23 3

Zašto MPLS – problemi IP sa rutiranjem saobraćaja?

Za metriku uzima samo najkraću putanju (ne uzimaju se u obzir dodatne metrike i ne podržava traffic engineering).

Svaki paket se nezavisno procesira i za svaki paket se donosi nezavisna odluka (klasično IP rutiranje saobraćaja).

21.04.23 4

Zašto MPLS? Veliki IP Header (najmanje 20 bajtova) – više informacija nego

što je potrebno za prosleđivanje paketa, pa je procesiranje sporije.

Paketi se “dugo” procesiraju: pri dolasku paketa u ruter proverava se L2 checksum i IP

header Checksum kada se paket prosleđuje: menjaju se source i dest MAC

adrese, dekrementira se TTL, računa se novi IP header checksum i računa se novi L2 checksum.

21.04.23 5

Zašto MPLS? Rutiranje na osnovu destinacije se može izbeći – Policy

based routing, ali ono tada postaje sporo i procesorski zahtevno

Više tehnika prosleđivanja paketa, a ni jedna nije potpuno efikasna Process/interrupt prosleđivanje paketa Fast switching (cache) prosleđivanje paketa

21.04.23 6

ATM kao rešenje problema? Zamišljen kao tehnologija koja bi rešavala probleme IP-a jer je:

konekciono orijentisan (podržava QoS) Brza komutacija paketa sa fiksnom dužinom paketa integracija različitih tipova saobraćaja (voice, data, video)….. ali postoje i nedostaci

Uvođenjem optičkih mreža brzine 40 Gb/s i više u core mreže, ATM sa velikim zaglavljem (5 bajta) i malom ćelijom (53 bajta) postaje: kompleksno i skupo rešenje motiv za ATM- smanjenje kašnjenja "real-time" saobraćaja

je bespredmetan.21.04.23 7

L2 tehnologije (FR, ATM) mogu da pruže neke od zahtevanih servisa, ali … L2 tehnologije ne mogu da

prosleđuju na osnovu IP adresa Neoptimalno rutiranje Statičko postavljanje L2 logičkih

veza Neskalabilnost Teška procena potrebnog

propusnog opsega21.04.23 8

Problema odnosa L2 i L3 tehnologija

Predlog za rešenje problema?

Imajući sve ovo u vidu mrežni inženjeri su doneli odluku da se ATM zameni sa protokolom koji bi: Radio sa okvirima (frejmovima)manjeg zaglavlja i

promenljive dužine okvira, pružao konekciono-orijentisane servise (kvalitet servisa) sačuvao „inženjering saobraćaja“ i kontrole „izvan

opsega“ koje su prisutne kod Frame Relay i ATM-a i atraktivne su za primenu kod velikih mreža.

21.04.23 9

ŠTA JE MPLS? MPLS (Multiprotocol Label Switching) - skalabilna mreža sa

komutacijom paketa koja obezbeđuje : jedinstven servis prenosa podataka kako iz mreže sa

komutacijom kola tako i iz mreža sa komutacijom paketa. „virtualne veze“ između udaljenih čvorova, enkapsuliranje paketa različitih mrežnih protokola (IP,

ATM, Frame Relay, Ethernet) praveći kola s kraja na kraj kroz bilo koju vrstu transportnog medijuma, koristeći bilo koji protokol i time eliminiše zavisnost od određene L2 tehnologije .

21.04.23 10

TERMINOLOGIJA LER (Label Edge Router) ruter - ulazna ili izlazna tačka MPLS

mreže koja: na ulazu (Ingress LER) utisne (push) labelu ne obeleženim

paketima. na izlazu (Egress LER ) vrši ukloni (pop) labelu i prosledi

paket van MPLS mreže.

21.04.23 11

TERMINOLOGIJA Ostali ruteri u MPLS mreži su LSR (Label Router Switching)

ruteri koji u svakom čvoru MPLS mreže: kada im stigne paket prvo “skinu” postojeću labelu, zatim dodele paketu novu labelu i onda na osnovu nove labele “proslede dalje” taj paket ne

razmatrajući sadržaj paketa.

FEC (Forward Equivalent Class ) - svi IP paketi koje odlikuje jednak način tretiranja u mreži i zajednički put kroz mrežu. Formiranje FEC odnosno “smeštanje” оdrеđеnоg pаkеtа u оdređenu FEC vrši se samo jednom, kada paket ulazi u mrežu.

21.04.23 12

Terminologija LFIB (Label Forwarding Information Base) - baza informacija

o labelama za prosleđivanje koja sadrži tabele za mapiranje (mapping) između labela što je osnova za prosleđivanje paketa na izlaznim interfejsima.

LSP (Label Switch Paths) - “putevi sa komutacijom labela” koje paketi prolaze s jednog na drugi kraj MPLS mreže, tako što im se u svakom čvoru LSR menja postojeću i dodeljuje novu labelu. Put se uspostavlja pre nego što počne prenos podataka i on je prikaz jedne FEC klase.

LSP obezbeđuje mrežni operator sa namerom da obezbedi određeni nivo performansi, izbegne zagušenje u mreži ili da kreira IP tunele za virtuelne privatne mreže.

21.04.23 13

TERMINOLOGIJA Komutiranje labela (label switching) se odnosi na hop po hop

rutiranje (hop-by-hop routing) gde se na putu od tačke A do tačke B, na svakom čvoru, stalno traži ko je bliži B i stara labela se menja sa novom (Label Substitution ili swapping).

LDP (Label Distribution Protocol) - protokol za distribuciju labela koji na osnovu tabela i mrežne topologije postavlja vrednosti labela između susednih elemenata (LSP put).

21.04.23 14

MPLS - RFC dokumenta IETF – MPLS

http://www.ietf.org/html.charters/mpls-charter.html RFC3031 – MPLS Architecture RFC2702 – Requirements for TE over MPLS RFC3036 – LDP Specification

21.04.23 15

MPLS - koncept (RFC 3031) Osnovna ideja MPLS je:

Podrška L2 mrežama (ATM, Frame-Relay i Ethernet) Interfejsi sa postojećim protokolima rutiranja (RSVP, OSPF) Razvrstavanje saobraćaja u FEC klase (Forwarding

Equvalence Class) i upravljanje saobraćajnim tokovima različite granularnosti (Flow Management)

Realizacija putanja paketa od izvora da odredišta hop-by-hop mehanizmom za prosleđivanje na osnovu labela koje se podešavaju prema LDP protokolu

Ugradnja mehanizam za brzo prosleđivanje paketa (ne nužno na osnovu destinacione adrese i za različite servise)

21.04.23 16

MPLS - koncept (RFC 3031) MPLS radi na sloju OSI modela koji se generalno smatra da je

između tradicionalne definicije sloja 2 (Data Link Layer) i sloja 3 (Network Layer), pa se često naziva "sloj 2,5" protokol ("layer 2.5" protocol).

Nezavisan je od protokola na slojevima L2 i L3.

21.04.23 17

MPLS - koncept (RFC 3031) MPLS mreža se sastoji od čvorova u jezgru (core) i na obodu

mreže (edge).

Usmeravanje paketa vrši se na osnovu labela koje su zapisane u tabelama u formatu (ulazna labela, izlazna labela, izlazni port).

Labele nisu jedinstvene za neku FEC u celoj mreži već se: na svakom ruteru menjaju i najčešće dodeljuju na osnovu destinacione IP adrese paketa

(dodeljuju se i na osnovu drugih parametara, poput interfejsa preko kog je stigao paket, na osnovu rutera,...).

21.04.23 18

21.04.23 19

MPLS - koncept (RFC 3031)

Zaglavlja paketa se analizira samo na ingress čvoru (edge) kada se vrši “smeštanje” paketa u određeni FEC.

Paket može da se mapira u određenu FEC na osnovu: Odredišne IP adrese, izvorišne IP adrese, TCP / UDP port, klase servisa (CoS) ili usluge (TOS) aplikacija koja se koristi,... bilo koje kombinaciju prethodnih kriterijuma.

21.04.23 20

MPLS - koncept (RFC 3031)

Koncept FEC obezbeđuje fleksibilnost, skalabilnost i traffic engineering.

U MPLS različite putanje ka istoj destinaciji mogu da imaju paketi koji su u mrežu ušli preko npr. različitih rutera ili različitih interfejsa jednog rutera.

MPLS source routing – predefinisana putanja za neku FEC

21.04.23 21

MPLS - koncept (RFC 3031)

MPLS - kako radi? MPLS nudi dve opcije za podešavanje LSP:

hop-by-hop rutiranje (svaki ruter samostalno bira skok za dati FEC)

eksplicitno rutiranje (ingress LSR određuje listu čvorova kroz koje paket prolazi).

21.04.23 22

MPLS - kako radi? Proces intenzivne analize, klasifikacije i filtriranja paketa

obavlja se samo jednom - na ingress LSR-u.

Prosleđivanje paketa (slika) vrši se u 4 (četiri) koraka:

21.04.23 23

MPLS – kako radi? Prvi korak: MPLS automatski na svakom ruteru gradi tabele

usmeravanja na osnovu OSPF, BGP ili IS-IS podataka. LDP na osnovu tabela (slika) i mrežne topologije ostavlja vrednosti labela između susednih elemenata čime se unapred kreira LSP kao mapa puteva između odredišnih krajnjih tačaka.

21.04.23 24

MPLS –kako radi? Drugi korak: Paket ulazi na ingress LER gde mu se na osnovu

zaglavlja određuje i ubacuje labela i on se prosleđuje na LSR.

Treći korak: LSR ruteri u core-u mreže čitaju labelu na svakom primljenom paketu, traže odgovarajući zapis unutar tabele usmeravanja i na osnovu njega postavlja novu labelu i prosleđuju pakete ka sledećem LSR core ruteru.

Četvrti korak: Izlazni LER skida i odbacuje labelu, čita zaglavlje paketa i prosleđuje ga na odredišnu adresu zapisanu unutar IP zaglavlja.

21.04.23 25

Shim Header - format labele

Exp - Experimental bitovi koriste se za Class of ServiceBS - Bottom of Stack bit ima vrednost 0 ako iza date labele

postoji još jedna labela ili vrednost 1 ako nema više labelaTTL – Time to Leave bitovi imaju isto značenje kao i kod IP.21.04.23 26

Enkapsulacija labela Informacije o labelama (zaglavlje sa shim labelom) „ubacuju“

se: između Layer 2 i Layer 3 zaglavlja (sloj mreže) kao deo Layer 2 zaglavlja (ako Layer 2 zaglavlje

obezbeđuje adekvatnu semantiku kao kod ATM). U okviru zaglavlja mrežnog sloja (budućnost - IPv6).

 

21.04.23 27

Label Distribution Protocol – LDP (RFC 3036)

Automatska distribucija informacija o labelama između dva susedna (peer) rutera LSR (ili LER).

Poruke između rutera se razmenjuju putem Hello paketa. Koristi TCP protokol po portu 646 Tokom LDP sesije razmenjuju se sledeći tipovi poruka:

Discovery messages - oglašavanje postojanja LSR Session messages - uspostava, održavanje i raskidanje sesije Advertisement messages - kreiranje, promena i brisanje

mapiranja labela Notification messages – razmena informacija (npr. o

greškama).21.04.23 28

Label Distribution Protocol – LDP (RFC 3036)

Unsolicited vs. On demand režim rada LDP: Unsolicited – ruter šalje svoje parove (FEC (prefiks),labela)

svim susednim ruterima, bez pitanja. Ruter poredi next hop rute u svojoj ruting tabeli sa ruterom od kog je dobio par. Ukoliko je par dobijen od next hop rutera za dati prefiks (a to je downstream ruter), labela se prihvata.

On demand – ruter šalje svoje parove (FEC prefiks,labela) po zahtevu susednog rutera.

21.04.23 29

Label Distribution Protocol – LDP (RFC 3036)

Independent vs. Ordered control režim rada LDP: Independent control - ruter dodeljuje labele prefiksima u

svojoj ruting tabeli i šalje ih bez obzira na to da li je ruter dobio mapiranje u labelu za tu rutu od downstream rutera.

Ordered control – Ruter šalje svoje (FEC,labela) parove samo za one FEC za koje ima mapiranje dobijeno od downstream. rutera

21.04.23 30

Label Distribution Protocol – LDP (RFC 3036)

Liberal retention vs. Conservative retention režim rada LDP: Liberal retention – ruter čuva sve parove (FEC, Labela)

dobijene od svih suseda, a prosleđuje pakete na osnovu labela dobijenih od nizvodnog rutera.

Conservative retention - ruter čuva samo one parove (FEC, Labela) dobijene od downstream suseda za dati FEC (od Next Hop).

Liberal – više memorije, brza konvergencija– manje memorije, sporija konvergencija.

21.04.23 31

MPLS aplikacije Traffic Engineering Virtual Private Network Quality of Service (QoS)

21.04.23 32

Traffic Engineering – RFC 2702 Osnovna ideja: optimalno iskorišćenje resursa mreže tako

što se prosleđivanje paketa tj. upravljanje saobraćajem vrši na osnovu: topologije mreže, skupa ograničenja, raspoloživih resursa.

Upravljanje saobraćajem može biti ručno ili automatski (novi protokoli RSVP-TE ili CR-LDP).

21.04.23 33

Traffic Engineering – RFC 2702 Atributi (ograničenja) na osnovu kojih se određuje

optimalni LSP su: Destinacija Propusni opseg Preče pravo (eng. preemption) Afinitet (svaki link po 32 “boje”, po kašnjenju, nekoj

karakteristici linka...) Optimizovana metrika Zaštita pomoću Fast Reroute mehanizma.

21.04.23 34

MPLS TE – RFC 2702 Preče pravo (preemption) znači da LSP većeg prioriteta u

slučaju nedovoljnih resursa ima pravo da raskine LSP nižeg prioriteta.

Na svim linkovima administratori konfigurišu koliko propusnog opsega može da se zauzme LSP-ovima. Svaki novi LSP sa određenim zahtevom za propusnim opsegom izaziva promenu slobodnog propusnog opsega na nekom linku => LSA se generiše => novo Dijkstra izračunavanje.

21.04.23 35

MPLS TE – RFC 2702 Uspostavljanje TE-LSP

PATH poruke idu u downstream smeru, sa posebnim poljem LABEL_REQUEST u kojem su opisani parametri (ograničenja) zahtevanog LSP

RESV poruke idu u upstream smeru i alociraju labele

21.04.23 36

MPLS – L2 i L3 VPN MPLS VPN je kreiranje privatnih mreža preko MPLS

infrastrukture pri čemu svaka privatna mreža može da ima: proizvoljan skup adresa nezavisno interno rutiranje (slanje informacija o rutama

unutar jedne od lokacija).

Postoje tri vrste MPLS VPN koje danas postoje u mrežama: Point-to-point (Pseudovire) Layer 2 (VPLS) Layer 3 (VPRN)

21.04.23 37

MPLS – L2 i L3 VPN Point-to-point MPLS VPN-ovi koriste virtuelne iznajmljene

linije (Virtual leased lines - VLL), za obezbeđivanje L2 point-to-point konektivnosti između dva sajta. Ethernet, TDM, i ATM frejmovi mogu se enkapsulirati unutar VLL-ova.

L2 MPLS VPN, ili VPLS (Virtual Private LAN Service), nudi prekidač "u oblaku" tzv. VPLS servis. VPLS pruža mogućnost kalibrisanja između VLAN sajtovima. L2 VPN-ovi se obično koriste za usmeravanje glasa, video i AMI saobraćaj između stanica i data centar lokacija.

21.04.23 38

MPLS – L2 i L3 VPN L3 VPN radi na trećem sloju referentnog OSI modela i

omogućava : virtualno povezivanje različitih lokacija putem

kreiranja virtuelne privatne mreže (VPN) korišćenje resursa javne IP/MPLS mreže nezavisnost sa aspekta rutiranja i adresnog plana ,

(algoritmi rutiranja i adresni plan nezavisni su od drugih mreža)

da resurse ovih veza koristi samo korisnik L3 VPN usluge kome su veze dodeljene.

21.04.23 39

MPLS – L2 i L3 VPN VRF (VPN Routing and Forwarding instance) - logička

terminaciju jedne MPLS VPN mreže odnosno VRF se odnosi samo na jedan VPN.

Svaki VPN ima svoj VRF na edge i core ruteru čime se onemogućava “dodir” između različitih VPN-ova.

Na jednom LER ruteru može da postoji više VRF, ali jedan interfejs LER rutera može da pripada samo jednoj VRF, odnosno, interfejs se dodeljuje određenoj VRF.

21.04.23 40

MPLS – L2 i L3 VPN Jedna VPN može da ima jednu ili više

VRF na jednom LER ruteru.

Da bi se razlikovao saobraćaj između različitih VPN, paketi moraju da buduna neki način obeleženi. Obeležavanje se vrši drugim setom labela, koje su enkapsulirane u labele za prenos paketa po MPLS mreži.

21.04.23 41

MPLS i QoS Najvažnija prednost MPLS-a je sposobnost da se obezbedi kvalitet

servisa (QoS).

QoS mehanizmi: Pre-konfiguracija zasnovana na fizičkom interfejsu Klasifikacija ulaznih paketa u različite klase Klasifikacija zasnovana na mrežnim karakteristikama (kao što su

zagušenja, propusna moć, kašnjenje i gubitak).

Različite aplikacije zahtevaju različite uslove u pogledu kašnjenja, jitter-a, i gubitka paketa pri prenosu kroz mrežu.

21.04.23 42

Class of Service (CoS) Klasa servisa (Class of Service) označava pridruživanje toka

saobraćaja određenom servisnom nivou.

Ruteri koji podržavaju COS rade: klasifikaciju paketa, polisiranje - ograničavaju odgovarajući tok saobraćaja, primenuju polisa za slanje saobraćaja na osnovu CoS

atributa, raspored transmisije paketa na izlaznom interfejsu

(scheduler), markiranje bita na izlaznom interfejsu.

21.04.23 43

Kalsifikacija paketa BA (Behavior Aggregate) klasifikator u jezgru mreže -

koristi rezervisana polja unutar zaglavlja paketa i na osnovu njihove vrednosti, svrstava paket u njemu odgovarajuću klasu servisa.

(U zavisnosti od primenjene enkapsulacije paketa mogu se koristiti DSCP, IEEE 802.1p ili MPLS EXP biti).

MF (Multifield) klasifikator na obodu mreže - vrši klasifikovanje primljenog korisničkog saobraćaja na osnovu IP adresa pošiljaoca ili odredišta…21.04.23 44

Klase za slanje podataka (FC - Forwarding Class)

EF (Expedited Forwarding) - najniže vrednosti gubitaka, kašnjenja i varijacije datog kašnjenja, osigurava propusni opseg.

AF (Assured Forwarding) - definisanje grupnih vrednosti za pojedine podklase i tri različite mogućnosti odbacivanja.

BE (Best Effort) klasa - ne obezbeđuje određeni profil servisiranja i primenjuje RED (Random Early Discard) profil odbacivanja.

NC (Network Control) klasa uobičajeno poseduje visok prioritet obzirom da podržava funkcionisanje protokola.21.04.23 45

MPLS DiffServ standard DiffServ model garantuje kvalitet prenosa za svaku klasu

određivanjem QoS karakteristika paketa na svakom pojedinačnom čvoru u mreži, tzv. PHB (Per-hop Behavior) ponašanje.

21.04.23 46

Metode prenosa različitih klasa

servisa MPLS mrežom E-LSP

L-LSP

21.04.23 47