Systemy i sieci MPLS. Wprowadzenie do MPLS. Krzysztof Wajda. Katedra Telekomunikacji AGH Czerwiec, 2018

Transkrypt

1 Systemy i sieci telekomunikacyjne: MPLS Wprowadzenie do MPLS Krzysztof Wajda Katedra Telekomunikacji AGH Czerwiec, 2018

2 Plan wykładu Ewolucja od IP do MPLS Klasyfikacja ruchu Etykiety Elementy funkcjonalne MPLS: LSR, E-LSR Działanie LSR Dystrybucja etykiet 2

3 Motywacja wprowadzenia MPLS Krytyka skomplikowania techniki ATM Przyspieszenie procesów realizowanych w węzłach Domyślna i prosta inżynieria ruchu Fundamentalne wsparcie dla współpracy IP/ATM MPLS jako pomysł o zamierzonej łatwości działania porównywalnej z IP oraz szybkości działania ATM 3

4 Poprzednicy MPLS Cell Switching Router (Toshiba) IP Switching (Ipsilon) Tag Switching (Cisco) ARIS (IBM) 4

5 IP, ATM, MPLS (1) IP = trasowanie + przełączanie ATM = przełączanie na podstawie przygotowanej dwuwarstwowej struktury VP/VC + zaawansowane metody wsparcia QoS MPLS = przełączanie oparte na elastycznych zasadach prowadzących do zdefiniowania trasy dla zaklasyfikowanego strumienia ruchu 5

6 IP, ATM, MPLS (2) IP = packet-based routing ATM = cell-based circuit-switching MPLS = frame-based circuit switching based on labels 6

7 Standardization

8 MPLS - standardization Done by IETF WG: Multiprotocol Label Switching Area: Routing Area (rtg) URL: Chairs: Loa Anderson (consultant), Nikolai Leiman (DT) 8

9 MPLS RFC3468 (2003) The MPLSWGdecision 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. 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. 9

10 MPLS RFC3031 Podstawowy dokument: E. Rosen, A. Viswanathan, R. Callon. Multiprotocol Label Switching Architecture. January

11 Fundamentals

12 MPLS motywacja Przenieść funkcjonalność i szybkość działania warstwy 2 (np. ATM, Ethernet) do warstwy 3 (IP): Uprościć operacje w węźle Zredukować wielkość bazy danych trasowania. 12

13 MPLS stos protokołów warstwa 3 warstwa 2,5 warstwa 2 13

14 MPLS dystrybucja etykiet Systemy sygnalizacji: CR-LDP, RSVP-TE, inne (?) o funkcjonalności dystrybucji etykiet oraz zestawiania ścieżek, 14

15 Pozycja MPLS w ewolucyjnym rozwoju nowoczesnych protokołów ATM Choć brak jest oficjalnego wsparcia dla CR-LDP ze strony IETF, prace wciąż trwają MPLS PNNI CR-LDP RSVP-TE CR-LDP GMPLS RSVP-TE ASON CR-LDP RSVP-TE 15

16 Następstwo powołania obiektów w MPLS Pakiet, strumień pakietów FEC LSP Etykieta(y) 16

17 MPLS -węzły LSR Label Switching Router, węzeł szkieletowy, dokonuje przełączania etykiet i kierowania pakietami E-LSR Edge LSR, (używa się także określenia LER) Klasyfikuje ruch (FEC), Przydziela etykietę, Inicjuje zestawianie ścieżki LSP 17

18 MPLS ogólna budowa etykiet Etykieta EXP S TTL 18 shim label podstawowy format używany dla IP/MPLS/Ethernet,

19 Etykieta (label) Obiekt, który jednoznacznie identyfikuje przepływ w interfejsie fizycznym lub logicznym Etykiety mogą być specyficzne dla interfejsu Etykieta 5 w interfejsie X jest czymś innym niż etykieta 5 w interfejsie Y lub etykiety mogą być ogólne dla techniki Etykieta 5 pozostaje niezmienna bez względu na interfejs wewnątrz jednolitej domeny technologicznej Wartość etykiety może ulegać zmianie przy każdym skoku 19

20 Etykieta - wartości 0-15 Reserved LABEL DESIGNATION 0 IPv4 Explicit Null 1 Router Alert 2 IPv6 Explicit Null 3 Implicit Null 4-14 Reserved for Future Use 15 OAM Production Use 20

21 Podstawa zestawiania ścieżek Podstawowym pojęciem jest FEC (Forwarding Equivalence Class) różnicowanie ruchu, na podstawie adresu IP, na podstawie reguł TE, na bazie definiowania ścieżki typu explicit, konsekwencją ustalenia FEC jest przydzielenie etykiety. 21

22 LSP LSP Label Switched Path Nazywany często tunelem Zawsze jednokierunkowe unidirectional Klasyfikowane jako Dedykowane p-p (point-to-point) łączone (merging) 22

23 MPLS - forwarding Pakiet przesyłany na podstawie adresu IP węzła docelowego LER dodaje etykietę do pakietu Węzeł egress usuwa etykietę Przekazywanie pakietu na podstawie etykiety LSR: Label Switching Router LER: Label Edge Router W trakcie przekazywania wzdłuż LSP, korzysta się wyłącznie z etykiety a nie adresu docelowego IP 23

24 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 Tworzy się stos etykiet LSR kieruje pakiet na podstawie etykiety ustawionej na szczycie stosu Można zagnieżdżać ścieżki do dowolnego poziomu 24

25 Zagnieżdżanie ścieżek - przykład IP Etykieta wprowadzona do pakietu Przesłanie na podstawie etykiety IP L2 Etykieta L1 wprowadzona do pakietu Przesłanie na podstawie etykiety L1 IP L2 L1 Zdjęcie etykiety zewnętrznej Zdjęcie etykiety wewnętrznej IP L2 IP 25

26 Resilience Protekcja (protection), automatyczne i szybkie przywrócenie ciągłości transmisji, zwykle bez możliwości optymalizacji użycia zasobów Odtwarzanie (restoration), długoterminowe i wysokopoziomowe działanie, prowadzące do optymalizacji uzycia zasobów transportowych 26

27 MPLS (Fast rerouting) Splicing Uprzednie (preestablishment) powołanie ścieżki alternatywnej Stacking LSP bypass uszkodzonego łącza Najkrótsze obejście Może prowadzić do zogniskowanego natłoku 27

28 Z MPLS forwarding + protekcja C A B Y X W D MPLS Label 28 IP header

29 MPLS nad ATM ships in the night L S R MPLS ATM L S R ATM SW ATM SW Sygnalizacja (control plane) ATM i MPLS 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 pasma CAC Kolejkowanie shaping/policing Zarządzanie pasmem 29

30 Labeldistribution

31 RSVP

32 X Z Y: to B MPLS - dystrybucja etykiet A PATH RESV Lab_Req Y Need label for Destination Y (LABEL_REQUEST object in PATH msg) W Label Switched Router Y: to C D Label Information Base B Y: to Y Y Respond with a label (receive) (LABEL object in RESV msg) RESV Lab RSVP-TE C

33 RSVP (1) 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! 33

34 Podstawowe wiadomości (PATH/RESV) PATH Od nadawcy do odbiorcy Tspec (characterystyka ruchu) Zestawienie ścieżki (i utrzymanie) przez cykliczne powtarzanie RESV Rezerwacja zasobów na ścieżce powrotnej Zapis w ruterach Potrzeba odświerzania Soft-state 34

35 LDP Label Distribution Protocol)

36 Powołanie LSP (1) LSP Establishment LSP inicjowane przez sygnalizację (Controldriven, automatic, hop-by-hop) Każdy LSR (on the way) decyduje o kolejnym skoku na podstawie lokalnej informacji IP (forwarding table) LDP to system sygnalizacji Realizowane jest mapowanie Label Requests/Mappings 36

37 Powołanie LSP (2) Explicitely routed LSPs (CR-LSPs, constrainedbased routed LSPs) Dodatkowe wymagania na trasowanie (z ograniczeniami): 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 37

38 LDP Label Distribution Protocol 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 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 38

39 LDP klasy wiadomości Discovery messages neighbour discovery - advertise the presence of a LSR (Hello) Session messages establish and maintain LDP sessions (Initialization, Keep Alive) 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 39

40 LDP sesje LSRrealizują wzajemnie funkcje Discovery między sąsiadami(neighbours) przez wysyłanie - wiadomościhello Zestawienie sesji TCP Inicjowanie parametrów/metod: Metoda dystrybucji etykiet Wartości zegarów (values of timers) Zakresy etykiet Podtrzymanie sesji LDP (maintaining) użycie wiadomości Keep-Alive 40

41 LDP dystrybucja etykiet Downstream Unsolicited Distribution LSR, który jest położony w dole transmisji (Downstream LSR)wysyłaLabel Mapping bez żądania (solicitation) ze strony LSR położonego w górze (upstream LSR) Downstream-on-demand Label Distribution LSR, który jest położony w górze transmisji (Upstream LSR)żąda (wysyłająclabel Request) od LSR położonego w dole transmisji (downstream LSR)wyboru etykiety i wysłania wstecz mapowania etykiety(label mapping) 41

42 LDP powołanie LSP LSP Setup Control Independent Control (LSR wysyła Label Mappings w dowolnym czasie) Ordered Control Egress LSR inicjuje dystrybucję etykiet (label distribution) LST, który jest w dół (Downstream LSR) wysyła Label Mappings w górę tylko po otrzymaniu od innego LSR (położonego w dole ) sekwencyjne żądanie (hop-by-hop) 42

43 CR-LDP rozszerzenie 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 realizowana w bezpieczny sposób the make-before-break rule 43

44 CR-LDP rozszerzenie Niezbędne są rozszerzenia do LDP aby wskazać elementy ścieżki i przekazać parametry QoS Explicit route TLV dokładnie wskazana ścieżka (zestaw węzłów) explicit path Traffic parameters TLV (dla ATM i DiffServ) Peak Rate Token Bucket Commited Data Rate Token Route Pinning TLV 44

45 Podsumowanie wieloprotokołowość, skalowalność, wszechstronne potraktowanie zagadnień inżynierii ruchu, oparte na sygnalizacji, QoS, ale także na trasowaniu statycznym (CR) duże wymagania względem systemów sygnalizacji, ewolucja w kierunku G-MPLS. 45

46 Skróty FEC - Forwarding Equivalence Class FTN -FEC to NHLFE Map ILM - Incoming Label Map LDP - Label Distribution Protocol 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 46

47 Literatura Yekhov, Rekhter, MPLS, Kluwer 2000 RFC3031, E. Rosen, A. Viswanathan, R. Callon. Multiprotocol Label Switching Architecture. January RFC3036, LDP Specification L. Andersson, P. Doolan, N. Feldman, A. Fredette, B. Thomas, January 2001 Wykłady: 47

48 Dziękuję za uwagę!